САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНО – СТРОИТЕЛЬНЫЙ

КАФЕДРА «УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

Микропроцессорные устройства систем управления

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЮЩЕЙ МИКРОЭВМ

Выполнил ст. гр. УИТ-52

Телегин Е.Г.____________

Допущен к защите Защитил с оценкой

Руководитель проекта ________________________

Евтушевская Т.Д._________ Евтушевская Т.Д._________

«____» ____________ 2008г. «____» ____________ 2008г.

Балаково 2008

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1 Расшифровка и анализ задания 4

2 Разработка процессорного модуля, интерфейса, упрощенной

структурной схемы 7

2.1 Разработка процессорного модуля и интерфейса 7

2.2 Разработка упрощенной структурной схемы 22

3 Разработка подсистемы памяти 24

3.1 Модуль ОЗУ 24

3.2 Модуль ПЗУ 27

3.3 Многорежимный буферный регистр 30

3.4 Подключение ОЗУ И ПЗУ к системной шине 32

4 Разработка системы ввода/вывода 34

4.1 Аналогово-цифровой преобразователь 34

4.2 Параллельный интерфейс 37

4.3 Блок индикации 41

4.4 Логический элемент «НЕ» 41

4.5 Подключение индикаторов к микроконтроллеру 42

4.6 Подключение матричной клавиатуры к порту ввода/вывода 43

4.7 Логические элементы «ИЛИ-НЕ» 44

4.8 Контроллер прерываний, программируемый таймер 44

5 Разработка алгоритма работы МПС 46

6 Комплекс для отладки изделий на основе однокристальной ЭВМ

К1816ВЕ51 50

Заключение 53

Список использованных источников 54

Приложение А 56

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время практически невозможно указать какую-то отрасль науки и производства, в которой бы не использовались микропроцессоры (МП) и микро ЭВМ. Применение МП привело к замене физического схемного метода реализации заданных функций математическим программным методом, представляющим большие возможности, снимается ряд физических ограничений при реализации различных функций, обеспечивается независимость характеристик от физических условий применения. Важным свойством микропроцессорной техники является её высокая гибкость, возможность быстрой перенастройки при изменении алгоритмов управления, перенастройка осуществляется программным способом. Микропроцессорная техника позволяет реализовать системы, функциональные возможности которых могут наращиваться по мере необходимости или по мере появления новых технических средств, тем самым обеспечивается соответствие технического уровня микропроцессорных систем управления самым современным требованиям в течении длительного времени.

Микропроцессорные средства позволяют создавать разнообразные по сложности выполняемых функций устройства управления – от простейших микроконтроллеров несложных приборов и механизмов до сложнейших специализированных и универсальных систем распределенного управления в реальном времени. Благодаря различию комплектаций, производительности и объема оборудования модулей они создают аппаратурную основу для разработки систем, ориентированных на различные области применения, и инструментальных комплексов для отладки их программ.

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

1 Расшифровка и анализ задания

Управляющая микро ЭВМ проектируется на базе однокристальной микро ЭВМ 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 (микро ЭВМ), на основе которого требуется построить управляющую микро ЭВМ – К1816ВЕ51.

Тип БИС, на которой должен быть реализован блок оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) – К537РУ8.

Тип БИС, на которой должен быть реализован блок постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) – К541РТ2.

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).

При единичном значении f₁ вырабатывается управляющий сигнал y₁=1 длительностью t₁. 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. 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, иначе выдать у₃ длительностью t₃.

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

Y₄=A₀+A_lNU₃.

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

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

Алгоритм управления, заданный видом функцией:

Управляющее воздействие , длительность управляющих сигналов t₁ = 20 c;

NU = min(NU₁; NU₂+K), длительность управляющих сигналов t₂=30 c, t₃=30 c.

В системе необходимо предусмотреть следующие линии запроса на внешние прерывания:

INT0 - отказ источника питания;

INT1 - сигнал х_а аварийного датчика ОУ;

INT2 - запрос от пульта управления (прерывание оператора);

INT3 - запрос от микро ЭВМ верхнего уровня.

Запросы на прерывания приведены в порядке убывания приоритетов (INT0 - высший приоритет). Система должна реагировать на запросы следующим образом:

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

INT1 - на пульте управления включается аварийная сигнализация (световая с частотой 2Гц или звуковая с частотой 500Гц); 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 f_l, результат сравнения NU<=Q, значение выражения x_l&х₂&х₃&х₄, значение выражения x_lvx₂vx₃vx₄; 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,

УПРОЩЕННОЙ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ