М. П. Гальперин, А. В. Гинтер, В. В. Городецкий,
И. С. Евзович, В. Я. Кузнецов, М. J1. Пухова

одноплатные микроконтроллеры «электроника с5-41»

Одноплатные микроЭВМ «Электроника С5» нового
поколения — микроконтроллеры «Электроника С5-41» —
построены на основе электрически и конструктивно
совместимых «-канальных БИС серий К1801 и К1809 с
использованием принципа фрагмеитно-модульного про-
ектирования, позволяющего создавать микроконтролле-
ры закрытого и открытого типов.

Создание новых моделей микроЭВМ «Электроника
С5» — семейства микроконтроллеров «Электроника
СМС121» («Электроника С5-41») — определяется раз-
витием идеологии построения одноплатных встраивае-
мых МСВТ на новом поколении n-канальных БИС.
Микроконтроллеры (МК) обладают функциональной
законченностью, имеют программируемые каналы свя-
зи с объектом, средства ориентации на конкретное
применение, достаточные для хранения программ объе-
мы ПЗУ (ППЗУ), исключающие необходимость
ввода программ с внешних носителей,
малыми габаритами и потребляемой и

Опыт проектирования и внедрения одноплатных
микроЭВМ предыдущего поколения показал, что
стремление разместить на одной плате ресурсы, обес-
печивающие автономное применение, и возможности
подключения функциональных модулей приводит к пе-
регрузке платы и неэффективности использования раз-
мещенных на ней средств для конкретного применения.
При разработке .нового поколения встраиваемых
МСВТ предусмотрено создание двух базовых моделей,
открытой и закрытой, с системой команд микроЭВМ
«Электроника 60», конструктивной и электрической
совместимостью микропроцессорных комплектов БИС,
имеющих плату стандартного размера и стандартный
межплатный интерфейс (МПИ).

Открытая модель обеспечивает возможность подклю-
чения функциональных модулей при помощи МПИ для
расширения ее внутренних ресурсов и построения муль-
тимашннных систем.

Закрытая модель используется там, где ресурсов
платы достаточно для автономного применения.

Возросшая степень интеграции БИС позволяет
разместить на одной плате такие ресурсы, которые
требовали нескольких плат предыдущего поколения
микроЭВМ. Вместе с тем отдельная одноплатная мо-
дель обладает фиксированными ресурсами памяти и
ввода-вывода, которые ограничивают ее применение.
Способом решения этого противоречия является соз-
дание функционально полного набора одноплатных
модулей, отличающихся объемами памяти и набором
устройств ввода-вывода, или разработка средств про-
ектирования, ориентированных на заказные одноплат-

Микроконтроллеры «Электроника СМС121» разра-
ботаны на основе метода фрагментно-модульного про-
ектирования, позволяющего создавать различные ва-
рианты функционально-конструктивных модулей (ФКМ)
из библиотеки функциональных фрагментов, обладаю-
щих интерфейсной, конструктивно-топологической и
программной совместимостью ФКМ имеют постоянную
часть для установки базового функционального фраг-
мента (БФФ), определяющего функциональную при-
надлежность ФКМ, и переменную часть для размеще-
ния различных наборов переменных функциональных
фрагментов (ПФФ). Конструктивно-топологическое раз-

мещение БФФ и ПФФ на плате МК «Электроника
СМС121» размером 144,5X220 мм представлено на

Рис. 1. Размещение базовых и переменных функцио-
нальных фрагментов на плате микроконтроллера «Элек-
троника С5-41»: AMI—позиция для размещения БФФ;
А1...А4 — позиции для размещения ПФФ

Рис. 1. Размещение базовых и переменных функцио-
нальных фрагментов на плате микроконтроллера «Элек-
троника С5-41»: AMI—позиция для размещения БФФ;
А1...А4 — позиции для размещения ПФФ

Дополнительные возможности адаптации ФКМ к
конкретному применению обеспечиваются многофункци-
ональностью БИС, функциональных фрагментов и пла-
ты в целом благодаря программной перестройке рабо-
ты устройств ввода-вывода, программному перемеще-
нию адресов ОЗУ и регистров ввода-вывода и комму-
тации внутриплатных связей.

Базовый функциональный фрагмент МК «Электро-
ника СМС12101.1» и «Электроника СМС12102.1» по-
строен на основе я-канальных БИС серий К1801 и
К1809, совместимых электрически и конструктивно.
В состав БФФ входит:

— однокристальный микропроцессор К1801ВМ1,
реализующий систему команд микроЭВМ «Электрони-
ка 60» h определяющий производительность МК;

— статическое ОЗУ К1809РУ1 емкостью 1024Х
Х16 бит (обеспечена программная установка старших
разрядов адреса и блокировка записи);

— масочное ПЗУ К1809РЕ1 емкостью 4КХ16 бит
и резидентным программным ' обеспечением (старшие
разряды адреса заносятся при изготовлении БИС);

— розетка для установки БИС К1809РУ1, К1809РЕ1
или К573 РФЗ (ППЗУ емкостью 4КХ16);

— интерфейс радиальный последовательной связи
(ИРПС) на основе БИС К1801ВП1-035;

— интерфейс магистральный последовательной свя-
зи на основе БИС К1809ВВ2;

— тактовый генератор на основе микросхемы
К531ЛН1П.

Библиотека функциональных фрагментов содержит
набор функциональных фрагментов (табл. 1), часть
кз которых использована при разработке МК «Элек-
троника СМС121», а остальные при создании функцио-
нально-конструктивных модулей различного назначе-
ния.

МК «Электроника СМС12101.1» представляет собой
закрытую модель, в которой позиции А1...А4 (см.
рис. 1) заняты фрагментом ВВ1. Модель рассчитана
на связь с управляемым объектом по программируе-
мым цифровым каналам ввода-вывода.

Таблица 1

Таблица 1

Примечание: Фрагменты, отмеченные *) занимают две позиции на плате: А1 и А2 или A3 и А4 .

Примечание: Фрагменты, отмеченные *) занимают две позиции на плате: А1 и А2 или A3 и А4 .

МК «Электроника СМС12102.1» — открытая мо-
дель, в которой позиции Al, А2 заняты фрагментом
БВ1, а позиции A3, А4 предназначены для МПИ.
Функциональные возможности этой модели могут быть
расширены за счет подключения через МПИ функцио-
нальных модулей.

Программная установка резидентного ОЗУ и вво-
да-вывода на требуемые зоны адресов обеспечивает
гибкость при построении различных конфигураций, воз-
можность построения отказоустойчивых систем без
дополнительных схем коммутации путем программно-
го переключения отказавших и резервных БИС ОЗУ и
ввода-вывода. Наличие системного последовательного
канала (СПК) магистрального типа с резидентным
программным обеспечением дает возможность созда-
вать многомашинные распределенные системы и малые
локальные сети (МЛС).

Фрагмент МПИ, установленный в открытой моде-
ли, разделяет внешнюю и внутриплатную магистрали и
позволяет строить многопроцессорные системы с общей
памятью. В этом случае разделение во времени при
-обращении к общим ресурсам сочетается с параллель-
ной работой одноплатных МК с программами и инфор-
мацией, размещенными в резидентной памяти. Основ-
ные характеристики МК «Электроника СМС121» при-

Техническая характеристика МК
«Электроника СМС121»

Разрядн.ость, бит.....16

Система команд......МикроЭВМ

«Электроника 60»
(ОСТ 11.305.909-82)

Время выполнения команд, мкс

— сложение «регистр-регистр» . . 2

— сложение «регистр-память» . . 4,4
Ввод-вывод:

— число программируемых 8-раз-
рядных каналов

«Электроника СМС12101.1» . 8
«Электроника CMC 12102.1» . 4

— число последовательных про-
граммируемых многофункцио-
нальных регистров счета-сдвига

«Электроника CMC 12101.1» . 4
«Электроника СМС12102.1» . 2
Объем памяти, Кбайт

— резидентное ОЗУ .... 2

— резидентное ПЗУ .... 8

— масочное ПЗУ (ППЗУ) . . 8
Возможность наращивания памяти
для МК-

«Электроника СМС12102.1» . до 64 Кбайт за
счет подключе-
ния к внешней
магистрали

Система прерывания:

— число линий аппаратного преры-
вания 1 (векторное

прерывание)

— глубина прерывания .... определяется

программным
стеком

Время реакции на прерывание, мкс 24,4
Систрмя интерфейсов:
ИРПС, скорость передачи, Кбайт/с 1.2
СПК. скорость передачи, Кбайт/с 26
Потребляемая мощность, В-А (от ис-
точника питания +5 В) . . . .8
Напряжение источников питания, В +5±5%, +12±
±5% (для
ИРПС)

Входные сигналы.....совместимы с

ТТЛ-схемами

Габариты, мм...... 237X173X19

Масса, кг........0,33

Диапазон рабочих температур, °С . от —10 до +50
Относительная влажность, % . . 95 при +35°С
Вибрации: частота, Гц; амплитуда,
мм.........25; не более 0,1

Для построения многоплатных конфигураций на
базе МК «Электроника CMC 12102.1» могут быть ис-
пользованы функциональные модули, обладающие

Таблица 2

Функциональные модули

Наименование Технические данные

«Электроника Модуль цифровых каналов.
СМС82105.1» Основная микросхема—К1809ВВ1.

Число 8-разрядных параллельных ка-
налов — 6.

Число 8-разрядных регистров счета-
сдвига — 3.

Возможность использования двух
каналов в качестве предрегистров
двух векторных прерываний_

«Электроника ОЗУ 12КХ16 (К1809РУ1).
СМС35101.1» _пзу (ППЗУ)—16КХ16 (К1809РЕ1)

или К573РФЗ.

Программная настройка адреса и
возможность блокировки записи.

«Электроника Контроллер связи с ВКУ: цифры,
CMC 12103.1» алфавит, псевдографика; 32 строки
на 64 символа, графика 256x256 то-
чек. Основа — БИС К1809ВГЗ, ре-
зидентное ОЗУ 9КХ16 (К1809РУ1),
резидентное ПЗУ 8К (К1809РЕ1),
связь с МК — через ИРПС, СПК-

«Электроника Индикационное клавишное устройст-
СМС6550Г.1» во:

клавиатура — 36 клавиш;
индикация — 14 разрядов,
связь с отлаживаемыми мик-
роЭВМ — через ИРПС, СПК-

Цифровые вхо- 16 входов с гальванической развяз-
ды кой;

16 входов предрегистра прерывания

Цифровые вы- 16 выходов с гальванической раз-
ходы_ вязкой 24В, 0,5 А._ I

Таймеры Три 16-разрядных таймера,

три выходных канала программиру-

Релейный вы- 16 выходов, напряжение коммута-
ход_ ции — до 110 В, тип реле РЭС 55.

АЦП Двухплатная конструкция:

погрешность, % . . . ±0Д
быстродействие, мкс . . 150

разрядность, бит . .12
__ Гальваническая развязка__

ЦАП Двухплатная конструкция:

погрешность, % ... ±0,Е
быстродействие, мкс . .10

разрядность, бит . 12

Гальваническая развязка

Удлинитель Ретрансляция на 15 м

МПИ _ __

Мультиплексор 4 канала ИРПС.

ИРПС _,

Мультиплексор 2 канала ИРПС с выходом на опто-
ИРПС волоконный кабель._

Цифровые 16 входов и 16 выходов с гальвани-

входы—выходы ческой развязкой, вых. ток 0,2 А.

Блок питания ±5 В, +12 В, —12 В _

Несущий кон- Секция на 13 модулей+блок пита-
структив ния. __ |

Коммутатор Число аналоговых входов . 32,16

аналоговых сиг- Погрешность передачи, % . ±0,1
налов Время коммутации, мкс 20

электрической, программной и конструктивной совмес-
тимостью (табл. 2).

Программное обеспечение и средства отладки. Уни-
фицированная система команд микроЭВМ «Электро-
ника 60» позволяет воспользоваться имеющимся стан-
дартным программным обеспечением для разработки
целевых программ и отладочными комплексами на ба-
зе микроЭВМ «Электроника 60» и «Электроника НЦ».
Прототипные системы могут быть построены подклю-
чением к этим комплексам функциональных модулей,
эквивалентных ПФФ отлаживаемого МК, например,
прототипная система для МК «Электроника
СМС12101.1» — на основе двух функциональных мо-
дулей «Электроника СМС82105.1», эквивалентных че-
тырем ПФФ ВВ1, установленным в закрытой модели

уровня ТК может служить пара МК и ФМ, собранная
в едином конструктиве.

Третий уровень — комплексирование однотипных
или разнотипных закрытых моделей для построе-
ния децентрализованных и иерархических структур.
При этом состав переменной части каждого МК задает
набор выполняемых стандартных функций, а возмож-
ности комплексирования определяются схемно-про-
граммным обеспечением радиального и магистрально-
го последовательных интерфейсов.

На рис. 4 приведен пример ТК третьего уровня,
представляющий собой малую локальную сеть. МК 2,3
содержат аппаратно-реализованные специальные ин-
терфейсы — аналоговый и телевизионный. МК 1, 4, 5
имеют только универсальный программно-управляемый
интерфейс, который предназначен для связи с объек-
том управления, а МК2 — для программной реализа-
ции стандартного интерфейса (например, приборного
интерфейса по ГОСТ 26.003-80). МК5 вместе с пуль-
том программиста и (или) стандартным дисплеем,
подключаемым к ИРПС, используется в качестве пуль-
товой ЭВМ. На него же можно" возложить функции
контроллера малой локальной сети (МЛС).

(рис. 2). Финишная отладка программ,
Т1ПЗУ (ПЗУ), осуществляется с помощью пультового
терминала, подключенного через ИРПС или СПК.
В качестве пультового терминала может быть исполь-
зован дисплей или модуль «Электроника
СМС65501.1», подключенный к МК «Электроника
СМС121» (рис. 3) через цифровые каналы ввода-вы-
вода.

Программное обеспечение пультовых режимов реа-
БИС ПЗУ, входящей в состав БФФ, и со-
1сть резидентного программного обеспече-
1ющего программу начального пуска, тесты,
управление СПК и дополнительные сервисные про-
граммы. Пультовые режимы предоставляют про-
граммисту расширенные и ориентированные на
наличие ПЗУ возможности отладки программ: остано-
вы по счетчику команд, записи по заданному адресу,
чтение и запись байта и другие.

Типовые конфигурации на новом поколении МК.
Первый уровень построения типовых конфигураций
(ТК) — это формирование заказных версий в открытом
и закрытом вариантах из перечисленного набора фраг-
ментов с учетом предусмотренного перераспределения
ресурсов и режимов работы отдельных БИС програм-
мным путем и с помощью специальных перемычек.

Второй уровень — подключение функциональных
модулей к открытым моделям для расширения коли-
чественных (память, цифровые каналы) и качествен-
ных (аналоговые каналы, мультиплексоры) ресурсов.
При значительных ресурсах памяти МК подключение
к ним практически любого ФМ позволяет реализовать
ряд стандартных функций. Поэтому основой второго

Рис. 3. Средства для финишной отладки программ

Каналы ИРПС могут быть использованы для под-
ключения периферийных устройств, дополнительных
связей между отдельными МК для выхода на ЭВМ
более высокого уровня в системе управления, а также
для связи с другой МЛС, построенной на той же ос-

Перспективным представляется построение таких
иерархических систем, в которых ТК третьего уровня
будет подключаться к микро- или мини-ЭВМ, имеющей
ресурсы, отсутствующие у одноплатных МК — в пер-
вую очередь, внешние накопители и быстродействую-
щие печатающие устройства.

Статья поступила 6 апреля 1984 г.

Рис. 3. Средства для финишной отладки программ

1. Колонка редактора - вступительное слово. Редакционный совет.
2. Мясников В. А. - подготовка специалистов по применению микропроцессорной техники.
3. Ершов А. П. - автоматизация работы служащих.
4. Гальперин М. П. - одноплатные микроЭВМ и микроконтроллеры.
5. Гальперин М. П., Гинтер А. В., Городецкий В. В., Евзович И. С., Кузнецов В. Я., Пухова М. Л. - одноплатные микроконтроллеры «электроника С5-41».
6. Шереметьевский Н. Н., Долкарт В. М. - магистрально-модульные микросредства управляющей вычислительной техники.
7. Прохоров Н. Л., Ландау И. Я. - микроЭВМ СМ-1800 и ее программное обеспечение.
8. Каляев А. В. - принципы организации многопроцессорных систем сверхвысокой производительности.
9. Борисов В. С., Горяшко А. П. - методы встроенного диагностирования микропроцессорных средств вычислительной техники.
10. Иванов В. И , Лобанов В. И., Митрофанов А. В. - отладочные средства для ПРОГРАММНОЕ малоразрядных однокристальных микроЭВМ.
11. Штрик А. А. - РУЗА — система автоматизации разработки программ для управляющих и микроЭВМ.
12. Алексеевский М. А., Маслеников Ю. А., Петренко В. Ф, Шебаршин А. В. - стандартное резидентное программное обеспечение микроЭВМ «Электроника С5».
13. Калинин Ю. Т. - микропроцессорная техника в биотехнологии.
14. Громов Г. Р., Ширшиков Н. В., Литвиненко Л. А. - микромашинный комплекс для управления биотехнологическими процессами.
15. Блинов Н. А., Угодчиков Г. А., Швецов Г. А. — микропроцессорные системы управления ферментацией «Автоферм-1» и «Автоферм-2».
16. Торгов Ю. И., Кравченко Т. А., Азимова Г. У. — медицинский многофункциональный комплекс на основе персональной ЭВМ.
17. Литвинов М. М., Екимов А. В., Данцевич Г. А., Солдатов М. М„ Сытин А. Н., Тишин В. Г. — система диагностики сложных аритмий сердца.
18. Платонов А. К. - шагающие машины — единство механики и микроэлектроники.
19. Смолко Г. Г. - микропроцессоры в системах программного управления металлообрабатывающим оборудованием.
20. Соломенцев Ю. М. - возможности систем управления в гибком автоматизированном производстве.
21. Иордан Г. Г., Певзнер В. В. - регулирующий микропроцессорный контроллер Ремиконт Р-100.
22. Матвеев С. С. - «Металлообработка'84».
23. Торгов Ю. И. - подключение преобразователей АЦП и ЦАП через параллельные интерфейсы.
24. Лашевский Р. А., Тенк Э. Э., Хорин В. С. - однокристальное статическое ОЗУ со встроенным интерфейсом.
25. Гусев И. Т. Немчинов В.М., Филиппов А. Г., Шагурин И. И. - обучение специалистов применению и разработке микропроцессорных средств.
26. Никольский О. А. - перспективные модульные системы и локальные сети.
27. Аперьян В. Е. - микропроцессоры в тематических плaнax издательства «Наука».
28. На книжной полке — обзор книг по схемотехнике. Рефераты статей.