Микропроцессорная система

 

СОДЕРЖАНИЕ

1 Техническое задание 

1.1 Общие сведения 

1.2 Выполняемые функции 

1.3 Подфункции взаимодействия  с объектами     управления

1.4 Подфункция обработки  аппаратных прерываний 

1.5 Элементная база 

1.6 Критерии разработки 

1.7 Результаты разработки 

2 Структурная схема  микропроцессорной  системы  

3 Структурная схема  микропроцессора   

4 Структурная схема  блока памяти 

5 Схема работы микропроцессорной  системы 

6 Карта распределения  адресного пространства  

7 Оценка микропроцессорной  системы по аппаратным  затратам 

8 Заключение 

9 ЛИТЕРАТУРа 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

1 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 

     1.1 Общие сведения 

     Микропроцессорная система (далее МПС) предназначена  для управления некоторыми объектами.

 
 

 

 
 

Рисунок 1 - Структурная схема связи МПС  с внешними объектами. 

     Согласно  рисунку 1 микропроцессорная система  принимает информацию {Х} об объекте  управления от аналоговых и цифровых датчиков (Д), вырабатывает управляющее  воздействие {Y} в соответствии с законом управления и подает их исполнительные механизмы. Законы управления реализуется в микропроцессор системе, состоящей из  микроконтроллера- управляющей микроЭВМ и пульта управления. С помощью пульта управления пользователь получает возможность управлять работой МПС: запускать ее и останавливать, выдавать значение некоторых установок (констант) и т.п.  

     В курсовом проекте необходимо разработать структурную схему

микропроцессорной системы и схему работы МПС, устройства связи с датчиком и исполнительными механизмами, и программы, обеспечивающие выполнение заданного алгоритма и алгоритма обмена, осуществляется оценка характеристик МПС. 

     Критерием проектирования является минимизация  аппаратных затрат, выраженных в числе  условных корпусов.  
 
 
 

 
 

     1.2 Выполняемые функции 

     В разрабатываемой микропроцессорной  системе реализуется функция, состоящая  из нескольких подфункций, объединенных в следующие группы:

     1 подфункции взаимодействия с  объектом управления (прием и  обработка данных с датчиков  и передача результата на исполнительный  механизм).

     2 подфункции взаимодействия с  пультом управления (прием запроса  на пульт управления и выдача  на индикатор значения).  

  1.3 Подфункции взаимодействия с объектами управления  

На рисунке 2 приведён алгоритм взаимодействия с  объектами управления.                          

     Блок 1 выполняет начальную установку  системы и засылку в выходные каналы начальных значений управляющих  воздействий и т.д.

Блок 2 реализует  задачу логического управления: принимает информацию от двоичных датчиков , вычисляет значение булевой функции ) в соответствии с заданным выражением и выдает это значение в качестве управляющего сигнала по соответствующему выходному каналу на исполнительный механизм. При единичном значении функции МПС вырабатывает выходной сигнал у =1 длительностью 10 мкс. Это означает, что через 10 мкс после выдачи единичного сигнала у, необходимо нулевой сигнал. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

 
 

 

 

 
 

 
 
 
 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 
 
 
 

Рисунок 2 - Алгоритм взаимодействия с объектами управления. 

     Блок 3 обеспечивает приём информации с  аналоговых датчиков ,её преобразование в цифровую форму, вычисление значений управляющих воздействий , и выдачу их на исполнительные механизмы. При этом являются двоичными сигналами, а 12-разрядным кодом, преобразуемым в аналоговый сигнал .  Сигналы с аналоговых датчиков преобразуются в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе. С выхода аналого-цифрового преобразователя   12-разрядные коды, представляющие целые без знака числа, поступают на обработку. Величина К - 12-разрядный код, поступающий с клавиатуры 
 
 
 
 
 

 
 

пульта управления (уставка). Разрядность кода п определяется разрядностью заданного аналого-цифрового преобразователя. Полученное значение функции сравнивается с константой Q,хранящейся  в ПЗУ. В зависимости от результатов сравнения МПС вырабатывает двоичные управляющие воздействия или длительностью 120 мкс или 140 мкс соответственно. Управляющее воздействие   формируется в виде аналогового сигнала с цифро-аналогового преобразователя и поступает на импульсный  элемент, на вход цифро-аналогового преобразователя микроконтроллер выдает цифровой код, разрядность которого определяется разрядностью заданного цифро-аналогового преобразователя. Значение определяется по формуле:   = а  

где а – 12-разрядный  коэффициент, хранящийся в постоянном запоминающем устройстве МПС; - 12-разрядный код, поступающий с

выхода аналого-цифрового  преобразователя.

     Блок 4 обеспечивает циклический режим  управления или остановка 

МПС в соответствии с командой, поступающей от оператора с пульта управления. 

     1.4 Подфункция обработки аппаратных прерываний 

     Микропроцессорная система обрабатывает запросы на аппаратные прерывания по сигналу отказа источника питания. Прерывания работы МПС при отказе источника питания имеют высший приоритет. МПС при этом вырабатывает сигнал установки внешних устройств в исходное

состояние и  передает в последовательный канал  связи код символа "!" . Сигнал представляет собой два прямоугольных импульса длительностью 30 мкс, следующие с интервалом в 30 мкс. После выполнения указанных действий микропроцессор остановить. 

     1.5 Элементная база

     В качестве микропроцессора разрабатываемой системы возможно использовать микросхемы: КП1816ВЕ51, КМ1816ВЕ51. В качестве внешнего ПЗУ должны использоваться микросхемы с организацией 4Kx4 с суммарной емкостью  16 Кбайт. В качестве ОЗУ должны использоваться микросхемы 16Kx2 с суммарной емкостью 32 Кбайт. В качестве аналого-цифрового преобразователя должна использоваться микросхема К1108ПВ2.    В качестве цифро-аналогового преобразователя используется микросхема  К1108ПА1. Все остальные элементы МПС назначаются самостоятельно. 
 
 
 
 
 
 

 
 

      1.6 Критерии разработки 

     Для разработки микропроцессорной системы учитываются следующие критерии:

  1. Аппаратные затраты в числе условных корпусов. За единицу сложности аппаратных затрат принимается один шестнадцати разрядный корпус. Если корпус имеет большое число выводов, то его сложность берется из таблицы 1.

  

Таблица 1 - Сложность  корпуса в зависимости от количества выводов 
 

 

     2. Ёмкость ПЗУ и ОЗУ (в байтах), необходимые для реализации заданного алгоритма. 

     1.7 Результаты разработки 

     Результаты  содержат:

  1. Структурную схему микропроцессорной системы, краткое описание, состав и назначение основных элементов системы;

     2. Блок-схемы заданных алгоритмов  и программы их реализации;

     3. Карту распределения адресного  пространства памяти микропроцессорной  системы; подпрограммы, данные, стек, константы; 

     4. Описание функциональной схемы  микропроцессорной системы; 

     5. Оценки разработанной микропроцессорной  системы;  

     Графическая часть разработки должна содержать:

     1. Структурную схему микропроцессорной системы с указанием на ней всех информационных связей управляющих сигналов;

     2. Схему работы микропроцессорной  системы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

     2 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ 

     На  рисунке 3 приведена структурная  схема МПС.

     Структурная схема МПС содержит следующие  блоки:

МК - микроконтроллер К1830ВЕ51 и схема генератора/сброса.

ЮТ - приём последовательного кода от внешней ЭВМ.

TXD - передача последовательного кода на внешнюю ЭВМ.

БПК - блок последовательного канала связи с ЭВМ, содержит два

преобразователя уровней   Интерфейс осуществляется программным 

способом;

БП - блок памяти. Содержит регистр-защёлку младшей части адреса,

дешифратор адреса памяти данных 4→16, ПЗУ 8К*2, ОЗУ 4К*16, четыре ППА, расширяющих порты ввода-вывода микроконтроллера. Адресное пространство - 80К, ALE - фиксация адреса, р м е - разрешение памяти и программ, и – стробы чтения и записи в память данных/ППА;

     ПУ - пульт управления. Содержит два  трёхразрядных индикатора (И1,И2). И2 служит для вывода значения   в каждого цикла обработки информации (16 - разрядный код). И1-кода  в случае поступления сигнала Alarm, константы Q при поступлении прерывания от оператора, значение при нажатии на клавишу "информация".