-
Schaltungsanordnung zur Steuerung des Datenverkehrs
-
zwischen einem Mikroprozessor und Peripherieeinheiten Die Erfindung
bezieht sich auf eineSchaltungsanordnung zur Steuerung des Datenverkthrs zwischen
einem Mikroprozessor und Peripherieeinheiten, die an einen gemeinsamen Datenbus
angeschlossen sind.
-
Mikroprozessoren vereinigen in einem Ilalbleiterkristall die wesentlichen
Bestandteile einer speicherprogrammierbaren Rechenmaschine: einen Befehlszähler,
ein Befehlsregister, eine arithmetisch/logische Einheit, einen Akkumulator sowie
ein Leitwerk und Signalleitungen für die Verbindungen an externe Einheiten. Die
Daten werden bei bekannten Mikroprozessoren in Form von Wörtern mit einer festgelegten
Anzahl von Bits (Zeitschrift: "EDN", Januar 20, 1974, Seite 48 bis 54) verarbeitet
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des
Datenverkehrs zwischen einem Mikr,prozessor und Peripherieeinheiten, die an einen
gemeinsamer Datenbus angeschlossen sind, ZU entwickeln, bei der mit möglichst geringem
Aufwand der Mikropozessor mit seiner Schnittstelle mit den Leitungen des Datenbus
verbunden werden kann.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anschlüsse
des Nikroprozessors für die Ein- und Ausgabe von Daten mit Speicher:1 ?r'-'i - 1
Si nd, deren AUS-gänge fiir Datenübertragungen vorgesehene Leitungen des Datenbus
speisen, und daß Adressenausgabeanschlüsse des Mikroprozessors und Steuersignalausgabeanschlüsse
für die Adressensteuerung an eine Dekodierschaltung gelegt sind, mit der Adressensignale
in Steuersignale umwandelbar sind, von denen je eines einer Steuerleitung des Datenbus
zufiihrbar ist. Der Mikroprozessor kann bei dieser Anordnung ohne ein zusätzliches
Steuerwerk mit den ao den Datenbus angeschlossenen Teilnehmern Daten austauschen.
Um mit einem Teilnehmer in Verbindung zu treten, ist es lediglich erforderlich,
einen Ein-, Ausgabebefehl des Mikroprozessors zusammen mit einer Mikroprozessoradresse
zu verwenden, die iiber die Dekodierschaltung Steuersignale an die Leitungen des
Datenbus abgibt. Über die Nikroprozessoranschlüsse für Ein- und Ausgabe von Daten
werden sowohl die Adresse des Teilnehmers als auch die Daten von oder zum Teilnehmer
in aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen übertragen. Es handelt sich dabei um einen
Datenbus mit parallelen Leitungen.
-
Bei einer bevorzugten Austuhranzeform ist vorgesehen, daß von der
Dekodierschaltung aus den auf drei Adressenausgabeanschlüssen anstehenden Bits ein
Adreßausgabesignal, Datenausgabesignal, Dateneingabesignal, Adreßeingabesignal und
ein Startsignal, das in der Dekodierschaltung über eine Zeitverzogerungsstufe leitbar
ist, an Steuerleitungen des Datenbus abgebbar sind, und daß ein Quittungssignal
über die Dekodierschaltung an den Mikroprozesssor weiterleitbar ist. Es werden also
nur drei binare Stellen der Adresse für die Bereitstellung der zur Steuering des
Datenbus dienenden Signale benötigt. Der Adressenvorrat des Mikroprozessors wird
also nur um den Wert acht vermindert. Da der Adressenvorrat bei bekannten Mikroprozessoren
25 Stellen umfasst, fallt die Wegnahme von acht Stellen praktisch nicht ins Gewicht.
-
Eine zweckmäßige Ausführungsform besteht darin, daß jeder Anschluß
des Mikroprozessors fiir die Ein- und I -gabe von Daten mit mindestens zwei parallel
geschalteten Ein-, Ausgängen von Speichern verbunden ist, deren Ausgänge jeweils
gesonderte Leitungen des Datenbus speisen und daß ein weiterer Adreßausgabeanschluß
mit der Dekodierschaltung verbunden ist, die je nach der Wertig. keit des Adressbit
auf zwei Ausgangsleitungen Signale abgibt, die je an einen Steueranschluß der parallel
geschalteten Speicher gelegt sind. Mit dieser Anordnung können die Anschlüsse des
Mikr prozessors fjir die Ein-und Ausgabe von Daten an die Datenleitungen des Bus
angepaßt werden, wenn die Anzahl der Datenleitungen die der Anschlüsse übersteigt.
-
Vorzugsweise erfolgt die Einspeisung der Daten in die parallel geschalteten
Speicher oder das Auslesen der Daten in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen.
Es ändert sich zwischen den Arbeitszyklen lediglich das Adressensignal für die parallel
geschalteten Speicher.
-
Ijei einer ginstigen Ausführungsform ist das Adressenausgabesignal
oder das Datenausgabesignal und das Start-Signal im zweiten Arbeitszyklus den Steuerleitungen
des Datenbu. zuführbar. Die Teilnehmer werden deshalb erst aktiviert, wenn alle
Daten auf den parallelen Datenleitungen urid alle Steuersignale gültig sind.
-
Bei ei vier anderen zweckmäßigen Ausführungsform ist das Adreßeingabesignal
oder das Dateneingabesignal im ersten Arbeitszyklus den Steuerleitungen des Datenbus
zufülirbar. Der Mikroprozessor nimmt daher sofort Daten aus einer Reihe von Speichern
auf, während die zweite Reihe von Speichern ihre Daten in einem anschließenden Arbeitszyklus
abgibt.
-
Vorzugsweise j.9t eine Steuerleitung des Datenbus für ein Quittungssignal
an die Dekodierschaltung angeschlossen, von der eine Meldeleitung zum Mikroprozessor
verläuft.
-
Die Dekodierschaltung leitet somit ein Signal dem Mikroprozessor bei
der Daten- oder Adressenausgabe zu.
-
An hand dieses Signals erkennt der Mikroprozessor, daß die Daten v
n dem jeweiligen Teilnehmer aufgenommen worden sind.
-
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß
ein weiterer Adreßausgabeanschluß des Mikroprozessors mit der Dekodierschaltung
verbunden ist, von der ein Steuersignal an mindestens einen Speicher abgabbar ist,
der mit einer Leitung des Datenbus in werbindung steht. Mit dieser Anordnung können
weitere parallele Leitungen des Datenbus mit Daten beaufschlagt werden, die vom
Mikroprozessor oder von den Teilnehmer abgegeben werden.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Ausgänge für Peripherieschreib-
und Bripherlelesesignale des Mikroprozessors für die Steuerung des zeitlichen Beginns
des Adressenausgabesignals, des Datenausgabesignals, des Adreßeingabesignals, des
Dateneingabesignals und des Startsignals mit der Dekodierschaltung verbunden. Es
werden dabei weitere Signale des Mikroprozessors für die Steuerung des Datenbus
benutzt, um den schaltungstechnischen Aufwand zu vermindern.
-
Die Erfindung wird im folgenden an hand eines in einer Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert, an dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile
ergeben.
-
Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer einen Mikroprozessor und
eine Anpaßschaltung für einen Datenbus enthaltenden Anordnung, Fig. 2 weitere Einzelheiten
der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.
-
Ein Mikroprozessor 1 weist Anschlüsse 2 für die Ein-und Ausgabe von
Daten, Anschlüsse 3 fiir die Ausgabe von Adressensignalen, einen Ausgang 4, an dem
ein Peripherieschreibsignal verfügbar ist, einen Ausgang 5 für die Abgabe eines
Peripherielesesignals und einen Eingang 6 auf, über den eine Meldung übertragen
wird, daß externe Daten fiir den Empfang bereitstehen. Die Anschlüsse 2 bis 6 bilden
die Schnittstelle des Mikroprozessors für den
Austausch von Daten
mit externen Schaltungen, Einheiten und Geräten. Bei dem Mikroprozessor 1 kann es
sich beispielsweise um den unter der Bezeichnung 8080 von der Fa. Intel hergestellten
Mikroprozessor handeln. Die flefeh le werden im Mikroprozessor 1 in Form von Befehlswörtern
verarbeitet die aus einen acht Mit umfassenden Adressteil bestehen. Mit den Befehlen
können Wörter mit einer Wortlänge von acht Bit verarbeitet werden.
-
Die Anschliisse 2 der acht Datenleitungen des Mikroprozessors 1 sind
mit Speichern verbunden. Jeweils eine von einem Anschluß 2 ausgehende Leitung speist
Datenein- bzw. Ausginge von zwei parallel geschalteten Speichern. In Fig.
-
1 sind fiir die mit Anschlüssen 2 verbundenen drei Leitungen 7,8,9
jeweils die mit ihren Ein- bzw. Ausgängen parallel geschalteten Speicher 10, 11
bzw. 12,13 und 14, 15 dargestellt. Fiir die acht Anschlüsse 2 sind somit sechzehn
Speicher erforderlich.
-
Der Ein- und Ausgang jedes Speichers 10,11,12,13,14,15 ist mit einer
Leitung 16 eines Datenbus 17 verbunden.
-
An den Datenbus 12 sind nicht näher dargestellte Peripheriegaräte
angeschlossen, die mit dem Mikroprozessor 1 Daten austauschen können. Auf den parallelen
Leitungen t6 werden daher bidirektional Adressen oder andere Daten libertragen.
-
Weiterhin sind Ausgänge 3 von Adressenleitungen an eine Dekodierschaltung
18 über nicht näher bezeichnete Leitungen angeschlossen. Die Ausgänge 4 und 5 für
das Peripherieschreib- und das Peripherielesesignal speisen zusätzliche Eingänge
der Dekodierschaltung 18. Die der Dekodierschaltung 18 zugeführten Adressensignale
werden in
Steuersignale umgewandelt. Je eines dieser Steuersignale
ist einer Steuerleitung 19 des Datenbus 17 zufilirbar.
-
Für den in Fig. 1 dargestellten Datenbus 17 werden insgesamt sechs
Steuersignale benötigt, die auf den parallelen Steuerleitungen 19 übertragen werden.
Die Steuersignale zeigen jeweils die Adreßausgabe, dieDatenausgabe, die Adreßeingabe,
die Dateneingabe und die Giiltigkeit der auf den Leitungen des Datenbus 17 anstehenden
Signale durch ein Startsignal an. Die Leitungen für die v(>rstehend erwähnten
Steuersignale werden unidirekttijnal mit Spannungen beaufschlagt. Die Übertragung
erfolgt von der Dekodierschaltung zu den Peripherieeinheiten.
-
Eine weitere Steuerleitung 19 dient zur Aufnahme von Quittungssignalen,
die von den Peripherieeinheiten abgegeben werden. Die Quittungssignale werden über
die Dekodierschaltung 18 an den Eingangsanschluß 6 des Mikroprozessors 1 weitergeleitet.
-
Ein weiterer Ausgang 2 des Mikroprozessors ist iiber elne nicht dargestellte
Leitung mit der Dekodierschaltung 18 verbunden. An hand des binären Werts dieses
Adressensignals gibt die Dekodierschaltung 18 jeweils ein Steuersignal an eine Leitung
20 oder 21 ab. Die Leitung 20 steht mit den Takteingängen der Speicher 10,12,14
in Verbindung. Die Takteingänge der Speicher 11,13,15 sind an die Leitung 21 angeschlossen.
-
Für die Bereitstellung der Steuersignale auf den Leitungen 19 und
der Signale auf den Leitungen 20 und 21 werden somit drei binäre Stellen der an
den Ausgängen 3 anstehenden Adresse benötigt. Bei einer Verminderung des Adressenvorrats
um den Wert acht lassen sich dadurch unmittelbar mit Hilfe der Befehle des Mikroprozessors
1
Da teil mit Yeripheriegeraten austauschen, die an den Datenbus
17 angeschlossen sind, der acht parallele Datenleitungen 16 aufweist.
-
Da der Mikroprozessor 1 nur acht Aus- bzw. Eingänge 2 für Daten enthält,
erfolgt die Übertragung von und zu den Speichern 10 bis 15 in zwei aufcinatlderfol
genden Arbeitszyklen. Bei einem Ausgabebefeh1, der sich auf Adressen oder andere
Daten beziehen kann, werden die im ersten Arbeitszyklus an den Ausgängen 2 anstehenden
Signale in Abhängigkeit v¢,n derr. Steuersignal auf der Leitung 20 in die Speicher
10,12 und 14 eingelesen. Im anschließenden Arbeitszyklus, in dem sich das die Leitungen
20,21 beeinflussende Adressensignal geändert hat, werden die Daten von den Anschlüssen
2 in die Speicher 11,13 und 15 über tragen.
-
Das Adreßausgabesignal oder das Datenausgabesignal werden jeweils
im zweiten Arbeitszyklus auf die Steuerleitungen 19 übertragen. Zu diesem Zeitpunkt
enthalten die Speicher 10 bis 15 alle für die Leitungen 16 bestimmten Daten.
-
Das Startsignal ist gegenüber den Signalen auf den Leitungen 16 und
dem Daten- bzw. Adreßausgabesignal etwas verzögert. Mit der Verzögerung wird erreicht,
daß die Signale auf den anderen Leitungen des Datenbus 17 ihre stationären Pegel
angenommen haben, bevor das Startsignal die Aufnahme der Daten durch die Peripherieeinheiten
freigibt.
-
Wenn das aufgerufene Peripheriegerät die auf den Leitungen 16 anstehenden
Daten, bei denen es sich um Adressen oder andere Daten handeln kann, übernommen
hat, gibt es ein Quittungstignal an die entsprechende Steuerleitung 19. Die Dekodierschaltung
18 leitet dieses Signal iiber eine Leitung 30 zum Anschluß 6 des Mikroprozessors
1 wei teer.
-
Ein weiterer Anschluß 3 dient zur Abgabe eines Adreßsignals an die
Dekodierschaltung 18. Diese erzeugt ein Steuersignal für einen Hilfsspeicher 23,
der über die Anschlüsse 2 Daten mit den; Mikroprozessor 1 austau lit..
-
I)er AU - ind Eingang des Hilfsspeichers 23 ist an eine Leitung 24
des Datenbus 17 angeschlossen.
-
Durch die Verwendung eines weiteren Ausgangs 3 zur Steuerung von Hilfsspeichern
kann der Mikroprozessor 1 an eine gröbere Anzahl von parallelen Datenbusleitungen
angeschlossen werden.
-
Für die Erzeugung von Bussteuersignaleii und die Versorgung von beispielsweise
24 parallelen Busleitungen werden bei einem Mikroprozessor 1 mit acht Anschlüssen
2 somit fünf Ausgänge 3 benötigt, die dem Adressenvorrat insgesamt 32 Adressen entziehen.
-
In Fig. 2 sind für drei Anschlüsse 3 die Adressignale AO,A1,A2 dargestellt.
Das Adresignal AO wird unmittelbar und über eine Zeitverzögerungsstufe 25 einem
UND-Verknüpfungsglied 26 zugeführt, dessen Ausgang über ein Verstärkungselement
27 eine der Leitungen 19 speist, auf der das Startsignal übertragen wird.
-
Die Adreßsignale Al und A2 sind an die Dekodierschaltung 18 angeschlossen,
der über Leitungen 28 die aus den Peripherielese- und Peripherieschreibsignalen
des Mikroprozessors 1 abgeleiteten Taktsignale zugeführt wird. Die Ausgänge der
Dekodierschaltung speisen wiederum den Leitungen 19 vorgeschaltete Verstärkungsglieder
27. Die Leitungen 19 sind weiterhin über Widerstände 29 an eine nicht näher bezeichnete
Betriebsspannungsquelle angeschlossen.