Шинные формирователи.

Шинный формирователь представляет собой усилитель, сопрягающий выходы ЦПЭ с магистралями передачи информации системы. В простых микропроцессорных системах шинные формирователи могут вообще отсутствовать, так как БИС ЦПЭ имеет на выходе буферные усилители, к которым подключается адресная шина и шина данных. Эти буфера обеспечивают получение ТТЛ-уровней сигналов и могут переходить в высокоомное состояние, т. е. отключать ЦПЭ от системных шин. Вследствие этого шины адреса и данных можно непосредственно подключать к выводам БИС ЦПЭ, а все остальные элементы системы (память, порты ввода-вывода) подключать сразу же к соответствующим шинам. Система управления в этом случае имеет мало элементов и получается очень простой.

Однако как раз объем системы и является тем ограничивающим фактором, который определяет подроб­ную структуру. Этот фактор связан с нагрузочной способ­ностью выходных буферов ЦПЭ и подсоединенных к ним шин. Нагрузочная способность шины данных для состоя­ния логического 0 составляет 1,8 мА, а в состоянии

логической 1—0,15 мА. Нагрузочная способность всех остальных выводов составляет 0,75 мА для логического 0 и только 0,1 мА для логической 1. Эти значения гаранти­рованы разработчиками микропроцессорного комплекта, и, хотя на практике их иногда превышают, все же они указывают те границы, которых следует придерживаться для уверенной эксплуатации системы.

Если суммарная нагрузка какой-либо линии шины адреса или шины данных будет превосходить указанные выше значения, то в такую шину надо вводить буфера-усилители, их-то и называют шинными формирователями или драйверами.

При проектировании системы управления надо прежде всего оценить токовую нагрузку, которую будет испыты­вать каждая линия шин адреса и данных. Как видно из рис. 1.1, адресные линии в микропроцессорной системе управления связаны со множеством входов различных модулей, подключенных параллельно. Модули памяти обычно потребляют очень малый ток (0,02—0,4 мА), но в состав системы входят те или иные логические устройства, для реализации которых часто применяются ИС серии К 155. Ток, потребляемый на входе этих микро­схем, равен 1,6 мА в состоянии логического 0 и 0,04 мА в состоянии логической 1, т. е. практически полностью расходуется токовый ресурс микросхемы ЦПЭ.

Чтобы сократить потребление тока в сигнальных линиях и тем самым избежать введения буферных усилителей-формирователей, логические преобразования можно делать с помощью интегральных схем серии К555. Эти схемы потребляют меньшие токи: в состоянии логи­ческого 0—0,36, а логической 1—0,02 мА. Таким образом, БИС ЦПЭ может непосредственно (без применения буфе­ров) выдержать нагрузку пятью интегральными схемами серии К555.

Однако в общем случае нагрузка по току на адресных линиях может превысить возможности микросхемы ЦПЭ и тогда возникает необходимость во введении шинных фор­мирователей. Введение буфера адреса требуется и в том случае, когда адресные линии должны работать на значительную емкостную нагрузку. Примером такой нагрузки является соединительный кабель большой длины. При этом для поддержания электрических характери­стик сигнала на конце линии перед передачей по кабелю его необходимо усиливать, т. е. применять шинный форми­рователь.

После решения о необходимости введения буфера нужно выбрать подходящее устройство. В качестве буфе­ров адресной шины могут быть использованы микросхемы той же серии К155. Хотя потребляемая ими мощность вели­ка, зато высок и коэффициент разветвления по выходу:

на выходе обычной схемы можно получить ток 16 мА, а схемы с повышенной нагрузочной способностью дают 30—40 мА. Можно, в частности, использовать интеграль­ные схемы с шестью повторителями в одном корпусе К155ЛП10 или схемы с организацией 4+2 элементов К155ЛП11. Как те, так и другие, имеют три состояния на выходе и элементы управления входами (рис. 1.5). При использовании таких схем в качестве буферов адреса на выводы I(In) подаются сигналы с ЦПЭ, с выводов O(Out) передаются на шину адреса, а на входы доступа (выбора микросхемы) постоянно подаются сигналы уровня логи­ческого 0, т. е. выводы 1 и 15 соединяются с корпусом. Схемы постоянно находятся во включенном состоянии. Однако в некоторых случаях, например при передаче управления от ЦПЭ периферийному устройству (режим прямого доступа к памяти), возникает необходимость в блокировке адресного выхода ЦПЭ и переводе буфера адресной шины в высокоомное состояние; тогда на выводы доступа должны подаваться соответствующие сигналы управления.

Включение буфера в шину данных. Когда микропро­цессор работает в режиме вывода, к шине данных парал­лельно подключается много различных модулей. При этом возможно, что общая нагрузка от всех устройств окажется для шины данных чрезмерной. Эта ситуация подобна той,

Рис. 1.5. Буфера шины адреса: а—К155ЛП10; б—К155ЛП11

которая обсуждалась при рассмотрении нагрузки на шину адреса, и для ее предотвращения нужно также вводить буфер-формирователь.

Однако, рассматривая шину данных, необходимо учи­тывать то обстоятельство, что в отличие от адресной шины, в которой сигналы проходят только в одном направлении (от ЦПЭ к другим модулям системы), шина данных двунаправленная, и этот факт исключает возможность использования простой техники включения буфера, при­менявшейся в отношении шины адреса.

В качестве двунаправленного буфера шины данных можно использовать два самостоятельных устройства, аналогичных тем, которые применялись для шины адреса (рис. 1.5). Очевидно, что теперь сигналы, активизирующие устройства, не могут иметь постоянный потенциал, а эти устройства должны получать сигналы управления в соот­ветствии с направлением передачи данных (рис. 1.6.).

Для использования в качестве двунаправленного буфера создана специальная интегральная схема К589АП16 —четырехразрядный сдвоенный шинный фор­мирователь (рис. 1.7). Эта схема состоит из набора усилителей с тремя состояниями на выходе и логических схем на входе для управления направлением передачи (ВН — выбор направления) и организации доступа. Отли­чительной особенностью этих микросхем является малый потребляемый ток на входе — 0,25 мА и высокая нагру­зочная способность: первая группа усилителей дает 50 мА

Рис. 1.6. Включение буферов в шину данных

Рис. 1.7. Четырехразрядный шинный формирователь К589АГП6 

Рис. 1.8. Включение формирователей вшину данных

при нулевом и 10 мА при единичном уровне, а вторая группа — 15 и 1 мА соответственно. При использовании ИС К589АП16 в качестве двунаправленного буфера шины данных выводы I и О соединяются, но включенным всякий раз может быть только один из усилителей (рис. 1.8), так как выход другого переводится в высокоомное состояние. Для передачи информации от ЦПЭ к другим модулям системы (запись) на вход ВН подается логическая 1. При подаче на вход ВН логического 0 передача информации происходит от модулей к ЦПЭ (чтение). В третье, высокоомное, состояние шинные фор­мирователи переводятся путем подачи на вход ВМ уровня логической 1. В реальной системе этот сигнал может быть взят с выхода ЗХВ («Захват») ЦПЭ. Если же режим передачи управления в системе не используется, то на вывод ВМ нужно постоянно подавать уровень логи­ческого 0, соединив, например, вывод 1 с корпусом.

На практике шинные формирователи К589АП16 приме­няют в качестве буфера не только шины данных, но и шины адреса, хотя один элемент при этом оказывается избыточным. Для обслуживания всей шины адреса тре­буется 4 микросхемы.

Кроме микросхемы К589АП16 выпускается микросхема К589АП26, которая отличается от предыдущей только наличием инверторов на каждом выходе.

В последнее время отечественная промышленность освоила выпуск двунаправленных шинных усилителей формирователей, входящих в состав МПК БИС серии К580. Микросхема КР580ВА86 размещается в пластмас­совом корпусе с 20 выводами и состоит из восьми идентичных усилителей и блока управления. Если на вход НП (направление передачи) подан сигнал высокого уровня, информация передается со стороны А, подключен­ной, например, к ЦПЭ, на сторону В, подключенную к шине данных. При сигнале НП низкого уровня направле­ние передачи изменится на обратное. Выпускается также микросхема КР580ВА87, у которой выход со стороны В имеет инверторы, т. е. данная микросхема по своим функциям аналогична К589АП26.

Микросхемы КР580ВА86 и КР580ВА87 более удобны для практического применения по сравнению с использу­емыми сейчас шинными формирователями серии К589, так как в одном корпусе содержат сразу восемь формирова­телей, достаточных для буферирования всей шины данных. Обе микросхемы имеют вход РВЫХ, действие которого аналогично входу ВМ , т. е. если на РВЫХ нет напряжения низкого уровня, то все информационные входы и выходы данной микросхемы переходят в высокоомное состояние.

Предлагаю ознакомиться с аналогичными статьями: