5 Разработка алгоритма работы микропроцессорной системы

Обработка информации от цифровых датчиков и выдача управляющего воздействия y₁ производится путем ввода значений x₁, x₂, x₃, x₄ и вычисления булевой функции:

При единичном значении f₁ вырабатывается управляющий сигнал y₁=1 длительностью t₁=60мкс.

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=max(NU₁-NU₂, К) и сравнивается с константой Q, хранящейся в ПЗУ. В зависимости от результатов сравнения вырабатывается (аналогично y₁) один из двух двоичных управляющих сигналов y₂ или y₃ заданной длительности по следующему правилу: если NU<Q, то выдать y₂ длительностью t₂=90мкс, иначе выдать y₃ длительностью t₃=180мкс.

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

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

Все двоичные переменные и константы, участвующие в вычислениях: NU₁, NU₂, NU₃, К, Q, A₀, 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.

Блок-схема заданного цикла управления разбита на две части (рисунок 29 и

30), общая блок-схема представлена на рисунке 31.

Рисунок 29 – Цикл 1 управляющей программы

В общем виде управляющая программа состоит из двух циклов, по результатам выполнения которых осуществляется выдача управляющих воздействий на индикацию. Управляющая программа выполняется до тех пор пока на пульте управления не будет включен тумблер «СТОП».

Цикл 1 управляющей программы заключается в вводе в центральный процессор значений сигналов из цифровых датчиков, вычислении булевой функции Если по результатам вычисления получилось, что управляющий сигнал стал равен 1, то выдается управляющий сигнал длительностью t₁=60 мкс. Если же управляющий сигнал принял значение 0, то булевая функция вновь.

Рисунок 30 - Цикл2 управляющей программы

Цикл 2 управляющей программы заключается в воде в ЦП двоичных кодов с выходов АЦП и констант К и Q, вычислении значения функции f₂ по выражению:

NU= max(NU₁- NU₂, K).

Если по результатам вычисления получилось, что NU<Q, то вырабатывается управляющий сигнал длительность t₂=90 мкс, если же получилось что NU>Q, то вырабатывается управляющий сигнал, длительностью t₃=180 мкс. Далее осуществляется ввод в центральный процессор двоичного кода с выхода АЦП NU₃ и производиться вычисление функции .

Рисунок 31– Общая блок-схема программы

6 РЕАЛИЗАЦИЯ МОДУЛЯ КОМПЬЮТЕРА «ЮТ-88» НА МП К580ВМ80

На рисунке 32 представлена электрическая схема первого модуля компьютера «ЮТ-88».

Блок центрального процессора выполнен на микросхемах DD1, DD2, DD5, DD6 и DD8. Микросхема DD1 -микропроцессор КР580ВМ80А. Микросхема DD2 КР580ГФ24 предназначена для формирования двух последовательностей тактовых импульсов с требуемыми временными и амплитудными параметрами.

Она содержит задающий генератор, стабилизированный внешним кварцевым резонатором ZQ1 с частотой 16 МГц. Кроме формирователя синхроимпульсов Ф1 и Ф2, микросхема DD2 содержит триггеры синхронизации сигналов начальной установки и готовности, а также схему формирования строба состояния STB, используемого для записи байта состояния при формировании сигналов шины управления.

Адресная шина (ША) подключается ко многим устройствам. Выходы же микропроцессора КР580ВМ80А выдерживают лишь нагрузку одного входа ТТЛ микросхем. Поэтому для повышения нагрузочной способности к шине адреса подключены буферные регистры DD5 и DD6 КР580ИР82. Микросхема КР580ИР82 представляет собой 8-разрядный регистр с управляемыми выходными формирователями. Запись информации происходит при наличии логической единицы на выводе 11 STB, а выдача информации — при подаче на вывод 9 ОЕ уровня логического нуля.

Увеличение нагрузочной способности двунаправленной шины данных выполнено с помощью микросхемы системного контроллера DD8 КР580ВК38. Она осуществляет формирование выходных сигналов не только шины данных, но и шины управления. Микросхема содержит двунаправленный магистральный формирователь, регистр состояния и схему формирования управляющих сигналов. Следующий блок микроЭВМ предназначен для кратковременного и долговременного хранения данных и программ. На схеме модуля “ЮТ-88” блок памяти представлен микросхемами ПЗУ КР556РТ5 (DD10, DD11) и микросхемами ОЗУ КР541РУ2 (DD13, DD14).

Микросхемы DD10, DD11 предназначены для хранения управляющей программы МОНИТОР.

После нажатия на кнопку “УСТ” на шине адреса устанавливается адрес 0000Н, а на шине управления — сигнал ЧТЗУ, который после инвертирования элементом DD21.5 подается на вход уз микросхем ПЗУ. Дешифратор на микросхеме К155ИДЗ (DD7) вырабатывает сигналы выборки адреса, разбивая всю доступную область адресного пространства микроЭВМ на сегменты по 4 Кбайта каждый. При этом сигнал выборки сегмента адресного пространства 0000Н—0FFFH действует на выводе 1 микросхемы DD7 и после инвертирования элементом DD9.1 подается на входы V4 микросхем ПЗУ DD10 и DD11. Учитывая, что на два других входа V1, V2 выборки микросхемы DD10 подаются сигналы с адресной шины А11 и А9, информация с микросхемы DD10 будет считываться в области адресного пространства 0000Н—01FFH. В отличие от DD10 на вход выборки V2 микросхемы DD11 сигнал с адресной шины А9 подается после инвертирования элементом DD9.2, поэтому в области адресного пространства 0200H-03FFH информация будет считываться с микросхемы DD11.

Сигналы выборки сегментов адресного пространства 0000Н— 0FFFH, E000H-EFFFH и F000H-FFFFH вы используете при расширении конфигурации компьютера. Поэтому вместе с сигналами управления они выведены на внешний разъем.

Схема ОЗУ выполнена на микросхемах DD13, DD14 типа КР541РУ2, имеющих совмещенные вход и выход. Объем ОЗУ 1 Кбайт. При записи данных в ОЗУ общие выводы 11—14 микросхем действуют как входы. Чтобы избежать конфликта на внутренних выходных линиях памяти при вводе данных в ОЗУ, когда сигнал управления ЗПЗУ имеет уровень логического 0, внутренние выводы ОЗУ блокируются с помощью внутренних схем. Указанные внутренние выходы переводятся при этом в состояние высокого сопротивления. Во время выполнения операции записи данных в ОЗУ в состоянии логического 0 должны находиться как выводы WE разрешения записи, так и выводы 8 CS выбора микросхемы. При чтении данных из ОЗУ выводы 8 CS выбора микросхемы должны иметь состояние логического 0, а выводы 10 WE разрешения записи—состояние логической 1. Соответствующая схема, предназначенная для формирования требуемых управляющих сигналов, выполнена на DD9.4, DD12.1 и DD12.2. ОЗУ работает в адресном пространстве C000H-C3FFH.

В состав нашего первого модуля, помимо процессорного блока и блока памяти, входит блок интерфейса, с помощью которого осуществляется ввод и вывод данных. Ввод производится с клавиатуры или с кассетного магнитофона. Вывод — путем индикации на дисплее или записью их на кассетный магнитофон для долговременного хранения. Содержимое ячеек памяти с адресами 9000Н, 9001Н и 9002Н отображается на индикаторах в виде шестнадцатиричных цифр.

Рисунок 32 – Электрическая схема модуля «ЮТ-88»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсового проекта была разработана управляющая микро-ЭВМ, реализующая заданный алгоритм управления.

В соответствии с техническим заданием проведен анализ центрального процессорного элемента К580ВМ80, микросхем памяти ОЗУ К134РУ6 и ПЗУ К541РТ2. Был разработана упрощенная схема микропроцессорной системы, включающая следующие модули: генератор тактовых импульсов КР580ГФ24, шинный формирователь КР580ВА86, системный контроллер и шинный формирователь КР580ВК28, ПЗУ К541РТ2, ОЗУ К134РУ6, буферные регистры КР580ИР82, программируемый контроллер прерываний КР580ВН59, программируемый таймер КР580ВИ53, контролер прямого доступа к памяти КР580ВТ57, программируемый контроллер клавиатуры и индикации КР580ВВ79, программируемый параллельный интерфейс КР580ВВ55, аналого-цифровой преобразователь К572ПВ3. А также была разработана структурная схема микро-ЭВМ.

Блок-схема алгоритма работы устройства позволяет определить момент выдачи управляющего воздействия заданной длительности.

В качестве примера устройства, построенного на микропроцессоре К580ВМ80, приведена микропроцессорная система «ЮТ-88».

В рамках курсового проекта решена основная задача – развитие и закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи разработки микропроцессорной системы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Горбунов. В. Л. Микропроцессоры. Основы построения микро-ЭВМ / В. Л. Горбунов, Д. И. Панфилов, Д. П. Преснухин. – М. : Высшая школа, 1988. – 272 с.

2. Грицюк. С. Н. Проектирование управляющей микро-ЭВМ / С. Н. Грицюк, В. В. Власов. – Балаково : Балаковский институт техники, технологии и управления, 2006. – 19 с.

3. Каган. Б. М. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики / Б. М. Каган, В. В. Сташин. – М. : Энергоатомиздат, 1987. – 304 с.

4. Лебедев. О. Н. Микросхемы памяти и их применение / О. Н. Лебедев. – М. : Радио и связь, 1990. – 160 с.

5. Сташин. В. В. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах / В. В. Сташин. – М. : Энергоатомиздат, 1986. – 136 с.

6. Хвощ. С. Т. Микропроцессоры и микро-ЭВМ в САУ: Справочник / С. Т. Хвощ, Н. Н. Варлинский, Е. А. Попов. – Л. : Машиностроение, 1987. – 640 с.

7. Якубовский. С. В. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С. В. Якубовский, Л. И. Ниссельсон, В. И. Кулешова. – М. : Радио и связь, 1990. – 496 с.

8. http://ru.wikipedia.org/wiki/ЮТ-88.

9. http://zxbyte.ru/ut88.htm.

10. http://ru.wikipedia.org/wiki/Юнный техник.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

Графическая часть

1 Структура и цоколевка микропроцессора К580ВМ80 60

2 Микросхемы памяти 61

3 Условно-графическое обозначение основных узлов МПС 62

4 Упрощенная схема МПС 65

5 Уточненная схема МПС 66

6 Блок-схемы алгоритма обработки сигналов управляющей

микро-ЭВМ 67

7 Реализация модуля компьютера «ЮТ-88» на базе МП К580ВМ80 68