книги / Технические средства автоматизации химических производств

для задания конкретных операций адаптеру, так и для формирования выходных управляющих сигналов, предназначенных для периферий­ ных устройств. Единичные значения определенных битов слова инст­ рукций дают следующие команды:

ДО - передача данных в периферийное устройство возможна; Д2 - прием данных из периферийного устройства возможен;

Д1 - установить ноль на выходе ЗПДТ запроса готовности передат­ чика периферийного устройства (терминала) передать данные;

ДЗ - установить ноль на выходе ВЫХПД; Д4 - установить в ноль разряды ДЗ, Д4, Д5 регистра состояний,

фиксирующих ошибки при приеме данных; Д5 - установить ноль на выходе ЗПРТ запроса готовности приемни­

ка периферийного устройства (терминала) принять данные; Д6 - произвести сброс микросхемы (действия данной команды

аналогичны сигналу на входе СВР); Д7 - произвести обнаружение символов синхронизации (эта коман­

да может быть отдана микропроцессором при сбоях в работе). Следить за процессами приема и передачи информации возможно

путем чтения слова состояния. Единичные сигналы в определенных битах его соответствуют следующим состояниям:

Д0=1 - сигнал ГПД = 1, что свидетельствует о готовности передат­ чика адаптера принять данные от МП;

Д1=1 - сигнал ГПР = 1, что свидетельствует о готовности приемника адаптера передать данные в МП;

Д2=1 - сигнал КПД = 1, что свидетельствует о конце передачи из ПД и отсутствии в нем данных;

Д3=1 - в принятом символе обнаружено нарушение паритета

(ошибка паритета); Д4=1 - МП не считал предыдущую посылку данных до прихода

последующей посылки данных (потеря символа); Д5=1 - в конце посылки данных адаптер не обнаружил стоповых

битов (ошибка в формате); Д6=1 —сигнал обнаружения синхронизации ОС=1 (при внутренней

синхронизации этот сигнал является выходным и регистрирует обна­ ружение символов синхронизации; при внешней синхронизации этот сигнал является входным и определяет периоды приема данных из периферийного устройства);

Д7=0 - сигнал ГПДТ = 0, что свидетельствует о готовности передат­ чика терминала передавать данные.

Последовательность изменения сигналов управления в разных режимах работы адаптера и МП такова.

При асинхронной и синхронных передачах сигнал ГПД информирует МП о готовности адаптера принять информацию по шине данных. Сигнал ГПД = 1, когда сигнал готовности приемника терминала ГПРТ * 0, в слове инструкций ДО = 1 и передатчик пуст (КПД = 1). Сигналы ГПД и КПД обращаются в ноль при подаче сигнала ЗП * 0 из МП. ___

Далее по импульсам на входе СПД при условии, что ГПРТ = 0 и в

91

слове инструкций ДО = 1, данные побитно поступают на выход ВЫХПР. После передачи последнего бита сигнал КПД станет равным единице.

При асинхронном приеме, если в слове инструкций Д2 = 1 импульсы на входе СПР побитно вводят информацию на вход ВХПР. Наличие на этом входе логического нуля свидетельствует о появлении старт-бита. Последующее появление стоп-битов вызывает на выходе ГПР единичный сигнал. Сигнал ЧТ - 0 сбрасывает сигнал ГПР в ноль. Сигналы ЗПРТ, ЗПДТ, ГПДТ представляют дополнительные возможности при взаимодействии МП с периферийным устройством.

Программируемый таймер. Структурная схема программируемого таймера КР580ВИ53 показана на рис. 4.7. Таймер предназначен для получения временных задержек и связанных с ними функций. Он имеет шину данных Д, которая через буфер данных БД соединена с внутренней шиной. К последней подключены три идентичных канала КО, К1, К2, каждый из которых содержит вычитающий 16-разрядный счетчик СЧ, регистр хранения РГХ для запоминания начального числа в счетчик, буферный регистр РГБ для записи промежуточного числа из счетчика и регистра режима РГР, в которое помещают управляющее сло­ во. Тактирующие импульсы на входе ТИ при наличии разрешающего единичного сигнала на входе Р вызывают уменьшение содержимого счетчика от N до 0, где N - число, записанное в РГХ. При достижении нулевого состояния счетчик вырабатывает на выходе некоторый сигнал, вид которого зависит от заданного режима.

Нулевой сигнал на линии записи ЗП производит запись информации из МП в регистры РГР и РГХ. Нулевой сигнал чтения ЧТ позволяет МП по шине данных прочитать содержимое СЧ и РГБ, причем чтение содержимого счетчика требует прерывания процесса счета путем запрета поступления сигналов ТИ. Нулевой сигнал на линии выбора микросхемы ВМ подключает шину данных к таймеру и разрешает производить операции чтения и записи.

Коды 00,01,10 на адресных линиях А1, АО выбирают соответственно каналы КО, К1, К2 при чтении счетчика и при записи в регистр хране­ ния. Код 11 на адресных линиях обозначает обращение к РГР при записи или РГБ при чтении, причем двоичный номер шестиразрядного регистра РГР указывается на линиях Д7, Д6 шины данных, а номер РГБ равен номеру РГР, в который непосредственно перед чтением РГБ заносится код 00 в разряды Д5, Д4. При занесении нулевого кода в разряды Д5, Д4 содержимое счетчика переходит в РГБ. Вывод на восьмиразрядную шину данных числа из РГБ происходит в два этапа: сначала младший, а затем старший байт. Чтение РГБ не прерывает процесс счета импульсов.

Назначение разрядов шины данных для передачи управляющего слова следующее. Значения „0” и „1” разряда ДО определяет двоичный или двоично-десятичный тип счета. В двоичном коде максимальная величина счета составляет 216, а в двоично-десятичном коде - 10^. Двоичные числа от 000 до 101 в разрядах Д2, Д1, ДО задают шесть режимов работы каналов. Коды 01, 10, 11 в поле Д5, Д4 определяют

92

порядок считывания счетчика и загрузки регистра хранения следую­ щим образом: только младший байт; только старший байт; младший, а затем старший байт.

Режим 0 - прерывание работы МП - характеризуется тем, что после окончания счета на выходе ВЫХ устанавливается единичный сигнал, который сохраняется до тех пор, пока не будет произведена загрузка регистров РГХ или РГР. В режимах 4 и 5 формирования строба с про­ граммным и аппаратным запуском после окончания счета формирует­ ся однократный отрицательный импульс длительностью в один период т тактовой частоты. После временной остановки счета сигналом Р = 0 в режимах 0 и 4 счет продолжается с прерванного значения, а в режиме 5 - начинается вновь. Режим 1 - ждущего мультивибратора - харак­ теризуется тем, что после фронта сигнала Р на выходе формируется отрицательный импульс длительностью ЛГт. В режиме 2 импульсного генератора на выходе таймера формируется периодический сигнал, у которого единичное значение сохраняется в течение времени (М - 1)т, а нулевое - в течение времени т. В режиме 3 генератора меандра вы­ ходной сигнал имеет период № и длительность единичного значения ДОт/2 (для четных ./V) или (/V + 1)т/2 (для нечетных ДО.

Контроллер прерываний. Для организации приоритетного прерыва­ ния используют микросхему К589ИК14, которая вырабатывает один из заданных в системе команд МП адресов программ обслуживания в виде команды рестарта. Контроллер прерываний К580ВН59 имеет возможность вызывать обслуживающие программы из области памяти, заданной при его программировании. На рис. 4.8 представлена струк­ турная схема контроллера прерываний К580ВН59. Нулевой сигнал на входе выбора модуля (ВМ) с помощью буфера данных (БД) подключает шину данных (Д) к контроллеру прерываний. Контроллер может работать с 8 -ю периферийными устройствами, запросы на прерывание от которых поступают через индивидуальные входы ЗП0-ЗП7 в регистр

93

Рис. 4.8; Структурная схема контроллера прерываний

РЗП. Работу контроллера программируют путем подачи от МП через шину Д управляющих слов в шесть регистров начальных слов РНС1-РНСЗ и текущих слов РТС1-РТСЗ, находящихся в блоке управ­ ления (БУ).

Если запрограммирован режим векторного прерывания, то конт­ роллер выбирает из регистра РЗП запрос с высшим приоритетом и переносит его в регистр обслуживаемых запросов РОЗП. Одновремен­ но контроллер подает через выход прерывания (ПР) единичный сигнал на вход запроса прерывания МП. Последний подтверждает запрос прерывания формированием отрицательного импульса на входе контроллера ППР. По этому импульсу контроллер передает в МП по шине Д первый байт команды вызова подпрограммы (САЫ). МП анализирует первый байт и дополнительно формирует два отрицатель­ ных импульса на входе ППР. При этих импульсах в МП посылается младший, а затем старший байты адреса начала программы обслужи­ вания.

Программы обслуживания располагают подряд с адресным интерва­ лом в 4 или 8 ячеек памяти. Б первом случае в разрядах А4А3А2А1Ао младшего байта находится код В2В2В0ОО, где БгВ^Вр - двоичное число номера обслуживаемого запроса. Во втором случае разрядам А5А4А3А2А1А0 соответствует код В2В1В0ООО.

В конце программы обслуживания стоит команда конца прерыва­ ния, которая засылается в контроллер для сброса разряда РОЗП, находящегося в единичном состоянии.

При программировании контроллера на режим с опросом выход ПР отключен, и МП по своей инициативе может через шину Д прочитать двоичный номер запроса с наивысшим приоритетом.

Для увеличения числа обслуживаемых запросов контроллеры включают каскадно по радиальной структуре, причем на один ведущий контроллер подают единицу на вход выбора ведомой микросхемы ВВДМ, а на входы ВВДМ всех остальных ведомых контроллеров -

94

нулевые сигналы. Двунаправленные выводы КО, К1, К2 всех контрол­ леров соединяются параллельно. Выходы ПР ведомого контроллера подключаются к входу ЗП ведущего контроллера.

Программирование контроллера начинают с ввода по сигналу ЗП=0 двух или трех начальных управляющих слов. Первое начальное слово идентифицируют адресным сигналом А = 0 и единичным сигналом на линии Д4 шины данных. В разрядах Д7, Д6 , Д5 записывают разряды А7-А5 младшего байта адреса команды САЫ. Значение разряда Д2 нуль и единица соответствуют адресному интервалу 4 и 8 в расположе­ нии программ обслуживания. Единица и ноль в разряде Д1 свидетель­ ствует о том, что контроллер работает самостоятельно или в каскадной схеме. Последующая установка А=1 идентифицирует второе начальное слово, которое содержит старший байт адреса команды САЫ. Если в первом начальном слове Д1-0 вводят третье начальное слово, содер­ жание которого зависит от того, является ли контроллер ведомым или ведущим. Для ведущего контроллера в битах третьего начального слова помещают единицы, если к соответствующим им по номеру входам ЗП подключены ведомые контроллеры. Для ведомого конт­ роллера в младшие биты третьего начального слова помещают двоич­ ный номер входа ЗП, к которому подключен этот контроллер.

Введение начальных слов приводит в нулевое состояние регистры ОЗП и РЗЦ и присваивают входу ЗПО самый высокий приоритет, а входу ЗП7 - самый низкий. После введения начальных слов контрол­ лер подготовлен к работе в режиме с векторным прерыванием. При последующей работе контроллера, если в регистре РОЗП внесен запрос с некоторым приоритетом, то запросы с более низкими приоритетами не обслуживаются.

Для изменения приоритета входов ЗП используют управляющее текущее слово номер два - ТС2, которое вводят в контроллер по окончании выполнения каждой программы обслуживания. Признаком ТС2 являются сигналы А « О, Д4 = О, ДЗ = 0. Управляющее слово ТС2 имеет пять модификаций: о, б, в, г, д. Слово ТС2о характеризуется сигналом Д5 = 1 и устанавливает в ноль разряд РОЗП, соответствую­ щий последнему обслуженному запросу. Слово ТС26 содержит едини­ цы в разрядах Дб и Д5 и осуществляет сброс в ноль того разряда РОЗП, двоичный номер которого указан в разрядах Д2-Д0 этого слова. Слово ТС2 имеет код Д7 * 1, Д5 « 1 и действует так же, как слово ТС2о, но в дополнение к этому номеру последнего обслуженного запроса присваивает наинизший приоритет. Соответственно происходит цик­ лический сдвиг приоритетов и у других входов ЗП. Слово ТС2г в разрядах Д7, Д6 , Д5 содержит единицы, выполняет операцию, задава­ емую словом ТС26 и присваивает низший приоритет тому входу ЗП, который имеет двоичный номер, записанный в разрядах Д2-ДО этого слова. Слово ТС2д (Д7 = 1, Д6 = 1) устанавливает наинизший приоритет тому входу ЗП, номер которого указан в разрядах Д2ДО этого слова.

С помощью управляющего текущего слова ТС1 (слова маски), имеющего идентификатор А я 1, блокируют действие входов ЗП путем

95

записи единицы в соответствующие разряды этого слова. Управляю­ щее текущее слово ТСЗ, имеющее признаки А = О, Д4 = О, ДЗ * 1, адре­ сует регистры контроллера при их считывании, вводит временный запрет на действие РОЗП и имеет пять модификаций: о, б, в, г, д. Слово ТСЗа, имеющее сигнал Д2 = ^устанавливает режим обслуживания по опросу. После подачи сигнала ЧТ = 0 действие этой команды прекраща­ ется. Слова ТСЗб (Д1 = ДО = 1) и ТСЗв (Д1 = 1) организуют при последу­ ющих сигналах ЧТ = 0 многократное чтение регистров РЗП и РОЗП, соответственно. Слово ТСЗг (Д6 = Д5 = 1) применяют тогда, когда необходимо обслужить запрос, который заблокирован обслуженным или обслуживаемым запросом, хранящимся в РОЗП без установки РОЗП в нулевое состояние. Это слово записывается после слова ТС1 и устраняет влияние тех разрядов РОЗП, которые отмечены единичными сигналами в соответствующих битах ТС1.

Содержимое РТС1 выдается на шину данных при подаче сигналов ЧТ = 0 и А = 0.

Шинный формирователь. Для повышения выходной мощности систе­ мных шин и шин пользователя, кроме ранее рассмотренной микросхемы многорежимного буферного регистра, используют также шинный формирователь (шинный драйвер) К589АП16. Формирователь имеет три четырехпроводные шины. Шина А служит для приема информации, шина С - для выдачи информации, а шина В является двунаправлен­ ной. Формирователь содержит два управляющих входа: выбор крис­ талла ВК и управление вводом УВ. При ВК - 0 и УВ = 0 информация передается от шины А к шине В. При И? = 0 и УВ = 1 информация передается от шины В к шине С. Сигнал ВК = 1 переводит шины В и С в высокоимпедансное состояние. Соединение шин А и С позволяет создать устройство, которое в зависимости от значения сигнала УВ производит передачу информации по некоторой магистрали в одну или другую сторону.

4.4. Применение микропроцессорных комплектов БИС

Простейшие микроЭВМ, предназначенные для автоматизации ТОУ или управления информационными системами, называют программи­ руемыми контроллерами или микроконтроллерами. В этих микрокон­ троллерах используют БИС различных серий. В программируемом универсальном контроллере ..Электпоника К1-20” применяют БИС серий К580, К589, К565, К556, К573, К567 и К155, причем базовым комп­ лектом являются микросхемы серии К580. Этот контроллер представ* ляет собой плату, помещенную в пластмассовый корпус с размерами ЗбОх245х 35 мм. Контроллер состоит из ряда модулей и устройств.

Микропроцессорный модуль формирует системные шины, подобные рассмотренным ранее. В программируемом ПЗУ объемом 6 Кбайт записаны тестовые программы и 2 0 подпрограмм для обработки чисел с плавающей запятой. Подпрограммы позволяют, например, склады­ вать и умножать двухбайтные числа, вычислять синус и арксинус. ОЗУ емкостью в 1 Кбайт может быть использовано для хранения программ

96

и данных пользователя. На плате контроллера имеются колодки, в которые устанавливают перепрограммируемые ПЗУ пользователя с объемом памяти от 3 до 12 Кбайт (в зависимости от исполнения). С помощью изменения положения перемычек, находящихся на плате, в качестве ПЗУ используют различные типы микросхем: К573РФ1, К573РФ2, КР556РТ5. Все блоки памяти, а также регистры таймера, контроллера приоритетных прерываний, последовательного и двух параллельных адаптеров, имеют фиксированные значения адресов. Например, ячейки ОЗУ имеют адреса с 2000Н по 2 РРРН, информацион­ ные регистры каналов 0, 1 и 2 таймера имеют соответственно адреса 00Л), ООП, 00Г2, а ко всем регистрам режима таймера обращаются по адресу 00ГЗ.

Контроллеры вводавывода и таймер подключены к шине пользо­ вателя, состав которой показан на рис. 4.9.

Для увеличения выходной мощности параллельные адаптеры подключают к шине пользователя через инвертирующие шинные формирователи. Перемычки на плате, через которые подают сигналы на управляющие входы формирователей, установлены в такое поло­ жение, что адаптеры могут только выводить информацию от шин ПА. По этой же причине шины ПВ служат только для ввода информации. У первого адаптера по линиям 1ПС0-1ПСЗ можно выводить информа­ цию, а по линиям 1ПС41ПС7 - вводить.

Шина ПС второго адаптера соединена с шиной пользователя универ­ сального контроллера через оптронные гальванические разделители. При этом линии 2ПС0-2ПСЗ работают на вывод информации, а в остальные разряды шины ПС вводят информацию по линиям 2ПС4+- 2ПС7+, а выводят - по линиям 2ПС4- - 2ПС7-.

Шина пользователя выведена на второй и третий разъемы универ­ сального контроллера. К первому разъему подключены системные шины универсального контроллера. Кроме того, на первый разъем подключены линии КО, К1, К2 контроллера приоритетных прерываний и линия блокировки запоминающих устройств БЗУ. Нулевой сигнал на входе БЗУ отключает всю память, находящуюся на плате универсаль­ ного контроллера, что позволяет использовать внешнюю память емкостью до 64 Кбайт. Через первый разъем можно расширять систему добавлением нужных информационных контроллеров. Универсальный контроллер укомплектован пультом управления в пластмассовом корпусе с размерами 235x160x30 мм, который подключают к первому разъему.

Пульт на лицевой панели имеет девятиразрядный цифровой инди­ катор и 20 клавиш (0-Г, „Сброс”, „#”, „ц_Л „СК”), цифровые клавиши

с4 по 9 имеют дополнительную маркировку в виде отдельных латинс­ ких букв. Пульт содержит информационный контроллер, построенный

сипользованием параллельного адаптера, и перепрограммируемое ПЗУ. В нем записана программа монитор объемом 4 кбайт, служащая для организации диалогового взаимодействия пользователя с универ­

сальным контроллером. При подключении пульта используют часть

97

содержимое памяти. После нажатия клавиши 3 и набора адреса иссле­ дуемой ячейки памяти в позициях 2 -5 индикатора высвечивается набранный адрес. Последующее нажатие клавиши разделителя выводит содержимое ячейки в позиции 7, 8 индикатора. Далее, если содержимое ячейки необходимо сохранить, то повторно вводят разде­ литель а если содержимое ее необходимо модифицировать, то перед вводом разделителя набирают новый код.

Запуск программы с нужного адреса осуществляют последователь­ ным вводом символа С, адреса и символа „СЯ”.

Принципы, работы других микроконтроллеров аналогичны рас­ смотренному контроллеру.

98

Архитектура УВК

Рис. 5.1. К понятию архитектуры УВК

В состав микроЭВМ помимо МП входят: блоки или узлы, часто (но не всегда) выполняемые на средствах микроэлектроники (запомина­ ющие устройства, контроллеры внешних устройств); внешние устрой­ ства (накопители информации на магнитных лентах и дисках, дисплеи, печатающие механизмы, УСО, аппаратура подготовки данных (АДП) и т.п.); программные средства по обеспечению функционирования машины.

Вархитектуре УВК на рис. 5.1 ,не отражено использование средств микроэлектроники, но в содержательном описании структуры любой управляющей машины имеется указание по этому вопросу.

Один из основных блоков современных управляющих машин - управление функционированием УВК - (см. рис. 5.1) обычно взаимо­ действует с аппаратными средствами и программным обеспечением, поскольку управляют работой отдельных элементов и всего УВК как аппаратура, так и программы внутреннего ПО. Управление функцио­ нированием УВКэто организация вычислений и обмена информацией между компонентами комплекса. Сюда относят взаимную синхрони­ зацию элементарных действий, согласование ресурсов технических средств, реализацию прерываний в соответствии с приоритетами и т.п.

Таким образом, архитектура УВК - это описание основных функци­ ональных составляющих и принципов организации работы техничес­ ких и программных средств комплекса для решения определенного класса задач управления ТОУ.

Вданной главе управляющие ЭВМ описаны преимущественно на уровне архитектуры соответствующих УВК; более детально рассмот­ рены характерные представители серийно выпускаемых средств вычислительной техники.

100