Искусство схемотехники. Том 2 [Изд.4-е] - Пауль Хоровиц

Микрокомпьютеры достаточно быстры для того, чтобы успевать в цикле отображать на дисплее несколько тысяч точек без раздражающего мерцания. Учитывая, что растровый дисплей — это стандартное устройство микрокомпьютера для вывода изображений, приведенный пример более полезен в качестве модели фотографического графопостроителя сверхвысокого разрешения, использующего 14-разрядный ЦАП и дисплей с микроскопическим размером точек (см. следующее упражнение).

Несколько полезных замечаний:

а) Отметим, что мы подобрали полярность сигналов таким образом, что D-триггеры переключаются по спаду сигналов IOW'; это существенно, так как в момент времени, соответствующий фронту этого импульса, данные могут еще не установиться. Для большей надежности следует удостовериться, что временные соотношения сигналов удовлетворяют временам упреждения и удержания схем `574; фактически, однако, для такой медленной, как у IBM PC магистрали трудно заставить схему, подобную описываемой, работать правильно, поскольку с момента установки данных до спада IOW' проходит более 500 нc.

б) Вы можете сэкономить несколько логических элементов, использовав в цепи дешифрации адреса стробируемый дешифратор так, как показано на рисунке. Дешифраторы типа,138 (3 разряда на 8 направлений) и типа `139 (сдвоенный, 2 разряда на 4 направления) имеют один или более стробирующих входов и удобны для построения схем такого рода.

в) Отметим также, что мы могли бы объединить 3-входовые и 2-входовые элементы И-НЕ в 4-входовые И-НЕ, здесь этого не сделано для того, чтобы четче выделить отдельно факт дешифрации адреса и затем — совпадения результата дешифрации со строб-сигналом IOW'.

г) На самом деле мы можем полностью игнорировать разряд А1 и схема будет работать по-прежнему! Однако тогда она начнет откликаться также на адреса 3С2 и 3С3 (как X и Y, соответственно) и произойдет потеря двух адресов ввода-вывода. На практике, однако, часто идут этим путем и, не полностью дешифруя адрес, экономят микросхемы (ведь адресное пространство остается достаточно обширным, даже если вы и потеряете таким образом некоторое количество адресов). В рассматриваемом примере мы можем подключить IOW' вместо А1 и полностью отказаться от 2-входовой схемы И-НЕ.

д) Сопряжение с магистралью, подобное обсуждаемому, будет более гибким, если адрес устанавливать DIP-переключателями (или DIP-перемычками); тогда вы сможете выбрать адрес верно, чтобы не было конфликта с адресом другого устройства, подключенного к той же магистрали. Внести соответствующие изменения в схему несложно-достаточно восемь входов компаратора подсоединить через ключи к общему проводнику («земле»), а через резисторы — к цепи +5 В.

е) Для пояснения существа дела в этом примере мы использовали отдельные микросхемы 8-разрядных регистров и ЦАПов. На практике у вас есть возможность применить ЦАП со встроенной схемой выборки адреса (например, «микропроцессорно-совместимый» ЦАП типа AD 7528-сдвоенный ЦАП с входной схемой выборки адреса); такая схема выпускается даже в счетверенном варианте (AD7226), а также в варианте с двойной буферизацией, двухкаскадной выборкой адреса для каждого ЦАП (счетверенный ЦАП AD 7225).

Упражнение 10.1. Нарисуйте функциональную схему адресного компаратора с настройкой адреса.

Упражнение 10.2. Нарисуйте схему сопряжения растрового дисплея с магистралью, используя 16-разрядные ЦАП для преобразования как Х-, так и Υ-κοординат. Вам потребуется 4 последовательно расположенные адреса. Используйте первые 2 для регистрации Х-регистра, а два последних-для Y-регистра; конечно, надо предусмотреть возможность настройки базового адреса ввода-вывода с использованием переключателей в DIP-исполнении. Как для Х-, так и для Y-координат четным адресам соответствует младший, а нечетным — старший байт соответствующего кода; это удобно (поскольку МП 8086 оперирует 16-разрядными словами, можно пользоваться командами ввода-вывода слов для передачи данных этому устройству).

Программирование графического дисплея. Программирование такого устройства не представляет сложностей. Как это делается показывает программа 10.3, которой надо указать адреса ячеек, где хранятся Х- и Y-координаты первой точки и количество точек, которое надо отобразить. Программа обслуживания дисплея возможно, будет оформлена как подпрограмма с этими параметрами, передаваемыми при ее вызове. Программа заносит адреса массивов Х- и Y-координат (т. е. адрес первой пары Х-, Y-координат) в индексные регистры SI и DI, а байт количества точек в регистр СХ. Этот регистр потом используется в цикле, в котором пары Х-, Y-координат последовательно передаются в порты ввода-вывода по адресам 3C0 и ЗС1. В каждом цикле перемещаются указатели массивов X и Υ; а содержимое счетчика декрементируется и сравнивается с нулем, который характеризует отображение последней точки; затем указатели и счетчик устанавливаются в исходное состояние и процесс вывода начинается снова.

Пара важных моментов: однажды запустившись, программа постоянно отображает массив точек. В действительности программа должна проверять состояние клавиатуры, чтобы заметить, если оператор захочет прекратить вывод на дисплей. Можно также прекратить вывод спустя заданное время или с помощью прерывания, о чем речь будет идти ниже.

Обычно при регенерации изображения на дисплее, организованной подобным образом, для дополнительных продолжительных вычислений во время вывода изображения времени нет. Гораздо лучшим методом является обновление изображения на экране из собственной памяти дисплея, что разгружает компьютер. Как бы то ни было, если ваша цель — построить изображение с высоким разрешением для получения фотографической копии, эта программа и схема сопряжения, спроектированная по условиям упражнения 10.2, будет работать замечательно.

Передача данных в другом направлении при программируемом вводе-выводе осуществляется столь же просто. Схема сопряжения следит за шиной адреса так же, как и ранее. Если эта схема обнаруживает свой собственный адрес (и сигнал AEN находится в низком состоянии), она выставляет данные на шину данных, обеспечивая их совпадение во времени с сигналом IOR' (рис. 10.9).

Рис. 10.9. Цикл ввода-вывода при чтении.

Пример такой схемы приведен на рис. 10.10.

Рис. 10.10. Параллельный входной порт.

Схема позволяет компьютеру считать байт, хранящийся в регистре на D-триггерах типа `574. Поскольку и тактовый вход, и входы данных регистра доступны внешнему устройству, в регистр может быть занесена цифровая информация практически любого характера (выход цифрового прибора, АЦП и т. п.). Для разнообразия мы использовали вместо всех логических элементов 2-разрядный дешифратор адреса типа `679. Эта «умная микросхема» имеет 12 адресных входов, вход выборки и 4 «программируемых» входа. Если вы хотите дешифровать некоторый определенный адрес, это делается хитро: функционально такая микросхема представляет собой 12-входовую схему И-НЕ, программируемое число этих входов может быть дополнительно инвертировано; инвертируются всегда входы с меньшими номерами, а их количество вы можете задавать с помощью 4-х отдельных программируемых входов.

Пусть мы хотим «добраться» до резервного порта ввода-вывода с адресом 200Н (рис. 10.8). Нам необходимо распознать состояние А9 — высокий уровень, А0-А8 — низкий. Ко всему прочему мы можем использовать микросхему `679 для стробирования дешифрованного адреса низкими уровнями сигналов AEN и IOR'.

Итак, окончательно нам требуется схема И-НЕ с 11-ю инвертирующими входами и одним неинвертирующим входом, что обеспечивается подачей кода 1011, осуществляемой аппаратным образом на программируемые входы. Затем подключим адресную шину и синхросигналы так, как показано на рис. 10.10. Как только команда

IN AL,200H

выполнится, ЦП выставляет адрес 200Н на линиях А0-А9 и затем устанавливает IOR' на время 630 нc. Центральный процессор считывает то, что он обнаруживает на шине данных (D0-D7) в момент времени, соответствующий спаду сигнала IOR', затем сбрасывает А0-А9.

Реакция периферийного устройства должна заключаться в том, чтобы выдать данные на соответствующие разряды D0-D7 по крайней мере за 50 нc до конца IOR'; выполнить это условие не составляет никакого труда, так как устройству известно, что от него требуются данные, уже по меньшей мере 600 не. Для типовой задержки срабатывания используемых здесь микросхем 10 нc, 600 нс выглядят вечностью.