Особенности магистрали ISA

Структурная схема устройства и ее описание                                

2.1 Структурная схема.                                                                           

2.1.1 Назначение отдельных функциональных блоков.                         

2.1.1.1 Селектор адреса                                                                           

2.1.1.2. Буфер данных                                                                              

2.1.1.3 Блок CPU.                                                                                     

3 Разработка принципиальной схемы устройства                                 

3.1 Блок регистров                                                                                   

3.2 Блок приема данных (от ВУ)                                                             

3.3 Блок прерываний                                                                               

3.4 Блок сопроводительных стробов                                                      

4 Расчет основных параметров и характеристик                                   

4.1 Расчет потребляемых токов                                                               

4.2 Расчет потребляемой мощности                                                        

4.3 Расчет надежности                                                                             

Разработка и отладка рабочей программы МКУ                          

5.1 Блок – схема алгоритма и его описание                                           

5.2 Структура программы                                                                      

5.3 Распределение памяти данных                                                          

5.4 Текст программы                                                                               

Заключение                                                                                          

Список используемой литературы                                                          

ВВЕДЕНИЕ

Однокристальные микроконтроллеры (ОМК) позволяют существенно расширить интеллектуальные возможности различного рода устройств и систем. Они представляют собой, по сути, специализированные однокристальные микроЭВМ, содержащие для связи с внешней средой встроенные периферийные узлы и устройства, набор которых во многом определяет их функциональные возможности и области применения.

Они стали сегодня одним из самых распространенных элементов программируемой логики. Более двух третей мирового рынка микропроцессорных средств в настоящее время составляют именно однокристальные микроконтроллеры.

В структуру ОМК семейства PIC заложено много различных функциональных особенностей, делающих их самыми высокопроизводительными, микропотребляющими, помехозащищенными, программируемыми пользователем 8-ми битными микроконтроллерами. Благодаря этим особенностям ОМК семейства PIC могут обрабатывать аппаратно-программным способом как дискретные, так и аналоговые сигналы, а также формировать различного рода управляющие сигналы, а также осуществлять связь между собой и ЭВМ, находящейся на более высоком иерархическом уровне в системе.

Существует два принципиально разных подхода к проектированию цифровых устройств: использование принципа схемной логики или использование принципа программируемой логики.

Следует иметь в виду, что наивысшее быстродействие достигается в процессорах, в которых управляющее устройство строится с использованием системной логики, а операционное устройство выполняется в виде устройства, специализированного для решения конкретной задачи.

Если в устройстве, построенном на принципе системной логики, всякое изменение или расширение выполняемых функций влечет за собой демонтаж устройства и монтаж устройства по новой схеме, то в случае МКУ благодаря использованию принципа программируемой логики такое изменение достигается заменой хранящегося в памяти программы новой программой, соответствующей новым выполняемым устройством функциям.

Такая гибкость применений вместе с другими связанными с использованием БИС достоинствами (низкой стоимостью, малыми габаритами), а также высокая точность, помехозащищенность, характерные для цифровых методов, обусловили бурное внедрение МКУ в различные сферы производства, научные исследования и бытовую технику.

ВЫБОР И ОБОЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

Cвязь проектируемого устройства с IBM PC

Обмен информацией между разрабатываемым адаптером и памятью осуществляется посредством системной шины ISA (Industrial Standard Architecture).

Приемником информации является интерфейсная часть разрабатываемого устройства.

В соответствии с определением интерфейса, должна обеспечиваться информационная, электрическая и конструктивная совместимость. Информационная совместимость предполагает использование сигналов магистрали. Электрическая совместимость подразумевает согласование уровней входных, выходных и питающих напряжений и токов.

Интерфейсная часть устройства содержит в себе селектор адреса и буфер для обмена информацией с магистралью ISA.

Буферирование магистральных сигналов применяется для электрического согласования и выполняет две основные функции: электрическая развязка (для всех сигналов) и передача сигналов в нужном направлении (только для двунаправленных сигналов).

Особенности магистрали ISA

Магистраль ISA была разработана специально для персональных компьютеров типа IBM PC AT и является фактическим стандартом для всех изготовителей.

Магистраль ISA относится к демультеплексированным (то есть имеющим раздельные шины данных и адреса) 16-ти разрядным системным магистралям среднего быстродействия. Обмен осуществляется 8-ми и 16-ти разрядными данными. На магистрали реализован раздельный доступ к памяти компьютера и к устройствам ввода/вывода (для этого имеются специальные сигналы).

Максимальный объем адресуемой памяти составляет 16Мб (24 адресные линии). Максимальное адресное пространство для устройств ввода/вывода – 64 Кб (16 адресных линий), хотя практически все выпускаемые платы расширения используют только 10 адресных линий (1Кб). Магистраль поддерживает регенерацию динамической памяти, радиальные прерывания и прямой доступ к памяти. Допускается также захват магистрали.

Разъем магистрали ISA разделен на две части, что позволяет уменьшать размеры 8-ми разрядных плат расширения, а также использовать платы, разработанные для компьютеров IBM PC XT.

Следует отметить, что в магистрали ISA используется положительная логика на шинах адреса и данных, то есть единице соответствует высокий уровень напряжения, а нулю — низкий. На магистрали присутствуют четыре напряжения питания: +5В, -5В, +12В, -12В, которые могут использоваться платами расширения.

Стандартом магистрали ISA установлены ограничения на максимальное значение тока, потребляемого каждой платой расширения (они связаны только с возможностями используемого разъема). Значения этих токов приведены в таблице 1.1.

Максимальные токи потребления платами расширения

Таблица 1.1

Максимальный ток потребления всеми используемыми платами расширения определяется типом источника питания данного компьютера и не стандартизирован.

При проектировании УС помимо протоколов обмена по магистрали надо учитывать также электрические характеристики сигналов. Стандарт магистрали определяет требования к входным и выходным токам приемников и источников сигнала каждой из плат расширения. Несоблюдение этих требований может нарушить функционирование всего компьютера и даже вывести его из строя.

Выходные каскады передатчиков магистральных сигналов УС должны выдавать ток низкого уровня не менее 24 мА (это относится ко всем типам выходных каскадов), а ток высокого уровня – не меньше 3 мА (для выходов с тремя состояниями и ТТЛ). Входные каскады приемников магистральных сигналов должны потреблять входной ток низкого уровня не больше 0.8 мА, а входной ток высокого уровня – не больше 0.04 мА.

Кроме этого необходимо учитывать, что максимальная длина печатного проводника от контакта магистрального разъема до вывода микросхемы не должна превышать 65 мм, а максимальная емкость относительно земли по каждому контакту магистрального разъема не должна быть больше 20 пФ.

К некоторым линиям магистрали подключены нагрузочные резисторы, идущие на шину питания +5В. К линиям -IOR, -IOW, -MEMR, -MEMW, -SMEMR, -SMEMW, -I/O CH CK подключены резисторы 4.7 кОм, к линиям -I/O CS 16, -MEM CS 16, -REFRESH, -MASTER, -OWS — 300 Ом, а к линиям I/O CH RDY – 1 кОм. Кроме того, к некоторым линиям магистрали подключены последовательные резисторы: к линиям -IOR, -IOW, -MEMR, -MEMW,-SMEMR, -SMEMW и OSC – резисторы номиналом 22 Ом, а к линии SYSCLK – 27 Ом.