LUCRAREA nr. 7

Circuitul contor/ temporizator

1. Obiectivul lucrării

În cadrul acestei lucrări de laborator se va programa circuitul contor/ temporizator Z80 CTC şi cu ajutorul lui se va masura timpul de execuţie pentru un anumit program.

2. Considerente teoretice

Circuitul contor/ temporizator Z80 CTC conţine patru canale independente, fiecare canal având un contor pe 8 biţi cu decrementare. Cu ajutorul lui se pot număra evenimente, temporiza întreruperi sau genera diferite frecvenţe.

Circuitele numărătoare-temporizatoare au structura prezentată în figura 7.1.

Iar un numărător împreună cu blocul de prescalare este prezentat în figura 7.2.

Logica de control a canalului primeşte cuvântul de control pe 8 biţi când se programează canalul, decodifică cuvântul de control şi fixează condiţiile de validare a întreruperilor, modul de funcţionare (contor sau temporizator), factorul de prescalare în modul temporizator (16 sau 256), frontul activ pentru intrarea CLK/TRG, apariţia unui cuvânt de date pentru constanta de timp, sau iniţializarea prin program.

Registrul constantei de timp primeşte şi încarcă constanta de timp de 8 biţi la programarea canalului. Valoarea ei este cuprinsă în domeniul 1-256 şi este automat încărcată în numărător când este iniţializat canalul şi în continuare după fiecare trecere prin 0 a numărătorului.

Prescalarea se efectuează doar în modul temporizator şi constă în divizarea frecvenţei de tact a sistemului cu 16 sau 256. Ieşirea circuitului de prescalare constituie intrare pentru numărător în timpul funcţionării ca temporizator.

Numărătorul canalului este încărcat cu valoarea stocată în registrul constantei de timp înaintea fiecărui ciclu de numărare. Numărătorul este decrementat în funcţie de modul de funcţionare prin:

ieşirea divizorului de prescalare (temporizator );
impulsurile aplicate la intrarea CLK/TRG (contor).

Unitatea centrală poate citi conţinutul numărătorului în orice moment, fără a afecta numărarea, printr-o operaţie de citire de la adresa portului asociat canalului din circuitul CTC. Când numărătorul atinge valoarea 0, ieşirea ZC/TO generează un impuls pozitiv. Când întreruperile sunt validate, atingerea lui 0 generează de asemenea şi o cerere de întrerupere.

2.1 Terminalele circuitului

În figura 7.3 sunt prezentaţi pinii circuitului Z80 CTC.

/CE – intrare de validare a circuitului PIO;

CLK – intrare de tact;

CLK/TRG₀ - CLK/TRG₃ – intrări active pe “0” sau pe “1”, conform selecţiei utilizatorului; sunt semnale de tact extern şi respectiv declanşare temporizator. Cele patru intrări corespund celor patru canale în modul următor: fiecare front activ pe acest pin decrementează numărătorul iar în modul temporizator un front activ declanşează temporizatorul;

CS₀ - CS₁ – linii de selecţie a unuia din cele patru canale;

D_0-7 – magistrala de date utilizată pentru transferul de date şi comenzi între CPU şi PIO;

IEI – intrare de validare a întreruperilor;

IEO – ieşire de validare a întreruperilor;

/INT – ieşire pentru cerere de întrerupere;

/IORQ – cerere de intrare/ ieşire, activat de CPU şi este folosit la selecţia circuitului;

/M1 – intrare care indică primul ciclu maşină; provine de la CPU şi este utilizat la controlul unor operaţii interne;

/RD – intrare care indică o operaţie de citire.

/RESET – intrare de iniţializare. Termină toate numărările în jos şi devalidează întreruperile;

ZC/TO₀ - ZC/TO₂ – ieşiri de număr zero respectiv timp expirat. Cei trei pini corespunzători canalelor 0, 1 şi 2 ale circuitului CTC furnizează un impuls “1” atât în modul numărător cât şi în cel de temporizator, când numărătorul descrescător al canalului a atins valoarea zero.

2.2 Programarea circuitului

Fiecare canal trebui programat înainte de funcţionare. Programarea constă în scrierea a două cuvinte în portul de intrare/ ieşire care corespunde canalului, în această ordine. Primul este un cuvânt de control care selectează modul de funcţionare şi alţi parametri. Al doilea cuvânt este o constantă de timp pe 8 biţi, cu valoarea între 1 şi 256.

După iniţializare canalele pot fi programate în orice moment. Dacă se înscriu cuvinte de control şi constante de timp reactualizate într-un canal în timpul funcţionării acestuia, numărarea continuă până la 0 înainte ca să fie încărcată noua constantă de timp în numărător.

Dacă este validată întreruperea pe oricare canal din CTC, procedura de programare trebuie să includă şi un vector de întrerupere. Este necesar un singur vector de întrerupere pentru toate canalele, deoarece logica de întrerupere modifică în mod automat vectorul pentru canalul care solicită întreruperea.

Cuvântul de control este identificat de un “1” în bitul 0 iar vectorii de întrerupere au “0” în bitul 0. Cuvântul de control este prezentat în figura 7.4.

Programarea vectorului de întreruperi trebuie efectuată dacă circuitul Z80 CTC are validate una sau mai multe întreruperi. Pentru a putea furniza vectorul de întreruperi spre unitatea centrală, circuitul CTC trebuie să fie programat cu cei 5 biţi mai semnificativi ai vectorului de întreruperi (figura 7.5). Programarea constă în înscrierea unui cuvânt vector la portul corespunzător canalului 0 al circuitului CTC. Cei doi biţi mai puţin semnificativi din vectorul de întreruperi sunt furnizaţi de logica de întreruperi pentru identificarea canalului care a cerut servirea prin întrerupere, cu un vector de întrerupere unic. Canalul 0 are cea mai mare prioritate.

3. Mersul lucrării

În cadrul lucrării de laborator se va folosi circuitul CTC pentru măsurarea duratei execuţiei unuor programe. Pentru aceasta se va folosi canalul 2 din Z80 CTC, programat ca şi temporizator, cu un factor de prescalare de 256, front activ căzător, declanşare automată, iar constanta de timp este 00h (256). Se activează şi întreruperile pentru contorul , pentru programele de dimensiuni mai mari, care ar depăşi capacitatea de numărare a unui registru pe 8 biţi.

Se vor vizualiza cu ajutorul osciloscopului ieşirile CRT pentru diferitele moduri de programare ale acestuia.