Разработка интерфейса сопряжения схемы узла с процессорной системой
Сопряжение узла с процессорной системой происходит посредством шины Microbus. Для работы устройства используются следующие сигналы шины:
𝐼̅̅𝑂̅̅𝑅̅ – сигнал чтения ПС статуса устройства с шины данных; ̅𝐼̅𝑂̅̅𝑊̅̅ – сигнал
подачи ПС очередной команды на шину данных; Reset – сигнал сброса устройства в исходное состояние; Ready – сигнал, передаваемый на шину устройством при готовности к обмену данными с ПС. Шина данных используется для передачи устройству сигналов Start и Stop. Для подачи команды на устройство и чтения статуса устройства используется адрес 80h.
Команда Start хранится в первом бите шины данных; команда Stop – в нулевом. Чтобы подать команду на устройство, следует выбрать соответствующий адрес и установить соответствующий бит шины данных в единицу.
Для хранения статуса устройства используются два JK – триггера: один из них отвечает за готовность устройства и хранит сигнал Ready, второй отвечает за остановку работы схемы при подаче сигнала Stop.
На узел подается тактирующая последовательность с внешнего генератора.
Выходные сигналы узла Z0..Z3 подаются на выход устройства.
Структурная схема интерфейса сопряжения представлена на рисунке 12.
Рис. 5.1
Схема синтеза интерфейса сопряжения в САПР Quartus II представлена на рис. 13.
Рис. 5.2. Схема интерфейса сопряжения узла с ПС
Подробное описание функционирования узла
Результаты функционального (рис. 14) и временного (рис. 15) моделирования работы проектируемого узла представлены на временных диаграммах ниже.
Рис. 6.1. Функциональная диаграмма работы узла.
Рис. 6.2. Временная диаграмма работы узла.
В начале работы узла ПС подает сигнал на запуск устройства, для этого на шине адреса выставляется значение 0x80, а на шине данных выставляется 1 на
бит в
первом
разряде
(команда
Start)
и
подается
команда
.
Получившее
команду запуска устройство начинает тактироваться, на выходах узла образуются необходимые сигналы, флаг Ready устанавливается в 0.
Для считывания
статуса устройства
на адресной
шине выставляется
0x80 и подается
сигнал
.
Для подачи сигнала Stop на шине адреса
выставляется значение 0x80, а на
шине данных
выставляется
1 на
бит в
нулевом разряде
(команда Stop)
и подается
команда
Получившее
команду
останова
устройство
продолжает
текущий
цикл до конца, затем останавливает работу. Флаг Ready устанавливается в 1.
Для подачи сигнала Reset при продолжающейся цикличной работе устройства на шине адреса выставляется значение 0x80, сигнал Reset
выставляется в 1 и подается сигнал Работа устройства мгновенно
останавливается, на выходах z0..z3 образуются 0, а флаг Ready устанавливается в 1.
Определение частоты генератора тактовых испульсов
Для обеспечения корректной работы устройства период тактового сигнала
должен
составлять 50
нс или 1
50∗10−9
= 20 МГц.
Выбор технической реализации генератора тактовых импульсов зависит от целого ряда факторов. Определяющим фактором является требуемая стабильность частоты выходных импульсов.
Наибольшую стабильность обеспечивают схемы, содержащие в своем составе кварцевые резонаторы. Промышленностью выпускается достаточно обширный круг таких ИС. Основной недостаток этих схем – достаточно высокая стоимость (несколько долларов).
При допустимой нестабильности частоты порядка единиц процентов применяют простые кольцевые генераторы или RC-генераторы, с времязадающими элементами в виде цепочек, содержащих конденсаторы и резисторы.
Для схемы рис. 14 времязадающая цепочка RC определяет частоту выходных импульсов, равную приблизительно 0,53/RC.
Тогда при 𝑅 = 270 Ом:
Рис. 7.1
0.53
𝑊 ∗ 𝑅
С
=
импульса
0.53
=
20
∗
106
∗
270
≈ 5 ∗ 10−11 = 100 пФ