1. Разработка аппаратных средств
1.1. Разработка структурной схемы
Структурная схема МПС приведена на рис. 1.
Для внешних двоичных сигналов X1-X4, сигналов прерывания INT0 и INT1 заданы стандартные уровни напряжения. Так как диапазон входных напряжений высокого и низкого уровня микросхем серии 1533 достаточно широк, следовательно, это дает возможность использовать входные сигналы без каких-либо преобразований.
Рассмотрим основные модули, сигналы и шины представленной схемы МПС.
MPM – микропроцессорный модуль. Он является центральным блоком МПС и состоит из микроконтроллера AT89S8252, регистра-защелки RGA для разделения адреса от данных, дешифратора для разделения обращения к памяти/внешним устройствам и кварцевого резонатора для стабилизации тактовой частоты. Микроконтроллер содержит внутренние ОЗУ, ПЗУ, контроллер прерываний и таймеры/счетчики. Также для обеспечения запаса и возможности модификации управляющих алгоритмов в МПС включенo внешнее ОЗУ. MPM отвечает за прием сигналов от двоичных датчиков Х1 – Х4, обработку прерываний INT1 – INT3. Также MPM отвечает за выработку сигналов управления, адреса и данных.
Для связи устройств в МПС используются шина данных BD, включающая в себя восьмиразрядную параллельную шину данных и последовательную шину для связи устройств по протоколу I2C, шина адреса BA, шина управления BC.
NVRAM – энергонезависимое ОЗУ. При нормальной работе МПС может использоваться как обычное ОЗУ. При обнаружении ситуации отказа блока питания используется для хранения содержимого регистров микроконтроллера. На NVRAM поступают сигналы адреса и данных, а также управления. На выходе NVRAM формирует данные при считывании.
MPM X1
- X4
INT0
INT2
INT1
NVRAM
BD
BA
BC
AINP KEYB OUTP IND
X5
- X7
Y1
- Y4
Рис. 1. Микропроцессорная система. Схема электрическая структурная
IND – блок индикации. Предназначен для отображения информации о состоянии МПС и вывода на индикацию сигналов Х1 – Х4 и цифрового кода Q4. Также блок содержит узел аварийной световой сигнализации. На входе блока – сигналы адреса, управления и данных.
AINP – блок ввода аналоговой информации. Предназначен для ввода значений аналоговых величин X5 – X7. Для ввода аналоговых величин используется аналоговый мультиплексор и одноканальный АЦП, работающий по протоколу I2C. Входными данными являются величины X5 – X7, сигналы адреса, данных и управления. Выходными сигналами являются сигналы данных, т.е. оцифрованные значения величин X5 – X7.
OUTP – блок вывода управляющих двоичных сигналов Y1 - Y3 и напряжения Y4. Для вывода сигналов Y2, Y3 используется программируемый таймер, для вывода сигнала Y4 – параллельный ЦАП. На входе блока сигналы адреса, данных и управления, на выходе – управляющие сигналы Y1 – Y4.
KEYB – блок управления микропроцессорной системой посредством клавиатуры, входящей в блок. Данный блок содержит контроллер клавиатуры, работающий по протоколу I2C, который позволяет освободить микропроцессор от опроса клавиатуры. На входе блока – клавиатурная матрица из 24 клавиш и кнопка сброса, на выходе – сигналы данных и прерывания.