Модуль управления

Модуль управления (рис. 5) состоит из 16 светодиодов США, подключенных к адресной шине ША и указывающих споим свечением код адреса, установленный на этой шине, а также 8 светодиодов СШД, подключенных к шине данных ШД и указывающих код, содержащийся на этой шине. Помимо светодиодов, В состав модуля управления входит 16 переключателей ПША, позволяющих вручную устанавливать код адреса, а также восемь переключателей ПШД для установки кода данных. Подключение переключателей ПША и ПШД к общей шине выполняется через шинные формирователи ШФА и ШФД, позволяющие включать или отключать переключатели по сигналам управления, поступающим из шины управления.

Выполнив один машинный цикл, микропроцессор приостанавливает работу и переходит в режим ожидания следующего нажатия кнопки.

Узел управления УУ содержит ряд кнопок, тумблеров и электронных элементов, служащих для реализации различных режимов работы микроЭВМ и создания ряда управляющих сигналов.

Принципиальная электрическая схема модуля управления приведена на рис. 15. Светодиоды VD1—VD24 типа АЛ307Б потребляют значительный ток (около 10 мА каждый), поэтому их непосредственное подключение к шинам адреса и данных вызывает , повышенную нагрузку на шины. Для уменьшения нагрузки Светодиоды подключают к шинам через логические элементы DD6, DD7, DD12 и DD13, выполняющие роль усилителей.

Свечение каждого светодиода сигнализирует о том, что на проводе общей шины, к которому он подключен, имеется сигнал высокого логического уровня (I), а отсутствие свечения сообщает о низком логическом уровне (0).

В качестве переключателей SA1—SA8 и S11—S26 использованы тумблеры типа МТ 1 . Резисторы R5 и R10 понижают напряжение +5В до уровня напряжения логической единицы.

Для шинных формирователей DD4, DD5 и DD8—DD11 выбраны уже известные нам микросхемы типа К589АП16. Все управляющие выводы В К этих микросхем подключены к выводу ПЗХ разъёма ХР1. Если на этот вывод ПЗХ поступает сигнал микро-процессора в виде уровня логического нуля, разрешающий занять шины, то переключатели SA11— SA26 подключаются к адресной шине для набора двоичного кода адреса.

Выводы ВР шинных формирователей данных DD4—DD5 подключены к выводу 3 микросхемы DD1.I. На этом выводе имеется уровень логической единицы, так как вывод 2 с помощью контактов кнопки SB2 подключен к уровню логического нуля. Появление высокого уровня на выводах ВР-формирователей DD4—DD5 приводит к тому, что выводы В 1 — В4 соединяются с выводами

C1—C4 (выводы C1—C4 на схеме рис. 15 не показаны) и поэтому переключатели SA1—SA8 оказываются отключенными от шины данных. Для их подключения к шине данных на выводы ВР не обходимо подать уровень логического нуля. А это выполняется при нажатии на кнопку SB2, когда на выводе 2 низкий логический уровень изменится на высокий. В этом положении SB2 (Запись) переключатели SA1—SA8 подключаются к шине данных и логический уровень напряжения с переключателей (0 или 1) передается в модуль памяти для записи (но при условии, что на выводы ВК шинных формирователей подан низкий логический уровень). Контроль за данными осуществляется с помощью светодиодов VD1—VD8. При отжатой кнопке SB2 светодиоды VD1—VD8 показывают, что хранится в ячейке памяти, адрес которой установлен переключателями SA11—SA26. При нажатии кнопки SB2 светодиоды VD1—VD8 указывают, какие данные записываются в ячейку памяти, адрес которой установлен переключателями SA11—SA26.

Рассмотрим узел пошагового режима. Этот режим осуществляется путем снятия сигнала готовности (ГТ), подаваемого на микропроцессор, в результате чего микропроцессор приостанавливает свою работу и переходит в режим ожидания сигнала ГТ. С помощью кнопки SB 1 включают сигнал ГТ только на время выполнения одного машинного цикла команды. В состав узла пошагового режима (рис. 15) входят: сдвоенный триггер DD2, логические элементы DD1.4 и DD3.3 переключатель SA9 (Режим) и кнопка SB1 (Шаг).

В исходном состоянии, изображенном на рис. 15, переключатель SA9 установлен в верхнее положение (Автоматический режим). При этом на вывод 4(S) триггера DD2.2 и на вывод 12 элемента DD1.4. подается низкий логический уровень, а на вывод 1 (R) триггера DD2.2 с вывода 11 элемента DD1.4 — высокий логический уровень. Согласно таблице истинности триггера К155ТМ2, при нулевом уровне на выводе R и единичном на выводе S триггер устанавливается в одно из своих устойчивых состояний, при котором на вывод 6 выдается уровень логического нуля. Этот уровень инвертируется микросхемой DD3.3 и передается на контакт А5 разъема ХР 1 общей шины в виде сигнала готовности (ГТ), разрешающего микропроцессору выполнять программу в обычном, автоматическом режиме последовательного исполнения команд.

Если же переключатель SA9 перевести в нижнее положение (Пошаговый режим), то на вывод 4(S) триггера DD2.2 и вывод 12 элемента DD1.4 будет подан уровень логической единицы. Когда на вывод 13 этого же элемента придет положительный сигнал СИНХРО, выдаваемый микропроцессором в начале Каждого машинного цикла, то на выводах 13 и 12 будут действовать уровни логических единиц, а следовательно, на выводе 11 появится уровень логического нуля, передаваемый на вывод 1 (R) триггера DD2.2. Поскольку уровни на выводах S и R триггера DD2.2 изменились на обратные, то триггер переходит в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе 6 образуется уровень логической единицы. Этот уровень инвертируется элементом DD3.3 и поступает на провод ГТ шины управления (контакт А5 на разъеме ХР 1 общей шины) в виде уровня логического нуля.

Под воздействием нулевого уровня сигнала ГТ микропроцессор приостанавливает свою работу и переходит в режим ожидания появления на выводе ГТ уровня логической единицы. Такой уровень кратковременно (на время выполнения одного машинного цикла) выдается при нажатии кнопки SB1. Так как вручную невозможно нажать кнопку на время, исчисляемое микросекундами, то применяется схема электронной автоматики. В исходном состоянии (кнопка SB1 отжата) на вывод 13(R) триггера DD2.1 подается нуль, а на вывод 10 (S) —единица. Под воздействием этих уровней триггер DD2.1 устанавливается в состояние, при котором на выход 9 выдается нулевой уровень. Нажатие кнопки SB 1 вызывает изменение логических уровней на выводах R и S. На R начинает поступать единица, а на S — нуль. Триггер DD2.1 переходит в другое устойчивое состояние и на его выводе 9 логический уровень изменяется с нулевого на единичный. Это изменение логического уровня передается на вывод С (3) триггера DD2.2 и приводит, согласно таблице истинности К155ТМ2, к перебросу триггера DD2.2 в другое устойчивое состояние. На его выводе 6 появляется нуль, а следовательно, на выводе ГТ — единица, разрешающая микропроцессору возобновить приостановленную работу. Микропроцессор выполняет один машинный цикл команды, а затем в начале второго цикла выдает сигнал СИНХРО. Этот сигнал в виде логической единицы поступает на вывод 13 элемента DD1.4 и вызывает появление нулевого уровня на выводе 11 элемента DD1.4 и на выводе 1 (R) триггера DD2.2, что заставляет триггер снова изменить свое устойчивое состояние. На выводе 6 триггера DD2.2 появляется единица, а на проводе ГТ шины управления — нуль. Микропроцессор снова приостанавливает свою работу и переходит в режим ожидания последующего нажатия кнопки SB1. При этом с каждым нажатием кнопки SB1 описанный процесс повторяется, микропроцессор выполняет один машинный цикл команды и ждет следующего нажатия кнопки. Как мы пояснили выше, нажатие кнопки SB1 вызывает изменения логического уровня на входе С триггера DD2.2 с нулевого на единичный.

В связи с этим у читателей может возникнуть вопрос: Для, чего нужен триггер DD2.1? Почему нельзя изменить логический уровень на входе С с помощью кнопки SB1, не применяя триггера? Дело в том, что замыкание и размыкание контактов кнопки сопровождается явлением дребезга, в результате чего, на вход С будет подан не единичный переход напряжения с низкого на высокий уровень, а серии переходов, вызывающая сбой в работе.

Таким образом, при нажатии и отжатии кнопки образуется не один, а несколько десятков коротких (микросекундных) сигналов, посылаемых в какой-либо микропроцессорный узел.

Учитывая, что микропроцессорные устройства работают в режиме обработки коротких (микросекундных) сигналов, они воспринимают сигналы дребезга как рабочие. Если это электронный счетчик, то он при единичном нажатии кнопки счета зафиксирует не одно нажатие, а серию сигналов дребезга, показывая их количество на своем цифровом индикаторе.

Для устранения дребезга контактов применяют как технические, так и программные средства. Из технических средств наиболее часто пользуются дополнительным включением триггера. Если обратиться к схеме рис. 15, то можно понять, что первое же соприкосновение переключателя кнопки SB1 с нижним контактом (при нажатии кнопки) приводит к подаче нулевого уровня на вывод 10 (S) триггера DD2.1, что вызывает немедленное опрокидывание триггера и его переход в другое устойчивое состояние, при котором он уже не реагирует на последующие сигналы дребезга. Снова опрокинуть триггер, то есть перевести его в прежнее устойчивое состояние, сможет только первое соприкосновение переключателя SB1 с верхним контактом (при отжатии SB1), когда нулевой уровень будет подан на вывод 13(R).

Перейдем к рассмотрению элементов узла управления. В состав этого узла входят: кнопка SB3 (Сброс), переключатель SA10 (Захват), кнопка SB2 (Чтение — запись) и логические элементы DD1.1.— DD1.3, DD3.1 и DD3.2.

Кнопка SB3 служит для установки счетчика команд микропроцессора в исходное, нулевое состояние, позволяющее микропроцессору выполнять программу с начальной, нулевой команды. Кнопка SB3 не нуждается в противодребезговом устройстве, так как сброс счетчика происходит при первом же соприкасании контактов кнопки, а если касание будет весьма коротким, то при последующем более длинным по времени соединении контактов друг с другом. Сигналы дребезга не влияют на режим работы счетчика, уже установившегося в нулевое состояние.

С помощью переключателя SA10 выполняют запрос микропроцессора о возможности захвата щик адреса и данных для непосредственного обращения к памяти при ее программировании. Переключатель SA10 посылает нулевой уровень сигнала ЗХ: в микропроцессорный модуль, где сигнал инвертируется и поступает на вывод ЗХ микропроцессора в виде уровня логической единицы. В ответ на этот сигнал микропроцессор выдает сигнал ПЗХ, который тоже инвертируется и приходит на контакт Б5 разъема ХР 1 общей шины. С этого контакта Б5 сигнал ПЗХ передается на выводы ВК шинных формирователей DD4, DD5 и DD8—DD11.

Кнопка SB2 служит для формирования сигналов управления чтением (ЧТЗУ) и записью (ЗПЗУ). Дело в том, что с появлением сигнала ПЗХ шинный формирователь DD11 микропроцессорного модуля (см. рис. 12) отключает управляющие сигналы ЧТЗУ, ЗПЗУ, ЧТВВ и ЗПВВ от общей шины. Поэтому для управления режимом Чтение—запись при программировании памяти приходится формировать свои сигналы: ЧТЗУ и ЗПЗУ. Это формирование выполняется при помощи кнопки SB2, RS — триггера, собранного на элементах DD1.1 и DD1.2 для устранения дребезга контактов SB2, а также двух логических микросхем DD3.1 и DD3.2 с открытым коллектором (типа К155ЛА8).

Рассмотрим, как формируются сигналы управления чтением (ЧТЗУ) и записью (ЗПЗУ). В исходном состоянии, когда кнопка SB2 отжата, нулевой логический уровень поступает на вывод 2 элемента DD1.1, а с его вывода 3 в виде уровня логической единицы передается на вывод 5 элемента DD3.1. Так как элемент DD3.1 инвертирует выходной сигнал, то на его выводе 4 образуется сигнал ЧТЗУ, передаваемый через контакт Б 9 общей шины в модуль памяти для чтения данных. При нажатии кнопки SB2 нулевой уровень подается на вывод 4 элемента DD1.2. Поэтому на его выводе 6 возникает уровень логической единицы, который инвертируется элементом DD3.2 и выдается с вывода 10 в виде сигнала ЗПЗУ, имеющего нулевой логический уровень. Микросхема DD3 выбрана с "открытым коллектором, что допускает параллельное соединение выходов с аналогичными микросхемами подключенными к общей шине. Элемент DD1.3, подобно шинным формирователям, запрещает или разрешает прохождение через DD3.1 и DD3.2 сигналов ЧТЗУ и ЗПЗУ, создаваемых кнопкой SB2 и RS триггером DD1.1—DD1.2. Если на выводе 8 элемента DD1.3 будет логический нуль, то выходы 4 и 10 элементов DD3.1 и DD3.2 перейдут в высокоимпедансное состояние и отключат сигналы кнопки SB2 от общей шины.

Ознакомление с литературой облегчит изучение принципа работы модулей микроЭВМ.