3.5. Организация интерфейса в микропроцессорах
3.5.1. Понятие об интерфейсе
Микропроцессор в своей работе по программе постоянно обращается к запоминающим устройствам и устройствам ввода - вывода. Объединение микропроцессора, запоминающего устройства, устройств ввода — вывода должно производиться с учетом характера и временных параметров сигналов на стыках между компонентами. Чтобы сигналы были совместимы, нужно правильно выбрать компоненты и спроектировать специальные вспомогательные схемы.
Рис. 19. Виды основных интерфейсов в микропроцессорных системах.
Система шин, вспомогательной аппаратуры и алгоритмов, реализуемых на этом оборудовании, предназначенная для организации обмена между микропроцессором, памятью и устройствами ввода — вывода, называется интерфейсом. На рис. 19 показаны три вида интерфейсов. Интерфейс памяти связывает микропроцессор с системой памяти. Интерфейс ввода — вывода связывает микропроцессор с устройствами ввода—вывода (перфоратор, считыватель и др.). Главное при организации этих обоих интерфейсов — это синхронизация и управление шинами, а также выбор устройства.
Интерфейс связи с объектом связывает объекты с микропроцессором. К нему относятся преобразователи внешних сигналов, которые могут иметь любую природу (в том числе и аналоговую), в сигналы, совместимые с сигналами на шинах (аналогоцифровые преобразователи) и обратное преобразование (цифро-аналоговые преобразователи).
Рассмотрим интерфейс ввода — вывода.
3.5.2. Порты ввода-вывода
Портом ввода называется любой источник данных, например, адресуемый регистр, подключенный к шине данных микропроцессора. Он выдает слово в микропроцессор, когда к нему происходит обращение.
Портом вывода называется приемник данных, подключенный к шине данных. Он получает слово от микропроцессора, когда последний к нему обращается. В большинстве микропроцессоров для адресации портов (т. е. для выборки нужного порта) используется адресная шина или ее часть. Часть адресов портов ввода отличаются от адресов портов выводами от адресов памяти не значениями, а сигналами на соответствующих управляющих линиях.
Рис. 20. Функциональная схема устройства ввода-вывода.
На рис. 20 изображена типичная схема устройства ввода — вывода, состоящая из порта ввода и порта вывода. При выполнении команд ввода или вывода на адресную шину (Аo — А7) подается код устройства ввода — вывода. Дешифратор (или специальный элемент И на восемь входов) распознает код и выбирает устройство ввода — вывода. На его выходе появляется единичный сигнал ВЫБОРКА, который подается на элементы И1 и И2.
Порт ввода — это 8-битовый регистр 2, на который подается информация от внешнего устройства по команде РАЗРЕШЕНИЕ ЗАГРУЗКИ. При подаче сигнала ВВОД от шины управления логический элемент И2 своим единичным выходом открывает трёхстабильные формирователи и информация от регистра 2 попадает на шину данных. Дальнейший ее путь (к аккумулятору) определяется микропроцессором.
Порт вывода — это тоже 8-битовый регистр. После выполнения операций в микропроцессоре на шине данных выставляется результат, который будет записан в регистр лишь только при подаче сигнала РАЗРЕШЕНИЕ ЗАГРУЗКИ от логического элемента И1. Последний срабатывает при наличии одновременно двух логических единиц на входах «Выборка» и «Вывод».