М. П. Гальперин, А. В. Гинтер, В. В. Городецкий,
И. С. Евзович, В. Я. Кузнецов, М. J1. Пуховаодноплатные 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 иОпыт 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 ПФФРис. 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 ПФФДополнительные 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
|
Функциональный |
БИС |
Технические данные |
|
ВВ1 |
K1809BB1 |
Число 8-разрядных параллельных каналов — 2. Программная установка режимов приема, передачи, сдвига, счета импульсов |
|
ВВ2 |
К1809ВВ1 |
Число 8-разрядных параллельных каналов — 2. Программная установка режимов приема, передачи, сдвига счета импульсов Возможность использования параллельного канала как предрегистра векторных |
|
Межмодульный терфейс МПИ* |
Распределение внутренних и внешних адресов по зонам задается перемычками. | |
|
-Статическое ОЗУ |
К1809РУ1 |
Емкость 8К 16-разрядных слов. Программная настройка адреса и возможность |
|
-Статическое ОЗУ зк |
К1809РУ1 |
Емкость ЗК 16-разрядных слов. Программная настройка адреса и возможность |
|
Видеоинтерфейс |
К1809ВГЗ |
Контроллер связи с ВКУ на черно-белой или цветной ЭЛТ (телевизионный |
|
Интерфейс магни- Интерфейс ИРПС |
К1809ВГ1 |
Частотно-модулированный последовательный асинхронный канал для связи (скорость передачи до 9600 бод) с бытовым магнитофоном и построения акустического модема. Число 8-разрядных входов — 1; Число 8-разрядных выходов — 1. |
|
К1801ВП1-035 |
Обмен с ВУ по стандартному последовательному интерфейсу через узел оптрон- |
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