Курсова з мікропроцесорів

Міністерство вищої й фахової освіти РФ.

Іжевський Державний Технічний Университет.

Приладобудівний факультет.

Курсової проект По дисципліни: техніка мікропроцесорних систем.

Тема: пристрій управління з урахуванням одно-кристальной микроЭВМ МС68Н705С8.

Выполнил студент-заочник: Дударев О. Ю. Викладач: Марков М.М.

ІЖЕВСЬК 2001.

Техническое завдання. Аналіз технічного завдання. Обгрунтування вибору елементів бази. Опис електричної принципової схеми і його роботи. Література. 1. Технічне задание.

Розробити пристрій управління з урахуванням однокристальної микроЭВМ МС68Н705С8, містять такі элементы:

1. Комутатор аналогових сигналів з напругою від — 5 до + 5 вольт. |Входи x виходи |16×2 |.

2. Оперативне запам’ятовуючий пристрій (ОЗУ). |Обсяг ОЗУ в байтах |256 |.

3. Постійне запам’ятовуючий пристрій (РПЗУ). |Обсяг РПЗУ в байтах |- |.

4. Аналого-цифровий перетворювач. |Розрядність АЦП |- |.

Цифро-аналоговый перетворювач. |Розрядність ЦАП |10 |.

Входные дискретні сигнали. |Кількість входів |- | |Наявність переривань |- | |Вхідні рівні |- |.

Выходные дискретні сигнали. |Кількість виходів |10 | |Вихідні рівні |ТТЛ |.

Интерфейс обміну. |Тип інтерфейсу |RS-232 9 висновків |.

Аналіз технічного задания.

У ОЭВМ МС68НС705С8 (далі МК) є три порту загального призначення (по 8 ліній вводу-виводу) і тільки спеціалізований порт (7 ліній). Вочевидь, що з безпосереднього стосунків з усіма пристроями, входять до складу розроблюваного устрою управління (далі контролера), цієї кількості ліній недостатньо, тобто. з одних і тим самим лініях вводу-виводу МК повинен взаємодіяти з кількома устройствами.

З вище викладеного, на портах МК необхідно організувати три шини: даних, адреси — й управління, а склад зовнішніх пристроїв повинні входити регістри, у яких по шині даних із допомогою сигналів шини управління будуть записуватися необхідні данные.

Розглянемо особливості побудови кожного з зовнішніх устройств.

Комутатор аналогових сигналів має полягати безпосередньо з самого аналогового комутатори і регістру, у якому записуватися слово управління комутацією. Для вибору однієї з 16-ти входів потрібно 4 розряду управляючого слова, для вибору однієї з двох виходів необхідний один розряд, доцільно як і виділити один розряд для відключення обох виходів. Отже, слово управління аналоговим комутатором містить 6 розрядів. Для записи даних в регістр управління потрібний один сигнал управления.

Т.к. ємність ОЗУ невелика (256 байт) доцільно застосувати статична ОЗУ, щоб виключить схему управління динамічним ОЗУ. Схема ОЗУ має передбачати відключення від шини даних, т.к. до неї підключені та інші устрою. Сигнали взаємодії з ОЗУ складаються з 8- ми адресних розрядів, 8-місячного розрядів даних, і двох сигналів управліннясигналу чтения/записи даних, і сигналу відключення висновків данных.

Блок цифро-аналогового перетворювача містить безпосередньо сам ЦАП зі схемою формування опорного напруження і регістру зберігання цифрового коду. Для управління ЦАП потрібно 10 розрядів коду і тільки розряд сигналу записи коду в регістр хранения.

Схема видачі дискретних сигналів має складатися з регістру вихідних сигналів і схеми перетворення до рівням ТТЛ, якщо остання знадобиться, залежно від застосовуваного регістру. Для видачі дискретних сигналів потрібно 10 розрядів самих сигналів і самого сигналу управління регистром.

Для організації послідовного інтерфейсу RS-232 доцільно використовувати вмонтований в МК послідовний інтерфейс зв’язку, використовуючи його лінії RDI, TDO як сигнали RxD, TxD відповідно інтерфейсу RS-232. Решта 4 вхідних сигналу інтерфейсу RS-232 можна подавати на лінії порту D МК, а двох вихідних сигналів управління інтерфейсом RS-232 потрібно використовувати регістр зберігання, записуючи до нього сигнали з шини даних. Для перетворення один одного рівнів стандартних сигналів інтерфейсу RS-232 (низький рівень −15…−5 В, високий +5…+15В) і КМОП 5 В необхідно застосування схем согласования.

Щоб не допустити постійного опитування вхідних сигналів управління інтерфейсу RS-232 доцільно організувати переривання роботи МК по зміни цих сигналов.

Отже, шина адреси мусить бути 8-місячного розрядної (ОЗУ), шина даних десятьох розрядної (ЦАП, вихідні дискретні сигнали), шина управління шести розрядної (1 розряд — аналоговий комутатор, 2 — ОЗУ, 1 — ЦАП, 1 — дискретний вихідний сигнал, 1 — RS-232).

Отже, можна можливість перейти до вибору елементної бази й складання принципової електричної схемы.

Обоснование вибору елементної базы.

Т.к. МК реалізований по КМОП — технологій і використовує напруга харчування 5 В, то доцільно та інші мікросхеми вибрати КМОП типу з напругою харчування 5 В, щоб уникнути схем узгодження рівнів і зменшення энергопотребления.

Найбільш прийнятними по швидкодії і нагрузочной здібності є КМОП мікросхеми серії КР1554, тому виберемо все неспеціалізовані ІВ з цього серії. Як регістру зберігання виберемо ІВ КР1554ИР23 — 8-місячного розрядний регістр зберігання з синхронізацією по позитивному фронту тактового сигналу. Як регістру зберігання двох і менше розрядів доцільно застосувати ІВ КР1554ТМ2 — два D — триггера з синхронізацією по позитивному фронту тактового сигналу. Мікросхеми комбинационного типу також використовуємо серії КР1554.

Для коммутирования вхідних аналогових сигналів використовуємо ІВ КР590КН1 — аналоговий комутатор 8×1 з умонтованим дешифратором комутації і входом дозволу комутації. Для коммутирования вихідних аналогових сигналів застосуємо ІВ КР590КН5 — чотири керованих аналогових ключа. Обидві мікросхеми дозволяють коммутировать сигнали напругою −5…+5 й управляються рівнями КМОП 5 В, що навіть обумовлений наш выбор.

З аналізу, ТЗ як ОЗУ доцільніше вибрати статична ОЗУ з відключенням висновків даних, також бажано, що ІВ ОЗУ мала об'єднані входы/выходы даних, кількість входів було б одно 8-місячного (щоб використовувати один корпус), ємність щонайменше 256 байт і входные/выходные сигнали з рівнем КМОП 5 В. Цим вимогам відповідає ІВ К537РУ9А — статична ОЗУ з побудовою 2Кх8.

Як ЦАП доцільно застосувати ІВ ЦАП з умонтованим регістром зберігання вхідного низки, а т.к. вимог до швидкодії не пред’явлено, застосуємо ІВ КР572ПА2А — 12-ї розрядний ЦАП із вхідними регістрами хранения.

Щоб сформувати вихідного сигналу ЦАП, і навіть для схеми формування вихідних рівнів інтерфейсу RS-232, потрібні швидкодіючі ЗУ, такі як КР574УД2А — два ЗУ зі швидкістю наростання вихідного сигналу 50В/мкс.

Вочевидь, контролер входить до складу складнішого устрою, тобто. плата контролера подстыковывается до сплати сполук, в такий спосіб, доцільно застосувати одну розетку для друкованого монтажу, таку, як трьохрядная 72-х контактна РПМ7−72Г-П-В.

Описание схеми принципової електричної й досвід роботи схемы.

Центральним пристроєм схеми контролера є МК DD9. На портах загального призначення DD9 організовані: шина адреси А7. А0 (лінії РА7. РА0), шина управління зовнішніми пристроями (РВ5.РВ0) і шина даних D9. D0 (лінії РВ7, РВ6, РС7. РС0).

Зовнішній сигнал початковій установки (RESET) DD9 не передбачено, т.к. у ньому необхідності; під час подачі напруги харчування відбувається RESET по включенню, а при збої програми можна передбачити за сигналом СМІТТЯ — таймера.

Розглянемо колег і роботу кожного з зовнішніх пристроїв. Комутатор аналогових сигналів (АК).

АК вхідних сигналів побудований двома восьмиканальных комутаторах DD6, DD7, виходи яких обьединены подаються на входи двох ключів DD8, виходи яких і було є виходами АК.

Режим комутації визначається управляючим словом, записаним в регістр DD5, структура слова управління представлена на рис. 1.

Слово управління АК записується в регістр DD5 так: на лінії D5. D0 (РС5.РС0) МК виставляє логічний «0», і другий сигнал АС перетворюється на високий рівень, в такий спосіб дані з ліній D5… D0 по позитивному фронту сигналу АС записуються в регістр DD5. Інтерфейс RS-232.

Для організації інтерфейсу RS-232 використаний вмонтований в МК послідовний інтерфейс зв’язку. Вхід приймача RS-232 (RxD) через перетворювач рівнів (роботу якого розглянемо нижче) підключено до відповідному входу МК RDI, а вихід передавача МК TDO через перетворювач рівнів (ПУ) підключено до входам порту D MK (PD2…PD5 відповідно), а вихідні сигнали RS-232 записуються МК в регістр зберігання DD11, із виходу якого через ПУ подаються на відповідні входи RS-232.

Запис вихідних сигналів управління RS-232 (DTR, RTS) в регістр DD11 відбувається наступним образом:

МК виставляє на лінії D8, D9 необхідні рівні сигналів DTR, RTS, а на лінії INT (PB5) низький рівень, потім сигнал INT перетворюється на «1», по позитивному фронту сигналу INT дані D8, D9 записуються в регістр DD11 і видаються з його виходах і на виходах RS-232.

Відповідно до аналізу ТЗ у схемі організовано переривання зі зміни вхідних сигналів управління RS-232. Розглянемо формування сигналу переривання IRQ з прикладу сигналу DCD:

Сигнал DCD після ПУ подається на вхід елемента «який виключає чи» DD3.1, в інший вхід DD3.1 подається цей сигнал через диффиринцирующую ланцюг R11C1, тобто. за зміни сигналу DCD другою вході сигнал зміниться лише крізь час t = 0,7R11C1, в такий спосіб цей час не вдома DD3.1 буде сигнал високого рівня, який через елементи АБО DD4.1, DD4.3 і проинвертировавшись на DD2.2 подається на вхід IRQ МК, цим викликавши переривання виконання програми і до подпрограмме обробки переривання. Аналогічно формується сигнал переривання з інших входів RS- 232, RI, DSR, CTS.

Вибір часу t = 0,7 · 100кОм · 470пФ = 33мкс зроблено з таких соображений:

МК суд має приймати сигнал переривання як у фронту і за рівнем; під час обробки зовнішнього переривання МК не реагує інші запити зовнішнього переривання, викликані зміною іншого сигналу управління, а т.к. зміна рівня іншого сигналу управління може тільки по тому, як МК змінить внаслідок обробки переривання одне із вихідних сигналів RS-232, але це зміна має бути, у кінці підпрограми обробки переривання, то тривалість сигналу IRQ має бути тривала за часом виконання команди RTI, тобто. більше 20 машинного циклу, або 10,5мкс, з подвійним запасом одержимо 30мкс.

Перейдемо до розгляду вхідних ПУ.

Як відомо, рівні сигналів RS-232 становлять: «0» від -15 В до -5 В, «1» від +5 В до+15 В, а рівні КМОП 5В: «0» від -0,4 В до +0,8 В, «1» від +3,5 В до +5,4 В. схема вхідного ПУ представлена малюнку 2.

При подачі на вхід ПУ напруги більш +5 В діод VD1 відкриється і крізь нього та його резистор R1 потече струм, такий щоб у виході ПУ внаслідок падіння на резисторе R1 напруга становила +5В+UVD. Де UVD — падіння напруги на диоде VD1, що залежить від струму нього викликаного (що менше струм, тим менше UVD, для малих струмів на частині ВАХ діода), але UVD неспроможна перевищувати 0,4 В для щодо великих струмів. Т.к. вихідний струм ІВ КР1554 становить частки мкА, аби знизити UVD резистор R1 обраний щодо великим 1 МОм.

Аналогічно ПУ працює при напрузі на вході менше 0 В (струм тече через діод VD2).

Діоди VD1, VD2 є умонтованими захисними диодами ІВ КР1554.

Резисторы R1… R5 необхідні здобуття права за відсутності вхідних сигналів RS-232 входи ІВ DD1.1 не виявилися під'єднаними, що ні припустимо для КМОП ИС.

Вихідні ПУ побудовано на ЗУ DA1.1, DA1.2, DA2.1 включені за схемою компаратора з напругою порівняння, формованому на резистивных делителях R15R16, R18R19, R21R22, рівним приблизно 2,5 В. резисторы R17, R20, R23 застосовані за захистом виходів ЗУ від КЗ. Оперативне запам’ятовуючий устройство.

Адресні входи ОЗУ DD10 під'єднані до шині адреси А7… А0 (порт, А МК), входы/выходы даних DD10 під'єднані до шині даних D7… D0 (порт З). Завжди, крім часу звернення МК до ОЗУ, сигнали RD/WR, підключений до відповідному входу DD10 (лінія РВ2) і RAM, підключений до входам «вибору ІВ» (РЄ) і «дозволу виходів» (ОЕ) (лінія РВ1) має перебувати може логічного «1», тобто. виходи DD10 відключено від шини данных.

Цикли звернення до ОЗУ представлені малюнку 3.

Цифроаналоговый перетворювач (ЦАП).

Блок ЦАП полягає безпосередньо із самої ІВ ЦАП DD12 з вихідним ЗУ DA3.2 і схеми формування опорного напруги. Схема формування опорного напруги складається з параметрического стабілізатора R3VD1 з напругою стабілізації 10 В і масштабирующего підсилювача на ЗУ DA3.1 і R31… R33, з допомогою подстроечного резистора R32 опорне напруга має регулюватися не більше від -5 В до мінімального вихідного напруги ЗУ -13 В. Резистор R34 призначений за захистом ЗУ DA3.2 від КЗ.

Слід зазначити, що т.к. на два молодших розряду ЦАП завжди подано низький рівень, то, на виході ЦАП максимальне напруга нічого очікувати досягати опорного напряжения.

Запис цифрового коду у внутрішній регістр DD12 відбувається наступним образом:

МК виставляє на шину даних D7… D0 (PC7…PC0) молодший байт коду, потім виставляються два старших розряду коду на D9, D8 (PB7, PB6) і водночас сигнал D/A (PB3) перетворюється на високий рівень, не вдома ЦАП з’являється аналоговий сигнал відповідний цифровому коду, щоб «заклацнути» код у вхідному регістрі DD12 необхідно перевести сигнал D/A в низький рівень, не змінюючи сигнали на D8, D9.

Слід зазначити, що під час звернення до ЦАП до «защелкивания» даних необхідно забороняти зовнішні переривання, т.к. для регістру виходів RS-232 також використовуються лінії D8, D9. Вихідні дискретні сигналы.

Вихідні дискретні сигнали записуються в регістри DD13, DD14 наступним образом:

МК виставляє необхідні дані на лінії D7… D0 (порт З), та був на лінії D8, D9 (PB6, PB7) і водночас рівень логічного «0» на лінію OUT (PB4), після цього змінюючи даних, сигнал OUT перетворюється на логічний «1». Так само як що стосується ЦАП необхідно забороняти зовнішні переривання до переходу OUT в високий уровень.

Виходи регістрів DD13, DD14 є вихідними дискретними сигналами ТТЛ, т.к. вихідні рівні КМОП 5 В узгоджуються із вхідними рівнями ТТЛ, а вихідний струм ІВ серії КР1554 досить великий (до 20мА).

Литература

.

Микросхемы для побутової радіоапаратури. Довідник. Новаченко І.В. та інших. — М.: Радіо і зв’язок, 1989 г. Інтегральні мікросхеми: Мікросхеми для аналого-цифрового перетворення і коштів мультимедіа. Випуск 1. — М.: ДОДЭКА, 1996 р. Проектування імпульсних та на цифрових пристроїв радіотехнічних систем. Під ред. Казаринова Ю. М. — М.: Вищу школу, 1985 р. Потьомкін І.С. функціональні вузли цифровий автоматики. — М.: Энергоатомиздат, 1988 р. Зельдін Е.А. цифрові інтегральні мікросхеми в інформаційно-вимірювальної апаратурі. — Л.: Энергоатомиздат, 1986 р. Пухальский Г.І., Новосельцева Т. Я. Проектування дискретних пристроїв на інтегральних мікросхемах. Довідник. — М.: Радіо і зв’язок, 1990 р. Вільямс Г. Б. Налагодження мікропроцесорних систем. — М.: Энергоатомиздат, 1988 р. Шило В. Л. Популярні цифрові мікросхеми. Довідник. — М.: Радіо і зв’язок, 1988 р. Цифрові інтегральні мікросхеми. Довідник. Мальцев В. П. та інших. — М.: Радіо і зв’язок, 1994 р. Логічні інтегральні схеми КР1553, КР1554. Довідник. — ТОВ «БІНОМ», 1993 р. Аванесян Г. Р., Левшин В. П. Інтегральні мікросхеми ТТЛ, ТТЛШ. Довідник. — М.: Машинобудування, 1993 р. Розробка й конструкторської документації радіоелектронної апаратури. Довідник. Під ред. Романычевой Э. Т. — М.: Радіо і зв’язок, 1989 г. ———————————- |Q5 |Q4 |Q3 |Q2 |Q1 |Q0 |.

Вихід регистра Номер вхідного каналу в двоичном вигляді мінус 1.

Бит управления первым виходным каналом Бит управления сотрим виходным каналом.

Малюнок 1.

Структура слова управління комутацією АК.

Малюнок 2.

Перетворювач рівня вхідних сигналов.

Вход.

Выход.

R1.

VD1.

VD2.

Малюнок 3.

Цикли звернення до ОЗУ. а) Чтение.

б) Запись.