DE4200782C2 - Mikro-Steuereinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikro-Steuereinheit, speziell eine Steuereinheit zur Vereinfachung der Hardware zum Zugriff auf einen erweiternden Speicher.

Bei Anwendung einer Mikro-Steuereinheit, z. B. in der Steuerung einer Kassetten- oder Disketten-Speichereinheit, erfordert die spezielle Verschaltung eine Logik, welche den Bedarf an Hardware entsprechend des Typs der Steuereinrichtung erhöht. Wenn die Steuereinrichtung einen integrierten Prozessor enthält, der mit einem Mikro-Programm programmiert wird, kann die Steuereinrichtung durch Austausch des Mikro-Programms betrieben werden. In diesem Falle ist eine Mikro-Steuereinheit erforderlich.

Ferner kann, wenn ein ROM zum Speichern eines vorbestimmten Umfangs des Mikro-Programmes eingesetzt und auf dem Halbleiter-Chip der Mikro-Steuereinheit aufgebaut ist, eine gesonderte Steuereinheit für das Chip vorgesehen werden und es ist ökonomisch günstig für diesen Zweck, eine verfügbare Ein-Chip-Mikro-Steuereinheit auszuwählen, die einen internen ROM besitzt. Eine Standard-Anwendung dafür ist die oben benannte Disketten-Anordnung. Dabei wird die Ein-Chip-Mikro-Steuereinheit einschließlich eines Mikro-Programmes eingesetzt.

Wenn die Mikro-Steuereinheit einschließlich eines internen ROM's mit einer vorgegebenen Kapazität eingesetzt wird, liegen die Vorteile im Aufbau einer Hardware, welche auf einen extern erweiterten Speicher zugreifen kann, wenn sie an diese Zugriffsmöglichkeit angepaßt ist.

Zur Auswahl des Speichers bedarf es spezieller Schaltungsmaßnahmen, die darin resultieren, daß ein spezieller Steuer-Eingangsanschluß vorgesehen werden muß.

In der US 4.159.541 wird eine Speicheranordnung mit minimierter Anzahl von elektrischen Anschlüssen beschrieben.

Es wird ein Codierungsverfahren und eine Ausführungsform zur Reduzierung der Anzahl der Anschlüsse für eine Speicheranordnung angegeben, die als Teil einer monolithischen Struktur ausgebildet ist.

Die Speicherauswahl wird durch den Wechsel einer Charakteristik eines Steuersignals, z. B. der Pulsbreite, erreicht.

Eine Lese- oder Schreiboperation wird durch einen Betriebsartenschalter ausgewählt, dessen Level durch den Level an einem Betriebsanschluß bestimmt wird.

Demgemäß lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Mikro-Steuereinheit zum wahlweisen Zugriff auf einen internen oder externen Speicher zu schaffen, ohne daß dafür ein spezieller Steuer-Eingangsanschluß vorgesehen werden muß.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im einzelnen liegt eine Mikro-Steuereinheit zum Zugriff auf einen extern erweiterten Speicher vor, wobei die Mikro-Steuereinheit einen Externspeicher-Steuerblock, einen Externtakt-Steuerblock und einen internen Speicher beinhaltet; erfindungsgemäß sind vorgesehen:

• - eine Rückstellerfassungsschaltung, die auf ein externes Rückstellsignal zur Aktivierung der Mikro-Steuereinheit und einen externen Takt anspricht, mit der erfaßt wird, ob die Mikro-Steuereinheit zurückgestellt ist oder nicht,
• - eine Speicherzugriff-Takterzeugungsschaltung, die ein Ausgangssignal von der Rückstellerfassungsschaltung erhält und ein Taktsignal für den selektiven Zugriff auf einen internen oder extern erweiterten Speicher erzeugt, und
• - ein Auswahl-Zwischenspeicher, der das Taktsignal der Speicherzugriff-Takterzeugungsschaltung und ein Speicherschnittstellensignal erhält, wodurch in Abhängigkeit vom Potential des Schnittstellensignals ein Auswahlsignal für den wahlweisen Speicherzugriff erzeugt und an den Externspeicher-Steuerblock, den Externtakt-Steuerblock und den internen Speicher gegeben wird. Somit erfolgt der wahlweise Speicherzugriff durch das externe Rückstellsignal und das Potential des Speicherschnittstellensignals.

Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich durch die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen bedeutet

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das eine Mikro-Steuereinheit verbunden mit einem externen ROM gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 2 die Ausführungsform einer Schaltung der Mikro-Steuereinheit nach der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 3A bis 3J Kurvenverläufe zur Darstellung der Betriebsweise der Schaltung nach Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der Mikro-Steuereinheit 1 gezeigt einschließlich eines Kreises nach der Erfindung zum Betrieb mit einem externen Speicher 2, der mit der Mikro-Steuereinheit verbunden ist. Der Kreis in Fig. 1, der die allgemeine Bezugszahl 20 trägt, enthält die Merkmale der vorliegenden Erfindung und ist im Detail in Fig. 2 wiedergegeben. Der Kreis 20 nach der vorliegenden Erfindung liefert ein Signal an die anderen Schaltkreise der Mikro-Steuereinheit, welches herkömmliche und aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungen sind. Das Basis-System der Mikro-Steuereinheit 1 ist identisch mit einer 8 bit - Mikroprogrammsteuereinheit (MCU), z. B. IC-Chip Serien-Nr. 8051 von Intel Co. Ltd.

Im Gegensatz zum Stand der Technik enthält die MCU 1 Mittel zur Erzeugung eines Speicher-Auswahlsignals , um einen internen oder externen ROM auszuwählen, ohne daß ein zusätzlicher Anschluß für die Abgabe des -Signals benutzt wird oder erforderlich wäre. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, erzeugt der Kreis 20 ein -Signal innerhalb der MCU. Der Kreis 20 besitzt eine Rückstellerfassungsschaltung 15, an die das Taktsignal XTAL 1 und das Rückstellsignal RESET angelegt sind. Der Kreis 15 signalisiert, ob die MCU rückgestellt ist oder nicht.

Eine Speicherzugriff-Takterzeugungsschaltung 16 erhält ein Ausgangssignal von der Rückstellerfassungsschaltung 15 und erzeugt ein Taktsignal, das den wahlweisen Zugriff auf einen internen 11 oder externen Speicher 2 ermöglicht. Ein Auswahl-Zwischenspeicher 17 erhält das Taktsignal von der Taktschaltung 16 und außerdem ein Speicherschnittstellensignal, nämlich ein R/-Signal zur Erzeugung des -Signals.

Die MCU schließt den internen ROM 11 ein, wie in Fig. 1 gezeigt. Die Kapazität dieses internen ROM ist 4 kbyte. Während der Zeit der Einbeziehung des externen ROM 2 kann die ausnutzbare Kapazität auf 64 kbyte erweitert werden.

Wenn ein erweiternder ROM zusätzlich einbezogen wird, werden die interne ROM-Zugriff-Adresse und die externe ROM-Zugriff-Adresse zur gleichen Zeit festgelegt. Deshalb ist ein zusätzlicher Steuersignal-Anschluß erforderlich, um wahlweise auf eine der zwei Adressen zuzugreifen. Nach der Erfindung wird hierfür der R/-Eingang am Auswahl-Zwischenspeicher 17 verwendet, an dessen Ausgang dann das jeweilige Speicherzugriff-Auswahlsignal bereitgestellt wird. Wenn das Signal zu "1" wird, ist der interne ROM ausgewählt und wenn das -Signal "0" ist, andererseits der externe ROM.

Die folgende Erläuterung eines speziellen Beispiels ist für die vorliegende Erfindung auf den Fall bezogen, daß das -Signal "1" ist. In dem Fall des -Signals "1" ist nur der interne ROM 11 in der Mikro-Steuereinheit zugeschaltet. Hierbei wird über den Inverter 12 eine "0" (low-Signal) an den den Ausgang ermöglichenden Anschluß des ROM 11 geliefert. Damit ist der interne ROM in einem zugriffbereiten Zustand. Zur gleichen Zeit wird das -Signal als ein Steuersignal an den Externspeicher-Steuerblock 13 und an den Externtaktsteuerblock 14 gegeben. In dem Fall, daß der Externspeicher-Steuerblock 13 einen Anschluß für externe Elemente aufweist, ist der Ausgang 0 ein Adressen/Daten-Anschluß wie ein Mehrfachkoppler und der Anschluß 1 ist ein Adressen-Anschluß.

Der Aufbau des Externspeicher-Steuerblocks 13 ist nicht im Detail wiedergegeben. Der Externspeicher-Steuerblock 13 erhält das EA-Signal mit "1" (high-Signal) und erzeugt ein Signal, welches den externen ROM 2 abschaltet, so daß der externe ROM nicht zugriffsbereit ist. Weiterhin wird das EA-Signal auch an den Externtaktsteuerblock 14 innerhalb der MCU gelegt. Dieser Block 14 steuert den Takt der Weiterleitung innerhalb der MCU und erzeugt ein Adressen-Austastsignal oder ein Daten-Austastsignal, welche für die Speicher-Schnittstelle notwendig sind nach der Festlegung, ob der Zugriff auf den externen oder internen Speicher erfolgt.

Im Ergebnis ist, wenn das -Signal "1" beträgt, in dieser Ausführung der interne ROM auf einer Speicherkapazität von 4 kbyte und der Betriebszustand des Externtaktsteuerblocks 14 hat gewechselt, um auf den externen ROM von mehr als 4 kbyte zuzugreifen.

Wenn das EA-Signal auf "0" gesetzt ist, geht der interne ROM 11, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, in den Ausschaltzustand über. Während dieser Zeit wird das -Signal mit dem low-Zustand auch an den Externspeicher-Steuerblocks 13 und an den Externtaktsteuerblock 14 angelegt. Demgemäß wird eine Adresse des externen ROM entsprechend der Größe des internen ROM ausgewählt.

Wenn der Externtaktsteuerblock 14 ein -Signal mit low-Potential erhält, wird der externe ROM 2 aktiviert. Der Externspeicher-Steuerblocks 13 greift auf den externen Speicher über den Anschluß zu und macht den externen ROM arbeitsbereit.

Es ist von Bedeutung, daß ein Signal durch eine wahlweise Pegelumwandlung des -Signals an einen bestimmten Kreis gegeben wird. Obgleich eine konkrete Ausführungsform des Kreises 20 der vorliegenden Erfindung, wie im Blockdiagramm der Fig. 1 angegeben, in Fig. 2 dargestellt ist, muß darauf verwiesen werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform begrenzt ist. Fernerhin, wie anschließend erklärt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung eines speziellen Signaleingangs angewiesen, der das Signal von außen in die MCU eingibt.

Nun soll eine Ausführung der vorliegenden Erfindung anhand der Schaltung von Fig. 2 und an den Kurvenverläufen der Fig. 3A bis 3J erläutert werden.

Das Haupttaktsignal XTAL 1, das von außen an die MCU gegeben wird, wird gleichzeitig an jeden Takteingang von vier D-Flipflop 202, 203, 204 und 205 angelegt, die einen Teil der Rückstellerfassungsschaltung 15 bilden. Die Impuls-Kurvenform des Taktsignals XTAL 1 ist in Fig. 3A abgebildet. Wenn ein Potentialwechsel an dem RESET-Signal erfolgt, speziell der Übergang von hohem zu niedrigem Potential, wie an der Kurvenform der Fig. 3B zu ersehen, wird der erste D-Flipflop 202 mit "1" als Eingangsgröße durch den Inverter 201 angesteuert. Dementsprechend, wie aus den Kurvenverläufen der Fig. 3C bis 3F zu sehen ist, gelangen alle Ausgänge Q₁ bis Q₄ der D-Flipflop, synchron zu dem Taktsignal XTAL 1 in einen Kaskaden-Zustand, weil ein Ausgangsanschluß einer Hochstromstufe mit dem Eingangsanschluß der nächsten Niedrigstromstufe verbunden ist.

Das Rückstellsignal entsprechend der Ausführung der Erfindung ist das Signal, das zu Aktivierung der MCU selbst dient, d. h. ein Signal vom low- zum high-Potential. In dem Fall, daß das Rückstellsignal nach dem Willen des Anwenders, zur Rückstellung der MCU angelegt wird, nämlich zur Aktivierung der MCU, muß, wie aus Fig. 3A zu sehen ist, eine Vielzahl von Taktimpulsen XTAL 1 erfolgen, bevor das Rückstellsignal in den high-Zustand zurückkehrt.

In der Ausführung der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Fig. 2 und 3A bis 3J gezeigt ist, wird zur Erfassung der Rückstellung das Rückstellsignal des Systems einen aktiven Zustand erreichen, wenn das externe Rückstellsignal RESET während fünf Takt-Impulsperioden des externen Taktes auf low-Potential verbleibt.

Wie aus der genannten Schaltung zu ersehen ist, wird während der Zeit, in der das Rückstellsignal low-Potential besitzt und bis es ein high-Potential zurückerhält, jeder Ausgang der D-Flipflops 202 bis 205, die die Eingänge des UND-Gatters 206 bilden, zeitlich versetzt ein high-Potential annehmen. Damit entsteht am Ausgang des UND-Gatters 206, während alle Ausgänge auf high-Potential liegen, das interne Rückstellsignal RST. Durch das Signal RST, das mit jedem Schaltungsblock in der MCU verbunden ist, wird das System zugestellt. Nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit, nämlich nachdem die Aktivierung vollzogen ist, erreicht das Rückstellsignal high-Potential, wie aus dem Kurvenverlauf nach Fig. 3B zu ersehen ist. Danach erlangen die Ausgänge von allen Flipflop 202 bis 205 den invertierten Wert, d. h. nacheinander das low-Potential. Übereinstimmend dazu erlangt das interne Rückstellsignal RST das low-Potential.

Andererseits hat das Und-Gatter 207 am Ausgang vorübergehend high-Potential und einen Kurvenverlauf gemäß Fig. 3H (EACLK), wenn der Ausgang Q₃ des dritten D-Typ-Flip-Flop 204 und der invertierte Ausgang Q₂ des zweiten D-Typ-Flip-Flop 203 mit high-Potential an den Eingängen des Und-Gatters 207 anliegen.

Nachdem die Rückstellung erfolgt ist und damit die Aktivierung, ermöglicht die MCU den Zugriff zu einem Speicher, um ein Kommando von dem ROM abzurufen. Die Festlegung, ob der Zugriff auf den internen oder externen Speicher erfolgt, hängt von der Art des R/-Signals innerhalb der Speicherschnittstellensignale ab. Dazu muß kein zusätzlicher -Anschluß vorgesehen werden.

Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, wie aus der Kurvenform Fig. 3I zu ersehen, daß als R/-Eingang ein high-Signal zur Erzeugung eines -Signals mit high-Potential oder ein low-Signal zur Erzeugung eines -Signals mit low-Potential angelegt wird. Nachdem die MCU rückgestellt ist, wird dieses ausgewählte Signal an den Auswahl-Zwischenspeicher 17 gelegt. Dieser ist in Aktivzustand bei high-Potential des Speicherzugriff-Taktsignals EACLK.

Das Speicherzugriff-Taktsignal EACLK ist an das Gate eines MOS-Elementes angelegt und wird für das Durchschalten des R/-Signals eingesetzt; dabei gelangt das MOS-Element in den Einschaltzustand. Das low- oder high-Potential-Signal des R/-Anschlusses, das an den Auswahl-Zwischenspeicher 17 angelegt ist, erzeugt an dessen Ausgang ein -Signal, wie es in dem Kurvenverluaf in Fig. 3J zu sehen ist.

Das R/-Signal, das sonst einem anderen Zweck dient, kann als Auswahl-Signal nicht wirksam werden, wenn die Signalübertragung des MOS-Elements wegen des Fehlens des Speicherzugriff-Taktsignals EACLK unterbrochen, d. h. der Auswahlzwischenspeicher 17 nicht aktiviert ist.

Das heißt, das EA-Signal kann nur bei Anliegen des externen Rückstellsignals RESET und des R/-Signals erzeugt werden und die vorgesehene Arbeitsweise der MCU ist durch Bereitstellung des -Signals gewährleistet.

Es ist damit möglich, eine Speicherzugriffsteuerung durch Signale zu schaffen, die einen anderen Zweck erfüllen sollen, nämlich das Rückstellsignal und das R/-Signal am Auswahl-Zwischenspeicher, so daß drei Zustände im Rückstellzustand der MCU vorliegen können, ohne einen zusätzlichen Auswahlanschluß für das -Signal vorzusehen.

Claims (5)

1. Mikro-Steuereinheit, mit der der wahlweise Zugriff auf einen internen Speicher (11) oder auf einen externen Erweiterungsspeicher (2) möglich ist, wobei zu der Mikro-Steuereinheit (1) ein Externspeicher-Steuerblock (13), ein Externtakt-Steuerblock (14) und der interne Speicher (11) gehören,
gekennzeichnet durch die Hintereinanderschaltung folgender Schaltungselemente:

• - eine Rückstellerfassungsschaltung (15), an die ein externes Rückstellsignal () zur Aktivierung der Mikro-Steuereinheit und ein externer Takt (XTAL 1) angelegt sind und die ein internes Rückstellsignal (RST) erzeugt, durch das die Rückstellung signalisiert wird,
• - eine Speicherzugriff-Takterzeugungsschaltung (16), die Ausgangssignale von der Rückstellerfassungsschaltung (15) zur Erzeugung eines Taktsignals empfängt, das den wahlweisen Zugriff auf den internen Speicher (11) oder den externen Erweiterungsspeicher (2) ermöglicht, und
• - einen Auswahl-Zwischenspeicher (17), der das Taktsignal der Speicherzugriff-Takterzeugungsschaltung (16) und ein externes Speicherschnittstellensignal erhält, wodurch in Abhängigkeit vom Potential des Schnittstellensignals ein Auswahlsignal () für den wahlweisen Speicherzugriff an den Externspeicher-Steuerblock (13), den Externtaktsteuerblock (14) und den internen Speicher (11) gegeben wird, so daß durch das externe Rückstellsignal () und das externe Speicherschnittstellensignal einer der Speicher (11, 2) auswählbar ist.

2. Mikro-Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das externe Speicherschnittstellensignal ein Lese-/Schreib-Signal (R/) ist.

3. Mikro-Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellerfassungsschaltung (15) aus

• - einer Vielzahl von D-Flip-Flops (202 bis 205), die jeweils gemeinsam das externe Taktsignal (XTAL 1) erhalten und ein jeweils gegeneinander zeitlich verzögertes Signal entsprechend dem Verlauf des Signalpegels des externen Rückstellsignalsa () erzeugen und
• - einem Und-Gatter (206), das die Ausgangssignale aller D-Flipflops erhält und das interne Rückstellsignale (RST) bereitstellt, besteht.

4. Mikro-Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherzugriff-Takterzeugungsschaltung (16) ein UND-Gatter (207) enthält, an dessen Eingang zur Erzeugung eines Speicherzugriff-Taktsignals (EACLK) nacheinander ein High- und ein Low-Signal, die von der Rückstellerfassungsschaltung (15) abgeleitet sind, angelegt werden.

5. Mikro-Steuereinheit nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswahl-Zwischenspeicher (17) ein MOS-Element enthält, das durch ein hochpegeliges Speicherzugriff-Taktsignal (EACLK) der Speicherzugriff-Takterzeugungsschaltung (16) EIN-schaltbar ist, sowie ein Gatter, welches durch das Speicherschnittstellensignal (R/) gesperrt werden kann, wenn das MOS-Element eingeschaltet ist, so daß am Ausgang über zusätzliche Invertierungsglieder ein High- oder Low-Auswahlsignal () für den wahlweisen Speicherzugriff bereitsteht.