Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
41
Добавлен:
21.02.2014
Размер:
1.62 Mб
Скачать

Введение

Микроэлектроника, заявившая о себе в начале шестидесятых годов, сегодня оказывает решающее влияние на техническое перевооружение во всех областях радиоэлектроники. Цифровая техника - самое перспективное направление в сов­ременной электронике, в науке, народном хозяйстве, в учебном процессе в обще­образовательных школах, лицеях, техникумах, институтах и университетах. Без нее немыслим дальнейший научно-технический прогресс. Характерной чертой микроэлектроники и использования интегральных схем является повышение быстродействия и надежности приборов, увеличение срока службы и резкое снижение массы и габаритов устройства при малой мощности потребления.

Позитивными отличиями микропроцессорной техники являются основные три принципа построения: модульность, магистральность и мультипрограммируемость, благодаря этим принципам сейчас можно уменьшить затраты не только на создание устройства, но и на его проектирование. В настоящее время инженер может выбирать из стандартных схемотехнических и программных решений. В отличие от устройств с жесткой логикой, проектировщику достаточно изменить лишь программу микропроцессора (МП), чтобы коренным образом изменить функциональность всей схемы, решая поставленные задачи.

Целью курсового проекта является разработка микропроцессорной управляющей микроЭВМ, реализующей заданные взаимодействия с объектом управления (ОУ) и разработка программных средств системы, обеспечивающих выполнение заданного алгоритма управления.

1 Расшифровка и анализ задания

Управляющая микроЭВМ проектируется на базе однокристальной микроЭВМ и включает в себя сле­дующие основные устройства:

  • процессорный модуль;

  • память, состоящую из ОЗУ и ПЗУ;

  • устройства параллельного ввода/вывода для связи с ОУ;

  • блок последовательного канала для связи с ЭВМ верхнего уровня;

  • программируемый системный таймер;

  • контроллер прерываний;

  • контроллер прямого доступа в память;

  • пульт управления.

Базовый микропроцессор (микроЭВМ), на основе которого требуется построить управляющую микроЭВМ – К1816ВЕ48.

Тип БИС, на которой должен быть реализован блок оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) – КР565РУ8.

Тип БИС, на которой должен быть реализован блок постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) – К556РТ5.

Обработка информации от цифровых датчиков и выдача управляющего воздействия y1 производится путем ввода значений х1, х2, х3, х4 и вычисления значения булевой функции f11, х2, х3, х4).

f11, х2, х3, х4)= (1)

При единичном значении f1 вырабатывается управляющий сигнал y1=1 длительностью t1=80 мкс. Это значит, что через t1 после выдачи y1 = 1 необхо­димо выработать y1=0.

При обработке информации с аналоговых датчиков ПМ принимает коды NU1, NU2 с выходов АЦП и код константы К с регистра пуль­та управления. Далее вычисляется значение функции NU=f2 (NU1, NU2, К) и сравнивается с константой Q, хранящейся в ПЗУ.

f2 (NU1, NU2, К)=NU1-NU2+K (2)

В зависимости от ре­зультатов сравнения вырабатывается (аналогично у1) один из двух двоичных управляющих сигналов у2 или у3 заданной длительности по следую­щему правилу: если NU < Q, то выдать у2 длительностью t2=125 мкс, иначе выдать у3 длительностью t3=75 мкс.

Далее формируется управляющее воздействие Y4, для чего с АЦП вводится значение NU3 и производится вычисление по формуле:

Y4=A0+AlNU3. (3)

Значение Y4 в виде 8-разрядного кода выдается на вход ЦАП.

Все двоичные переменные и константы, участвующие в вычислени­ях: NU1, NU2, NU3, К, Q, А0, A1, Y4 рассматриваются как целые без знака.

После выдачи всех управляющих воздействий проверяется со­стояние тумблера "СТОП" на пульте управления. Если СТОП=0, цикл управления начинается с начала, иначе выполняется процедура останова системы, включающая следующие действия: формируется сигнал установ­ки системы в исходное состояние путем подачи на линию начальной уста­новки интерфейса двух прямоугольных импульсов длительностью 30 мкс интервалом 30 мкс; выполняется команда процессора СТОП.

Реализация алгоритма управления.

Управляющее воздействие y1=, длительность управляющих сигналов t1 = 80 мкc.

NU=NU1-NU2+К, длительность управляющих сигналов t2=125 мкс, t3=75 мкс.

В системе необходимо предусмотреть следующие линии запроса на внешние прерывания:

INT0 - отказ источника питания;

INT1 - сигнал ха аварийного датчика ОУ;

INT2 - запрос от пульта управления (прерывание оператора);

INT3 - запрос от микроЭВМ верхнего уровня.

Запросы на прерывания приведены в порядке убывания приоритетов (INT0 - высший приоритет).

INT0 - вырабатывается сигнал установки системы в исходное со­стояние; выполняется команда СТОП.

INT1 - на пульте управления включается аварийная сигнализация (световая с частотой 2 Гц или звуковая с частотой 500 Гц); на индикацию пульта выдается состояние двоичных датчиков х1, х2, х3, х4 и цифровой код NU1; выполняется команда СТОП.

INT2 - выдается на индикацию значения следующих булевых пере­менных: функция fl, результат сравнения NU<=Q, значение выражения Xl&X2&X3&X4, значение выражения XlvX2vX3vX4; выдается на индика­цию значение сохраняемой в ПЗУ константы Q; организуется выход из прерывания на начало цикла управления.

INT3 - выдать в последовательный канал следующую информацию:

- код символа '!' ("Внимание!");

- двухзначный номер абонента (номер студента в списке группы);

- максимальное значение Y4, вычисленное за период от предыдущего сеанса связи до текущего цикла управления;

- минимальное значение Y4 за тот же период;

- код символа '#' ("Конец передачи").

Кроме перечисленных, в системе могут использоваться прерывания от внешних устройств, обеспечивающих связь с ОУ, системного таймера и канала последовательного обмена.

2 РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОРНОГО МОДУЛЯ, ИНТЕРФЕЙСА И СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

2.1 Однокристальная микроЭВМ К1816ВЕ48

Микросхема К1816ВЕ48 представляет собой БИС однокристального микроконтроллера со встроенным ОЗУ и ПЗУ небольшого объема и с воз­можностью расширения объема памяти за счет подключения внешних БИС. Микроконтроллер предназначен для управления конвейерами, металлорежу­щими станками, технологическим обору­дованием, роботами, манипуляторами, может использоваться в контрольно-из­мерительной и бытовой технике.

Основные параметры контроллера К1816ВЕ48 приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Основные параметры БИС К1816ВЕ48

Название параметра

Значение параметра

Разрядность команд и данных, бит

8

Разрядность канала адреса, бит

12

Объем внутренней памяти команд/данных, слов

1024/64

Объем внешней памяти команд/данных, слов

3072/56

Число регистров общего назначения, штук

16

Производительность, тыс. кор. операций/с

400

Частота синхронизации БИС, МГц

6

Ток потребления, мА

135

Диапазон рабочих температур, °С

-10…+70

Отличительной особенностью БИС является использование встроенного ПЗУ со стиранием информации ультрафиоле­том, что позволяет пользователям само­стоятельно программировать микрокон­троллер.

В состав БИС входят все компо­ненты, необходимые для автономной ра­боты в составе систем управления, при необходимости допускается значительное расширение объема памяти. По уровням логи­ческих сигналов микроконтроллер совме­стим со стандартными ТТЛ-схемами. Конструктивно БИС оформлена в металлокерамическом корпусе с прозрачной крышкой типа 2123.40 – 6.

Базовая архитектура К1816ВЕ48 (МК48) содержит 8-разрядный центральный процессор, управляющее ПЗУ, внутреннее ОЗУ, 24 линии прямого ввода-вывода, три тестируемых входа, 8-разрядный таймер/счетчик и логику одноуровневой системы прерываний с двумя источниками запросов.

Структуры микроконтроллеров серии 1816 и их системы команд таковы, что в случае необходимости функционально-логические воз­можности контроллеров могут быть расширены. С использованием внешних дополнительных БИС постоянной и оперативной памяти адрес­ное пространство МК может быть значительно расширено, а путем под­ключения различных интерфейсных бис число линий связи МК с объек­том управления может быть увеличено практически без ограничений.

На рисунке 1 представлена структурная схема К1816ВЕ48. На рисунке 2 представлено условное обозначение микроконтроллера К1816ВЕ48.

Ниже приводятся символические имена выводов (сигналов) и дается краткое пояснение назначения вывода.

VSS (ОБЩ.) – потенциал земли;

VCC (+5В.ОСН) – основное напряжение питания +5 В; подается во время работы и при программирование;

VDD (+5В.ДОП) – дополнительное напряжение питания +5 В; во время работы обеспечивает питание только для РПП; на этот вывод при программирование попадает питание +25 В;

Рисунок 1 – Структурная схема БИС К1816ВЕ48

PROG (ПРОГ) – вход для подачи программирующего импульса +25 В при загрузке РПП; вход стробирующего сигнала для БИС расширителя ввода / вывода;

ХTAL1 – вход для подключения вывода кварцевого резонатора или вход для сигнала от внешнего источника синхронизации;

ХTAL2 – вход для подключения второго вывода резонатора;

RST (СБР) – вход сигнала общего сброса при запуске МК; сигнал 0 при программирование и проверке РПП;

Рисунок 2 – Цоколевка БИС К1816ВЕ48

SS (ШАГ) – сигнал, который совместно с сигналом ALE позволяет при отладке выполнять программу с остановом после исполнения очередной команды;

PSEN (РВПП) – разрешение внешней памяти программ; сигнал выдается только при обращении к внешней памяти программ;

ALE (САВП) – строб адреса внешней памяти; сигнал используется для приема и фиксации адреса внешней памяти на внешнем регистре; сигнал является идентификатором машинного цикла, так как всегда выводится из МК с частотой, в 5 раз меньшей основной частоты синхронизации;

RD (ЧТ) – стробирующий сигнал при чтении из внешней памяти данных или устройства ввода/вывода (УВВ);

WR (ЗП) – стробирующий сигнал при записи во внешнюю память данных или УВВ;

Т0 – входной сигнал опрашиваемый по командам условного перехода JT0 и JNT0; кроме того используется при программировании РПП; может быть использован для вывода сигнала синхронизации после команды ENT0 CLK;

Т1 – входной сигнал, опрашиваемый командами условного перехода JT1 и JNT1; кроме того, используется в качестве входа внутреннего счетчика внешних событий после исполнения команды STRT CNT;

Соседние файлы в папке кп nd