14. Основы построения микропроцессорных систем управления: структура мпсу, структура управляющей микроЭвм (контроллера), шинная организация и структура программ.

МПСУ представляет собой комплекс технических и программных средств, осуществляющих ввод информации о состоянии управляемого объекта, обработку информации и вывод управляющих сигналов на объект управления. Функциональная схема МПСУ приведена на рис.1.1, где ВУ – внешние устройства.

Ядром МПСУ является МЭВМ. Минимальная конфигурация МЭВМ содержит микропроцессор (МП) и устройства памяти (рис.1.2). Память подразделяется на постоянную (ПЗУ) и оперативную (ОЗУ). В ячейках ПЗУ хранятся в виде двоичных кодов команды программы работы МПСУ. МП выполняет эти команды. ПЗУ является обязательным элементом МПСУ. Промежуточные результаты выполнения команд сохраняются во внутренних регистрах МП. Большие объемы информации результатов выполнения команд сохраняются в ОЗУ.

Работа МП состоит в последовательном выполнении команд, считанных из ПЗУ (рис.1.3). Структурно команда состоит из кода операции (КОП) и операндов.

КОП является обязательной частью команды, и он определяет содержание действий в процессе выполнения команды и также указывает на наличие операндов. Операнд является необязательной частью команды. Количество операндов (0, 1 или 2) в команде определяется КОП. Операнд содержат информацию, уточняющую действия в процессе выполнении команды:

- адреса ячеек памяти и ВУ,из которых читается информация (в цикле чтения) или в которые записывается информация (в цикле записи);

- числовые константы;

- проверяемые условия;

- адреса переходов и др.

Операнды, относящиеся к выполняемой команде, располагаются по адресам ячеек ПЗУ сразу за ячейкой с КОП.

Некоторые команды не содержат операндов.

Естественное выполнение команд – последовательное. Однако возможны безусловные и условные переходы, например, как показано на рис.1.3, после выполнения команды №2 следующей выполняется команда № N.

Всигнальном представлении КОП и операнды абсолютно неразличимы. Любой код, например, 7F, может быть либо КОП, либо операндом. Однозначность трактовки кодов и, следовательно, правильность выполнения команд программы, записанной в ПЗУ, достигается благодаря применению начальной установки и сброса МП. После прохождения начальной установки или сброса во всех типах МП начинает исполняться команда, которая расположена по нулевому адресу ПЗУ, причем всегда первым считанным кодом будет только КОП. Это, так называемый, аппаратный пуск программы МПСУ. Начальная установка происходит в момент включения питания процессора. Сброс осуществляется нажатием на кнопку "Сброс", которая имеется в схемах всех МПСУ.

Дальше команды исполняются в соответствии с их содержанием и расположением в ПЗУ. Сначала исполнится команда, считанная с нулевого адреса ПЗУ. Затем выполняется следующая команда, КОП которой содержится по адресу сразу за 2-м операндом предыдущей команды (рис.1.3) и т.д.

Структурно МПСУ имеют шинную (магистральную) организацию связей МП с памятью и ВУ (рис.1.4).

Шина представляет собой совокупность физических проводников, объединенных по функциональной идентичности сигналов, передаваемых по проводникам. В МПСУ ШД имеет обычно 8 проводников (1 байт), ША – 8 или 16 проводников (1 байт и 1 слово), размерность ШУ составляет 2-5 проводников.

Шинная организация позволяет строить МПСУ по модульному принципу, в соответствии с которым возможно подключение стандартным способом, видным из рис.1.4, произвольного числа блоков памяти и ВУ.

Между МП и блоками памяти и ВУ по ШД происходит обмен данными D. Связь МП с конкретным устройством устанавливается с использованием адресной информации А, передаваемой по ША. По отношению к устройствам адресная информация структурно состоит из двух частей: адреса устройств и адреса ячейки памяти внутри этих устройств. Адрес устройства формируется дешифратором ДШ. Выбранное устройство активизируется сигналом(ChipSelect– выбор кристалла чипа), в результате чего это устройство выходит на связь с МП. Все остальные устройства неактивны и связи с МП не поддерживают. В МПСУ активный уровень сигнала выбора кристалластандартизирован и равен 0. Управляющая информация, поступающая с ШУ, определяет направление передачи информации между МП и устройствами, выбирает для связи либо блоки памяти, либо ВУ, подтверждает прерывания и др.

МП имеет также входы управляющих сигналов, назначение и количество которых зависит от типа МП. Стандартными управляющими входными сигналами МП являются сигналы сброса, запроса прерывания, захвата шин, остановки. ВУ активно используют вход запроса прерывания.

В режиме вывода информации из МП к ШД может быть подключено любое число блоков памяти и ВУ.

В режиме ввода информации в МП к ШД может быть подключено только один из блоков памяти или одно ВУ. Если этого не выполнить, то принимаемая МП информация будет неправильной, а одновременно подключенные к ШД блоки памяти и ВУ выйдут из строя.