Шина управления (CONTROL bus)

В шину управления условно объединяют набор линий, передающих управляющие сигналы от процессора к периферийным устройствам и обратно. В любой шине управления присутствуют линии, передающие сигналы:

RD (Read) – чтение

WR (Write) – запись

MREQ – инициализация устройств памяти (ОЗУ или ПЗУ)

IORQ – инициализация портов ввода/вывода

READY – готовность

RESET – сброс

По отношению к любым периферийным устройствам, центральный процессор может выполнять в каждый момент времени одну из четы­рех основных операций: чтение или запись в ячейку памяти, чтение из порта ввода и запись в порт вывода.

Например, процесс записи данных в память происходит следующим образом:

а) сначала центральный процессор выставляет на адресную шинуадрес ячейки памяти;

б) затем на шину данныхвыстав­ляется байт информации, предназначенный для записи в эту ячейку;

в) после чего акти­визируется сигнал MREQ, дающий доступ к модулю памяти;

г) затем процессор устанавливает сигнал WR в активное состояние. Происходит запись байта в адресованную ячейку памяти.

Для того, чтобы прочитать байт из ячейки памяти, процессор сначала устанавливаетна шине данных адрес нужной ячейки. Затем он устанавливает в активное состояние сигнал MREQ, который поступает на устройства памяти и служит разрешением для их работы. При этом сигнал IORQ остается равным лог. 1, поэтому порты ввода/вывода микропроцессор­ной системы остаются неактивными.

Далее, процессор переводит в активное состояние сигнал RD. Этот сигнал поступает как на устрой­ства памяти, так и на порты ввода/вывода. Однако порты не реагируют на него, так как они отключены высоким уровнем сигнала IORQ. Уст­ройство памяти, напротив, получив управляющие сигналы RD и MREQ, выдает на шину данныхбайт информации из той ячейки памяти, адрес которой присутствует в этот момент на шине адреса.

Операции чтения из порта и записи в порт происходят аналогично операциям чтения/записи ОЗУ. Различие лишь в том, что вместо сиг­нала MREQ в активное состояние переходит сигнал IORQ, разрешаю­щий работу портов.

Обобщенную структурную схему микроконтроллера рассмотрим на примере одного из самых распространенных однокристальных микро- конт­роллеров американской фирмы ATMEL – АТ89С2051 (рис. 2). Эта микросхема выполнена в стандартном DIР-корпусе и имеет 20 выво­дов. Напряжение питания микросхемы +5 В. Допускается разброс пи­тающего напряжения от 2,7 В до 6 В, что обеспечивает высокую помехоустойчивость МК.

 

Рис. 2. Обобщенная структурная схема микроконтроллера

ППЗУ программ. Встроенное перепрограммируемое ПЗУ объемом 2 кБ выполнено по технологии электрически стираемого ПЗУ (так называемая «Флэш-память»). В эту память записывается программа, которую микроконтроллер начинает выполнять сразу после включения питания и окончания сигнала сброса.

Технология флэш-памяти допускает перепрограммирование, то есть повторную запись. Для этого информацию в ППЗУ сначала стирают. Стирание производится при помощи того же самого программатора. При этом используется повышенное напряжение (12 В). После этого в ППЗУ можно «зашивать» новую программу. Допускается до 1000 циклов записи/стирания.

ОЗУ данных состоит из 128 восьмиразрядных ячеек памяти. Как и в большинстве однокристаль­ных МК, в микросхеме АТ89С2051 применяется принцип совме­щения ОЗУ с регистрами общего назначения процессора и двумя восьмиразрядными портами ввода/вывода Рl и РЗ.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) заменяет здесь централь­ный процессор. Регистры для временного хранения данных, как уже говорилось, совмещены с ячейками ОЗУ.

Таймеры. В микросхеме имеются два встроенных 16-разрядных тайме­ра/счетчика Тl и Т2. Они могут использоваться программистом для задания любых интервалов времени. Каждый счетчик может рабо­тать в двух режимах: режиме отсчета временных интервалов (в этом случае он считает импульсы внутреннего тактового генератора) и в режиме подсчета внешних импульсов.

Последовательный канал. Это канал специального типа для последова­тельной «побайтовой» передачи информации по одной линии. В любом компьютере всегда имеются последователь­ные интерфейсы (например, СОМl и СОМ2). Один из этих интерфейсов раньше часто используется для подключения манипулятора «мышь». А второй предназначен, в основном, для подключения модема. Подобный канал реализован и в микросхеме АТ89С2051. В результате имеется возможность создания микропроцессорных устройств, управляемых при помощи компьютера по последовательному каналу.

Порты Рl и РЗ – параллельные восьмиразрядные порты ввода/вывода.

Встроенный контроллер прерываний. Способен обрабатывать шесть ис­точников прерываний. Два внешних входа для запро­сов на прерывание. Два прерывания от обоих счетчиков/таймеров ТI и Т2. Запрос прерывания таймера посту­пает в тот момент, когда соответствующий счетчик/таймер досчитает до нуля (счетчик работает в режиме обратного счета). И, наконец, пос­ледние два источника прерывания – от последователь­ного канала ввода/вывода. Один от передатчика этого канала. Он сра­батывает в тот момент, когда процесс отправки очередного байта закончился. И один – срабатывает от приемника, когда тот при­нял очередной байт.

Аналоговый компаратор. Сравнивает величину двух аналоговых сигналов. На его выходе появляется сигнал лог. 1, когда напряжение на входе «+» превысит напряжение на входе «–».