Блок предназначен для концентрации запросов на прерывание от различных устройств и блоков УЧПУ. Вообще в УЧПУ, как в устройстве, построенном на основе микроЭВМ, существует три вида прерываний: векторное, радиальное и комбинированное. Рассмотрим их подробнее.
При векторном прерывании каждое устройство, которое способно работать в режиме обслуживания прерываний, имеет свой собственный идентификационный код, называемый вектором прерывания. В данном случае задача котроллера такого устройства в случае необходимости его обслуживания, подать процессору сигнал об этом и сообщить ему свой идентификационный код - вектор прерывания. Процессор по этому коду - вектору определяет устройство, точнее переходит к подпрограмме обслуживания данного конкретного устройства. На рис. 2.11. показана схема решения этой задачи.
Магистраль
 |  |  |  |  |  |  | | ||||||||||
 | |||||||||||||||||
МП У1 У2 У3
 |  | ||||||
| |||||||
 |  | |
INT INT INT INT
EIO EII EIO EII EIO EII EIO
 |  |  |  |
Рис.2.11. Схема векторного прерывания:
МП - микропроцессор, У1...У3 - внешние устройства.
В тот момент, когда какое либо устройство требует его обслужить (передать или принять информацию), оно выставляет на магистраль сигнал запроса прерывания - INT. Запросы прерываний от всех устройств подаются на одну и туже линию связи магистрали, поэтому устройства должны иметь выходы этого сигнала, позволяющие объединение по ИЛИ. Процессор, получив сигнал INT, заканчивает выполнение текущей операции, записывает в стек свои параметры (состояние счетчика адресов и собственный регистр состояния), и выдает на магистраль два сигнала: EIO и MSR. Сигнал EIO (на входе устройств он уже называется сигналом EII) проходит последовательно через все устройства, могущие работать в режиме обслуживания прерываний. Если устройство, на которое пришел сигнал EII не требовало прерывания, то оно передает этот сигнал далее по цепи уже как сигнал EIO (в нашем случае, например, устройство У1). Если же устройство затребовало прерывание (в нашем случае - У2), то оно прерывает распространение сигнала E I I на последующие устройства и выдает на шину данных свой идентификационный код - вектор прерывания, об этом устройство сообщает процессору сигналом ASW. Процессор читает на шине код вектора прерывания, идентифицирует его как адрес, к которому ему нужно обратиться для перехода к подпрограмме обслуживания данного устройства. Цикл предоставления прерывания на этом заканчивается и дальнейшая работа процессора осуществляется по программе. По окончании работы подпрограммы (она обязательно должна заканчиваться командой RTI - выход из прерывания) процессор восстанавливает из стека свои параметры и продолжает работу по прерванной основной программе. Если в процессе обслуживания устройства (работа по подпрограмме) затребует прерывание устройство У1, т.е. на магистрали снова появится сигнал INT, процессор прервет свою работу по подпрограмме, снова выдаст в магистраль сигналы EIO и MSR и получит в ответ код вектора прерывания устройства У1. Таким образом процессор начнет обслуживание устройства У1 не закончив обслуживания устройства У2. Обслуживание устройства У2 будет продолжено по окончании обслуживания устройства У1. Если же в момент обслуживания устройства У2 и тем более устройства У1 затребует прерывание устройство У3, то его запрос будет игнорирован, поскольку сигнал предоставления прерывания от процессора (EIO) будет блокирован предыдущими устройствами. Таким образом, чисто геометрическое расположение устройств по отношению к процессору автоматически устанавливает их приоритет в обслуживании прерываний: чем ближе устройство к процессору, тем выше его приоритет. Если устройство, имеющее более низкий приоритет, не допускает прекращения его обслуживания, то в подпрограмме его работы (в самом начале) необходимо ввести команду маскирования прерываний в процессоре (установить Т-разряд регистра состояния), в этом случае устройство будет обслужено до конца. Надо только не забыть в конце подпрограммы, перед выходом из прерывания, ввести команду размаскирования.
13. Комбинированное прерывание БРП.
Таким образом, принцип векторного прерывания предполагает последовательно распространение сигнала предоставления прерывания через все устройства, что не всегда удобно, так как таких устройств может быть много (только в вычислителе их 5). Для сокращения времени на выполнение запроса целесообразно использовать принцип радиального прерывания. В этом случае запросы на прерывание от отдельных устройств поступают к процессору по отдельным сигнальным линиям на отдельные входы микропроцессора. Такой принцип реализован в частности во всех применяемых в настоящее время персональных компьютерах, где число таких входов достигает 15 и более (см. состав шины ISA в материалах блока 1). Код вектора прерывания в данном случае жестко закреплен за каждым входом и процессору нет необходимости распознавать устройство, запросившее прерывание. Однако такое решение для УЧПУ неприемлемо, так как число устройств в УЧПУ значительно больше, чем входов радиальных запросов в микропроцессоре (два), да и требование уменьшения числа сигнальных линий в магистрали также имеет немаловажное значение. Поэтому в УЧПУ МС2101 применен комбинированный способ организации прерываний. На рис. 2.12. показана схема комбинированного способа прерываний.
 |
У1 У9 У17
МП БРП БРП БРП
№1 №2 №3
INT
 | |  | | | |||||||||||
| |||||||||||||||
| |||||||||||||||
 |  | ||||||||||||||
| | | |||||||||||||
У8 У16 У24
EIO EII EIO EII EIO EII EIO
 |  |  | |||||
 | |||||||
Рис. 2.12. Схема комбинированного способа прерываний
МП - микропроцессор, У1...У24 - внешние устройства.
Суть этого способа заключается в том, что все устройства в части сигналов запроса на прерывание подключаются к специальным БИС (БРП), позволяющим концентрировать запросы на прерывание от восьми устройств. Сами же БИ С БРП подключены к процессору по схеме векторного прерывания. Таким образом значительно увеличивается (в 8 раз) число устройств, требующих обслуживания по прерыванию без увеличения входов в микропроцессоре и соответственно без увеличения числа сигнальных линий.
В качестве БРП в УЧПУ использована БИС типа К1801ВП1-031. Принципиальная схема этой БИС показана на рис. 2.13.
Микросхема также как и таймер содержит интерфейсную часть контроллера БРП, а исполнительными сигналами являются запросы на прерывание от различных устройств, подаваемые на входы EVN0...EVN7. БРП сигналами INT, EII и EIO входит цепь и структуру векторного прерывания микропроцессора, вычислителя и всего модуля в целом.
Управление БРП осуществляется с помощью трех регистров:
- регистра управления РУ,
- регистра маски РМ,
- регистра причины РП.
Регистр управления обеспечивает требуемые режимы работы БРП. Формат регистра приведет в таблице 2.7.
 |
17 MSA AD0 1
19 MSR AD1 2
18 MSW AD2 3
20 WBT AD3 4
25 CLC AD4 5
26 EVN 0 AD5 6
27 EVN 1 AD6 7
28 EVN 2 AD7 8
29 EVN 3 AD8 9
30 EVN 4 AD9 10
31 EVN 5 AD10 11
32 EVN 6 AD11 12
33 EVN 7 AD12 13
38 VU AD13 14
22 IN 1 AD14 15 Рис. 2.13. Принципиальная
23 IN 2 AD15 16 схема БРП.
24 IN 3 ST 39
35 EII ASW 41
34 CLR INT 36
EIO 37
OCP 40
Таблица 2.7.
 |
Разряды регистра
15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00
“дребезг”
приоритет БРП
вектор прерывания БРП
номер обслуживаемого рад. запроса
признак наличия радиального запроса
не используются
БРП может работать в двух режимах: в режиме индивидуального прерывания - при РУ(0) =1, и в режиме группового прерывания РУ (0) = 0.
В режиме индивидуального прерывания БРП, работая в цикле векторного прерывания выставляет на магистраль вектор прерывания, присвоенный конкретному устройству. Таким образом, процессор сразу по вектору идентифицирует устройство, запросившее прерывание, и приступает к его обслуживанию. В том случае, если процессор ограничен в числе возможных кодов векторов прерываний, выбирают режим группового прерывания. В этом случае БРП, работая в цикле векторного прерывания, устанавливает на магистрали свой вектор прерывания (разряды РУ(6), РУ (7), РУ(8)). Процессор, получив запрос на обслуживание прерывания, должен вначале прочитать регистр управления БРП, по разрядам РУ(2), РУ(3), РУ(4) идентифицировать устройство, запросившее прерывания и перейти к его обслуживанию.
Установка разряда РУ(1) = 1 позволяет исключить “дребезг” в сигналах запроса на радиальное прерывание, поскольку такими устройствами могут быть самые разные элементы, например, кнопка “Аварийный стоп” и т.п.
Поскольку запросы могут поступать на БРП одновременно от нескольких устройств, в регистре управления отражается номер того запроса, который в данный момент обслуживается (разряды РУ(8), РУ(9), РУ(10)).
Разряд РУ(11) устанавливается, если есть хотя бы один не обслуженный запрос.
Регистры РМ и РП являются 8-разрядными и составляют один 16- разрядный, при этом младший байт соответствует регистру РМ, а старший -регистру РП.
Регистр причины РП служит для фиксации поступающих на входы EVN запросов и поразрядно сбрасывается по мере обслуживания запросов.
Регистр маски РМ служит для программного маскирования определенных запросов, в частности можно запретить все запросы, установив в 0 все разряды регистра РМ.
14. Контроллер электроавтоматики
При изучении рекомендуется пользоваться комплектами принципиальных схем на субблок 9212 УЧПУ МС2101.
Контроллер предназначен для управления дискретными элементами электроавтоматики станка, такими, как концевые выключатели, электромагнитные муфты, электромагниты, электроклапаны, магнитные пускатели, нерегулируемые электроприводы и другие элементы.
Размещается контроллер в исполнительном модуле УЧПУ, а основной его характеристикой является число входов и выходов, которые в свою очередь определяют число подключаемых входных элементов электроавтоматики и число выходных соответственно. По этой причине во многих устройствах ЧПУ контроллер называется блоком входных – выходных сигналов. Конструктивно эти блоки иногда выполняются раздельно: блок входных сигналов и блок выходных сигналов.
Типовой контроллер электроавтоматики типа 9212 имеет 64 входа и 32 выхода. Если реальное число дискретных элементов на станке превышает данные числа в исполнительный модуль можно установить второй блок, причем дополнительной адресной коммутации не требуется, так как исполнительный адрес блока устанавливается автоматически в зависимости от места установки блока в корпусе модуля.
В контроллере электроавтоматики применяются четыре типа сигналов:
· входные,
· выходные,
· элементы задержки,
· элементы промежуточной памяти.
Входные сигналы формируются при срабатывании таких органов управления, как кнопки, тумблеры, концевые выключатели, пакетные или галетные переключатели, информационные контакты исполнительных элементов электроавтоматики.
Выходные сигналы предназначены для включения исполнительных элементов электроавтоматики, таких как: электромагнитные реле и пускатели, электромагниты и электромагнитные муфты, нерегулируемые электроприводы, электроклапаны, тормоза и фрикционы.
Элементы задержки предназначены либо для задержки формирования входного сигнала по отношение к времени срабатывания органа управления, либо для задержки срабатывания исполнительного устройства по отношению к времени выдачи выходного сигнала.
Элементы промежуточной памяти предназначены для фиксации факта возникновения входного сигнала в том случае, если исчезает воздействие на рабочий орган, а его сигнал не выл воспринят управляющим устройством, например, из-за занятости управляющего устройства при работе с другим устройством, имеющим более высокий приоритет.