Тимофеев А.С. Цифровые устройства и микропроцессоры по дисциплине Микропроцессорные устройства: учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

4.1.4 Режимы работы таймера

Каждый из счетчиков ПТ может совершенно независимо от

других счетчиков работать в одном из шести режимов:

1. Режим 0 – программируемая задержка;

2. Режим 1 – программируемый ждущий мультивибратор;

3. Режим 2 – программируемый генератор тактовых сигналов;

4. Режим 3 – генератор прямоугольных сигналов;

5. Режим 4 – программно–управляемый строб;

6. Режим 5 – аппаратно–управляемый строб.

Временные диаграммы работы ПТ в различных режимах

даны на рисунке 4.5.

В режиме 0 после занесения управляющего слова на выходе

OUT устанавливается низкий уровень. Уменьшение счетчика

начинается при высоком уровне сигнала GATE. После окончания

счета на выходе OUT устанавливается напряжение уровня

логической 1. При загрузке в счетчик во время счета нового

значения, младший байт останавливает счет, а загрузка старшего

байта начинает новый цикл счета. Данный режим 0 используется

для формирования через нужные интервалы времени сигнала

прерывания МП.

В режиме 1 при высоком уровне сигнала GATE на выходе

OUT формируется отрицательный импульс длительности N

периодов тактовых импульсов CLK. Загрузка в процессе счета

нового значения N не изменяет текущего значения счета. Импульс

новой длительности формируется при следующем нарастании

фронта сигнала GATE. Этот режим формирования импульса

позволяет использовать ПТ как аппаратно запускаемый

одновибратор с повторным перезапуском. Такой режим часто

используется в технических задачах.

В режиме 2 ПТ генерирует периодический сигнал с частотой

в N раз меньшей частоты тактовых импульсов CLR. Выходной

сигнал уровня логического нуля устанавливается на последнем

такте периода. Загрузка счетчика новым значением N в процессе

счета приводит к изменению величины следующего периода.

Сигнал GATE в этом режиме можно использовать для внешней

синхронизации ПТ, так как уровень логического нуля сигнала

GATE запрещает счет, устанавливая высокий уровень сигнала

OUT, а уровень логической 1 сигнала GATE начинает счет сначала.

Режим 3 отличается от режима 2 тем, что при четном

значении N на выходе счетчика генерируются сигнал уровня

логической 1 в течение первой половины периода и сигнал уровня 0

в течение другой половины. При нечетном N длительность сигнала

1 на один такт больше, чем для сигнала уровня 0. В этом режиме

число N=3 нельзя загружать в счетчик.

Режимы 2 и 3 не требуют повторной загрузки коэффициентов

пересчета и дают возможность эффективно использовать ПТ как

делитель частоты с различной формой выходного сигнала.

Счетчики с перестраиваемым в широких пределах коэффициентом

деления позволяют тактировать различные устройства, частота

запуска которых определяется решаемой в данный момент задачей.

Режим 0

n=4

m=5



m=5

OUT

CLK

GATE

OUT

Рисунок 4.5 − Режимы работы ПТ

Режим 1

Режим 2

n=3

OUT

CLK

0(3)

0(4)

n=4

Режим 3

OUT

CLK

0(4)

0(5)

n=4

n=5

Режим 4

n=5

OUT

CLK

GATE

Рисунок 4.6 − Режимы работы ПТ (продолжение)

Режим 5

n=3

OUT

CLK

GATE

Рисунок 4.7 − Режимы работы ПТ (продолжение)

В режиме 4 генерируется выходной сигнал уровня

логической 1 длительностью N периодов тактового сигнала CLK.

После окончания счета устанавливается выходной сигнал уровня 0

на один период сигнала CLK. Перезагрузка младшего байта в

процессе счета не влияет на текущий счет, а загрузка старшего

байта начинает новый цикл счета. Низкий уровень сигнала GATE

приостанавливает процесс счета. Этот режим позволяет

формировать строб, запускаемый программно. Такая задача

возникает при согласовании времени запуска аппаратных

компонентов с моментом готовности программных средств,

например, с окончанием текущего цикла обработки информации.

Режим 5 аналогичен режиму 4. Запуск счетчика производится

положительным фронтом сигнала GATE. Загрузка счетчика новым

значением числа N в процессе счета не влияет на длительность

текущего цикла, но следующий цикл счета будет соответствовать

новому значению N. Это режим формирования строба с

аппаратным запуском. Таким образом, процесс может быть

запущен со стороны аппаратуры, а программа определит состояние

процесса, считывая состояние нужного счетчика ПТ.

Счетчики программируются независимо друг от друга и в

произвольном порядке.

Воздействие запрещающего сигнала GATE на счетчик

зависит от его режима работы (таблица 4.3).

В процессе работы ПТ микропроцессор может получить

информацию о состоянии любого счетчика. Для этого нужно читать

значение счетчика. Если выполнять эту операцию без

дополнительных приемов, то считывание двух байтов произойдет

при разных значениях счетчика. Между двух операций чтения

счетчик успеет подсчитать несколько импульсов входной частоты

CLK.

Таблица 4.3 − Функции сигнала GATE программируемого таймера

Режим

Отрицательный

фронт или низкий

уровень

Положительный

фронт

сигнала

Высокий

уровень

0 Запрещает счет —

Разрешает

счет

1 —

Начинает счет,

устанавливает

низкий уровень

выходного сигнала

со следующего

такта

—

Запрещает счет,

устанавливает

высокий уровень

выходного сигнала

Начинает счет

Разрешает

счет

3 То же Начинает счет То же

4 Запрещает счет — То же

5 Запрещает счет Начинает счет —

Поэтому предлагается два способа чтения содержимого счетчика с

получением верных результатов:

1.На время считывания содержимого счетчика

приостанавливаем работу нужного счетчика подачей

соответствующего сигнала GATE уровня логического нуля или

блокировкой тактовых импульсов и читаем с помощью команд

ввода (IN) содержимое счетчика (один или два байта). Количество

считываемых байтов соответствует количеству байтов, указанных

при программировании режима. Если запрограммировано два байта

начального значения, то и при чтении нужно читать два байта,

начиная с младшего. В других случаях можно будет прочитать

только младший или только старший байт, соответственно режиму.

Данный способ очень неудобен, требует внешнего управления

сигналами GATE и/или CLK и требует останавливать процесс

счета, что часто недопустимо.

2.Записываем в ПТ управляющее слово, содержащее нули в

разрядах D4 и D5 (рисунок 4.4). В разрядах D6 и D7 указывается

номер выбранного счетчика (0, 1 или 2). Состояние разрядов D0 –

D3 при этом несущественно. Содержимое заданного счетчика

копируется в специальный буфер, откуда считывается с помощью

команд ввода. Этот режим называется чтением «на лету».

Например, для считывания «на лету» состояния счетчика 0

необходимо сначала в регистр управления заслать управляющее

слово 00h. Для счетчика 1 необходимо записать слово 40h, а для

счетчика 2 – слово 80h. После этого считывается состояние

счетчика. Если задан режим занесения начального значения

данного счетчика в виде одного байта, то читать мы будем именно

такой байт (младший или старший). А если начальное значение

было в виде двух байтов, то читать нужно обязательно оба байта.

Следует отметить, что в любом случае операция считывания

должна быть проведена полностью (один или два байта).

Особенностью данного способа чтения является то, что нельзя

предварительно для каждого счетчика загрузить управляющее

слово чтения «на лету». Сначала полностью выполняется операция

чтения одного счетчика, потом другого, потом третьего.

4.2 Программируемый периферийный адаптер КР580ВВ55

Обмен данными в параллельной форме в микропроцессорной

системе может быть организован различными способами. Это

может быть только вывод слова данных на внешнее устройство,

только ввод слова данных с внешнего устройства или

двухсторонний обмен. Любой из способов может быть организован

как асинхронный или синхронный обмен.

Таким образом, задача подключения внешнего устройства к

МП системе должна решаться каждый раз индивидуально.

Значительно упрощает подобную задачу использование

программируемого периферийного адаптера (ППА) КР580ВВ55.

4.2.1 Структура ППА

Интерфейсная БИС ППА КР580ВВ55 обладает

универсальностью применения, достигаемой за счет

программирования.

Большое число периферийных устройств можно подключать

к МП системе с использованием ППА без дополнительных

логических схем и элементов. Условное графическое обозначение

адаптера приведено на рисунке 4.8. Микросхема ППА содержит

три восьмиразрядных канала (порты PA, PB, PC), буфер шины

данных (BD), необходимый для согласования шины МПС и входов

ППА, схему управления режимом и две схемы управления портами

группы А и В, программно объединенных в один регистр

управляющего слова (РУС)

Отметим, что по шине данных происходит не только обмен

данными, но и засылка из МП в ППА управляющих слов

CONTROL WORDS (CW), генерируемых программным

обеспечением процессора, и передача в МП информации о

состоянии периферийного оборудования STATUS WORDS. Низкий

уровень сигнала на управляющем входе Cs разрешает

активизировать информационную связь между ППА и МП.

Сигналы на адресных входах А0 и А1 производят выбор одного из

портов A, В, С или регистра управляющего слова (рисунок 4.7).

Рисунок 4.8 − Условное графическое обозначение ППА

Схема

управлен.

группы A

Схема

управлен.

группы B

Группа A

Порт A

8 бит

Группа A

Порт C

4 бита

Группа B

Порт B

8 бит

Группа B

Порт C

4 бита

Схема

управл.

режимом

RES



Шина

данных

Рисунок 4.9 − Структурная схема ППА КР580ВВ55

ШИНА АДРЕСА ША

ШИНА ДАННЫХ ШД

ШИНА УПРАВЛЕНИЯ

ШУ

A0 A1 CS D0 - D7 RES RD WR

КР580ВВ55

PORT A PORT C

PORT C

PORT B

ДШ

IOR

IOW

А0

А1

Reset

-PB

-PC

-PA

Рисунок 4.8 − Схема подключения ППА к шинам МП системы

Для управления ППА в адресном пространстве МП системы

выделяются четыре адреса. Три адреса предназначены для

адресации трех портов, а четвертый адрес закреплен за регистром

управляющего слова. В зависимости от направления операции

обмена (чтение или запись) порты и регистр управляющего слова

ведут себя по разному. Вход Cs должен быть соединен с

дешифратором адреса, который выбирает ППА, т.е. активизирует

его.Перечислим основные операции, реализуемые адаптером, в

зависимости от состояния адресных сигналов А0 и А1, сигналов

чтения RD, записи WR и сигнала выбора кристалла Cs (таблица

4.4).

Таблица 4.4 − Основные операции ППА

Режим

работы

Сигналы управления

Описание операции

A1 A0 RD WR Cs

Чтение 0 0 0 1 0 Читать порт PA на ШД

−− 0 1 0 1 0 Читать порт PB на ШД

−− 1 0 0 1 0 Читать порт PC на ШД

−  − 1 1 0 1 0 Запрещенное состояние

Запись 0 0 1 0 0 Записать байт с ШД в порт

−− 0 1 1 0 0

Записать байт с ШД в порт

−− 1 0 1 0 0

Записать байт с ШД в порт

−− 1 1 1 0 0 Записать байт с ШД в РУС

Выкл. Х Х 1 1 0

Буфер ШД включить в Z

состояние

Выкл. Х Х Х Х 1

Буфер ШД включить в Z

состояние

Примечание Х − безразличное состояние сигнала

4.2.2 Режимы работы ППА

Восьмиразрядные порты РА, РВ и РС адаптера могут быть

использованы различным способом в зависимости от характеристик

конкретного устройства ВВ или периферийного оборудования.

Настройка внутренней организации ППА, т.е. специализация его

для конкретного периферийного оборудования, осуществляется при

записи управляющего слова ВЫБОР РЕЖИМА (MODE

SELECTION). Каналы ППА могут работать в одном из трех

основных режимов:

0 - основной, нестробируемый режим ввода-вывода

информации;

1 - режим стробируемого однонаправленного ввода-вывода

информации;

2 - режим двунаправленного обмена.

Режимы задаются для каждого порта независимо.

В режиме 0 могут работать все три порта. Направление для

каждого порта определяется индивидуально. Порт C можно

разделить на две независимых половины.

В режиме 1 может работать порт A и порт B. Порт C в этом

режиме разделен на две половины и играет вспомогательную роль,

обслуживая запросы других портов.

В режиме 2 работает только порт A. Половина порта С

передает и принимает управляющие сигналы, связанные с работой

порта А.