МЕДИЦИНСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
УДК 681.326-181.4
А. М. Каневский, Б. Я. Розман
двухплатный
микроконтроллер на базе
мпк бис kp580 для
медицинских применений
Во ВНИИмедприборостроеиия разработан набор мик-
ропроцессорных модулей, совместимых с шиной И41,
предназначенный для построения микрокомпьютерного
поколения медицинских приборов и систем. Основа 8-
разрядного варианта этого набора — двухплатиый мик-
роконтроллер на МП КР580ИК80А.
Наличие полного интерфейса И41 позволяет допол-
нять его необходимыми модулями (в том числе и в мно-
гопроцессорных вариантах) для создания конфигура-
ций, используемых в медицинских приборах. Таким об-
разом, одновременно описываемый микроконтроллер мо-
жет использоваться как в автономных, так и во встраи-
ваемых вариантах. Основные технические данные сле-
дующие:
Процессор......КР580ИК80А
Тактовая частота, МГц . . 2
Внутреннее ОЗУ, К байт . 64 с возможностью расширения
модулями до 0,5М байта;
ПЗУ ........ 5 розеток (до 40К байт);
Внутренние УВВ .... 6 программируемых БИС интер-
фейсов: KP580BB51, КР580ВИ53,
КР580ИК55 (2 шт.), КР580ВН59,
КР580ВГ79;
Число внешних УВВ . . до 128.
Микроконтроллер имеет возможность отображать
символьную и графическую информацию на экране ви-
деоконтрольного устройства (ВКУ) в формате 256Х
Х256 точек; работать с шиной И41 в пространстве
адресов 1М байт и в многопроцессорных системах.
Архитектура микроконтроллера ориентирована на ис-
пользование операционной системы, совместимой с
СР/М, с возможностью организации «псевдодиска» на
модулях ОЗУ/ПЗУ. Поэтому принята страничная орга-
низация памяти с программным переключением страниц
(рис. 1). По принятой системе могут переключаться
страницы памяти по 32К байт, расположенные в нижней
половине 64-килобайтной области (адресного простран-
ства оперативного запоминающего устройства ОЗУ).
Верхняя половина этой области — это общая страница
памяти для всех переключаемых страниц и никогда не
переключается, а старших адресах этой области распо-
лагается ПЗУ (до 8К байт), которое может содержать
управляющую программу типа монитора или ОС, видео-
ЗУ, а также общая область ОЗУ (используется как бу-
ферная при переписи информации из одной страницы в
другую). Под видеоЗУ отведены верхние 8К байт опе-
ративной памяти, представляющие собой «память экра-
на» ВКУ (содержат информацию о каждой из 8192 то-
чек, отображаемых на экране в формате 256X256). Как
показывает опыт программирования, время полного об-
новления информации на экране менее 0,5 с. Для эконо-
мии объема памяти видеоЗУ и «верхнее» ПЗУ размеще-
ны в одной и той же адресной области, обращения к
ним разделяются по принципу записи-считывания, так
как из ПЗУ можно только считывать информацию, а в
видеоЗУ необходима только запись.
Переключаемые страницы памяти следующие: внутрен-
ние страницы ПЗУ и ОЗУ, и возможность обращения
к 16 внешним страницам. При включении питания или
сбросе аппаратно подключается страница ПЗУ. Про-
цессор начинает работу с нулевой ячейки памяти этой
страницы. Отсюда управление передается системной про-
грамме, расположенной в верхнем ПЗУ, управляющей
дальнейшей работой микроконтроллера. Системная про-
грамма может в дальнейшем подключить внутреннюю
страницу ОЗУ или любую из внешних страниц памяти.
Применяя ОС, совместимую с СР/М, страницу ОЗУ
можно использовать для хранения собственной служеб-
ной информации, для размещения исполняемых про-
грамм, а внешние страницы — как память данных, ор-
ганизованную по принципу «псевдодиска».
Рассматриваемый в статье микроконтроллер (рис. 2)
создан на основе двух плат размером 233X220 мм
(двойная плата евростандарта): платы микроконтролле-
ра (МК) и интерфейсной платы (ИМК). Основная —
плата МК, а плата ИМК в основном содержит схемы
интерфейсов к периферийным устройствам.
На плате МК расположен центральный процессорный
узел (КР580ИК80А), БИС генератора (КР580ГФ24) и
шинного контроллера (КР580ВК38), определяющие
стандартную архитектуру с тремя внутренними шинами
(адресов, данных и шиной управления), по которым
процессор обменивается информацией с остальными уст-
ройствами (ОЗУ. ПЗУ, портами ввода-вывода). Возмож-
ности микроконтроллера расширяются подключением к
шине И41 через разъем типа СНП59-96 (с помощью
БИС контроллера шины КР580ВГ18). Эта микросхема
использует линии шины И41 BCLK, BUSY/, BREQ/,
BPRO/, BPRN/; формирует управляющие сигналы
MRDC/, MWTC/, IORC/, IOWC/; управляет работой
буферов адреса и данных, а также дает разрешение
приема сигнала готовности от внешних устройств
ХАСК/. Предусмотрен также режим удержания ши-
ны — OVERRIDE. Таким образом, полностью соблюдается
протокол работы по шине И41 в многопользовательском
режиме. Области памяти на шине И41 (рис. 1) с адре-
сами (32К ... 64K)XN, где N = 0, 1, 2... 15 — недоступны,
так как при обращении к этим адресам будет произве-
дена выборка непереключаемой области памяти, а вы-
ход на шину И41 будет блокирован. Недоступна также
для процессора область адресов внешних УВВ от 128
до 255.
ОЗУ (64К байт) реализовано на 8 БИС динамической
памяти К565РУ5 (могут использоваться микросхемы
вплоть до индекса «Д»). Каждые 1,33 мкс в ОЗУ по-
ступает запрос от внутреннего таймера на считывание
байта информации для регенерации изображения на эк-
ране ВКУ. Тем самым динамическая память регенериру-
ется. Для управления работой ОЗУ в различных режи-
мах предназначена специальная схема арбитра ОЗУ.
Обращения процессора к памяти обслуживаются в пау-
зах между запросами регенерации. Если обращение про-
цессора произошло в момент регенерации, процессор пе-
реходит в состояние ожидания до тех пор, пока запрос
не может быть выполнен.
Информация, выводимая на экран ВКУ, поступает из
ОЗУ на схему формирования видеосигнала. Схема фор-
мирует адреса для регенерации изображения на экране
ВКУ (они поступают в ОЗУ по шине адресов регенера-
ции) и видеосигнал для вывода на ВКУ. Видеосигнал
формируется в виде синхросмеси с уровнями и времен-
ными параметрами, соответствующими телевизионному
видеосигналу по ГОСТ 7845—79 (за исключением того,
что используется построчная, а не чересстрочная раз-
вертка). Видеосигнал формируется микросхемами низ-
кой и средней степени интеграции серий К155, К555 и
схемой эмиттерного повторителя с выходным сопротив-
лением 75 Ом.
Страница ПЗУ состоит из 4 микросхем типа
К573РФ4 (8К байт). Еще одна такая же микросхема
используется как «верхнее» ПЗУ в непереключаемой об-
ласти. Все микросхемы ПЗУ устанавливаются на розет-
ки РС-28 и при необходимости могут заменяться. Лю-
бую микросхему К573РФ4 можно заменить на микросхе-
му К573РФ2 (2К байт) установкой соответствующих
перемычек (следовательно, выборка этой микросхемы
будет повторяться 4 раза в области 8К байт).
Страницы памяти переключаются программно обра-
щением к двум внутренним регистрам-портам (ВРГ11 и
ВРП2). Трем разрядам Ql, Q2 и Q3 регистра ВРП1
приданы следующие значения:
Q1 = 0 — подключена внутренняя страница памяти
(ОЗУ или ПЗУ),
Q1 = 1—подключена внешняя страница памяти,
Q2 —О— подключена внутренняя страница ПЗУ,
Q2=l—подключена внутренняя страница ОЗУ,
Q3 = 0— режим удержания снят,
Q3 — 1—режим удержания установлен.
Состояние разряда Q2 имеет значение только при Ql =
=0.
При обращении к внешней странице памяти или внеш-
нему УВВ инициализируется контроллер шины
(КР580ВГ18). Он определяет состояние шины И41 и,
если шина свободна, захватывает шину и обращается к
требуемому устройству. Регистр ВРП2 программно пе-
реключает внешние страницы памяти, формируя стар-
шие адресные разряды ADR10/, ADR11/, ADR12/,
ADR13/, а также сигналы запрета ПЗУ (INH1/) и за-
прета ОЗУ (INH2/). Значения этих сигналов можно
устанавливать при подключенной (и при отключенной)
шине И41, однако передаваться на шину они будут
только при ее захвате.
При обращении к внешнему устройству памяти или
УВВ в случае его неисправности или отсутствия (плата
вынута из разъема) сигнал ответа ХАСК/ не будет по-
лучен, процессор перейдет в состояние ожидания и бу-
дет находиться в нем неопределенно долго. Предотвра-
щает такое «зависание» схема «тайм-аута». Она пред-
ставляет собой счетчик импульсов, периодически сбрасы-
вающийся сигналом STSTB/ от ЦПУ. При переходе
ЦПУ в состояние ожидания сигнал STSTB/ перестает вы-
рабатываться. Если такое состояние продлится дольше
350 мс, схема тайм-аута выдаст сигнал запроса на
прерывание.
Для выборки внутренних (не расположенных на шине
И41) УВВ отведена область адресации от 224 до 255
или в шестнадцатеричной системе счисления от ЕОН до
FFH. Предусмотрена выборка восьми УВВ, два из ко-
торых— регистры ВРП1 и ВРП2, а шесть остальных —
программируемые порты на интерфейсной плате ИМК.
Эта плата имеет один разъем для связи с платой МК
и два периферийных разъема для связи с внешними
объектами (см. таблицу).
По последовательному интерфейсу сигналы переда-
ются в уровнях стандарта RS-232 (—12 В, +12 В). Фор-
мирователи уровней (на микросхемах К170АП2,
К170УП2) согласуют стандартные уровни «Лог. 0» и
«Лог. 1» с уровнями RS-232. Выходы TxRDY, ТхЕ,
RxRDY, микросхемы КР580ВВ51А можно использовать в
качестве сигналов запросов прерываний коммутацией на
периферийном разъеме со входами запросов прерываний
контроллера прерываний.
БИС последовательного интерфейса синхронизируется
сигналом OUT1 от таймера КР580ВИ53. При начальной
инициализации микроконтроллера БИС таймера и по-
следовательного интерфейса должны быть запрограмми-
рованы. Например, чтобы установить работу по после-
довательному интерфейсу (4800 Бод), возможна следу-
ющая программа инициализации (на вход таймера
CLK1 подана частота 2 МГц):
; ПРОГРАММИРОВАНИЕ ТАЙМЕРА
MVI А, 16Н
OUT Е7Н; ЗАСЫЛКА УПРАВЛЯЮЩЕГО СЛОВА
MVI А, 26
OUT Е4Н; ЗАГРУЗКА СЧЕТЧИКА
; ПРОГРАММИРОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО
ИНТЕРФЕЙСА
MVI А, 6АН
OUT Е1Н; ЗАСЫЛКА ИНСТРУКЦИИ РЕЖИМА
MVI А, 27Н
OUT Е1Н; ЗАСЫЛКА КОМАНДНОЙ ИНСТРУКЦИИ
Выходы таймера OUT2, OUT3 предоставляются поль-
зователю.
Контроллер прерываний имеет 8 входов запроса пре-
рывания IR0-IR1. Один из них (IR7) предназначен для
прерывания от схемы тайм-аута. Остальные 7 входов
предоставляются пользователю, причем можно использо-
вать как системные прерывания (с шины И41), так и
прерывания от внешних устройств (с периферийного
разъема).
Две микросхемы параллельного интерфейса
КР580ИК55 можно использовать в режимах 0 (простой
ввод-вывод), 1 (стробируемый ввод-вывод) и 2 (двуна-
правленная шина). Порты А этих микросхем снабжены
буфером КР580ВА87, а выходы портов В и С при ра-
боте на вывод — элементами К155ЛИ1. При ра-
боте портов В и С на ввод вместо микросхем К155ЛИ1
впаиваются пассивные перемычки. Контакты порта
С РСО, РСЗ в режимах 1, 2 используются для органи-
зации прерывания коммутацией их со входами запро-
сов прерывания контроллера прерываний.
Информация записывается на магнитофон через один
контакт параллельного интерфейса. При считывании с
магнитофона для увеличения крутизны фронтов сигнал
подается на компаратор К554САЗ, и далее вводится
через другой контакт параллельного интерфейса.
Для описанного микроконтроллера разработано и от-
лажено системное ПО:
— монитор (ЗК байт) с возможностью графического
построения прямых по координатам, окон по коорди-
натам, отображения символьной информации в форматах
32X16 или 40 знаков Х-20 строк, с драйверами клавиа*
туры, магнитофона, принтера и последовательного ин-
терфейса;
— резидентная ОС (5,5К байт), совместимая С
СР/М-80, поддерживающая ОЗУ/ПЗУ «псевдодиски»;
— отладчики программ;
■— утилит файлового обмена;
— ПЗУ-вариант (8К байт) интерпретатора языка Бей-
сик с поддержкой графического режима.
Все перечисленные программы (до 8К байт) предна-
значены для хранения в ПЗУ (каждая из них может
быть зашита в один кристалл) или на магнитной кассе-
те (монитор только в ПЗУ). Таким образом, микроконт*
роллер может использовать все программное обеспечен
ние, совместимое с ОС СР/М-80 без адаптации,
Телёфон для справок: 211-44-83 (Москва).
Статья поступила 22 мая 1986 et
УДК 681.326-181.4
