Основные временные параметры микропроцессора КР580ИК80А

Время выполнения команды МП зависит от типа команды и продолжается от 1 до 5 машинных циклов (M). Длительность машинного цикла может составлять от 3 до 5 машинных тактов (Т,). Длительность машинного такта равна периоду тактовой частоты, задаваемой частотой фаз CLKI, CLK.2 генератора тактов.

Операции, выполняемые МП в машинном цикле, определяются 8-разрядной информацией, характеризующей состояние внутренних узлов микропроцессора. Этот байт состояния называется также словом состояния процессора и выдается на шину данных МП в такте Т2 каждого машинного цикла (табл. 1.2, табл. 1.3). Байт состояния может использоваться для формирования управляющих сигналов обращения к ЗУ, УВВ, а также при организации различных режимов работы микропроцессорной системы.

Таблица 1.2. Сигналы состояния микропроцессора

Обозначение сигнала	Разряд шины данных	Назначение сигнала
INTA	DO	Подтверждение прерывания; используется для стробирования приема команды RST в МП из схемы прерывания
WO	Dl	Запись; L-уровень сигнала указывает на запись данных в ЗУ или ВУ; Н - уровень сигнала – на запись в микропроцессоре
STACK	D2	Стек; Н- уровень сигнала указывает, что на шине адреса установлено содержимое SP
HLTA	D3	Подтверждение останова; Я-уровень сигнала указывает на переход МП в состояние останова
OUT	D4	Ввод; Н-уровень сигнала указывает, что на шине адреса установлен код ВУ и можно осуществить ввод данных в МП по сигналу DBIIN = 1
MI	D5	Н-уровень сигнала указывает, что МП принимает первый байт команды
INP	D6	Ввод; Н-уровень сигнала указывает, что на шине адреса установлен код ВУ и можно осуществить ввод данных в МП по сигналу DBIN= 1
MEMR	D7	Чтение; Н-уровень сигнала указывает, что осуществляется чтение содержимого ЗУ по адресу, установленному на шине адреса

Таблица 1.3. Разновидности машинных циклов микропроцессора

Машинный цикл	Обозначение сигнала слова-состояния процессора
INTA	WO	STACK	HLTA	OUT	М1	INP	MEMR
Цикл M1 - выборка команды
Цикл чтения из ЗУ записи в ЗУ чтения из стека
Цикл записи в стек
Цикл ввода Цикл вывода Цикл прерывания Цикл останова Цикл прерывания при останове

Для фиксации слова-состояния процессора можно применить внешний 8-разрядный регистр. временная диаграмма и схема записи слова состояния в многорежимный буферный регистр К589ИР12 приведена на рис.1.3. Запись осуществляется сигналом CLKI в такте Т2 с использованием сигнала SYNC.

Рис.1.3.

Цикл выборки команды M1 является первым и обязательным машинным циклом всех команд МП.

Управление функционированием микропроцессорной системы на базе МП КР580ИК80А осуществляется генерацией управляющих сигналов по двум шинам: по шине управления собственно МП (WR, DBIN, INTE,...) в каждом такте работы микропроцессора Ti), по шине данных путем генерации слова-состояния процессора (PSW) в каждом машинном цикле M.

Диаграмма состояний МП при выполнении типового машинного цикла с внешними управляющими сигналами READY, HOLD, INT и сигналом HLTA формируемым по команде HLT, приведена на рис. 1.4.

Рис.1.4

На диаграмме состояний МП (рис. 1.5) можно выделить следующие особенности его функционирования.

1. Любой машинный цикл включает, по крайней мере, три такта: Т1, Т2 и ТЗ. Такты Т4, Т5 не обязательны и применяются для внутренних операций МП.

2. Подача сигнала H-уровня на вход RESET длительностью не менее трех периодов тактовой частоты устанавливает МП в исходное состояние. В программный счетчик заносятся нули, а схема управления начинает формировать такт Т1 машинного цикла выборки команды М1.

3. В такте Т2 микропроцессор анализирует сигналы READY, HLTA и HOLD. При наличии на входе READY напряжения H-уровня и отсутствии сигналов HLTA и HOLD микропроцессор переходит к такту ТЗ. В зависимости от вида выполняемой команды машинный цикл завершается после выполнения тактов ТЗ, Т4 или Т5. Если выполнение команды не закончено, то МП переходит к следующему машинному циклу команды, начиная с такта Т1. В конце каждой команды МП проверяет наличие запроса прерывания. Если H -уровень сигнала находится на входе INT и триггер разрешения прерывания установлен (INTE= 1), то МП переключает триггер прерывания (ТТ1) и приступает к выполнению машинного цикла прерывания, начиная с такта Т1.

При наличии на входе READ Y сигнала L-уровня в такте Т2 микропроцессор переходит в состояние ожидания (Т_w), пока не появится сигнал READ Y от внешнего устройства.

4. В такте Т2 анализируется наличие сигналов установки внутреннего триггера захвата (ТТ2). Однако переход к режиму захвата до такта ТЗ не разрешается, потому что МП должен закончить обмен с внешним регистром в начале такта ТЗ. По окончании состояния захвата МП всегда переходит к такту Т1 следующего машинного цикла. Если текущий машинный цикл содержит такты Т4 и Т5, то они совмещаются с режимом захвата.

5. МП переходит в состояние останова при наличии сигнала HLTA, формируемого во втором машинном цикле команды HLT, при этом внутренние шины адреса и данные переводятся в высокоимпедансное состояние, появляется H-уровень напряжения на выходе WAIT- выполнение программы прекращается. Из состояния останова МП выходит по сигналу сброса RESET или по сигналу запроса прерывания INT при установленном триггере разрешения прерывания (I N ТЕ = 1). В состоянии останова МП может переходить в режим захвата, если поступает сигнал напряжения Н- уровня на вход HOLD.

На рис. 1.5, а изображена временная диаграмма приема информации в микропроцессор в цикле чтения из ЗУ и цикле ввода. В такте Т1 по каналу данных передается информация о состоянии текущего цикла; в канал адреса передается адрес ячейки памяти, из которой считывается информация в текущем цикле; формируется сигнал Н-уровня SYNC. В такте Т2 микропроцессор устанавливает сигнал высокого уровня DBIN, а канал данных принимает информацию с шины данных по импульсу синхронизации CLK2 при условии, что здесь имеется сигнал высокого уровня READY. Если необходимо согласовывать по времени работу ЗУ и МП, то можно увеличить длительность сигнала приема DBIN подачей L-уровня сигнала READY. Тогда МП переходит в состояние ожидания и выдает сигнал H-уровня WAIT, а канал адреса, канал данных и сигнал DBIN не изменяют своего состояния. По сигналу READY Н-уровня МП переходит в такт ТЗ, изменяются уровни сигналов WAIT u DBIN; канал данных переводится в высокоимпедансное состояние. В такте Т4 информация в адресном канале изменяется и становится неопределенной до начала следующего цикла. В течение всего цикла приема информации сигнал WR сохраняет H-уровень напряжения. Временная диаграмма основных сигналов при выдаче информации из МП для цикла записи в ЗУ и цикла вывода отличается отсутствием сигнала DBIN и формированием после такта Т2 сигнала WR L-уровня. В такте Т2 микропроцессор выдает информацию на шину данных для записи в ЗУ или УВВ.

Микропроцессор начинает обработку запроса прерывания, поступившего на вход INT, если внутренний триггер разрешения прерывания установлен в состояние (INТЕ = 1). Устанавливать или сбрасывать триггеры разрешения прерывания можно программно, с помощью команд ЕI(i) (разрешение прерывания) или DI (запрещение прерывания). Если запрос прерывания принят, то МП начинает 'выполнение машинного цикла прерывания. В такте Т1 этого цикла на шину адреса поступает содержимое программного счетчика, а на шину данных - слово-состояние процессора (рис. 1.5, б). Слово-состояние цикла прерывания содержит единицы в разрядах DO (INТА), DI (WO) и D5 (MI) (см. табл. 1.1). Сигнал подтверждения прерывания INTA используется в микропроцессорной системе для квитирования микропроцессором приема запроса прерывания. В такте Т1 по сигналу CLK2 также сбрасывается триггер разрешения прерывания (INTE=0), что приводит к запрету приема последующих запросов прерываний. В такте Т2 по сигналу DBIN обычно вводится код операции из памяти, но слово-состояние цикла прерывания содержит в разряде D7 (MEMR) нуль-запрет на чтение из памяти, поэтому код операции должен сформировать внешнее устройство. В такте Т2 сбрасывается также внутренний триггер прерывания, а содержимое PC не изменяется. В такте ТЗ команда RST, сформированная ВУ, с шины данных передается в регистр команд МП, а в тактах Т4 и Т5 она дешифрируется. По команде RST содержимое PC (адрес возврата) запоминается в стеке, а в PC заносится адрес первой команды программы обработки прерывания, определяемый номером команды RST. Запоминание адреса возврата из прерывания в стеке выполняется в циклах М2 и МЗ - запись в стек.

Рис.1.5.

Для обмена информацией с быстродействующими внешними устройствами (ВУ) используется режим прямого доступа к памяти, в котором выполнение программы приостанавливается, буферы адреса и данных МП переходят в высокоимпедансное состояние, и контроллер прямого доступа к памяти организует обмен данными между ВУ и памятью микроЭВМ. Временная диаграмма режима прямого доступа к памяти в цикле чтения из ЗУ изображена на рис. 1.6. При наличии сигнала READY H-уровня МП переходит в состояние захвата в такте ТЗ. Для режима прямого доступа в цикле записи в ЗУ при наличии сигнала READY переход МП в состояние захвата осуществляется после такта ТЗ.

Рис. 1.6.