Разработка микропроцессорной системы управления объектом

Министерство  образования Российской Федерации

Пензенская  Государственная технологическая  академия (завод-втуз) 
 
 
 

Кафедра «ВМИС» 
 
 
 
 
 
 

Разработка  микропроцессорной  системы управления объектом. 
 

Пояснительная записка к курсовому  проекту

по  дисциплине «Организация ЭВМ, комплексов и систем» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Выполнил: студент гр. 03В2 Гарькин А.В.

      Проверил: Чернышев Н.И. 
 
 
 

      Проект  защищен с оценкой ___________ 
 
 
 
 
 
 
 

Пенза 2006

 

ВВЕДЕНИЕ 

      На  основе интегральных схем с малой  степенью интеграции элементов строились сложные ЭВМ и разнообразные управляющие схемы, в которых  за счет жестко выполненных связей фиксировались алгоритмы функционирования этих устройств. Такие специализированные управляющие схемы назывались электронными схемами с произвольными связями. Однако с ростом степени интеграции элементов в ИС оказывается сложно осуществлять именно произвольные связи. Создание микропроцессора стало одним из решений проблемы построения разнообразных систем путем перехода от произвольных связей к произвольным программам. В этом случае алгоритмы реализуются программным методом, а аппаратура остается практически одинаковой для разнообразных применений.  Поскольку микропроцессор – программно-управляемый прибор, необходимо при его проектировании заложить широкую оптимизацию уровней аппаратно-программных средств и затем настраивать для решения конкретных задач по конкретным алгоритмам только за счет разработки программ, отражающих специфику данной электронной системы.

      Микропроцессор  решает задачи методами последовательных вычислений, что приводит к большим затратам времени. Поэтому быстродействие любых микропроцессорных систем меньше, чем электронных на тех же схемотехнических принципах. С учетом этого фактора можно отметить следующие преимущества микропроцессорных систем над системами построенными на основе ИС с произвольными связями.

• Меньшее число ИС, более простые печатные платы и меньшее число разъемов для реализации одних и тех же функций;
• Более высокая надежность в следствии меньшего числа компонентов и связей между ними;
• Меньшая мощность потребления и снижение требований к источникам питания;
• Более простая сборка и испытание систем;
• Легкость изменения и наращивания функций методом изменения программного обеспечения;
• Возможность выпуска все более и более сложных систем при использовании конструктивного и программного задела; 

      В данной курсовой работе производится разработка микропроцессорной управляющей  системы (МПС), обеспечивающей программно-аппаратное управление процессом сбора и  обработки информации, разрабатывается структурная схема и алгоритм работы МПС, принципиальная схема приборного интерфейса.

 

1. Структурная схема МПС

      Основой МПС является микропроцессор (МП) КР580ВМ80А, работающий с тактовой частотой 2 МГц. Параллельный интерфейс МПС с  внешними устройствами обеспечивается параллельным периферийным адаптером (ППА) КР580ВВ55, а временные интервалы формируются программируемым таймером КР580ВИ53.

      Обобщенная  структура МПС представлена на рис.1 Информация об объекте поступает  в МПС по 8-разрядной шине x. МПС  воздействует на объект по 4-разрядной шине y1, линиям y2 и y3. Для управления работой и отображения информации об объекте в составе МПС имеется пульт управления (ПУ). ПУ содержит:

Рис.1 Обобщенная схема МПС 

• линейку из четырех светодиодов, индицирующих значение величины равной 4 битам;
• восемь тумблеров, определяющих значение константы k, используемой при реализации алгоритма работы МПС;
• кнопку КН1 "Сброс", осуществляющую начальную установку и запуск МПС;
• кнопки КН2 и КН3, обеспечивающие управление выдачей сигналов y2 и y3.

      Выходные  воздействия y1, y2, y3 и показания индикатора вырабатываются МПС после программного вычисления результатов соответствующих  функций от переменных x и k, где x-значение байта, принятого по входной 8-разрядной шине x; k - константа, установленная тумблерами на ПУ.

      Основой микропроцессорной системы является микропроцессорный модуль. Микропроцессорный модуль (МПМ) является основной частью МПС и управляет всеми остальными ее блоками. МПМ содержит:

• микропроцессор КР580ВМ80А (МП);
• системный контроллер КР580ВК28 (СК);
• генератор синхроимпульсов КР580ГФ24 (ГТИ);
• подсистему прерывания;
• буфер адреса КР580ИР82 (БА);
• комбинационную схему для выбора кристаллов памяти и устройств ввода вывода (КС)

      Структура микропроцессорной системы также включает в себя:

• для хранения программы моделирования используется ПЗУ. В данной работе используется микросхема К573РФ1 (PROM).
• для размещения временно хранимой информации применяется ОЗУ. В данной работе ОЗУ построено на микросхеме КМ132РУ2 (RAM).
• для вывода функций y1 и индикации светодиодов, а также для ввода переменной x и константы k используется параллельный периферийный адаптер КР580ВВ55 (ППА).
• для получения временных задержек и выполнения время задающих функций y2 и y3 применяем программируемый таймер КР580ВИ53 (ИТ).
• Для вывода на шину команды RST3 при наличии прерывания используется регистр КР580ИР82 (RST).

 

2. Описание элементов схемы

       Микропроцессор КР580ВМ80А

      Микропроцессор КР580ВМ80А – функционально законченный однокристальный параллельный 8-разрядный микропроцессор с фиксированной системой команд, применяется в качестве центрального процессора в устройствах обработки данных и управления. Имеет 16-разряздый канал адреса, обеспечивающий адресацию памяти объёмом до 64кбайт, адресацию 256 устройств ввода-вывода, а также 8-разрядный канал данных.

Таблица 1 Назначения выводов КР580ВМ80А

 

      Восьмиразрядное арифметико-логическое устройство микропроцессора обеспечивает выполнение арифметических и логических операций над двоичными данными, представленными в дополнительном коде, а также обработку двоично-десятичных упакованных чисел.

      В состав блока регистров входят: 16-разрядный регистр адреса команды (IP), 16-разрядный регистр указателя стека (SP), 16-разрядный регистр временного хранения (WZ), 16-разрядная схема инкремента-декремента и шесть 8-разрядных регистров общего назначения (В, С, D, E, H, L), которые могут использоваться и как три 16-разрядных регистра (ВС, DE, HL).

      Микропроцессор  выполняет команды по машинным циклам. Число циклов, необходимое для выполнения команды, зависит от ее типа и может быть от одного до пяти. Машинные циклы выполняются по машинным тактам. Число тактов в цикле определяется кодом выполняемой команды и может быть от трех до пяти. Длительность такта равна периоду тактовой частоты и при частоте 2,0 МГц составляет 500 нс.

      Система команд микропроцессора состоит  из 78 базовых команд, которые можно разделить на пять групп:

• команды передачи данных — используются для передачи данных из регистра в регистр, из памяти в регистр, из регистра в память;
• арифметические команды — используются для сложения, вычитания, инкремента или декремента содержимого регистров или ячейки памяти;
• логические команды: И.ИЛИ, исключающее ИЛИ, сравнение, сдвиги;
• команды переходов — используются для условных и безусловных переходов, вызова подпрограмм и возврата из них;
• команды управления, ввода/вывода и работы со стеком — используются для управления прерыванием, регистром признаков, ввода и вывода информации.

      В микропроцессоре КР580ВМ80А принят формат информационного слова, представляющего собой 8-разрядаое двоичное слово (байт). Формат информационного слова (данных):

      где D7 — старший разряд слова, DO — младший разряд. Отрицательные числа хранятся в памяти в дополнительном коде.

      Формат  команды зависит от типа операции и может быть одно- двух- или трехбайтовым. Байты двух- и трехбайтовых команд должны храниться в ячейках памяти, следующих одна за другой. Адрес первого байта всегда является адресом кода операции. Формат команд микропроцессора:

      Операнды  команд могут храниться в программно доступных регистрах микропроцессора или памяти. Для указания операнда в регистре используются регистровая и регистровая неявная адресации, для указания операнда в памяти — непосредственная, прямая, косвенная регистровая и стековая адресации.

      Регистр признаков микропроцессора используется для хранения пяти битов признаков, которые вырабатываются в результате выполнения некоторых операций:

• S — бит знака; равен 1, если старший значащий разряд результата операции равен 1 (т. е. результат операции — отрицательное число);
• Z — бит нуля; равен 1, если результат операции равен нулю;
• АС — бит вспомогательного переноса; равен 1, если при выполнении операции был перенос из третьего разряда сумматора в четвертый;
• С — бит переноса; равен 1, если при выполнении операции был перенос из седьмого разряда сумматора или заем в седьмой разряд сумматора;
• Р — бит четности; равен 1, если число единиц результата операции четное.

      Основные  параметры микросхемы в диапазоне температур от—10 до + 70°С и напряжениях питания +5,0 В±5 %; +12,0 В±5%; -5,0 В±5%. 

      Системный контроллер КР580ВК28.

      Системный контроллер в данном курсовом проекте  построен на БИС КР580ВК28 – системный котроллер и буферный регистр данных, применяется в микропроцессорных системах на базе микропроцессора КР580ВМ80А для формирования управляющих сигналов и как буферный регистр данных.

      Системный контролер формирует управляющие  сигналы по сигналам состояния микропроцессора  при обращении к ЗУ: MEMR и MEMW, при обращении к УВВ: IOR и IOW, INTA, а также обеспечивает прием и передачу 8-разрядной информации между каналом данных микропроцессора по входам D7-D0 и системным каналом по входам DB7-DB0.

      Условно-графическое  обозначение системного контроллера представлено на рисунке 3.

 Системный контролер  состоит из двунаправленной буферной схемы данных, регистра состояния и дешифратора управляющих сигналов.

Таблица 2 Назначения выводов КР580ВК28