SWITCH

L00P3:

DONE:

OUT DCLR XRA A

STA POINTER LXI H,CNTR0 IN SELECT CMA

ORI 2BH

MVI В, -I

INR В RAR

JNC LOOPS

MOV A, В

ADD A ADD A

ADD L

MOV L,A

SHLD CHANNEL

S программа для наблюдения за состоянием переключателя индикация канала и для вычисления

указателя адреса ЗУПВ, где хранится содержимое этого канала

; выключить дисплей

; установить в 0 указатель разряда

; начальная ячейка счетчиков в ЗУПВ

; ввести состояние переключателя

; дополнение: выключатель разомкнут = ла-гический сигнал низкого уровня

; предохранительный бнт направить в 6-й канал

] ивициировать счетчик

; это нужная позиция переключателя?

; если нет, попробовать следующий канал

5 счетчик в регистре В содержит положение переключателя (0-5)

5 умножить на 4, поскольку каждый канал расположен в 4 байт ЗУПВ

; прибавить начальный адрес, чтобы получить указатель ЗУПВ

; загрузить в HL

; записат! указатель для использования в программе DISPLA

* наша работа выполнена-назад в основной цикл

RET Программа 11.12

В случае неисправности этого переключателя (нет контакта с общей точкой) программа, если не принять такой меры предосторожности, никогда не выйдет из цикла поиска единичного бита. Предохранительный бит гарантирует, что прибор тогда не перестанет действовать, а будет вместо этого выводить на дисплей содержимое шестого канала, что даст возможность легче найти неисправность.

Упражнение 11.10. Изменить программу так, чтобы при разомкнутом переклю' чателе счетчик вводил одни нули.

Упражнение П.П. Переделать программу SWITCH так, чтобы можно было вместо показанного на рис. 11,7 кольцевого переключателя с 1 входом и 6 положениями использовать двоично-кодируемый селектор. Заметим, что это упростило бы программу и ускорило ее выполнение.

11.7. Время выполнения программы и качество работы прибора

Напомним, что максимальная частота прихода входных импульсов, которую без потери данных допускает наш 6-канальный счетчик, устанавливается наибольшим временем внутренней работы прибора между

двумя последовательными проверками триггеров ввода. Кроме того, при оценке качества прибора нельзя забывать,что данные на дисплее должны обновляться достаточно часто, чтобы избежать его неприятного мерцания. Для подсчета времени работы программ мы будем пользоваться приведенным в табл. 11.2 временем исполнения отдельных команд и учитывать наименее благоприятные варианты ветвления внутри каждой программы,

Тригтеры ввода проверяются один раз за время работы каждого цикла основной программы. Этот цикл занимает 38 машинных тактов (18 на каждый оператор CALL и 10 на каждый JMP), Для программы COUNT требуется 889 тактов. Наконец, на программу DISPLAY уходит 218 машинных тактов, если она обновляет число на дисплее, или 282 такта (наихудший случай), если вместо этого она переходит к метке SWITCH, чтобы проверить положение переключателя каналов. Чтобы получить эти числа, надо просто сложить время исполнения отдельных команд; при этом, естественно, нужно учитывать все проходы каждого цикла. Например, команды из области действия цикла LOOP2 программы COUNT выполняются шесть раз, занимая по 138 машинных тактов на каждый проход. Число выполнений команд внутри цикла L00P3 программы SWITCH изменяется в зависимости от положения переключателя. Очевидно, что циклы, которые проходятся много раз, могут занимать основную часть времени выполнения программы.

В нашем примере время выполнения главного цикла в его наихудшем варианте составляет 1209 машинных тактов, или 393,5 мкс. Таким образом, гарантируется максимальная скорость счета 2,54 кГц, а данные на дисплее полностью обновляются 350 раз в секунду. В итоге наш прибор оказывается одним из самых медленных устройств для счета из всех приведенных в книге.

Поскольку выполнение цикла LOOP2 обходится нам в 798 из общего числа 1209 машинных тактов, никакие усовершенствования, сделанные в других частях программы, не окажут существенного воздействия на качество прибора. Этот цикл стоит попытаться улучшить, и мы уже изо всех сил пытались это сделать. Одна из возможностей, которую можно было бы здесь рассмотреть,- это использование для хранения в ЗУПВ результатов счета двоичного формата записи чисел вместо упакованных двоично-десятичных пар. Таким путем можно сократить время выполнения на 72 такта, но это приведет к чрезмерному разрастанию программы DISPLAY. Попытка подойти к задаче с другой стороны (использовать целый байт ЗУПВ для записи каждого двоично-десятичного числа) приводит к увеличению скорости работы подпрограммы DISPLAY, но зато еще более ухудшает узкое место всей программы - цикл LOOP2.

К другим заслуживающим внимания характеристикам прибора относятся количество использованных в нем чипов и их общая стоимость, В нашем устройстве использованы 2 вентиля, 11 чипов СИС и сам микропроцессор с двумя чипами памяти. Общая цена всех использован-

ных ИМС составляет около 50 долл. (не считая стоимости разработки программного обеспечения).

Сравнение с дискретной логикой. Было бы интересно сравнить наш оконченный проект с 6-канальным счетчиком, построенным без использования микропроцессора. Для этого нами сконструирован скромный 6-канальный счетчик на КМОП БИС (одноканальные 5-де-кадныесчетчики МС14534). Его схема приведена на рис. 11.15. Здесь мы изменили технические требования, чтобы согласовать их с числом разрядов (5) этих микросхем. Эти симпатичные чипы счетчиков имеют выходы с тремя состояниями, что для нас весьма полезно, поскольку выходы могут быть закорочены, а счетчик, содержимое которого выводится на дисплей, отпирается переключателем каналов. Идуш.ие к дисплею выходы такого счетчика можно легко использовать совместно с буферами для питания обычного устройства цифровой индикации на светодиодах. Кроме шести счетчиков для этой схемы нужны еще генератор и два чипа СИС. Максимальная частота счета, которую допускает такая схема, равна 500 кГц, а стоимость использованных ИС примерно та же, что и для схемы с микропроцессором.

Наше сравнение иллюстрирует среди прочего тот факт, что применение микропроцессора не всегда повышает качество схемы. Bcs-можно, вы даже решите покончить с этим ущербным устройством, так и не добившись, увязнув в деталях, чтобы оно вообще заработало. В защиту микропроцессоров следует, однако, указать, что их использование даже в простых приборах вроде'только что рассмотренного значительно расширяет наши возможности. Например, мы могли бы включать сигнал тревоги по достижении результатом счета заранее заданного значения, проводить статистическую обработку распределения моментов прихода входных имцульсов, вычитать средние значения или пользоваться протоколом RS-232C для устройств последовательного вывода данных; дискретную же схему было бы крайне сложно расширить для решения таких дополнительных задач. Кроме того, сконструированное с использованием микропроцессоров оборудование может быть без изменений в аппаратуре перепрограммировано для выполнения других работ. Далее, преимущества микропроцессоров становятся совершенно очевидными при их применении в области особо сложного оборудования.

Соревнование между аппаратурой и программным обеспечением могло бы принять и другие формы, поскольку существует возможность совместного использования микропроцессора и отдельных чипов счетчиков. Таким способом можно было бы улучшить характеристики прибора и упростить программирование, заплатив за это увеличением сложности и уменьшением быстродействия аппаратуры. Подобная коАЙинация, воойде говоря, позволяет реализовать преимущества обоих типов схем и получить наилучшие характеристики в сочетании с гибкостью и вычислительной мощностью микропроцессора. Фирмы - изготовители микропроцессоров, как правило, поставляют и совме-

Глаеа

Входы

аналов

Генератор 555

Включение

10 пОм

5-декадный

д&оично-десятичнык

счетчиц

9368

i i ! i i i

10 кОм

I I I 1 \ 1 I I i

в

SCAN

MODE SR

0£

D С

Da h

г

ИТ д. i !

A В

SCAN

MODE 3R

ь

Выбор канала

Двоично-десятичные данные

Выбор разряда

t i i i i i

I i i

АНОЦЙ

дисплее

> > >

75494

(5-разрядный 7 -сегментный)

Катоды дисплея

Рис 11.15. 6-канальный счетчик, построенный на отдельных логических БИС вместо иикропроцесеора,

й с Ь а

стлмые с ними вспомогательные чипы для решения часто встречающихся задач (например, тройной счетчик 8253 на 1 МГц фирмы INTEL).

Вспомогательные чипы для микропроцессоров. При подсчете чипов в только что рассмотренном примере обнаружилось, что большинство использованных ИМС были схемами средней степени интеграции,-такими, как фиксирующие схемы, буфера с тремя состояниями, дешифратор - драйвер дисплея и мощные буфера. Собственно микропроцессор и чипы памяти (ЗУПВ и ППЗУ) составляли всего 3 из общего числа 16 чипов. Особенно обширное применение во всех микропроцессорных системах находят фиксирующие регистры-защелки и буфера с тремя состояниями, так что оказывается важным предпринять более подробный обзор некоторых из имеющихся возможностей.

П.8.- Схемы средней степени интеграции

Следящие ( прозрачные ) и запускаемые по фронту фик^ сирующие схемы (регистры-защелки). О фиксирующих схемах (регистрах-защелках) ранее коротко упоминалось в разд. 8.24. Фиксирующую схему, выходные сигналы которой повторяют сигналы на ее соответствующих входах все время, пока схема открыта, называют прозрачной или следящей (схемой с помехами в нагрузке) фиксирующей схемой в отличие от запус- -щ .

темой по фронту фиксйрут ющей схемы, которая представляет собой просто массив D-триггеров с общим тактовым входом. Такое различие приводит к важным последствиям при фиксации данных с шины, если учесть относительное расположение во времени стробирующих сигналов DATA и WRITE. Существо дела ясно из рис. 11.16. Дело в том, что типичный протокол микропроцессора

Шина данных Выход

фипсирующеи схемы

а

ш

Шина данных Выход

фиксиррщей схемы

данные установлены

не обязательно предусмат- Рис. 11.16. Синхронизация цикла записи. рИВает появление НуЖ- а - прозрачная фиксирующая схема; б - аапускае* ных данных на шине не- Фиксирующая схема

посредственно после прохождения переднего фронта стробирующего импульса WRITE, но гарантирует их наличие при прохождении его заднего фронта (а также в течение некоторого установленного минимального интервала времени, предшествующего его прохождению). В результате выход следящей фиксирующей схемы, если она открыта в продолжение всего импульса WRITE, может оказаться в

случайном состоянии, как это показано на рис. 11.16, а. С друг< стороны, запускаемая по т|фонту фиксирующая схема меняет Свое состояние только в конце импульса WRITE, чем обеспечивается отсутствие на ее выходе таких мерцаний (рис. 11.16, б).

Промышленность поставляет хороший ассортимент фиксирующих схем ТТЛ, как следящих, так и запускаемых по фронту. Они могут обладать такими особенностями, как наличие входа СБРОС (RESET) удобное расположение выводов (входы и выходы на противоположных сторонах корпуса), инвертированные выходы, взаимно дсятолнительные выходы {т. е. имеются как прямые, так и инвертированные выходы), выходы с тремя состояниями (полезные при работе с файверными шинами 1>) и отдельный отпирающий вход (INPUT ENABLE). Этот последний позволяет упростить внешнее стробирование, поскольку сигнал WRITE может управлять тактирующим входом, а логическая схема выбора устройства - отпирающим входом (входом разрешения). Заметим, что для обеспечения всех перечисленных возможностей не хватит выводов, если мы собираемся использовать их также и для передачи данных. Поскольку большинство процессоров имеют байтовую организацию, желательно иметь возможность временно сохранять внутри одного чипа 8 бит данных. Корпус с 16 выводами такой возможности не допускает (сосчитайте нужное число выводов), и мобильной полупроводниковой промышленностью был выпущен удобный и изящный (ширина --7,5 мм, такая же, как у корпуса с 16 выводами) двухрядный корпус DIP с 20 выводами. Впоследствии мы еще поговорим о корпусах более подробно (найдите наш вечно новый параметр ЭПК').

В табл. 11.3 и 11.4 собраны данные о поставляемых промышленностью фиксирующих схемах ТТЛ. Из этих списков следует отметить микросхему 74LS377 - достаточно хорошую фиксирующую схему широкого применения для вывода и хорошую фиксирукщую схему 74LS374 для ввода (для драйверных шин).

Буфера. Другой чип, в оольших:тсолнчествах используемый при конструировании микропроцессорных систем,- это буфер стремя состояниями. Такие буфера используются для задания на шине адресной или числовой информации, а чаще всего просто для пересылки данных в ЦП. Как и в случае с фиксирующими схемами, здесь существу ют модификации на 8 бит с 20 выводами. Возможные варианты включают наличие гистерезиса, инвертированные выходы, расположение выводов для входов и выходов на противоположных сторонах корпуса и наличие отдельных выводов отпирающих входов для двунаправленного использования. На рис. 11.17 показан двунаправленный буфер с тремя состояниями, используемый для пересылки данных в любом из двух направлений. При помощи таких буферов маломощ-

1) То есть шинами, к линиям которых могут быть присоединены одновременно входы и выходы ряда устройств - Прим ред

ЭПК - эквивалентная площадь корпуса. (PEA, package equivalent area).

Таблица 11.3 Запускаемые по фронту фиксирующие схемы

Следящие фиксирующие схемы

Таблица 11.4

Глаеа 1!

1>

ную шину (ввода/вывода) данных микропроцессора соединяют с системной шиной, токи и емкость которой относительно велики. В мини-ЭВМ, которую мы рассматривали в гл. 10, эта задача решалась при помощи драйверов с большим выходным током, размещенных на плате ЦП.

Обратите внимание, что в действительности мы здесь говорим о двух разных применениях. Драйверы с тремя состояниями нужны

всегда (даже в случаях простых I-0- ---~-] приложений вреде рассмотренного нами счетчика), когда надо ввести данные в микропроцессор; кроме того, буфер с достаточно большим допустимым выходным током нужен для питания сильно нагруженной внешней шины, которая является характерной деталью более сложных систем. В этом последнем случае часто приходится отказываться от использования маломощных схем Шоттки с их максимальной нагрузочной способностью 24 мА в пользу стандартных буферов ТТЛ с нагрузочной способностью 48 мА.

В табл. П.5 приведен впечатляющий список буферов с тремя состояниями. Микросхемы , i ; 74365 -368 (идентичные 8095-8)

Рис П 17. Двунаправленный буфер с тре- являются классическими, но мя состояниями. проигрывают, имея только по

6 бит (корпус с 16 выводами). Схемы Signetic 8Т95 - 8 совместимы по расположению выводов и обладают более высокой нагрузочной способностью (48 мА). Микросхема 74245 - это широко применяемый 8-битовый двунаправленный буфер.

Корпуса. Как уже отмечалось, возникновение двухрядных DIP-корпусов с 20 выводами было связано с потребностями 8-битовых микропроцессоров. В отличие от имевших ширину 0,6 дюйма и 24 вывода корпусов предыдущих выпусков, более современные корпуса сжаты до стандартной ширины 0,3 дюйма и потому экономят площадь на плате печатной схемы. Поскольку большая часть платы обычно бывает занята, как это было продемонстрировано выше, ИМС периферийных устройств, оказывается важным поставить вопрос о выборе

<1

Соответственно 15,2 и 7,6 мм.- Прим. перев

Таблица 11.5

Буфера с тремя состояннямн

типа корпусов, которые вы собираетесь использовать для ее заселения. В качестве альтернативы только что упомянутым СИС с 20 выводами здесь надо указать возможность использования периферийных л-МОП БИС для решения таких задач, как фиксация данных, их временное хранение и(или) усиление по мощности соответствующих сигналов (буферирование), счет и синхронизация, последовательный В/В, управление дисками и дисплеем, передача данных при ПДП и прерывания. Такие системные компоненты обычно вводятся в употребление одновременно с чипами ЦП теми же изготовителями и предназначаются специально для совместной работы с главным ЦП.

Прежде чем позволить увлечь себя содержащимися в издаваемой изготовителями литературе убедительными описаниями многочисленных достоинств этих ИМС, вы, конечно, захотите учесть и другие их свойства, в особенности высокие цены, большие размеры корпусов

Прямой доступ в память,- Прим. перев.

И чрезмерную гибкость. Часто скромные компоненты СИС могут выполнять ту же работу по меньшей мере столь же хорошо. Чтобы показать, сколько места занимают на плате различные корпуса, мы составили табл. 11.6, в которой перечислены эквивалентные площади

Таблица 11.6

ЭПК для различных размеров корпусов с двухрядным расположением выводов (DIP)

Примечание: эффективные площади с просветом вычислялись для величины просвета 0,15 всюду вокруг, т.е. для расстояния 0,3 дюйма между ними (1дюйм = 25,4 мм.-Прим. перев.).

) Эквивалентная пловдадь (отнесенная к площади корпуса с 16 выводами).

корпусов (ЭПК) в единицах стандартного корпуса DIP с 16 выводами Мы видим, что широко распространенный корпус БИС с 40 выводами занимает столько же места, сколько 2,8 корпуса с 20 выводами. Теперь, когда предостережение произнесено, мы можем взглянуть на некоторые из этих чудес высокой степени интеграции.

11.9. Периферийные БИС

Общие замечания. Как мы уже отмечали, предназначенные для обслуживания микропроцессоров БИС обычно изготовляются по п-МОП-технологии и поставляются в больших корпусах с 28 или 40 выводами. При конструировании этим схемам стремятся придать высокую степень гибкости и часто изготовляют их с программируемыми параметрами операций. Хотя обычно они предназначаются для работы с определенными микропроцессорами, их универсальность позволяет использовать вспомогательные ИМС одного изготовителя с микропроцессором другого. Такие схемы при своем первом появлении могут

Ь Корпус 201-16-6 по ГОСТ 17467-72.- Прим. ред.