29.4 Микропроцессор 8080 (к580вм80) !!!не обязательный материал!!!!
История микропроцессорных средств началась в 1971 г., когда фирма «Intel» объявила о выпуске семейства интегральных микросхем, предназначенных для построения программируемых калькуляторов.
В 1973 г. появились однокристальные МП, в которых управляющее устройство было выполнено по схеме с жесткой логикой, операционное устройство обрабатывало 8-разрядные данные. Типичными представителями МП этого времени являются МП фирм “Intel” и “Motorola” – I8080 и M6800.
В МП комплекте серии К580 процессор (аналог i8080) вместе с устройством управления реализован в виде отдельной БИС и имеет фиксированные разрядность и систему команд, “зашитую” в БИС памяти. Это микропроцессорная БИС КР580ВМ80.
МП КР580ВМ80 представляет собой однокристалльный 8-разрядный МП с тремя шинами: однонаправленная 16-разрядная ША, двунаправленная 8-разрядная ШД и 12 сигналов управления (6 входных и 6 выходных). Функциональное назначение внешних выводов МП на рисунке 29.9.
Структура МП приведена на рисунке 29.10. Одновременно по внутренней ШД может осуществляться обмен данными только между двумя узлами МП. То есть узлы МП, подсоединенные к ШД, разделяют эту шину во времени.
Блок регистров. МП содержит программно-доступные 8-разрядные регистры: регистр-аккумулятор (А); общие регистры (РОН) В, С, D, Е; регистр признаков (флагов) RF; 16-разрядные счетчик команд (PC) и указатель стека (SP); сдвоенный регистр косвенного адреса HL.
Кроме того, имеются недоступные программе регистры: 8-разрядные регистры временного хранения T, W, Z; 8-разрядный регистр команды (Рг К); 16-разрядный регистр адреса (РА). Имеется возможность использования содержимого пар регистров В и С, D и E, H и L как составных слов двойной длины.
Общие регистры используются для хранения операндов, промежуточных и конечных результатов, а также адресов и индексов при косвенной и индексной адресации.
Аккумулятор используется в качестве источника одного из операндов и места, где фиксируется результат операции.
В команде аккумулятор в явном виде не адресуется. На использование аккумулятора в операции указывает код операции команды. Иначе говоря, в отношении аккумулятора применяется подразумеваемая адресация, что позволяет применять адресные команды.
Рисунок 29.9 - Обозначение выводов МП 580ВМ80
По отношению к другим программно-доступным регистрам применяется или подразумеваемая, или укороченная (регистровая) адресация, задаваемая коротким номером регистра.
Наличие в блоке регистров регистра косвенного адреса HL позволяет иметь команды с подразумеваемой косвенной адресацией, т. е. без указания в команде номера регистра, хранящего исполнительный адрес.
Особенностью блока регистров является наличие в его составе схемы инкремента/декремента, которая производит над содержимым регистров (без привлечения АЛУ) операцию сложения/вычитания 1, что позволяет реализовать процедуры автоматического задания приращений при операциях с адресами не только в SP, но и в РС.
Рисунок 29.10 - Функциональная схема МП 580ВМ80
При выполнении операций в МП возникает потребность в кратковременном хранении некоторых операндов и результатов выполнения операций. Для этой цели служат регистры временного хранения данных T, W, Z. Это позволяет МП за один цикл выполнения команды реализовать, например, такую операцию, как обмен содержимым 2-х регистров.
АЛУ. 8-разрядная комбинационная схема АЛУ выполняет арифметические и логические операции и сдвиг над 8-разрядными числами в процессе межрегистровых пересылок.
К одному из входов схемы АЛУ всегда подключен аккумулятор, к другому через регистр Т (регистр временного хранения) может быть подключен любой из общих регистров. Регистр Т позволяет избежать возникновения “гонок”, когда какой-либо из общих регистров используется в одной операции и в качестве регистра-операнда, и в качестве регистра-результата.
АЛУ связано непосредственно с регистром признаков (регистр флагов RF), в соответствующих разрядах которого фиксируются особенности выполнения каждой операции: нулевой результат в аккумуляторе – Z, перенос из старшего разряда – CY, знак результата – S, паритет (четность) – Р и вспомогательный перенос из младшего полубайта – АС. Формат RF приведен на рисунке 44.9.
Рисунок 44.9 - Регистр флагов МП 580ВМ80
Использование в МП регистра флагов упрощает осуществление программных переходов в зависимости от состояния одного или более триггеров признаков-флагов. АЛУ позволяет в процессе межрегистровых пересылок выполнять операции сдвига на один разряд вправо или влево.
АЛУ реализует простейшие арифметические и логические операции (сложение, вычитание, сдвиги, сравнение и др.). Все более сложные операции (умножение, деление, вычисление элементарных функций и др.) выполняются по подпрограммам.
Стековая память. В МП КР580 организуется стековая память, реализующая безадресное задание операндов. В общем случае стек представляет собой группу последовательно пронумерованных регистров или ячеек памяти, снабженных указателем стека, в котором автоматически при записи и считывании устанавливается номер (адрес) последней занятой ячейки стека (вершина стека).
Непосредственно в МП КР580 из оборудования стековой памяти содержится только SP и соответствующие цепи управления. Сам стек реализуется в ОЗУ. Стековая адресация широко используется при работе с подпрограммами и при прерываниях.
Буферные схемы. Двунаправленный буфер ШД предназначен для логического и электрического разделения внутренней ШД и внешней, системной ШД.
Буфер состоит из регистра и выходной схемы с тремя состояниями. Эти буферы, отключающиеся от системной шины, обеспечивают реализацию магистрального принципа межмодульных связей в МПС.
Во время выполнения операций в МП, не связанных с процедурами обмена с внешними по отношению к МП устройствами системы, буферная схема отключается от ШД, т. е. переходит в высокоимпедансное состояние.
Буферная схема ША – однонаправленная - обеспечивает передачу адресов команд и данных, а также номеров ПУ от МП в систему. Выход буфера адреса также может переходить в отключенное состояние (это нужно, например, когда в МПС к памяти может обращаться по системной ША не только МП, но и некоторые из ПУ – пульт оператора, контроллер ПДП и др.).
Выполнение каждой команды производится МП в строго определенной последовательности, определяемой кодом команды, и синхронизируется по времени сигналами Ф1 и Ф2 тактового генератора. Период синхросигналов Ф1 и Ф2 называется машинным тактом (МТ). Длительность Т может быть равна 0,5¸2 мкс.
При анализе процессов используют следующие понятия: машинный цикл (МЦ) – время для извлечения 1 байт информации из памяти или выполнения команды, определяемой одним машинным словом.
Машинный цикл может состоять из 3-5 машинных тактов.
Время выполнения команды – время для получения, декодирования и выполнения команды. Команда в свою очередь может состоять из (2¸5) МЦ.
Каждый такт машинного цикла образует пара сигналов тактирования Ф1 и Ф2, поступающих от внешнего генератора (580ГФ24). В начале каждого машинного цикла первичный автомат генерирует сигнал синхронизации МПС СИНХРО (SYNC). Все такты Т1-Т5 имеют одинаковую длительность.
Процессор в первом такте Т1 каждого машинного цикла генерирует на ШД слово состояние процессора - ССП (PSW), которое содержит информацию о процессах, происходящих в МП. Так как сигнал синхронизации СИНХРО вырабатывается МП в начале каждого МЦ, то он используется в качестве сигнала, идентифицирующего информацию на ШД как ССП.
Всего МП 8080 имеет десять типов МЦ и соответственно 10 кодов ССП, идентифицирующих эти циклы (выборка команды, чтение из памяти, запись в память, чтение из стека, запись в стек, чтение из УВВ, запись в УВВ, разрешение прерываний, разрешение останова, разрешение прерывания во время останова). Каждый разряд ССП заводится на соответствующие управляющие входы адаптеров или схем сопряжения с УВВ, определяя тем самым их режим функционирования в соответствии с данным текущим состоянием МП.
1 Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справ. / Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренко. – Мн.: Беларусь, 1994. – 591 с.
2 Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учеб. пособие для приборостроит. спец. вузоы. – М.: Высш. шк., 1991 – 622 с.
3 Кликушин Ю.Н., Михайлов А.В. Электроника в приборостроении. Тексты лекций. - Омск: ОмГТУ, 2000.
4 Кончаловский В.Ю. Цифровые измерительные устройства. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 304 с.
5 Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. – Киев: Вища школа, 1986. – 560 с.
6 Пароль Н.В., Кайдалов С.А. Знакосинтезирующие индикаторы и их применение. – М.: Радио и связь, 1988. – 128 с.
7 Сергеев В.М. Электроника. Ч.1: Элементная база, аналоговые функциональные устройства: Учеб. пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 128 с.
8 Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 304 с.
9 ИС для вторичных источников питания [Электронный ресурс]: содержатся основные сведения об интегральн. схемах стабилизаторов и конвертеров напряжения: ноябрь 2004. – Режим доступа: http://www.radiotexnika.ru/spravochnik/adv/advh48.php. – Загл. с экрана.
10 DC-DC конвертер 1156ЕУ5 [Электронный ресурс]: содержатся сведения о характеристиках и схемах включения в составе стабилизаторов и конвертеров напряжения: октябрь 2001: научно-технический центр схемотехники и интегральных технологий: Россия, Брянск. – Режим доступа: http://www.promelec.ru/pdf/1156eu5.pdf. – Загл. с экрана.
11 Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учеб. для вузов. – М.: Высш. школа, 1982. – 496 с.
12 Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. – М.: Мир, 1982. – 512 с.
13 Достал И. Операционные усилители: Пер. с англ. – М.: Мир, 1982. – 512 с.
14 Цапенко М.П. Измерительные информационные системы. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 439 с.
15 Алексенко А.Г. и др. Применение прецизионных аналоговых микросхем / А.Г. Алексенко, Е.А. Коломбет, Г.И. Стародуб. – М.: Радио и связь, 1985. – 256 с.
16 Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. – М.: Радио и связь, 1991. – 376 с.
17 Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы / Под ред. С.В. Якубовского. – М.: Радио и связь, 1985. – 432 с.
18 Игловский И.Г., Владимиров Г.В. Справочник по слаботочным электрическим реле. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. – 560 с.
19 Ханзел Г.Е. Справочник по расчёту фильтров: США, 1969 / Пер. под ред. А.Е. Знаменского. – М.: Сов. радио, 1974. – 288 с.
20 Вольтметр импульсного напряжения стробоскопический вычислительный В4-24 // Проспект по применению. – ЦООНТИ «ЭКОС». – 1990. – 21 с.
21 Суэтинов В.И., Тимошенков В.П., Гайдис Р.А. Интегральная схема стробсмесителя на арсениде галлия // Техн. ср-в связи. Сер. РИТ. – 1987. – Вып. 4. – С. 80–87.
22 Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Пер. с англ. – М.: Мир, 1983. – Т. 2. – 590 с.
23 Чередов А.И. Измерительные преобразователи параметров ёмкостных датчиков: Учебн. пособие. – Омск, ОмПИ, 1988. – 80 с.
24 Кликушин Ю.Н., Кривой Г.С., Ярошевский М.Б. Расчёт измерительных цепей на операционных усилителях. – Учеб. пособие. – Омск: ОмПИ, 1981. – 79 с.
25 Сифоров В.И. Радиоприёмные устройства. – М.: Сов. радио, 1974. – 560 с.
26 Будинский Я. Логические цепи в цифровой технике / Под ред. Б,А, Калабекова. – М.: Связь, 1977. – 392 с.
27 Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 320 с.
28 Микропроцессоры: Кн.2: Средства сопряжения. Контролирующие и информационно–управляющие системы: Учеб. для техн. вузов / В.Д. Вернер, Н.В. Воробьёв, А.В. Горячев и др.; Под ред. Л.Н. Преснухина. – Мн.: Выш. шк., 1987. – 303 с.
29 Осокин А.Н. Схемотехника (часть вторая): Учеб. пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2001. – 144 с.
30 Предко М. Руководство по микроконтроллерам. Т. 1. – М.: Постмаркет, 2001. – 416 с.
31