- •Введение
- •1 Расшифровка и анализ задания
- •Int (зпр) – сигналы запроса прерывания от внешнего источника; вызывает подпрограмму обслуживания прерывания, если прерывание разрешено ранее по команде eni; сигнал rst запрещает прерывания;
- •2.2 Разработка структурной схемы мпс
- •3.2 Модуль пзу к556рт5
- •3.3 Многорежимный буферный регистр к589ир12
- •3.4 Подключение озу и пзу к системной шине
- •4.3 Параллельный интерфейс
- •5 Разработка алгоритма работы микропроцессорной
- •6 Разработка управляющей программы для мк
- •Ins a,bus; считывание данных в r3
- •Заключение
- •Список использованных источников
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 f1(х1, х2, х3, х4).
f1(х1, 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+AlNU3. (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;