Интерфейсы и периферийные устройства

18



1



Задание  1.  По выбранной элементной базе и адресам 8-разрядных регистров ввода и вывода и 2-разрядного регистра ввода-вывода представить принципиальную схему подключения портов к системной шине ISA.



Магистраль ISA была разработана специально для персональных компьют6еров типа IBM PC AT и является фактическим стандартом для всех изготовителей этих компьютеров.

Магистраль ISA относится к демультиплексированным (то есть имеющим раздельные	шины адреса и данных) 16-разрядными системными магистралями среднего быстродействия. Обмен осуществляется 8- или 16-разрядными данными. Максимальный объем адресуемой памяти составляет 16Мбайт (24 адресные линии). Максимальной адресное пространство для устройств ввода-вывода – 64Кбайта (16 адресных линий), хотя практически все выпускаемые платы расширения используют только 10 адресных линий (1Кбайт). Магистраль поддерживает регенерацию динамической памяти, радиальные прерывания и прямой доступ к памяти.

Структурная схема подключения устройств показана на рисунке 1.1. (стр.2).

Основными сигналами управления в схеме являются: IOR, IOW, AEN, IRQ N. 

IOR  - строб чтения данных из устройств ввода-вывода.

IOW – строб записи данных в устройства ввода-вывода.

AEN (разрешение адреса) – используется в ПДП для сообщения всем платам расширения, что производится цикл ПДП.

IRQ N – сигналы запроса радиальных прерываний.

 В магистрали ISA для каждого подключаемого устройства забронированы конкретные адреса, наше устройство не является стандартным, поэтому для его адресации используем резервные адреса: 360h – регистр ввода, 361h – регистр вывода, 362h – регистр ввода-вывода.

Для адресации конкретного устройства  используем дешифратор адреса (ДшА). К нему подведены старшие биты адреса (SA2-SA9). И управляющий сигнал AEN. Младшие биты адреса (SA0-SA1) включены в дешифратор управляющих сигналов (ДшУС). Для дешифрации управляющих сигналов используются сигналы IOR и IOW.

На выходе ДшУС образуются сигналы чтение регистра ввода (ЧтРВв), запись в регистр вывода (ЗпРВыв), чтение регистра ввода-вывода (ЧтРВ/В) и запись в регистр ввода-вывода (ЗпРВ/В). В таблице 1.1. показан принцип образования сигналов управления.





                             						Таблица 1.1.

Управляющие сигналы/ Сигналы ISA



ЧтРВв



ЗпРв



ЧтРВ/В



ЗпРВ/В

SA0

0

1

0

0

SA1

0

0

1

1

IOR

0

1

0

1

IOW

1

0

1

0



В приемопередатчик (ПП) поступают восьмиразрядные данные (SD0-SD7) и сигнал разрешения чтения (IOR).

В регистры ввода (РгВв) и вывода (РгВыв) восьмиразрядные, управляются сигналами ЧтРВв и ЗпРВыв соответственно. Регистр ввода/вывода (РВ/В) двухразрядный, управляется сигналами ЗпРВ/В и ЧтРВ/В.

Кроме того, регистры ввода и ввода/вывода управляются сигналом запись в регистр ввода из периферийного устройства.

Принципиальная схема устройства показана на рисунке 1.2.(стр.4). 

Дешифратор адреса реализован микросхемами К1533ЛН1, К1533ЛА2 и К555ЛЛ1. В дешифраторе используется простая логика, поэтому описывать подробно принцип образования сигналов не имеет смысла.

Дешифратор управляющих сигналов реализован на микросхеме К1533ИД3, которая представляет собой дешифратор - демультиплексор с 4 на 16. 

Согласно таблице истинности этой микросхемы и таблице 1.1. были определены выводы, с которых снимаем управляющие сигналы.

Приемопередатчик реализован на микросхеме К1533АП6, представляющей из себя  двунаправленный восьмиразрядный шинный усилитель с тремя состояниями выхода.

Регистры ввода и вывода собраны на микросхемах К1533ИР22, а регистр ввода/вывода – на ИМС К1533ИР34.





















Задание 2. Клавиатуру, содержащую 16х6 клавиш, подключить к интерфейсу Multibus с помощью соответствующих портов, необходимых для сканирования клавиш контактного типа. Представить подробную структурную схему с указанием всех управляющих сигналов.



Схема подключения устройства показана на рисунке 2.1 (стр.6). Устройство работает по прерыванию, т.е. если не нажата ни одна клавиша, то устройство в работу не включается.

Несколько узлов структурной схемы уже были использованы и описаны в задании 1. В данном случае используется интерфейс MULTIBUS, который имеет следующие сигналы управления: IORC –чтение порта; IOWC- запись в порт. Обмен осуществляется в режиме квитирования с формированием исполнителем ответного сигнала XACK.

Управляющими сигналами для дешифратора адреса (ДшА) служат адреса А2-А9, формирующие сигнал SEL. Младшие биты адреса (A0-A1) включены в дешифратор управляющих сигналов (ДшУС). Для дешифрации управляющих сигналов используются сигналы IORС и IOWС.

На выходе ДшУС образуются сигналы ВклБуф, ВклР12, ЗпР1, ЗпР2, ВклАП5, которые будут описаны ниже.

На приемопередатчик (ПП) поступают восемь разрядов данных (Д0-Д7), управляется он сигналами SEL и IORC.

В структурной схеме ФСК – формирователь сигнала квитирования.

Регистры RG1 и RG2 – регистры сканирования.

В исходном состоянии регистры сканирования отключены от клавиатуры сигналом ВклР12. К клавиатуре подключены буферные элементы (ИМС К555ЛП10), через которые выходы К0-К15 клавиатуры включены на землю. Микросхема КР1533АП5 отключена от шины данных ВД0-ВД5. Т.к. ни одна клавиша не нажата, то на выходе логического элемента (ИМС К1533ЛА2) уровень логического нуля.

Если на клавиатуре нажата клавиша, то через диод выход логического элемента становится подключенным на землю, на выходе элемента устанавливается высокий уровень, т.е. формируется сигнал запроса прерывания INT N. После этого запускается управляющая программа по вектору прерывания.

От шины К0-К15 отключаются буферные элементы сигналом ВклБуф, и подключаются регистры сканирования. Программно реализуется режим «бегущего нуля» на регистрах сканирования и дальше через КР1533АП5 смотрим состояние шины КР0-КР5. Таким образом вычисляется код нажатой клавиши.





Задание 3. Разработать принципиальную схему адаптера принтера, содержащего 8-разрядный регистр  данных (записи) с адресом 378h, 5-разрядный регистр управления (записи) с адресом 37Ah и 5-разрядный порт состояния (чтения с линий Д3-Д7), имеющий адрес 379h. Подключить порты к системной шине расширения ISA.



	Принципиальная схема показана на рис. 3.1.(стр.8). 

Дешифратор адреса реализован по тому же принципу, что и в задании 1, но регистры имеют адреса: 378h- регистр данных; 379h – регистр состояния; 37Аh- регистр управления.

Дешифратор управляющих сигналов выполнен так же, но с учетом таблицы 3.1.

  								Таблица 3.1.

Управляющие сигналы/ сигналы ISA



ЗпРД



ЗпРУ



ЧтРС

SA0

0

0

1

SA1

0

1

0

IOR

1

1

0

IOW

0

0

1



Восьмиразрядный приемопередатчик выполнен на микросхеме К1533АП6.

Регистры данных и управления выполнены на микросхемах К1533ИР22, в качестве регистра состояний используются буферные элементы – ИМС К555ЛП10. 

В исходном состоянии на выходе дешифратора адреса постоянно присутствует уровень логической единицы, вследствие чего ДшУС и ПП не участвуют в работе. 

Перед началом цикла передачи данных компьютер должен убедиться, что сняты сигналы BUSY и ACK. Для этого мы должны считать состояние этих сигналов из регистра состояния (РС). Это сделаем с помощью команды IN, где укажем адрес РС –379h. ДшУС выдаст сигнал чтения РС (ЧтРС), и сигналы состояния принтера по шине ВД0-ВД4 отобразятся на шине данных SD0-SD4 интерфейса ISA. После этого выставляем данные путем выполнения команды OUT с указанием адреса регистра данных (378h). В результате чего ДшУС сформирует сигнал записи в регистр данных (ЗпРД). Затем формируется строб. В команде OUT указываем адрес регистра управления (РУ) 37Аh, после чего формируется сигнал записи в регистр управления (ЗпРУ) ДшУСом.



После этого строб снимается. При получении строба принтер формирует сигнал BUSY, а после окончания обработки данных выставляет сигнал ACK, снимает BUSY, снимает ACK, затем может начаться новый цикл.



Задание 4. Показать временную диаграмму формирования адресной метки, у которой биты синхронизации равны C7hЮ, а биты данных – А1, метод кодирования MFM.



	Метод MFM является методом с удвоенной плотностью записи за счет исключения части битов синхронизации и увеличения тактовой частоты записи.



Рис. 4.1. Запись адресной метки методом MFM



Если бит данных равен единице, то стоящий перед ним бит синхронизации не записывается. Если бит данных равен нулю, но предыдущий бит данных равен единице, то бит синхронизации также не записывается.

Рассмотрим последовательность битов, изображенных на рисунке 4.1. начиная со старшего. Перед первым битом данных стоит бит синхронизации, поэтому в сигнале записи будет присутствовать только бит данных. Перед вторым битом данных нет бита синхронизации, но предыдущий бит данных был равен единице, поэтому бит синхронизации тоже не пишется, бит данных равен нулю, таким образом, сигнал записи равен нулю.

Третий бит записывается аналогично первому, четвёртый – аналогично второму. Пятый бит равен нулю, предыдущий бит данных также равен нулю, поэтому бит синхронизации и бит данных должны записываться в сигнал записи, но они равны нулям, т.е. записывается нуль.

Шестой бит равен нулю, предыдущий бит данных тоже равен нулю, т.е. записываются и бит данных и бит синхронизации. Бит синхронизации равен единице, бит данных равен нулю т.е. сигнал записи равен единице. Седьмой бит записывается аналогично шестому, а восьмой – первому.









Задание 5. Разработать подробную структурную схему сопряжения ПК с шиной ISA (приемник) и шиной Multibus (передатчик) с изображением всех управляющих сигналов. Обмен информацией осуществляется в режиме прерывания.

	

Структурная схема показана на рисунке 5.1. (стр.11). 

В предыдущих заданиях были разработаны схемы подключения и к шине Isa и к шине Multibus, сигналы управления и принцип их формирования, поэтому описывать это снова нет смысла. Скажем только, что адреса А0-А9 интерфейса Multibus  и SA0-SA9 интерфейса ISA для ДшА берем из области резервных адресов (360…36F).

Для передачи данных из ПК с интерфейсом Multibus используем регистр вывода данных (РВывД). Второй ПК с интерфейсом ISA включится в работу по прерываниюIRQ N в момент передачи данных по сигналу ЗпРВвД.

С помощью управляющей программы он считает данные из регистра ввода (РВвД) по сигналу чтения из регистра ввода данных (ЧтВвД), который в свою очередь сбросит сигнал IRQ N и подготовит ПК с шиной ISA для дальнейшего приема данных.











































Задание 6. Изучить принцип работы печатающего устройства. Написать программу на ассемблере, осуществляющую вывод на печать с помощью портов адаптера и опросом флага готовности принтера.

                 .model  tiny                    ;модель памяти, исп. для СОМ

                .code                                ;начало сегмента кода

                org     100h                     ;нач. знач. счетчика - 100Н

;Начало основной программы---------------------------------------------------

start:          call    clear                   ;ярко-белые симв. на синем

;

                mov     cx,len1                 ;

                mov     dh,10                   ;

                mov     dl,27                   ;

                mov     bp,offset mes1          ;

                call    symv                    ;вывод на экран строки симв.

;

                call    nklav                   ;идентиф. нажатой клавиши

                call    clsym                   ;стирание из буфера символа

;

                call    clear                   ;ярко-белые симв. на синем

;

                mov     cx,len2                 ;

                mov     dh,10                   ;

                mov     dl,23                   ;

                mov     bp,offset mes2          ;

                call    symv                    ;вывод на экран строки симв.

;

                mov     cx,len3                 ;

                mov     dh,12                   ;

                mov     dl,23                   ;

                mov     bp,offset mes3          ;

                call    symv                    ;вывод на экран строки симв.

;

nrv2:       call    nklav                   ;идентиф. нажатой клавиши

;

                cmp     ah,02h                  ;

                je      nrv3                    ;

                cmp     ah,03h                  ;

                je      nrv10                   ;

                call    clsym                   ;

                jmp     nrv2                    ;

nrv10:      jmp     nrv6                    ;

;

nrv3:        call    clear                   ;ярко-белые симв. на синем

                call    clsym                   ;стирание из буфера символа

;

                mov     cx,len4                 ;

                mov     dh,0                    ;

                mov     dl,10                   ;

                mov     bp,offset mes4          ;

                call    symv                    ;вывод на экран строки симв.

;

                mov     ah,06h                  ;функция задания окна

                mov     al,0                    ;режим создания

                mov     bh,2Fh                  ;атрибут символов - з/ярко-б

                mov     ch,1                    ;верхняя Y-координата

                mov     cl,0                    ;левая Х-координата

                mov     dh,24                   ;нижняя Y-координата

                mov     dl,79                   ;правая Х-координата

                int     10h                     ;прерывание BIOS

;

                mov     ah,02			;

                mov     bh,0			;

                mov     dh,1			;

                mov     dl,0			;	

                int     10h			;

;Запись символов в буфер(buf1)

                mov     ah,3Fh			;

                mov     bx,0			;

                mov     cx,100			;

                mov     dx,offset buf1		;

                int     21h			;

;

                mov     lensym,ax		;

                inc     lensym			;



                call    nrv11			;Состояние ACK,BUSY



                mov     si,0			;

dlsh:           dec     lensym			;

                mov     al,offset buf1[si]	;	

                mov     dx,378h			;

                out     dx,al			;Выставление данных	

                mov     dx,1000			;

                call    delay

                mov     dx,37Ah

                mov     al,00001001b

                out     dx,al			;Выставляем строб

                mov     dx,1000	

                call    delay

                mov     dx,37Ah

                mov     al,00001000b

                out     dx,al			;Снимаем строб

                cmp     lensym,0

                jz      kon

                inc     si

                call    nrv11

                jmp     dlsh

;Передача в принтер символа конца строки

kon:            call    nrv11

                mov     al,10

                mov     dx,1000

                call    delay

                mov     dx,378h

                out     dx,al

                mov     dx,1000

                call    delay

                mov     dx,37Ah

                mov     al,00001000b

                out     dx,al

                mov     dx,1000

                call    delay

                mov     dx,37Ah

                mov     al,00001001b

                out     dx,al

                mov     dx,10000

                call    delay

                mov     al,13

                mov     dx,378h

                out     dx,al

                mov     dx,10000

                call    delay

                mov     dx,37Ah

                mov     al,00001000b

                out     dx,al

                mov     dx,10000

                call    delay

                mov     dx,37Ah

                mov     al,00001001b

                out     dx,al

                jmp     nrv6

;

nrv6:           mov     ax,0003h

                int     10h

;

                call    clsym

                ret

;

;ПП Экран: ярко-белые символы на синем фоне.---------------------------------

clear:          mov     ah,06h                  ;функция задания окна

                mov     al,0                    ;режим создания

                mov     bh,1Fh                  ;атрибут символов - c/ярко-б

                mov     ch,0                    ;верхняя Y-координата

                mov     cl,0                    ;левая Х-координата

                mov     dh,24                   ;нижняя Y-координата

                mov     dl,79                   ;правая Х-координата

                int     10h                     ;прерывание BIOS

                ret

;ПП. Вывод на экран строки символов.-----------------------------------------

symv:           mov     ah,13h

                mov     al,0

                mov     bh,0

                mov     bl,1Fh

                push    ds

                pop     es

                int     10h

                ret

;ПП. Идентификация нажатой клавиши.------------------------------------------

nklav:          lahf

                or      ah,01000000b

                sahf

nrv1:           mov     ah,11h

                int     16h

                jz      nrv1

                ret

;ПП. Стирание из буфера символа.---------------------------------------------

clsym:          mov     ax,0C00h

                int     21h

                ret

;ПП. Задержка----------------------------------------------------------------

delay:          mov     ah,86h

                mov     cx,0

                int     15h

                ret

;ПП. Проверка регистра состояния---------------------------------------------

nrv11:          mov     cx,1000

nrv112:         push    cx

                mov     dx,379h

                in      al,dx

                mov     ack,al

                mov     busy,al

                and     ack,40h

                cmp     ack,40h

                jne     nrv111

                and     busy,80h

                cmp     busy,80h

                jne     nrv111

nrv111:         pop     cx

                loop    nrv112

                ret

;ДАННЫЕ.---------------------------------------------------------------------

mes1            db      'ПРОГРАММА - "PRINT"'

len1=$-mes1

mes2            db      '1. Вывод на печать данных из буфера.'

len2=$-mes2

mes3            db      '2. Выход из программы.'

len3=$-mes3

mes4            db      'Наберите выводимый на печать текст с помощью клавиатуры.'

len4=$-mes4

buf1            db      100 dup('*')

lensym          dw      0

ack             db      ?

busy            db      ?

;----------------------------------------------------------------------------

                end     start























Задание 7. Исследовать режим тестирования СОМ. Написать программу на ассемблере.



                 .model  tiny                    ;модель памяти, исп. для СОМ

                .code                           ;начало сегмента кода

                org     100h                    ;нач. знач. счетчика - 100Н

;Начало основной программы---------------------------------------------------

start:          call    clear                   ;ярко-белые симв. на синем

;

                mov     cx,len1                 ;

                mov     dh,10                   ;

                mov     dl,27                   ;

                mov     bp,offset mes1          ;

                call    symv                    ;вывод на экран строки симв.

;

                call    nklav                   ;идентиф. нажатой клавиши

                call    clsym                   ;стирание из буфера символа

;

                call    clear                   ;ярко-белые симв. на синем

;

                mov     cx,len2                 ;

                mov     dh,10                   ;

                mov     dl,23                   ;

                mov     bp,offset mes2          ;

                call    symv                    ;вывод на экран строки симв.

;

                mov     cx,len3                 ;

                mov     dh,12                   ;

                mov     dl,23                   ;

                mov     bp,offset mes3          ;

                call    symv                    ;вывод на экран строки симв.

;

nrv2:           call    nklav                   ;идентиф. нажатой клавиши

;

                cmp     ah,02h                  ;

                je      nrv3                    ;

                cmp     ah,03h                  ;

                je      nrv10                   ;

                call    clsym                   ;

                jmp     nrv2                    ;

nrv10:          jmp     nrv6                    ;

;

nrv3:           call    clear                   ;ярко-белые симв. на синем

                call    clsym                   ;стирание из буфера символа

;

                mov     cx,len4                 ;

                mov     dh,0                    ;

                mov     dl,10                   ;

                mov     bp,offset mes4          ;

                call    symv                    ;вывод на экран строки симв.

;

                mov     ah,06h                  ;функция задания окна

                mov     al,0                    ;режим создания

                mov     bh,2Fh                  ;атрибут символов - з/ярко-б

                mov     ch,1                    ;верхняя Y-координата

                mov     cl,0                    ;левая Х-координата

                mov     dh,24                   ;нижняя Y-координата

                mov     dl,79                   ;правая Х-координата

                int     10h                     ;прерывание BIOS

;

                mov     ah,02

                mov     bh,0

                mov     dh,1

                mov     dl,0

                int     10h

;

                mov     ah,3Fh

                mov     bx,0

                mov     cx,100

                mov     dx,offset buf1

                int     21h

;Инициалицация СОМ1

initcom1	proc

		mov	ax,40h

		mov	es,ax

		mov	dx,es:[0]

		add	dx,3

		mov	al,10000000b

		out	dx,al

		dec	dx

		dec	dx

		mov	al,0

		out	dx,al

		dec	dx

		mov	al,0C0h

		out	dx,al

		ret

initcom1	endp

;Инициализация регистра контроля линии

initrg		proc

		add	dx,3

		mov	al,00000000b

		or	al,00000011b

		or	al,00000000b

		or	al,00000000b

		out	dx,al

		inc	dx

		mov	al,10h

		out	dx,al

		sub	dx,3

		mov	al,0

		out	dx,al

		ret

initrg		endp

;Готовность СОМ1

check		proc

try:		mov	dx,es:[0]

		add	dx,5

		in	al,dx

		test	al,1Eh

		jz	m0

		lea	dx,error

            mov   cx,len5                 

            mov   dh,10                   

            mov   dl,23                   

            mov   bp,offset mes5          

            call  symv                    ;вывод на экран строки симв.

		jmp	exit

m03:		test	al,01h

		jnz	m4

		test	al,20h

		jz	try

		ret

check		endp

;Работа с портом

work		proc

m4:		mov	ah,0

		int	16h

		push	ax

		push	ax

		mov	dx,es:[0]

		add	dx,5

		mov	cx,10

m1:		in	al,dx

		test	al,20h

		jz	m2

		loop	m1

m2:		sub	dx,5

		pop	ax

		out	dx,al

		add	dx,5

m3:		in	al,dx

		test	al,1

		jz	m3

		sub	dx,5

		in	al,dx

		mov	ah,0Eh

		int	10h

		pop	ax

		cmp	al,1Bh

		jne	m4

		ret

work		endp

;Выход из программы

exit:		mov	ax,4C00h

		int	21h

nrv6:       call    clsym

            ret

;ПП Экран: ярко-белые символы на синем фоне.---------------------------------

clear:          mov     ah,06h                  ;функция задания окна

                mov     al,0                    ;режим создания

                mov     bh,1Fh                  ;атрибут символов - c/ярко-б

                mov     ch,0                    ;верхняя Y-координата

                mov     cl,0                    ;левая Х-координата

                mov     dh,24                   ;нижняя Y-координата

                mov     dl,79                   ;правая Х-координата

                int     10h                     ;прерывание BIOS

                ret

;ПП. Вывод на экран строки символов.-----------------------------------------

symv:           mov     ah,13h

                mov     al,0

                mov     bh,0

                mov     bl,1Fh

                push    ds

                pop     es

                int     10h

                ret

;ПП. Идентификация нажатой клавиши.------------------------------------------

nklav:          lahf

                or      ah,01000000b

                sahf

nrv1:           mov     ah,11h

                int     16h

                jz      nrv1

                ret

;ПП. Стирание из буфера символа.---------------------------------------------

clsym:          mov     ax,0C00h

                int     21h

                ret

;ПП. Задержка----------------------------------------------------------------

delay:          mov     ah,86h

                mov     cx,0

                int     15h

                ret

;

;ДАННЫЕ.---------------------------------------------------------------------

mes1            db      'ПРОГРАММА - "COM"'

len1=$-mes1

mes2            db      '1. Передача данных в СОМ-порт.'

len2=$-mes2

mes3            db      '2. Выход из программы.'

len3=$-mes3

mes4            db      'Наберите выводимый в СОМ-порт текст с помощью клавиатуры.'

len4=$-mes4

buf1            db      100 dup('*')

mes5   	    db	'Ошибка порта СОМ 1',7,0Dh,0Ah,S

len5=$-mes5

;----------------------------------------------------------------------------

                end     start