Устройство управления на базе одно-кристальной микроЭВМ МС68Н705С8

Курсовой проект

По дисциплине: техника микропроцессорных систем.

Тема: устройство управления на базе одно-кристальной микроЭВМ МС68Н705С8.

Выполнил студент-заочник:                                                         Коровин В.В.

Преподаватель:                                                                                                 

Реж 2012

Содержание.

1.      Техническое задание.

2.      Анализ технического задания.

3.      Обоснование выбора элементов базы.

4.      Описание электрической принципиальной схемы и ее работы.

5.      Литература.

1.  Техническое задание.

Разработать устройство управления на базе однокристальной микроЭВМ МС68Н705С8, содержащие следующие элементы:

1.        Коммутатор аналоговых сигналов с напряжением от – 5 до + 5 вольт.

2.        Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

3.  Постоянное запоминающее устройство (РПЗУ).

4.  Аналого-цифровой преобразователь.

5.      Цифро-аналоговый преобразователь.

6.      Входные дискретные сигналы.

7.      Выходные дискретные сигналы.

8.      Интерфейс обмена.

2.      Анализ технического задания.

В ОЭВМ МС68НС705С8 (далее МК) имеется три порта общего назначения (по 8 линий ввода-вывода) и один специализированный порт          (7 линий). Очевидно, что для непосредственного взаимодействия со всеми устройствами, входящими в состав разрабатываемого устройства управления (далее контроллера), этого количества линий недостаточно, т.е. по одним и тем же линиям ввода-вывода МК должен взаимодействовать с несколькими устройствами.

Исходя из выше изложенного, на портах МК необходимо организовать три шины: данных, адреса и управления, а в состав внешних устройств должны входить регистры, в которые по шине данных с помощью сигналов шины управления будут записываться необходимые данные.

Рассмотрим особенности построения каждого из внешних устройств.

Коммутатор аналоговых сигналов должен состоять непосредственно из самого аналогового коммутатора и регистра, в котором будет записываться слово управления коммутацией. Для выбора одного из 16-ти входов требуется 4 разряда управляющего слова, для выбора одного из двух выходов необходим один разряд, целесообразно так же выделить один разряд для отключения обоих выходов. Таким образом, слово управления аналоговым коммутатором содержит 6 разрядов. Для записи данных в регистр управления требуется один сигнал управления.

Т.к. емкость ОЗУ невелика (256 байт) целесообразно применить статическое ОЗУ, чтобы исключит схему управления динамическим ОЗУ. Схема ОЗУ должна предусматривать отключение от шины данных, т.к. к ней подключены и другие устройства. Сигналы взаимодействия с ОЗУ состоят из 8-ми адресных разрядов, 8-ми разрядов данных и двух сигналов управления- сигнала чтения/записи данных и сигнала отключения выводов данных.

Блок цифро-аналогового преобразователя содержит непосредственно сам ЦАП со схемой формирования опорного напряжения и регистра хранения цифрового кода. Для управления ЦАП требуется 10 разрядов кода и один разряд сигнала записи кода в регистр хранения.

Схема выдачи дискретных сигналов должна состоять из регистра выходных сигналов и схемы преобразования к уровням ТТЛ, если последняя потребуется, в зависимости от применяемого регистра. Для выдачи дискретных сигналов требуется 10 разрядов самих сигналов и одного сигнала управления регистром.

Для организации последовательного интерфейса RS-232 целесообразно использовать встроенный в МК последовательный интерфейс связи, используя его линии RDI, TDO как сигналы RxD, TxD соответственно интерфейса RS-232. Оставшиеся 4 входных сигнала интерфейса RS-232 можно подавать на линии порта D МК, а для двух выходных сигналов управления интерфейсом RS-232 требуется использовать регистр хранения, записывая в него сигналы с шины данных. Для преобразования друг в друга уровней стандартных сигналов интерфейса RS-232 (низкий уровень –15…-5В, высокий +5…+15В) и КМОП 5В необходимо применение схем согласования.

Для исключения постоянного опроса входных сигналов управления интерфейса RS-232 целесообразно организовать прерывание работы МК по изменению этих сигналов.

Таким образом,  шина адреса должна быть 8-ми разрядной (ОЗУ), шина данных 10-ти разрядной (ЦАП, выходные дискретные сигналы), шина управления 6-ти разрядной (1 разряд - аналоговый коммутатор, 2 - ОЗУ,            1 - ЦАП, 1 - дискретный выходной сигнал, 1 - RS-232).

Итак, можно перейти к выбору элементной базы и составлению принципиальной электрической схемы.

3.      Обоснование выбора элементной базы.

Т.к. МК реализован по КМОП - технологии и использует напряжение питания 5В, то целесообразно и другие микросхемы выбрать КМОП типа с напряжением питания 5В, для исключения схем согласования уровней и уменьшения энергопотребления.

Наиболее приемлемыми по быстродействию и нагрузочной способности являются КМОП микросхемы серии КР1554, поэтому выберем все неспециализированные ИС из этой серии. В качестве регистра хранения выберем ИС КР1554ИР23 – 8-ми разрядный регистр хранения с синхронизацией по положительному фронту тактового сигнала. В качестве регистра хранения двух и менее разрядов целесообразно применить ИС КР1554ТМ2 – два D - триггера с синхронизацией по положительному фронту тактового сигнала. Микросхемы комбинационного типа также используем серии КР1554.

Для коммутирования входных аналоговых сигналов используем ИС КР590КН1 – аналоговый коммутатор 8х1 со встроенным дешифратором коммутации и входом разрешения коммутации. Для коммутирования выходных аналоговых сигналов применим ИС КР590КН5 – четыре управляемых аналоговых ключа. Обе микросхемы позволяют коммутировать сигналы напряжением –5…+5 и управляются уровнями КМОП 5В, чем и обусловлен наш выбор.

Исходя из анализа, ТЗ в качестве ОЗУ целесообразнее выбрать статическое ОЗУ с отключением выводов данных, также желательно, что бы ИС ОЗУ имела объединенные входы/выходы данных, количество входов было бы равно 8-ми (чтобы использовать один корпус), емкость не менее 256 байт и входные/выходные сигналы с уровнем КМОП 5В. Этим требованиям отвечает ИС К537РУ9А – статическое ОЗУ с построением 2Кх8.

В качестве ЦАП целесообразно применить ИС ЦАП со встроенным регистром хранения входного ряда, а т.к. требований к быстродействию не предъявлено, применим ИС  КР572ПА2А – 12-ти разрядный ЦАП с входными регистрами хранения.

Для формирования выходного сигнала ЦАП, а также для схемы формирования выходных уровней интерфейса RS-232, требуются быстродействующие ОУ, такие как КР574УД2А – два ОУ со скоростью нарастания выходного сигнала 50В/мкс.

Очевидно, контроллер входит в состав более сложного устройства, т.е. плата контроллера  подстыковывается к плате соединений, таким образом, целесообразно применить одну розетку для печатного монтажа, такую как трех- рядная 72-х контактная РПМ7-72Г-П-В.

4.      Описание схемы принципиальной электрической и работы схемы.

Центральным устройством схемы контроллера является МК DD9. На портах общего назначения DD9 организованы: шина адреса А7..А0 (линии РА7..РА0), шина управления внешними устройствами (РВ5..РВ0) и шина данных D9..D0 (линии РВ7, РВ6, РС7..РС0).

Внешний сигнал начальной установки  (RESET) DD9 не предусмотрен, т.к. в нем нет необходимости; при подаче напряжения питания происходит RESET по включению, а при сбоях программы можно предусмотреть по сигналу СОР – таймера.

Рассмотрим построение и работу каждого из внешних устройств.

1)     Коммутатор аналоговых сигналов (АК).

АК входных сигналов построен на двух восьмиканальных коммутаторах DD6, DD7, выходы которых обьединены и подаются на входы двух ключей DD8 , выходы которых и являются выходами АК.

Режим коммутации определяется управляющим словом, записанным в регистр DD5, структура слова управления представлена на рис.1.