LUCRAREA nr. 4

Porturile de intrare/ ieşire

1. Obiectivele lucrării

În cadrul acestui laborator se vor prezenta tipurile de porturi de intrare/ ieşire, modul de decodificare a acestora şi interfaţarea unui sistem cu microprocesor cu mediul extern prin intermediul porturilor.

2. Consideraţii teoretice

2.1 Selecţia porturilor de intrare/ ieşire

Generarea semnalelor de selecţie pentru porturile de intrare/ ieşire se face de un circuit numit decodificator de adrese de porturi.

Pentru obţinerea semnalelor de selecţie din adrese şi semnale de comandă se aplică tehnica decodificării complete sau incomplete întocmai ca în cazul selecţiei memoriilor. Se porneşte de la alocarea adreselor pentru porturi stabilind harta porturilor de intrare/ ieşire. Şi aici se construieşte un tabel care are ca linii adresele pentru fiecare port iar ca şi coloane rangurile A_7-0 ale magistralei de adrese, întrucât în timpul ciclurilor de intrare/ ieşire numai pe acestea apare adresa portului. Se inspectează coloanele tabelului pornind de la rangurile mai semnificative spre cele mai puţin semnificative şi se reţin acele ranguri care individualizează porturile. Pe baza acestor ranguri se construieşte logica combinaţională care va genera semnalele de selecţie.

Exemplul 4.1: Să se realizeze decodificatorul de adrese de porturi pentru următoarele patru porturi:

• Portul P1 plasat la adresa 00h;
• Portul P2 plasat la adresele 10h-13h;
• Portul P3 plasat la adresele 20h-27h;
• Portul P4 plasat la adresa 30h.

Tebelul 4.1 conţine adresele de porturi:

Există riscul unei coincidenţe între adresa de port şi adresa unei locaţii de memorie acoperite de un circuit, şi deci la selecţia portului să se selecteze în mod eronat şi circuitul respectiv de memorie. Pentru a elimina această sursă de conflict pe magistrală se utilizează în decodificare şi semnalele de comandă. Un ciclu de intrare/ ieşire este caracterizat de activarea semnalului /IORQ, iar pentru a distinge un ciclu de intrare/ ieşire de unul de acceptarea cerere de întrerupere se foloseşte şi linia /M1 care nu se activează în timpul transferurilor cu periferia.

2.2 Porturi de intrare/ ieşire

2.2.1 Bistabilul

Cel mai simplu port de ieşire este un bistabil. În funcţie de tipul bistabilului acesta poate fi conectat în mai multe moduri (fig 4.3 – bistabil D, fig 4.3 – bistabil T):

Pentru setarea bistabilului din figura 4.2 se foloseşte următoarea secvenţă de cod:

iar pentru resetarea lui:

Pentru un bistabil T (fig 4.3) orice secvenţă de tipul:

va comuta bistabilul pe starea negată.

Pentru citirea unei linii de intrare sau a unui port de intrare se foloseşte o poartă cu trei stări ca în figura 4.4:

Testarea intrării din figura 4.4 se face prin următoarea secvenţă de cod:

2.2.2 Registrul

Pentru un port pe mai multe ranguri se poate folosi şi un registru cu numărul de ranguri dorite. Conectarea unui registru pe 8 biţi este prezentată în figura 4.5:

Pentru citirea unui port de intrare pe mai multe ranguri se pot folosi circuite de tipul celui prezentat în figura 4.6:

2.3 Generarea şi citirea de semnale periodice

2.3.1 Generarea unui semnal cu o anumită perioadă

Folosind un bistabil sau un registru ca şi port de ieşire se poate genera, prin program un semnal cu o anumită frecvenţă, programabilă. Frecvenţa maximă este limitată de frecvenţa de lucru a procesorului şi de numărul de instrucţiuni care sunt necesare pentru generarea semnalului.

În continuare este prezentată secvenţa de generare a semnalului de ieşire:

Calcularea duratei unei secvenţa de instrucţiuni se face în modul următor:

• fiecare instrucţiune se împarte în ciclii maşină corespunzători;
• fiecare ciclu maşină se împarte în stările corespunzătoare;
• se adună numărul de stări obţinute pentru toate instrucţiunile;
• numărul de stări se înmulţeşte cu durata unei stări (perioada tactului) obţinându-se durata unei secvenţe de instrucţiuni.

2.3.2 Urmărirea unui semnal de intrare

Prin citirea repetată a unui port de intrare se pot urmări anumite semnale de intrare.

Perioada aproximativă a semnalului este dată de relaţiile:

unde n₁ şi n₂ sunt numărul de citiri de “1” şi respectiv de “0”.

T_e este dat de frecvenţa de lucru a procesorului şi de numărul de instrucţiuni necesare citirii portului de intrare şi testărilor corespunzătoare.

3. Mersul lucrării

Să se realizeze un program cu care se generează un semnal cu perioada selectabilă cu ajutorul unor comutatoare. (v. Anexa 1.)

Laboratorul se va desfăşura urrmând paşii următori:

• realizarea unei rutine pentru citirea portului de intrare corespunzător comutatoarelor S1 şi S2 din Anexa 1.
• realizarea unei rutine pentru generarea unui semnal periodic, cu factorul de umplere 1/2, prin portul U?;
• urmărirea cu osciloscopul a semnalelor generate şi verificarea acestora.