Программируемый связной адаптер. БИС КР580ВВ51

ВОПРОСЫ.

1.Программируемый связной адаптер. БИС КР580ВВ51

2. Программируемый контроллер приоритетных прерываний

Литература.

1. Курс лекций по дисциплине «Цифровые устройства» , Севастополь, СВМИ, 2007 г, лекция № 40 (электронный вариант).

2. Микропроцессоры. Кн.1. Архитектура и проектирование микро ЭВМ. Организация вычислительных процессов: Учеб. Для вузов. Под ред.Преснухина Л.Н. Мн.: Выш. Школа.,1987 , 145-159, 171-178

Лекция рассмотрена и обговорена на заседании кафедры РТС ,

протокол № 1 от 30.08.2007 р.

При практической реализации микропроцессорной системы автоматического управления технологическими процессами можно использовать целый ряд типовых модулей, обеспечивающих выполнение заданного алго­ритма с меньшими (по сравнению с микросхемами сред­него уровня интеграции) затратами. Большие возмож­ности, в первую очередь, предоставляют интерфейс­ные БИС, которые могут быть программно перестроены из одного режима работы в другой путем загрузки в них управляющего слова.

Для связи с удаленными источниками информации, например с датчиками параметров, установленными на технологическом оборудовании в производственном поме­щении, нерационально проводить 8-разрядные магистрали для параллельной передачи. Проще использовать одно­проводную линию связи с последовательной передачей по ней информационных битов. На практике нередко используют обычные телефонные линии связи. Но даже когда применяются специальные линии, то очевидно, что по протяженной линии невозможна передача информации с тактовой частотой микропроцессора (2 МГц).

Для построения интерфейса микропроцессорных систем с использованием последовательной передачи данных используются специализированные интерфейсные БИС, которые получили название программируемых связных адаптеров (ПСА).

Там указы­валось, что в зависимости от принятой системы кодирова­ния по линиям связи может передаваться последователь­ность 5, 7 или 8 бит для каждого символа и что эта последовательность может дополняться битами контроля четности-нечетности. Кроме того, необходимо добавлять стартовый и столовый биты, отмечающие начало и конец каждого символа.

Таким образом, в отличие от ППА связной адаптер выполняет более сложные функции: преобразование формы представления информации, согласование протоко­лов обмена данными внутри системы и вне ее. Микро­схема программируемого связного адаптера КР580ВВ51 может осуществлять выдачу байта данных, представлен­ного параллельным кодом, в последовательном формате с соответствующими битами обрамления: стартовым, сто­повым и контрольными. Она же может осуществлять прием информации, представленной последовательным кодом, и ее преобразование в стандартную параллельную форму (рис. 2.4, табл. 2.3).

Любые операции обмена, записи или чтения возможны только в том случае, если на входе ВМ селекции данной микросхемы нулевой сигнал. Через буфер шины данных центральный процессор по команде ЗП вводит в ПСА данные или слово управления. По команде ЧТ можно считать из ПСА данные или информацию о состоянии оборудования, образующего канал связи. Сигнал на входе У/Д извещает ПСА о том, какого рода символ он принимает: слово управления (при 1) или данные (при 0).

Программируемый связной адаптер КР580ВВ51 обес­печивает полный дуплексный режим связи, детектирование стартовых посылок, может использовать различные спо­собы представления стоповых бит, детектирование ошибок четности и ошибок в формате. Он может использоваться для работы как в цепях асинхронной последовательной связи, так и в цепях синхронного обмена. При традицион­ных методах создания интерфейса цифровых систем подобный универсализм потребовал бы очень большого числа управляющих сигналов, что невозможно реализовать из-за ограниченного числа внешних выводов БИС. -

Рис. 2.4. Структурная схема ПСА

Таблица 2.3. Сигналы управления и функцииПСА

* — произвольно.

Все данные, которые характеризуют потребности пери­ферийного оборудования и режим работы интерфейса, помещаются в ПСА программным способом с использова­нием системы машинных команд микропроцессора и упра­вляющих слов.

ПСА в асинхронном режиме обмена. Для организации последовательных асинхронных передач сопрягаемые системы соединяются через ПСА, установленные на пере­дающей и приемной стороне. Передающая и принимающая подсистемы имеют тактовые генераторы, работающие с одинаковой частотой. Каждый символ передаваемого сообщения заключается в «рамку», которая образуется стартовым и стоповым битами. Приемник автоматически синхронизируется стартовым битом так, чтобы можно было производить отбор данных в моменты, соответствую­щие середине каждого бита. В результате, если возникнет небольшой дрейф частоты тактовых генераторов, это не приведет к срыву передачи.

На передающей стороне в режиме асинхронной пере­дачи каждый символ, представленный последовательным кодом, выдвигается из буфера ПСА в линию связи поразрядно со скоростью, которая равняется 1/16 или 1/64 максимальной скорости передачи, определяемой частотой синхронизации. Естественно, что перед началом передачи в ПСА уже сформировано полное сообщение, т. е. передаваемый символ, снабженный стартовым и стоповым битами и, если требуется, битом контроля четности-нечетности.

На приемной стороне на вход нормально подан высокий уровень. Переход сигнала на этом входе в состояние О оповещает ПСА о том, что поступил стартовый бит. При этом запускается счетчик бит и внутренний генератор

опорных сигналов, который выдает стробирующий сигнал приблизительно в середине каждого бита (см. рис. 2.8). Принимаемый символ последовательно, разряд за разря­дом поступает в буфер ПСА. Если на том месте, где по указанию внутреннего счетчика должен находиться столовый бит, оказывается низкий уровень, то устанавли­вается в 1 триггер ошибки в формате. Нормальный стоповый бит сигнализирует о конце символа, гасит внутренний счетчик бит и генерирует сигнал, который сообщает ЦПЭ о том, что символ готов к загрузке в аккумулятор.

Асинхронный принцип системного обмена нашел широ­кое распространение в микропроцессорных системах бла­годаря совместимости с линией связи, в частности с телетайпом. Однако область применения этого способа передач ограничена относительно низкой скоростью пере­дачи данных — 9600 бит/с. Для работы с высокоскорост­ными устройствами более подходит способ последователь­ной синхронной передачи.

ПСА в синхронном режиме обмена. В синхронном режиме данные передаются не по одному символу, а целыми массивами слов. Для синхронизации запуска приемника с приемом массива используется не единичный бит, а одно или два слова — символы синхронизации. Передатчик в синхронном режиме обмена работает постоянно и выдает в линию данные в последовательном коде. При отсутствии (даже временном) данных передат­чик непрерывно выдает в линию символы синхронизации. Приемник перед началом работы находится в режиме активного ожидания. В это время он побитно принимает поступающую информацию и проверяет ее на совпадение с кодом синхронизации. Символом синхронизации осу­ществляется адресация того или иного приемника. Совпадение свидетельствует о начале информационного массива. Сигналом совпадения синхронизируется запуск приемника, который начинает прием данных и их преобра­зование в параллельный формат. Один передатчик может работать на несколько приемников. Новые символы син­хронизации, вставляемые передатчиком в поток данных, позволяют повторно осуществлять процедуру синхрониза­ции.

В режиме синхронного приема символы синхронизации могут быть как внутренними, так и внешними. Если программное обеспечение микропроцессора загружает в ПСА слово синхронизации, которое определяет внутренний режим, то приемник переходит в режим активного ожида­ния. В этом режиме приемник ожидает заполнения буфера. Как только буфер заполнится, его содержимое интерпре­тируется адаптером как символ синхронизации. Если ПСА запрограммирован на два символа синхронизации, то и следующий символ, загруженный в буфер, воспринимается как символ синхронизации. Затем приемник переходит из режима ожидания в уже описанный режим синхронного приема.

При внешней синхронизации прием данных начинается в момент поступления на вход СНХР внешнего сигнала, отмечающего начало посылки. В этом случае канал связи должен иметь дополнительную линию внешней синхро­низации.

Контроль четности-нечетности и переполнения в син­хронном режиме осуществляется так же, как в асин­хронном.

С точки зрения скорости передачи данных для инфор­мационных массивов малой размерности (менее 100 бит) более выгодным является асинхронный режим, а для массивов большой размерности — синхронный. Первый обеспечивает максимальную скорость передачи данных до 9,6, а второй — до 56К бит/с.

Программирование ПСА. Программирование ПСА осуществляется занесением в него двух управляющих слов: начального, или инструкции режима (Mode Instruc­tion), и текущего, или инструкции управления (Command Instruction). Первое задает режим работы, формат пере­даваемого символа, скорость приема и передачи данных, наличие контроля и его вид, тип синхронизации. Инструк­ция режима должна быть введена сразу же за операцией начальной установки системы. Вслед за инструкцией режима должны следовать слова инструкции управления, а для синхронных режимов — символы синхронизации. Жесткие ограничения на последовательность загрузки управляющих слов накладываются внутренней организа­цией ПСА, в котором регистры управления адресуются встроенным счетчиком. Модуль пересчета счетчика изменяется в зависимости от двух младших разрядов слова управления. Управляющее слово инструкции управления может быть загружено в адаптер на любом участке передачи блока данных, что позволяет организовать оперативное программное изменение режимов приемопередачи.

Множество вариантов использования связного адаптера, которое предоставляется форматом слова инструкции режима (рис. 2.5), предполагает использование ПСА в микропро­цессорных системах разной сложности и с различными характеристиками интерфейса. Возможность в случае асинхронных передач исключить символы синхронизации позволяет прикладной программе малой системы исполь­зовать все преимущества сложной организации интерфейса.

Из-за сложности и разнообразия операций, реализуемых в подсоединенных к ПСА терминалах, невозможно через ограниченное число выводов БИС передать в ЦПЭ информацию о состоянии процесса. С этой целью используется операция «Чтение состояния», которая по команде ЧТ позволяет следить за процессом приема-передачи, т. е. реализовать программный доступ к терми­налу. Такой программный доступ оказывается полезным для тех участков прикладной программы, где необходимо удостовериться в отсутствии ошибок. Связной адаптер предоставляет возможность проверки четности-нечетности и целостности блока данных. А в асинхронном режиме с помощью ПСА можно осуществлять контроль формата.

Некоторые из разрядов регистра состояния ПСА могут быть не только прочитаны под воздействием программы, но и выведены из ПСА как самостоятельные осведомительные символы. Их можно использовать для организации процедур ввода-вывода по запросам на пре­рывания, обмена с подтверждением готовности, преобра­зования сообщений и др.

Рис. 2.5. Формат управляющего слова ПСА