16 | 10 | 2018
Главное меню
Смотри
Статистика
Пользователи : 1
Статьи : 3770
Просмотры материалов : 8945971

Коллеги
Посетители
Рейтинг@Mail.ru
Советую
Online
  • [Bot]
  • [Google AdSense]
Сейчас на сайте:
  • 14 гостей
  • 2 роботов
Новые пользователи:
  • Administrator
Всего пользователей: 1
RSS
Подписка на новости
Мікросхеми для введення-виведення PDF Печать E-mail
Автор: Administrator   
03.01.2017 13:35

Мікросхеми для введення-виведення

 

У цьому розділі розглядаються основні принципи паралельної і послідовної передачі даних, методи управління введенням і висновком, а також кілька популярних програмованих мікросхем для введення і виведення.

 

7.1. Вимоги до вводу-виводу

 

Мікропроцесорна система без засобів введення та виведення виявляється марною. Звичайно, характеристики і обсяги введення і виведення в системі визначаються, в першу чергу, специфікою її застосування. Наприклад, в простому домашньому комп'ютері, як мінімум, необхідні введення з клавіатури і виведення на звичайний телевізор. Крім того, бажані канал зв'язку з побутовим магнітофоном і додатковий вихід на принтер (рис. 7.1).

 



Мал. 7.1. Засоби введення-виведення в простому домашньому комп'ютері.

 

Однак, в мікропроцесорної системі управління деяким промисловим процесом не вимагаються клавіатура і дисплей, так як майже напевно її дистанційно програмує і контролює головний мікрокомп'ютер (з використанням послідовної лінії RS-232C). Контролер повинен мати до 24 окремих ліній введення і виведення для управління реле, двигунами і лампами (рис. 7.2).

 

 

Мал. 7.2. Засоби введення-виведення в промисловій системі управління.

 

7.2. Способи організації введення-виведення

 

Існують два основних способи організації введення-виведення. З одного боку, пристрої (мікросхеми) введення-виведення вважаються адресами пам'яті, а з іншого - кожному пристрою (мікросхемі) призначається адреса конкретного порту. У будь-якому випадку дані виводяться простим записом їх за відповідною адресою пам'яті або порту, а вводяться зчитуванням за аналогічним адресою. У разі введення-виведення, відображеного на пам'ять, ЦП реалізує операції введення-виведення точно так же, як операції пам'яті. Частина простору пам'яті резервується для введення-виведення: її, звичайно, не можна одночасно призначати ЗУПВ або ПЗУ. При організації введення-виведення через порти виділяється набір адрес портів, які абсолютно не залежать від звичайного простору пам'яті. Адреси портів відокремлюються від адрес пам'яті за допомогою сигналів, що діють на шині управління.

Наприклад, в процесорі Z80 для цього використовуються сигнали:

- Лінія запиту пам'яті, на якій формується сигнал низького рівня, коли ЦП виконує операцію зчитування або запису з пам'яттю;

- Лінія запиту вводу-виводу, на якій формується сигнал низького рівня, коли ЦП виконує операцію введення-виведення.

Для введення і виведення в мікропроцесорі Z80 існують спеціальні команди, наприклад:

OUT (FFH), А - записує вміст акумулятора (8-бітове значення) в порт з 16-річної адресою FF;

IN (A) FFH - зчитує вміст порту з 16-річної адресою FF і поміщає результат в акумулятор.

 

7.3. Паралельний і послідовний введення-виведення

 

Необхідно розрізняти також паралельний і послідовний введення-виведення. У першому випадку одночасно передається байт даних (отже, тут потрібен 8-бітний буфер або засувка), а в другому дані передаються окремими бітами. Паралельний введення-виведення реалізується досить просто (рис. 7.3). Тут для виведення застосовується стандартна 8-бітна засувка, а для введення - 8-бітний трістабільний буфер. Однак така проста схема виявляється недостатньо гнучкою, і краще скористатися програмованої мікросхемою паралельного введення-виведення.

 

 

Мал. 7.3. Схема простого паралельного введення і виведення.

 

Оскільки дані зазвичай представлені на шині мікропроцесора в паралельної формі (байтами), їх послідовне введення-виведення виявляється дещо складніше. Для послідовного введення буде потрібно засоби перетворення послідовних вхідних даних в паралельні дані, які можна помістити на шину. З іншого боку, для послідовного виведення необхідні засоби перетворення паралельних даних, представлених на шині, в послідовні вихідні дані. У першому випадку перетворення здійснюється регістром зсуву з послідовним входом і паралельним виходом (SIPO), а в другому - регістром зсуву з паралельним входом і послідовним виходом (PISO). Схеми обох варіантів введення і виведення показані на рис. 7.4.

 

 

Мал. 7.4. Схеми послідовного введення і виведення:

а - послідовне введення з регістром зсуву SIPO; б - послідовний висновок з регістром PISO

 

Їх можна реалізувати на звичайних логічних елементах, але більш ефективне рішення полягає в застосуванні спеціалізованих програмованих мікросхем.

 

7.4. Методи управління введенням-виведенням

 

Існують три основні методи управління операціями вводу-виводу. Найбільш простий і очевидний метод полягає в тому, щоб дозволити ЦП управляти всіма операціями вводу-виводу. Цей метод, званий програмним введенням-висновком (або введенням-виведенням з опитуванням), забезпечує ЦП повне управління ситуацією, але виявляється найменш гнучким і досить повільним. По суті, ЦП періодично опитує кожне периферійний пристрій (через відповідну схему введення-виведення), не вимагає воно обслуговування. Якщо запит є, ЦП виконує необхідну процедуру обслуговування. Коли сприйнятий запит на обслуговування, всі запити від інших периферійних пристроїв ігноруються; ці пристрої повинні очікувати доти, поки ЦП не звільниться для обробки їх запиту на обслуговування.

Більш зручний, але і більш складний метод полягає в тому, щоб дозволити периферійних пристроїв переривати звичайну роботу ЦП. При наявності сигналу переривання і з урахуванням стану свого прапорця переривання ЦП повинен призупинити поточну програму (зберігши в стеці всі важливі параметри і адресаповернення), а потім виконати необхідну процедуру обслуговування.

Переривання можна схемно впорядкувати за пріоритетами так, щоб найважливіше периферійний пристрій обслуговувалося в першу чергу. Як приклад розглянемо гальмівну систему автомобіля. ЦП повинен відреагувати на відмову гальм і видати про це попередження незалежно від інших одночасно подій.

Згідно з третім, найскладнішого методу управління введенням-висновком зовнішніх пристроїв забезпечується повний доступ до простору пам'яті системи без будь-якої участі ЦП в передачах даних. Такий метод називається прямим доступом до пам'яті (ПДП) і виявляється дуже ефективним. Дані можна передавати з виключно високою швидкістю (так як втручання ЦП не потрібно), тому ПДП використовується, наприклад, для передач даних в накопичувач на жорсткому диску або з нього. У простих керуючих застосуваннях ПДП не потрібно, але про нього потрібно знати. Спрощені структурні схеми всіх методів управління введенням-висновком показані на рис. 7.5.

 

 

Мал. 7.5. Основні методи управління введенням-висновком:

а - програмований (з опитуванням); б - по перериванню; в - прямий

 

7.5. Мікросхеми паралельного введення-виведення

 

Після огляду основних принципів введення-виведення в мікропроцесорних системах звернемося до поширених програмованим мікросхем введення-виведення.

Мікросхеми паралельного введення-виведення мають безліч фірмових назв, але їх внутрішня архітектура та принципи дії дивно схожі і розрізняються тільки в деяких деталях. Найбільш відомі такі мікросхеми:

6520 - периферійний інтерфейсний адаптер (PIA);

6521 - периферійний інтерфейсний адаптер (PIA), аналогічний 6520;

6522 - універсальний інтерфейсний адаптер (VIA);

6820 - периферійний інтерфейсний адаптер (PIA), еквівалент 6520;

6821 - периферійний інтерфейсний адаптер (PIA), еквівалент 6521;

8255 - програмований паралельний інтерфейс (PPI);

Z80-PIO - програмований введення-виведення (РIO).

Як випливає з наведених назв, програмовані мікросхеми паралельного введення-виведення допускають програмне завдання одного з декількох режимів:

1) всі вісім ліній є входами;

2) всі вісім ліній є виходами;

3) лінії окремо програмуються як вхідні або вихідні.

Крім того, зазвичай передбачаються додаткові лінії для квітірованія. Цей термін характеризує процес обміну керуючими сигналами між мікрокомп'ютером і периферійним пристроєм.

Позначення ліній портів і їх функції в різних мікросхемах також різні, але і тут спостерігається певне однаковість. Більшість зазначених вище мікросхем володіють наступними лініями (рис. 7.6):

 

 

доступ до пам'яті

 

 

Мал. 7.6. Внутрішні регістри типовою запрограмованої мікросхеми паралельного введення-виведення.

 

РА0-РА7 - лінії введення-виведення порту А. Перша лінія відповідає молодшому біту, а друга - старшому;

СА1-Са2 - лінії квітірованія для порту А; СА1 - це вхід переривання, а Са2 можна використовувати і як вхід переривання, і як вихід управління периферійним пристроєм;

РВ0-РВ7 - лінії введення-виведення порту В;

СВ1-СВ2 - лінії квітірованія для порту В; їх функції аналогічні лініям СА1-Са2.

Електричні характеристики портів введення-виведення різноманітні, але всі сигнали обов'язково ТТЛ-сумісні. Вихідні лінії портів (зазвичай групи В) декількох програмованих мікросхем паралельного введення-виведення допускають безпосереднє підключення до бази звичайного або складеного (схема Дарлінгтона) транзистора. Отже, таку мікросхему можна використовувати в якості драйвера реле або лампи. До вихідних лініях порту іноді підключають високовольтні драйвери з відкритим колектором.

На рис. 7.7 показана розводка контактів декількох програмованих мікросхем паралельного введення-виведення.

 

 

Мал. 7.7. Розводка контактів поширених програмованих мікросхем паралельного введення-виведення.

 

7.6. Мікросхеми послідовного введення-виведення

 

Послідовні дані передаються в синхронному або асинхронному режимах. У синхронному режимі всі передачі здійснюються під керуванням загального сигналу синхронізації, який повинен бути присутнім на обох кінцях лінії зв'язку. Асинхронна передача на увазі - передачу даних пакетами; кожен пакет містить необхідну інформацію, що вимагається для декодування що містяться в ньому даних. Звичайно, другий режим складніше, але у нього є серйозна перевага: не потрібен окремий сигнал синхронізації.

Детальніше це питання розглянуто в гол. 8.

Програмовані мікросхеми послідовного введення-виведення випускаються під різними назвами, наприклад:

6850 - асинхронний зв'язковий інтерфейсний адаптер (ACIA);

6852 - синхронний адаптер послідовних даних (SSDA);

8251 універсальний синхронно-асинхронний приймач-передавач (USART);

8256 - універсальний асинхронний приймач-передавач (UART);

Z80-DART - здвоєний асинхронний приймач-передавач (DART).

Як і у мікросхем паралельного введення-виведення, у програмованих мікросхем послідовного введення-виведення спостерігається спільність внутрішньої архітектури. Ось список найбільш типових сигналів:

D0-D7 - вхідні-вихідні лінії даних, що підключаються безпосередньо до шини мікропроцесора;

RXD - прийняті дані (вхідні послідовні дані);

TXD - передані дані (вихідні послідовні дані);

CTS - скидання передачі. На цій лінії периферійний пристрій формує сигнал низького рівня, коли воно готове сприймати дані від мікропроцесорної системи;

RTS - запит передачі. На цю лінію мікропроцесорна система видає сигнал низького рівня, коли вона має намір передавати дані в периферійний пристрій.

Всі сигнали програмованих мікросхем послідовного введення-виведення ТТЛ-сумісні. Відзначимо, однак, що ці сигнали розраховані тільки на дуже короткі лінії зв'язку, наприклад між клавіатурою і корпусом комп'ютера. Для послідовної передачі даних на значну відстань потрібні додаткові буфери і перетворювачі рівнів, що включаються між мікросхемами послідовного введення-виведення і лінією зв'язку.

Розводка контактів найбільш поширених програмованих мікросхем послідовного введення-виведення показана на рис. 7.8.

 

 

Мал. 7.8. Розводка контактів поширених програмованих мікросхем послідовного введення-виведення.

 

7.7. Пошук несправностей в мікросхемах введення-виведення

 

Оскільки робота програмованих мікросхем паралельного введення-виведення передбачувана, можна виявити виникають в них несправності, вимірявши сигнали на різних вхідних і вихідних лініях. Пошук несправностей в мікросхемах паралельного введення-виведення виявляється порівняно простим завданням, чого не можна сказати про мікросхемах послідовного введення-виведення.

Перш за все слід переконатися в тому, що ЦП дійсно вибирає підозрювану програмовану мікросхему вводу-виводу. Для цього достатньо перевірити сигнали на лініях управління за допомогою логічного пробника. Переконавшись у виборі конкретної мікросхеми, необхідно перевірити ситуацію з боку периферійного пристрою. По можливості доцільно написати коротку програму для дослідження порту (т. Е. Зчитування або запису даних) і проконтролювати виникають при її виконанні логічні умови. Відмова транзистора зовнішнього драйвера часто виводить з ладу буфер-драйвер всередині запрограмованої мікросхеми введення-виведення, але пошкодження не обов'язково поширюється на всі вісім ліній конкретного порту. Отже, перед заміною мікросхеми вводу-виводу слід ретельно перевірити периферійний пристрій і відповідні схеми.

Коли мікросхеми вставлені в гнізда, доцільно замінити підозрювану мікросхему на свідомо справну (не забудьте при цьому вимкніть живлення, від'єднайте всі зовнішні схеми). Як і у випадку з напівпровідникової пам'яттю, рекомендується змонтувати гніздо для мікросхеми, якщо його немає.

Виявити несправність в програмованих мікросхемах послідовного введення-виведення набагато важче. Тут також рекомендується перш за все перевірити умови з боку ЦП, т. Е. Різні сигнали шини керування і вибору мікросхеми. Переконавшись в тому, що мікросхема вибирається, можна перевірити стану ліній RTS і CTS (при виведенні) і або (При введенні). Слід також перевірити наявність і правильність сигналів синхронізації (типова частота синхронізації прийому-передачі становить 500 кГц). Нарешті, через відмінності в схемах дуже бажано мати під рукою фірмові матеріали по експлуатації мікросхем.

Корисно, також виконати коротку тест-програму порту, наприклад цикл, який безперервно виводить в порт один і той же байт. Відзначимо, однак, що послідовний інтерфейс з RS-232C вимагає сигналів квитування, тому дуже важливо перевірити драйвери та приймачі лінії зв'язку, роз'єми і кабелі, а також саме периферійний пристрій, перш ніж міняти мікросхему послідовного введення-виведення.

 

Інтегральні схеми

Логічні сімейства

Блоки живлення

Пошук несправностей в блоці живлення

Основні логічні елементи

Схема охоронної сигналізації

Відстеження логічних станів

Моностабільний і бістабільні схеми

Таймери

Пошук несправностей в схемах з таймерами

Мікропроцесори

Мікропроцесорні системи

Пошук несправностей в мікропроцесорах

Практичні схеми ЗУПВ

Пошук несправностей в напівпровідникової пам'яті

Мікросхеми для введення-виведення

Інтерфейси

Мікропроцесорні шини

Довідкові дані по мікросхем

Стабілізований блок живлення

Логічний пробник

Логічний пульсатор

Генератор імпульсів

Тестер цифрових мікросхем

Індикатор струму

Цифровий лічильник-частотомер

Осциллограф

Таблиця позначень основних логічних елементів

Обновлено 03.01.2017 13:57
 
Для тебя
Читай
Товарищи
Друзья