İ.T.Ü. Eğitim Mikrobilgisayarının Tanıtımı

Transkript

1 İ.T.Ü. Eğitim Mikrobilgisayarının Tanıtımı 1.1 Giriş İTÜ Eğitim Mikrobilgisayarı (İTÜ-Eğit) MC6802 mikroişlemcisini kullanan bir eğitim ve geliştirme bilgisayarıdır. İTÜ-Eğit, kullanıcıya, mikrobilgisayarın donanım ve yazılım özeliklerini tanıtmak ve denemek amacıyla tasarlanmış ve gerçeklenmiştir. İTÜ-Eğit de merkezi işlem birimi olarak MC6802 kullanılmıştır. Bu nedenle, İTÜ-Eğit'in programlama dili Motorola MC6800 simgesel dilidir. Kullanıcı İTÜ-Eğit i kullanarak; Makine dilinde program yazabilir; yazdığı programı geliştirebilir ve sınayabilir. Mikrobilgisayarın mevcut donanımını inceleyebilir ve yeni donanım birimleri ekleyebilir. Mikrobilgisayara çevre birimler ekleyerek, sayısal dizge tasarlayabilir ve geliştirebilir. 1.2 İTÜ-Eğit'in Donanımı Daha önce belirtildiği gibi, İTÜ-Eğit MC6802 mikroişlemcisi temel alınarak tasarlanmıştır. Bilgisayarın temel donanım elemanları aşağıda sıralanmıştır: MİB : MC6802 Bellek : Saltoku ve yaz/oku türü bellek o 24 K*8 Oku/Oku o 16 K*8 Saltoku bellek Adres kod çözücü Adres, veri ve denetim yolu sürücüleri Gösterge ve tuş takımı Paralel giriş anahtarları Paralel çıkış LED'leri Teyp arabirimi PİA o Paralel giriş/çıkış bağlantıları için o Gösterge ve tuş takımı için ASİA : Asenkron seri iletişim için Programlanabilir sayıcı İTÜ-Eğit e ilişkin donanım ana hatları ile Şekil-t.1 de gösterilmiştir. İTÜ-Eğit'in temel donanım elemanları aşağıdaki bölümlerde tanıtılmıştır MİB : MC6802 İTÜ-Eğit te MİB olarak MC6802 kullanılmıştır. MC bit sözcük uzunluklu bir işlemcidir. MC6802 nin içinde, saat devresi bulunmaktadır. Bu devrenin frekansını dışarıdan bağlanan kristal belirlemektedir. MC6802 nin 1, 1,5 ve 2 MHz de çalışan modelleri bulunmaktadır. Saat devresinde kullanılacak kristalin frekansı, MC6802 nin çalışma frekansının dört katı olmalıdır. İTÜ-Eğit te 4 MHz lik kristal kullanılmıştır. MC6802 nin içinde, 128 Byte Oku/Yaz bellek bulunmaktadır. Bu belleğin adres aralığı $0000-$007F dir. MİB içinde yer alan bu bellek istenirse devre dışı bırakılabilir. Mikrobilgisayar Lab : TANITIM - 1

2 Şekil t.1: İTÜ-Eğit e ilişkin donanımın ana hatları Bellek İTÜ-Eğit 24 K Byte Oku/Yaz ve 16 K Byte saltoku bellek kullanabilecek şekilde tasarlanmıştır. Bu belleklerin bellek haritası içinde nasıl yer aldığı Şekil-t.2 de gösterilmiştir. Şekil - t.2: İTÜ-Eğit in Bellek haritası İTÜ-Eğit te tüm bellekleri yerleştirmek üzere soketler bulunmaktadır. Ancak her sokette bir bellek elemanın bulunması gerekli değildir; bazı soketler boş kalabilir. Belleklerin takılması için ayrılmış olan soketlerin adresleri, Şekil-t.3 te gösterilmiştir. Mikrobilgisayar Lab : TANITIM - 2

3 1.2.3 Adres Kod Çözücü Şekil t.3: Bellek soketlerinin adresleri İTÜ-Eğit'in adres kod çözücü devresi, olabildiğince sade tasarlanmıştır. Adres kod çözücü devre Şekil-t.4'te verilmiştir. Şekil-t.4'e dikkat edilirse, adres kod çözcü için bir 3'e8 kod çözücü (74LS138) kullanılmıştır. Kod çözücünün adres girişleri, sırasıyla A13, A14 ve A15'e bağlanmıştır. Adres kod çözücünün beş çıkışı ($0000, $2000, $4000, $C000 ve $E000) bellekler için kullanılmıştır. $6xxx çıkışı gösterge ve tuş takımını bilgisayara bağlayan PİA ve programlanabilir sayıcı için ayrılmıştır. $8xxx çıkışı ise kullanıcıya ayrılmış olan PİA ve ASİA içindir. E VMA A15 A2 A14 A1 A13 A0 +5V 11 74LS Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 $E000 Bellek-5 $C000 Bellek-4 $A000 $8xxx $6xxx $4000 Dış Giriş/Çıkış İç Giriş/Çıkış Bellek-3 $2000 Bellek-2 $0000 Bellek-1 74LS138 Şekil t.4: İTÜ-Eğit' in adres kod çözücü devresi Motorola MC6802 mikroişlemcisini kullanan mikrobilgisayarlarda belleğe erişime ilişkin zamanlama Şekil-t.5'te gösterilmiştir. Şekil-t.5 incelendiğinde, belleği seçecek seçici işaretlerin, saat işaretinin 1 de kaldığı sürece etkin olması gerektiği görülmektedir. Adres yolu üzerinde bulunan işaretlerin gerçekten adres bilgisi olduğu, MC6802'nin VMA çıkışı ile belirtilmektedir. Adres yolu üzerinde bulunan değerler, ancak VMA lojik 1 de iken geçerlidir. Bu bilgilerin ışığında, adres kod çözücü devrenin çıkışlarının VMA ve saat (E) işaretlerinin lojik 1 konumunda olmaları durumunda etkin olmalarının gerektiği söylenebilir. VMA ve saat (E) işaretlerinin lojik 1 olduğu durumda, adres kod çözücünün çıkışlarının etkin olmasının sağlamak üzere, 74LS138'in canlandırma girişleri aşağıda açıklandığı gibi kullanılmıştır. Mikrobilgisayar Lab : TANITIM - 3

4 74LS138 kırmığının seçimi için üç giriş bulunmaktadır. Bu girişlerden ikisi sıfırda, biri birde etkindir. Sıfırda etkin olan girişlerden birine VMA ve E işaretlerinin VE' lenmesi (ters VE kapısı kullanılmıştır) sonucunda elde edilen işaret uygulanmıştır. Böylece, VMA ve E işaretinin bir konumunda olduğu durumlarda, kod çözücünün çalışması sağlanmıştır. Diğer seçme girişlerinde 5 numaralı olanı toprağa bağlanmış ve 6 numaralı olanı bir dirençle lojik 1 e çekilmiştir. Şekil t.5: MC6802'de belleğe erişime ilişkin zamanlama Adres ve Veri Yolu Sürücüleri İTÜ-Eğit temelde, dört parçadan oluşmaktadır; 1 o bilgisayar, 2 o Gösterge ve tuş takımı, 3 o Kullanıcı PİA ve ASİA'sı ve 4 o Besleme devresi. Bilgisayar kısmı 10*16 cm boyutunda (Avrupa kartı standardı) gerçeklenmiştir. Bu kısımda, MİB (MC6802), beş bellek (bellek soketleri), programlanabilir sayıcı, adres kod çözücü, gösterge ve tuş takımı için kullanılan PİA ve sürücü devreler (adres, veri ve denetim yolu sürücüleri) bulunmaktadır. Bilgisayar kısmı, aslında, genel amaçlı bir bilgisayar olarak tasarlanmıştır. Bu nedenle, sağ kenarında bir konnektörü bulunmaktadır. Genel amaçla gerçeklenmiş bilgisayar kartlarının doğal özeliği gereği, diğer kartlar ile bağlantıyı sağlamak üzere veri yolu, adres yolu ve denetim yolu konnektöre bağlanır. Bu yolların konnektöre bağlanması öncesinde bir sürücüden geçirilmesi hem işaretlerin kuvvetlendirilmesi ve hem de karttaki elemanların korunması açısından yeğlenir. İTÜ-Eğit'te veri yolunu sürmek için bir adet 74LS245 (iki yönlü, 8 adet üç konumlu kapı) kullanılmıştır. Adres yolunu sürmek için iki adet 74LS244 (tek yönlü 8 adet üç konumlu kapı) kullanılıştır.denetim yolunu sürmek için bir adet 74LS367 (tek yönlü 6 adet üç konumlu kapı) kullanılmıştır. Sürücü devreler ve konnektör bağlantısı Şekil-t.6'da verilmiştir. Mikrobilgisayar Lab : TANITIM - 4

5 Şekil t.6: Sürücü devreler ve kollektör bağlantıları Mikrobilgisayar Lab : TANITIM - 5

6 Şekil-1.6'da sadece adres, veri ve denetim yollarının konnektöre bağlantıları gösterilmiştir. Konnektöre bağlanan başka hatlar da bulunmaktadır. Tablo-1'de konnektöre bağlı olan tüm hatlar topluca verilmiştir. Tablo-1 Konnektör Bağlantıları Sıra A B 1 Vcc Vcc 2 Vcc Vcc BA E 5 OKU/YAZ VMA A14 A15 10 A12 A13 11 A10 A11 12 A8 A9 13 A6 A7 14 A4 A5 15 A2 A3 16 A0 A DIŞ NMI 23 IRQ MR 24 HALT RESET D7 D0 27 D6 D1 28 D5 D2 29 D4 D Vss Vss 32 Vss Vss Gösterge ve Tuş Takımı Kullanıcının bilgisayara giriş yapabilmesi için, bir tuş takımı ve bilgisayardan çıkış alabilmesi için bir gösterge İTÜ-Eğit'e eklenmiştir. Gösterge ve tuş takımını bilgisayara bağlamak üzere bir PİA (MC6821) kullanılmıştır. Gösterge ve tuş takımının donanımı Şekil-t.7'de verilmiştir. Şekil-t.7'den de görüldüğü gibi, gösterge ve tuş takımı için ayrılan PİA'nın temel adresi $6600 olarak seçilmiştir. Bu seçim İÇ ve A9, A10'nun birlikte kullanılması ile sağlanmıştır. Adres kod çözücüden $6xxx seçicisi CS2 ye bağlanmıştır. Diğer seçme girişleri olan CS0 ve CS1 e sırasıyla A9 ve A10 bağlanmıştır. Bu bağlantılar sonucunda PİA nın seçilebilmesi için $6xxx çıkışının 0, A9 ve A10 adreslerinin lojik 1 konumunda olması gerekir. Dolayısıyla PİA nın temel adresi $66xx olarak seçilmiş olur. Dikkat edilirse uygulanan adres çözümü tam değildir; yansıma olabilir. Şekil-1-4 te tanıtılan adres kod çözücüsünün çıkışlarından İÇ'in adresi $6xxx dir. Bu seçici, PİA'nın sıfırda etkin olan CS2 girişine uygulanmıştır. PİA'nın CS0 girişine A9 ve CS1 girişine A10 bağlanmıştır. Böylece PİA'nın adresi $66xx olarak belirlenmiştir. Mikrobilgisayar Lab : TANITIM - 6

7 MC6821 5K6 G ö s t e r g e KES Veri yolu B - iskelesi A0 RS0 BC557 A1 A9 A10 RS1 CS0 CS1 BC547 İÇ O/Y RESET CS2 O/Y A - iskelesi RESET E E CB1 5V $66xx 5K LS08 T u ş T a k ı m ı Şekil t-7: Gösterge ve tuş takımına ilişkin donanım Kullanıcı PİA'sı, Giriş anahtarları ve Çıkış LED'leri Kullanıcının bilgisayara eklentiler yapabilmesi ve paralel giriş/çıkış işlemlerini irdeleyebilmesi için bir PİA bulunmaktadır. Kullanıcının paralel girişleri sınayabilmesi için bu PİA'ya bağlı sekiz adet minik anahtar bulunmaktadır. Ayrıca, paralel çıkışları gözleyebilmek için de PİA çıkışına sekiz adet LED bağlanmıştır. Kullanıcı PİA'sı ve buna bağlı olarak çalışan minik anahtarlar ve LED'lere ilişkin donanım Şekil-1.8'de verilmiştir. Şekil-1.8'den de görüldüğü gibi, kullanıcı PİA'sının temel adresi $8300 olarak seçilmiştir. Bu seçim DIŞ ve A8, A9'un birlikte kullanılması ile sağlanmıştır. Şekil-t.4 te tanıtılan adres kod çözücüsünün çıkışlarından DIŞ'ın adresi $8xxx dir. Bu seçici, PİA'nın sıfırda etkin olan CS2 girşine uygulanmıştır. PİA'nın CS0 girişine A8 ve CS1 girişine A9 bağlanmıştır. Böylece PİA'nın adresi $83xx olarak belirlenmiştir. Kullanıcı PİA sının adres tablosu Tablo-2 de verilmiştir. Mikrobilgisayar Lab : TANITIM - 7

8 Şekil t-8: Kullanıcı PİA'sı, minik anahtar ve LED devreleri Tablo-2 Kullanıcı PİA sı Adres Tablosu Kütük adı Kütük adresi A iskelesi $8300 A yönlendiricisi $8300 A Durum/Denetim kütüğü $8301 B iskelesi $8302 B yönlendiricisi $8302 B Durum/Denetim kütüğü $ ASİA : Asenkron Seri İletişim Asenkron Seri İletişim Arabirimi (ASİA) iki amaç için İTÜ-Eğit e eklenmiştir: 1. Asenkron seri iletişim konusunun öğrenilmesi, 2. Diğer bilgisayarlar ya da dizgeler ile asenkron seri iletişimde bulunmak amacıyla ASİA olarak Rockwell R6551 kırmığı kullanılmıştır. Bu kırmık içinde, asenkron seri iletişime olanak sağlayacak temel birimlere ek olarak, iletişim hızını belirleyecek referans frekanslarda işaret üreten generatör (Baud Rate Generator : BRG) bulunmaktadır. BRG nin standart frekanları üretebilmesi için, 1,8432 MHZ te titreşen bir kristal kırmığa bağlanmıştır. ASİA nın temel adresi $88XX olarak belirlenmiştir. Bu belirleme işleminde, DIŞ ve A11 birlikte kullanılmıştır. ASİA nın adres belirlemesinin nasıl gerçeklendiği Şekil 1-9 da gösterilmiştir. Aynı şekil içinde, RS-242-C standartına uygun olarak kullanılması gereken hat sürücüler ve konnektör de gösterilmitir. Mikrobilgisayar Lab : TANITIM - 8

9 Şekil t-9: ASİA'ya ilişkin donanım ASİA nın adres tablosu Tablo-3 te verilmiştir. Tablo- 3 ASİA nın Adres Tablosu Kütük adı Kütük adresi Verici (salt yaz) $8800 Alıcı (salt oku) $8800 Durum kütüğü (salt oku) $8801 Programlanabilir reset (salt yaz) $8801 Komut kütüğü $8802 Deetim kütüğü $ Programlanabilir sayıcı Gerçek zaman dizgelerinin geliştirilebilmesi için, İTÜ-Eğit e bir gerçek zaman saati eklenmiştir. Gerçek Zaman Saati (GZS) olarak Motorola nın MC6840 kırmığı kullanılmıştır. MC6840 içinde üç adet 16-bitlik sayıcı bulunmaktadır. GZS nin temel adresi $61XX olarak belirlenmiştir. Bu adres seçiminde, Şekil t-4 te tanıtılan ana adres kod çözücünün $6XXX çıkışı ve A8 adres hattı kullanılmıştır. A8 adres hattı MC6840 ın CS1 girişine bağlanmıştır. Temel adresi belirlemek için tutulan yol Şekil t-10 da gösterilmiştir. Mikrobilgisayar Lab : TANITIM - 9

10 Şekil t-4 te tanıtılan adres kod çözücüsünün çıkışlarından DIŞ'ın adresi $8XXX dir. bu seçici, PİA'nın sıfırda etkin olan CS2 girşine uygulanmıştır. PİA'nın CS0 girişine A8 ve CS1 girişine A9 bağlanmıştır Şekil t-10: Gerçek Zaman Saati'ne ilişkin donanım Şekil t-10 dan görüldüğü gibi, GZS nin sayıcı giriş/çıkışları, bitişiğinde bulunan konnektöre aktarılmıştır. Gerçek zaman saatine ilişkin adres tablosu Tablo-4 te verilmiştir. Tablo- 4 GZS nin Adres Tablosu Kütük adı Kütük adresi Denetim kütüğü 1/3 (CR20/CR20) $6100 Denetim kütüğü 2 $6101 Durun kütüğü $6101 Sayıcı -1 $6602-$6603 Sayıcı -1 $6604-$6605 Sayıcı -1 $6606-$6607 Mikrobilgisayar Lab : TANITIM - 10