В гл. 3 рассматривались вопросы реализации аппаратного обеспечения микропроцессорных систем с 3 шинами, базирующихся на микропроцессорах 8080, 8085, Z80 и 6800. В частности, там были представлены обычные микропроцессорные системы с ПЗУ и ОЗУ. Однако мы не касались вопросов применения в системе устройств ввода-вывода.

В данной главе в рамках систем с 3 шинами рассматривает ся интерфейс некоторых типичных устройств ввода-вывода При изучении функционирования каждого из четырех микро процессоров в качестве контроллеров системы будут пред ставлены существующие аппаратные и программные средства, соответствующие рассматриваемым типам микропро цессоров. Из устройств ввода-вывода остановимся на двух еле дующих.: 1) клавишный пульт; 2) цифровой индикатор. Эти уст ройства ввода-вывода выбраны потОму, что им присущи наибо лее типичные функции и каждый, кто имеет дело с микропро цессорами, неизбежно воспользуется ими.

Другим существенным основанием для выбора этих устройств ввода-вывода является то, что некоторые читатели, возможно, захотят использовать излагаемые здесь идеи при конструирова НИИ небольших микропроцессорных систем. В частности, при конструировании микропроцессорной системы для конкретного применения клавишный пульт и цифровой индикатор могут быть включены в состав системы. В этом случае, даже если это первая попытка проектирования и применения микропроцессора в каадстве контроллера, цифровой индикатор и простое нажатие на клавиши обеспечат вам взаимодействие с системой.

Такое взаимодействие позволит выявить важные принципы, которые окажутся полезными в ряде других применений микро-.-процессорных систем. Материалы данной главы будем излагать в следующей последовательности:

1. Обсуждение основных принципов построения клавишного пульта, ,

2. Вопросы реализации 25гклавишного пульта и соответству* ющего аппаратного обеспечения. (При необходимости клаввЙ* typa может быть расширена.)

3.. Обсуждение основных принципов построения цифрового индикатора. .

4. Вопросы реализации 6-разрядного цифрового индикатора и соответствующего аппаратного обеспечения. (Число разрядов индикатора может быть увеличено.)

5. Покажем, как клавишный пульт и цифровой индикатор подключаются к микропроцессорной системе с трехшинной архитектурой.

6. Рассмотрим программу, обеспечивающую работу клавишного пульта и цифрового индикатора. Кроме фактически существующего программного обеспечения для микропроцессоров

. 8080, 8085, Z80 и ,6800, будут представлены схемы, соответствующие изучаемым микропроцессорным системам.

4.1. Программное обеспечение клавишного пульта

Теперь обсудим принципы программного обеспечения клавиш-ного пульта . Понятие программное обеспечение клавишного пульта используется потому, что выполнение действий, обусловленных нажатиями клавиши, и управление осуществляются программными средствами. Этот тип клавишного пульта отличается от клавишного пульта, реализованного аппаратно, когда цифровое логическое устройство управляет клавиатурой и выполняет определенные аппаратные функции, соответствующие нажатой клавише.

Сначала в общих чертах обсудим функцию клавишного устройства ввода. Часто клавишный пульт представляет собой матрицу из однополюсных нажимных нефиксируемых кнопок, которые в нормальном положении разомкнуты и переключаются мгновенно. Схематическое изображение ключа такого типа показано на рис. 4.1. Ключи располагаются в виде матрицы, которая может иметь любой размер. Будем вести рассмотрение на примере матрицы 5X5, представленной на рис. 4.2. Очевидно, что каждый ключ однозначно определяется указанием номера строки и номера столбца, на пересечении которых находится -выбранный ключ. Столбцам соответствуют обозначения Со-Сч, а строкам - Ro-R4. Некоторый ключ, имеющий определенную позицию в пределах матрицы программно-управляемой клавиатуры, не снабжается специальными аппаратными средствами.

Благодаря надлежащему программированию микропроцессо-ipa можно программно определять позицию нажатой кнопки й Потом выполнить раздел программы, однозначно соответствующий частной позиции кнопки (ключа) в матрице клавиатуры. Это означает, что функциональное назначение любой кнопки можно изменить посредством простого изменения программного обеспечения микропроцессора. Этот принцип иллюстрируется блок-схемой, показанной на рис. 4.3.

ИНТЕРФЕЙС УСТРОЙСТВ ВВОДА-ВЫВОДА В МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ С 3 ШИНАМИ

Понимая общие принципы реализации программируемой клавиатуры, мы получаем в распоряжение, строительный блок , который пригоден для многих приложений микропроцессорных систем.

Рис. 4.1. Схематическое изображение однополюсного нормально разомкнутого ключа.

Рассмотрение, принципов реализации клавишного пульту связано с решением следующих проблем:

1. Аппаратное обеспечение, требуемое для реализации клавишного пульта.

2. Программное обеспечение для управления клавишным пультом.

3. Программное обеспечение для определения замыкания ключа. -

4. Программное обеспечение для определения размыкания ключа.

4.2. Аппаратные средства, необходимые

для реализации клавишного пульта

Основным предметом нашего рассмотрения будут аппаратные средства, необходимые для реализации 5Х5-матрицы ключей клавишного устройства ввода. Эти аппаратные средства доказаны на схеме, представленной на рис. 4.4. Для реализации должны выбираться такие интегральные схемы, которые обеспечивают минимальное общее число корпусов. Однако в данной книге мы не будем придерживаться такого критерия. Нам представляется более важным разобраться в основной идее, понять которую будет легче в процессе рассмотрения уже существующих аппаратных средств. Одни и те же функции могут быть реализованы различными аппаратными средствами; Некоторые интегральные схемы, на которые ссылаются в учебниках, приобрести трудно. Интегральные схемы, используемые для проекти- ; рования в данной книге, в настоящее время широко распространены. Тем не менее постоянно разрабатываются новые интегральные схемы, обладающие новыми функциями. Поэтому необходимо все время следить за сообщениями в литературе, чтобы своевременно знать о появившихся интегральных схемах.; Их использование позволит увеличить надежность микропро- , цессорных систем и приведет к уменьшению общего числа кор- , пусов. Еще раз подчеркнем, что прежде всего надо понимать основные, принципы реализации, и, чтобы донести их до Читателя, разберем характерные примеры.

Рис. 4.2. Матрица 5X5 однополюсных нормально разомкнутых ключей.

Переход к секции [Ч50граммы, со-oтвeтcтJУЮщeй этому ключ у

Переход к секции iS--программы, соответствующей этому ключу

- ,.\Да Переход к секци1Г RnC, -программы, соот-

ветствующей этому ключу

Переход к секции Да с,

программы, coot- --

ветствуюшей этому ключу

(Эта схема должна быть продолжена в соответствии с размерностью матрицы клавиатуры)

Рис. 4.3. Фрагмент блок-схемы алгоритма определения координат замкнутого ключа.

о а. о. о

о о.

§

S s

а

о, о s

се; ю о

te S ш

Q а а а~ а а а а QamcQmmmm

Ссылаясь на рис. 474, рассмотрим функцию каждого компонента системы ввода-вывода. Сначала обратим внимание на матрицу ключей. Ключи располагаются в матрице следующим-образом. Один вывод каждого ключа соединен с одной из вертикальных линий Со-С4, другой вывод соединен с одной из горизонтальных линий Ro-R4- Горизонтальные линии Ro-R4 являются входными линиями матрицы ключей клавишного пуль- тв; Вертикальные линии являются выходными линиями матри--цы ключей. В каждый момент времени только одна из горизон--тальных линий Ro-R4 может иметь уровень логического О, т. е.-когда на линии Ro, например, установлен уровень логическо--го О, то на линиях Ri, R2. Ra и Ra должен быть уровень логИ ческой 1. Таким взаимно исключающим способом выполняется установка уровня, соответствующего логическому О, для каждой горизонтальной линии. Понятие взаимно исключающий способ означает что в любой конкретный момент времени только одна горизонтальная линия может иметь уровень логического 0.

В то время как единственная горизонтальная линия имеет уровень логического О, вертикальные выходные линии матрицы клавишного пульта проверяются микропроцессорной системой. Если при этом обнаруживается замкнутый ключ, то соответствующая ему вертикальная линия получает уровень логического о! Вертикальная выходная линия будет иметь уровень логического О тогда и только тогда, когда замкнутый ключ соединяет ее с-входной линией, на которой будет установлен уровень логического 0. Чтобы подробнее рассмотреть этот вопрос, допустим, что в данный момент замкнут ключ, имеющий на схеме обозначение R3C2. Такое обозначение показывает, что соответствующий ключ в положении замкнуто соединяет входную линию 3 и выходную линию 2. Во время просмотра клавиатуры с помощью программных средств системы могут иметь место следующие события. Под термином просмотр мы понимаем, что система поочередно переводит каждую входную линию в состояние логического О и анализирует состояние выходов матрицы.

Линия Ro устанавливается в состояние логического 0. Все другие входные линии при этом имеют уровень логической 1. Пока на горизонтальной линии Ro поддерживается уровень логического О, выходные линии анализируются с помощью программного обеспечения системы. Ниже будет разъяснено, как горизонтальные линии устанавливаются в состояние логического О и каким образом с помощью программного обеспечения проверяются выходные линии. Если ключ R3C2 замкнут и на вход-.ной линии Ro установлен уровень логического О, на всех выходных линиях будет уровень логической 1. Это объясняется тем, то на вертикальных линиях уровень напряжения доведен до