Руководство к практическим занятиям по автоматизированному проектированию аналого-цифровых схем

2.7.    Моделирование программно-управляемых устройств ввода-вывода ЭВМ

Использование микропроцессорной техники в системах автоматического управления в первую очередь связано с организацией ввода-вывода. Одним из наиболее распространенных способов ввода-вывода является программно-управляемый, при котором сопряжение с системной шиной управляющей ЭВМ осуществляется набором аппаратных средств, обеспечивающих селекцию устройств ввода-вывода (УВВ) и двухсторонний обмен информацией этих устройств с управляющей ЭВМ. В популярном персональном компьютере (ПК) фирмы IBM в адресном пространстве ввода-вывода зарезервировано 32 адреса (от 300Н до 31FH) для возможности их использования при проведении различных экспериментов по применению ПК в качестве управляющей ЭВМ. Для таких целей различными фирмами, включая и фирму IBM [18], изготавливаются и так называемые макетные платы с ножевым разъемом типа ISA, конструкция которых позволяет размещать на ней ИМС с различным количеством выводов и затем соединять их монтажными проводниками. Некоторые платы содержат буферные элементы, селекторы адреса и шинные формирователи.

Схема 32-х разрядного устройства ввода-вывода, позволяющего организовать двухстороннюю связь, приведена на рисунке 9.28 [5]. Схема несколько изменена, поскольку в библиотеке программы EWB отсутствует микросхема шинного формирователя 74245, замененная подсхемой из двух ИМС 74244 (обозначена под номером 74245, см. рис.9.29), в результате чего изменена и схема управления (логические элементы U1, U2). Второе отличие заключается в замене двух ИМС 74244, используемых в оригинале в качестве однонаправленных буферов, на одиночные буферные элементы U3…U17, что вызвано крайне неудачным расположением выводов ИМС 74244. Этот недостаток вообще характерен для всех цифровых ИМС из библиотеки EWB. Достаточно взглянуть на дешифраторы U23,U24 (отечественные аналоги К133ИД3, К1533ИД3 и т.п.), где входы A,B,C,D,G1,G2 расположены с правой стороны, тогда как общепринято располагать их слева. В других ИМС входы и выходы располагаются вперемежку с обеих сторон (в том числе и в 74244). Третье отличие заключается в замене 8-разрядного компаратора 74688, отсутствующего в библиотеке EWB, на комбинацию логических элементов U20, U21, U22.

Рис.9.28. Схема устройства ввода-вывода для IBM PC

Назначение сигналов системной шины IBM PC следующее:

• IOW’, IOR’ – сигналы записи и чтения с активным низким уровнем для вывода и ввода при обмене с УВВ;
• А0…А9 – сигналы адресной шины;
• D0…D7 – сигналы шины данных (в подсхеме 72245). Во время цикла записи в УВВ микропроцессор выдает эти сигналы перед сигналом IOW’, во время цикла чтения порт ввода должен обеспечить выдачу сигналов на шину данных перед сигналом IOR’;
• AEN – сигнал разрешения выбора адреса, вырабатывается контроллером прямого доступа к памяти (ПДП) материнской платы IBM PC; в течение цикла ПДП обращение к портам ввода-вывода запрещено, поскольку в это время возможна активизация сигналов IOW’, IOR’;
• CLOCK (OSC) – системный тактовый сигнал синхронизации, используется по необходимости, на схеме рис. 5.8.1 не задействован;
• RESET – сигнал установки всех функциональных узлов системы в исходное состояние после включения питания или нажатия кнопки Reset на системном блоке; синхронизируется импульсом OSC.

После передачи этих сигналов через буферные элементы к их имени добавляется префикс В, т.е. BIOW’…BD0…BRESET. Сигнал IOA’ – разрешение выбора адреса порта УВВ – формируется адресным селектором на ИМС U20, U21, U22 при разрешающем состоянии сигнала AEN, для которого активным является низкий уровень сигнала.

Рис.9.29. Внутренняя структура подсхемы 72245

На выходах 0…15 дешифраторов U23, U24 формируются адресные сигналы 32 портов ввода-вывода (от 300H до 31FH) с активным низким уровнем.

Для индикации состояния выводов в простейшем случае может быть использован светодиод IND (на схеме подключен только к одному выходу). Выходы дешифраторов G1, G2 разрешающие, при подаче на них сигналов низкого уровня (логического нуля) разрешается формирование сигнала на выходе дешифратора, определяемого двоичным кодом на адресных входах A,B,C,D.

Работа с УВВ на рис.9.28 позволяет ознакомиться с аппаратными средствами программного ввода-вывода и отработать навыки по диагностики и локализации неисправностей цифровых систем управления.

Оглавление