МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ НА БАЗЕ КР580ВМ80

5.1. Одноплатный микроконтроллер мМС1204

Микроконтроллеры—наиболее массовый класс микроЭВМ, встраиваемых в различные системы управления реального времени. Они отличаются достаточными для хранения рабочих программ и данных емкостями ПЗУ и ОЗУ соответственно, развитой системой ВВ, малыми габаритными размерами и мощностью потребления. Для построения МК могут быть использованы различные наборы микропроцессорных БИС. Лучше всего для этой цели подходят n-канальные БИС серии КР580, которые были положены в основу семейства одноплатных МК мМС1200.

Базовой моделью семейства является МК мMC1204 [52, 53], который представляет собой законченную одноплатную МС общего назначения с магистрально-модульной архитектурой открытого типа (рис. 5.1). Основой МС служит шина типа И41. На плате отсутствуют какие-либо средства для реализации специальных функций, ориентированных на конкретные применения. Специфичность и разнородность таких средств привели бы к перегрузке платы и ее неэффективному использованию. Поэтому основное внимание было уделено интегрированию действительно универсального базового набора программно-аппаратных средств, обладающего функциональной завершенностью и обеспечивающего применение МК в качестве ядра информационных систем.

Рис. 5.1. Схема одноплатного микроконтроллера мМС1204

В состав МК (см. рис. 5.1) входят: 8-разрядный ЦП, ПЗУ, ОЗУ, два последовательных интерфейса типа ИРПС и параллельный интерфейс типа ИРПР. Системный таймер (СТ) совместно с 8-уровневой системой прерываний (СП) обеспечивает поддержку режима реального времени [49], который характерен для многих применений МК. Внутрисистемная магистраль организует многоплатные расширения МК с помощью специальных и системных модулей, таких как модуль аналогового ВВ или системная память соответственно.

Схема ЦП и памяти МК приведена на рис. 5.2. При построении ЦП на базе МП КР580ВМ80 была использована типовая схема (см. рис. 3.7), в состав которой кроме МП входит ГТИ КР580ГФ24 и системный контроллер КР580ВК38.

Рис. 5.2. Схема центрального процессора и памяти микроонтроллера мМС1204

В МК используется активная по умолчанию линия подтверждения обмена ХАСК, что гарантирует компактность как одноплатного ядра, так и многоплатного его расширения (см. § 2.6). Дополнительная буферизация шины адреса увеличила ее нагрузочную способность до I_0L = 32 мА, С_L = 300 пФ. Нагрузочная способность шины данных: I_0L = 10 мА, C_L = 100 пФ. Дополнительные задержки в шинах адреса и данных составляют 35 и 30 нс соответственно.

Память МК должна включать как постоянную для хранения программ и констант, так и оперативную для хранения переменных. Понятно, что емкость ПЗУ должна быть намного больше емкости ОЗУ, конкретные значения которых зависят от области применения МК и многих других факторов. Опыт показывает, что большое число современных управляющих программ занимают область около 4К байт и более. По этой причине на плате МК следует предусмотреть одно или два места для установки микросхем УСППЗУ типа К573РФ2/РФ4/РФ5/РФ6 [36]. Также могут быть использованы любые другие ПЗУ емкостью (2—32)К байт, совместимые по разводке, например, с УСППЗУ 27128 или 27256 фирмы Intel. Применение двух кристаллов К573РФ2/РФ5 данного семейства обеспечивает минимальную емкость ПЗУ 4К байт. Две 32К-байтовые микросхемы покрывают все адресное пространство МК.

Схема МК на рис. 5.2 имеет два места для установки УСППЗУ К573РФ2/РФ5 или ППЗУ КР556РТ7. При включении напряжения питания или нажатии клавиши RESET управление передается на ячейку памяти с нулевым адресом. Поэтому одна микросхема занимает первые 2К байт адресного пространства МК, другая, размещенная в старшей части пространства, —область 0F800H—0FFFFH. По усмотрению пользователя это УСППЗУ может быть перемещено в любую другую область.

Другой подход состоит в использовании универсальной панельки (рис. 5.3), допускающей применение любой микросхемы с цоколевкой семейства К573РФ2/РФ4/РФ5/РФ6. Каждый тип микросхем устанавливается в панельку одним из двух возможных способов (табл. 5.1). В зависимости от типа УСППЗУ ставятся перемычки, обеспечивающие правильное подключение микросхемы. На рис. 5.3, а приведена схема подключения БИС К573РФ2/РФ5, которая должна быть вставлена в панельку вторым способом.

Таблица 5.1

Оперативная память МК может быть небольшой. В системе на рис. 5.2 это ОЗУ 1К байт, которое реализуется на двух микросхемах статического типа К541РУ2 [36] с организацией 1К´4. Базовый адрес ОЗУ 1000Н. Лучше всего для этой цели подходят микросхемы с байтовой организацией, например 2К-байтовая микросхема К537РУ8/РУ9 [36]. Наряду с линиями выбора кристалла и разрешения записи они имеют отдельную линию разрешения считывания , которая подключается непосредственно к командной линии .

Для подключения кристаллов ОЗУ и ПЗУ к системной магистрали требуется дополнительная логика, которую удобно формировать на биполярных ППЗУ или ПЛМ [13, 50]. В МК эта логика реализуется с помощью схемы, представленной на рис. 5.4.

При необходимости расширение памяти МК легко выполняется с помощью дополнительной платы памяти. Одной платы вполне достаточно, чтобы покрыть все адресное пространство МС в любых сочетаниях «оперативная память—постоянная память». Системный сигнал является общим сигналом выборки ОЗУ/ПЗУ, размещенных на плате МК. Он служит для запрета работы системной памяти в моменты обращения ЦП к локальным ресурсам. Сигнал формируется буфером с открытым коллектором, что необходимо для его объединения по схеме «монтажное ИЛИ» с аналогичными сигналами запрета от других модулей системы.

Для построения логики выборки кристаллов ПЗУ/ОЗУ используется младшая часть адресного пространства ППЗУ К556РТ5, содержимое которого представлено в табл. 5.2. Оставшаяся часть ППЗУ может быть запрограммирована для другого распределения областей ОЗУ и ПЗУ в пространстве памяти МК. Применение программируемой пользователем логики позволило сократить число корпусов на плате и стандартизировать монтажную схему независимо от распределения физической памяти в адресном пространстве микроЭВМ.

Таблица 5.2

Следует учитывать, что при использовании ППЗУ в моменты его переключения возможно появление на выходах микросхемы кратковременных ложных выбросов. Особую опасность эти выбросы представляют только для линии ОЗУ. Для их сглаживания рекомендуется включать дополнительную RC-цепочку.

Размещенную на плате МК память можно отключить, если активизировать линию . При этом становится безусловно пассивной линия и открывается доступ к внешней системной памяти. Управление линией осуществляется внешними средствами. Сигнал может быть полезен при запретe доступа в местную память со стороны внешних активных модулей. Для этого достаточно выполнить соединение = BUSEN.