МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ И ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ по курсу_ «МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ». БОРИСОВ А. Н. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ И ПРАКТИЧЕ. Методические указания к курсовой работе и практическим занятиям по курсу микропроцессорные системы Методическое пособие
 Скачать 449.66 Kb.
|
|
1 БОРИСОВ А. Н. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ И ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ по курсу: «МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ» Методическое пособие Казань 2012 2 ПРЕДИСЛОВИЕ Материал методического пособия предназначен для проведения практи- ческих занятий и выполнению курсового проекта по дисциплине «Микро- процессорные системы». Рассматриваются задачи, возникающие при проек- тировании аппаратных и программных средств микропроцессорных систем на базе микропроцессоров. Это задача построения процессорного блока, раз- работка схемы сброса и синхронизации, построение модуля памяти опреде- ленной емкости, выбор и подключение к шинам системы программируемых БИС, подключение пульта управления системой, ввод-вывод аналоговой ин- формации, организация подсоединения системы к персональному компьюте- ру, разработка алгоритма функционирования и программного обеспечения микропроцессорной системы. В данной работе представлен теоретический материал для разработки как отдельных узлов микропроцессорной системы, так и системы в целом. При- ведены варианты заданий и порядок выполнения задания. Приведены темы практических занятий по каждой теме и задания к курсо- вому проекту. 3 Проектирование микропроцессорных систем на базе микропроцессоров Введение К проектированию микропроцессорных систем необходимо подходить с точки зрения системотехники, т.е. путем использования методов системного проектирования электронных схем на базе микропроцессоров. Система состоит из набора компонентов, выполняющих определенные функции по отношению к внешнему окружению системы. Чтобы иметь воз- можность воспринимать информацию извне и передавать ее во внешнее окружение, система должна быть связана с внешним окружением, т.е. должна иметь входы и выходы. Общее представление системы и ее внешнего окру- жения показано на рис.1. Таким образом, система получает необходимую для решения задачи ин- формацию из входных узлов, обрабатывает ее в соответствии с поставленной задачей и выдает результаты решения во внешнее окружение. Х1 У1 Х2 У2 . . . Входы . . . Выходы . . . ХnУm Рис. 1. Общее представление системы В микропроцессорных системах основным компонентом является процес- сорный блок. Выбор микропроцессора для МПС является сложной задачей, что обьясняется несколькими причинами, одной из которых является исполь- МИКРОПРОЦЕС- СОРНАЯ СИСТЕМА 4 зование микропроцессора наиболее удовлетворяющего условиям задачи. Если не задан конкретный тип микропроцессора, можно использовать как однокристальные микропроцессоры типа I8086, I80286, так и микроконтрол- леры VR51, AVR, PIC и т. д. 1. Задание на курсовую работу Задание на курсовую работу заключается в разработке микропроцессорно- го контроллера, предназначенного для контроля, управления, регулирования и т.д. различных процессов. Обобщенную структурную схему микропроцессорного контроллера мож- но представить в виде (рис. 2). Основными и обязательными модулями мик- ропроцессорного контроллера являются микропроцессорный блок и блок па- мяти. Если для функционирования МПК требуется реализовать системные функции (времязадающие, режим прерывания, режим прямого доступа к па- мяти (ПДП)), то необходимо использовать соответствующие узлы: таймер, контроллер прерываний, контролер ПДП. Для подсоединения внешних устройств служат адаптеры (параллельный и последовательный). Устройства МПК соединяются между собой с помощью системы провод- ников, называемой системным интерфейсом. В системном интерфейсе выде- ляют: шину адреса (ША), предназначенную для выборки ячейки памяти или регистра контроллера ввода-вывода или системного модуля, шину данных (ШД), шину управляющих сигналов (ШУ) для передачи сигналов управления операциями на интерфейсе. В задании должна быть определена связь контроллера с внешним окруже- нием, т.е. с периферийными устройствами, что определяет входы и выходы, которые требуется реализовать. К ним относятся: Входные сигналы: - количество и типы датчиков; 5 - количество цифровых входов; - количество аналоговых входов. ША ШД ШУ Рис. 2. Структура микропроцессорной системы Выходные сигналы: - количество цифровых выходов; - количество аналоговых выходов. Питание контроллера: - внешний источник питания, его характеристики; - внутренний источник питания, его характеристики. Пульт управления: - наличие клавиатуры (количество клавиш и их назначение); - наличие, назначение и тип индикаторных элементов. Адаптер Адаптер Адаптер Адаптер Пульт Обьект контроля Обьект управления ПК Микро - процессор Память (ОЗУ, ПЗУ) Т К Пр К ПДП 6 Стандартные интерфейсы с периферийными (внешними) устройствами: - последовательные интерфейсы типа RS-232, RS-485 и т.д. - параллельные интерфейсы типа Centronics. Программная часть задания может включать: - разработку структуры прикладного программного обеспечения контрол- лера; - разработку блок-схемы алгоритма работы контроллера или отдельные его подсистемы; - разработку программы одного из модулей прикладного программного обеспечения. 2. Проектирование аппаратных средств микропроцессорного контроллера 2.1. Разработка блок-схемы контроллера Одним из основных исходных условий для проектирования микропроцес- сорного контроллера является задание типа микропроцессора или микро- контроллера. От этого зависит выбор базы БИС, которые должны быть ис- пользованы при разработке принципиальной схемы. Построение принципи- альной схемы основывается на основе блок-схемы контроллера и заключает- ся в выборе конкретной элементной базы и необходимых электрических рас- четов элементов. Выбор элементов осуществляется по справочникам, учеб- ным пособиям, технической литературе и т.д. Рассмотрим несколько примеров использования базового элемента в мик- ропроцессорных контроллерах. 1. Задание по курсовому проектированию должно быть выполнено на базе однокристального микропроцессора I8086 (К1810ВМ86), изучение модулей микропроцессорного комплекта которого является одним из разделов учеб- ного курса «Микропроцессорные системы». Принцип модульности микропроцессорной системы реализуется включе- 7 нием в состав базового микропроцессорного комплекта БИС, помимо микро- схемы центрального процессора, ряда дополнительных модулей. Так, в со- став МПК БИС I8086 входят микросхемы: I8086 (К1810ВМ86)- центральный процессор, I8088 (К1810ВМ88) - центральный процессор с 8-битовой внешней шиной данных, I8087 (К1810ВМ87) - арифметический сопроцессор, I8089 (К1810ВМ89) – специализированный процессор ввода-вывода, I8284 (К1810ГФ84) - генератор тактовых импульсов, I8288 (К1810ВГ88) - системный контроллер, I8289 (К1810ВБ89) - арбитр системной шины, I8259А (К1810ВН59А) – программируемый контроллер прерываний, I8254 (К1810ВИ54) – интервальный таймер, I8237 (К1810ВТ37) – программируемый контроллер прямого доступа к памяти, I8282/83 (К1810ИР82/83) - регистр-защелка, I8286/87 (К1810ВА86/87) - шинный формирователь и др. Большинство из этих микросхем должны быть использованы при работе над курсовой работой. При проектировании МПС на I8086 часто применяют следующие модули микропроцессорного комплекта I8080 (К580ВМ80) совместимого с микро- процессорным комплектом I8086: I8255А (К580ВВ55А) – программируемый параллельный интерфейс, I8251А (К580ВВ51А) – программируемый последовательный интерфейс, К580ИР82/83 – буферный регистр, К580ВА86/87 – шинный формирователь. Микропроцессор I8086 нельзя непосредственно подключить к другим мо- дулям системы. Необходимо выполнить задачу разделения (демультиплекси- рования) сигналов адреса/данные, буферирования сигналов адреса и сигналов данных, а также формирования системных управляющих сигналов для моду- 8 лей памяти, контроллеров внешних устройств, программируемых БИС [1]. Поэтому при проектировании МПС необходимо разработать схему процес- сорного блока, основным узлом которого является микропроцессор. Необходимо учитывать, что при проектировании микропроцессорной си- стемы на базе однокристальных микропроцессоров микросхемы памяти (ОЗУ и ПЗУ) в состав микропроцессорных комплектов не входят. Поэтому, их вы- бирают из стандартных микросхем по справочникам в соответствии с задан- ными параметрами на память. 2. Задание по курсовому проектированию должно быть выполнено на базе микроконтроллера [2]. Имея вариант типа микроконтроллера, необходимо проанализировать внутренние ресурсы микроконтроллера на наличие необ- ходимых модулей, входящих в состав микроконтроллера: емкость внутрен- ней памяти (ОЗУ и ПЗУ), входящей в состав микроконтроллера, число выво- дов портов ввода-вывода, наличие контроллера последовательного интер- фейса, контроллера прерываний, таймера, специализированных узлов (АЦП и ЦАП) и т. д. На рис. 3 показан пример структуры микроконтроллера с модулями, вхо- дящими в его состав. Таким образом, при составлении блок-схемы контроллера обязательными узлами являются: процессорный блок, блок внутренней памяти, генератор тактовых импульсов, формирующий сигналы синхронизации работы кон- троллера. 2.2. Схема сброса и синхронизации Схема сброса и синхронизации является обязательной составной частью микропроцессорного контроллера. Схема сброса обеспечивает начальный сброс микропроцессора при включении питания. Схема синхронизации пред- ставляет собой генератор тактовых импульсов. Стандартным способом к микропроцессору подключается генератор тактовых импульсов G (рис. 4). К 9 его входу RES подсоединяется RC-цепочка, которая формирует сигнал сбро- са автоматически при включении питания либо при нажатии на кнопку «Сброс». Рис. 3. Структура микроконтроллера. Генератор тактовых импульсов предназначен для формирования систем- ных сигналов синхронизации (тактовых импульсов) CLK, сигнала «Сброс» и сигнала «Готовности», поступающих на микропроцессор. Частота импульса CLK генератора G задается кварцевым кристаллом (ре- зонатором), подключаемому ко входам Х1 и Х2 генератора. Микро- процессор Память (ОЗУ) Контроллер прерываний Таймер Память (ПЗУ) Контроллер последова- тельного интерфейса Порт ввода- вывода Порт ввода- вывода 10 Рис.4. Схема подключения ГТИ 2.3. Организация модуля памяти МПС Модуль памяти МПС обычно содержит ПЗУ, в котором хранятся про- граммы, константы, таблицы, и ОЗУ данных. Память реализуется на основе полупроводниковых микросхем ЗУ, основными характеристиками которых являются емкость, размер слова и время выборки. При этом каждому типу ЗУ в зависимости от его емкости отводится своя область из общего адресного пространства памяти системы. Выбор того или иного типа (ОЗУ или ПЗУ) осуществляется дешифрацией старших разрядов адреса. На начальном этапе разработки модуля памяти нужно прикинуть необходимые ресурсы для хра- нения, т.е. обьем программ и обрабатываемой информации, которые опреде- ляют емкость ОЗУ и ПЗУ системы. Информационная емкость отдельной микросхемы памяти ограничена по числу хранимых слов (N i ) и разрядов (r i ). Модуль памяти нужного объема с требуемой характеристикой N x r организуется следующим образом. Строит- ся множество субмодулей памяти разрядности r. Каждый субмодуль состоит 11 из r/r i микросхем, у которых объединены все одноименные выводы кроме информационных. Модуль в целом состоит из N* r i /N i * r субмодулей, у ко- торых объединены все одноименные выводы, кроме выводов выбора кри- сталла. Такая организация модуля памяти называется страничной. В любой момент времени идет обращение только к одной странице (субмодулю). Для сопряжения модулей ОЗУ с шинами системного интерфейса требуются микросхемы, которые выполняют функции дешифрации стар- ших разрядов адреса и выбора субмодуля. Рассмотрим методику проектирования 2-хбайтного модуля памяти, т.е. модуля для хранения 2-хбайтных слов. Методика включает в себя несколько основных этапов проектирования модулей памяти. 1. Определение необходимого обьема модуля памяти, включающего в се- бя ОЗУ, ПЗУ. 2. Составление карты памяти, т.е. определение привязки рассчитанных обьемов памяти с непосредственными адресами ячеек (распределение адре- сов). Для составления карты памяти требуется определить необходимое чис- ло старших разрядов для адресации модулей ОЗУ и ПЗУ. Рассмотрим пример микропроцессорного контроллера, который включает в себя модуль ОЗУ обьемом 16 Кб и модуль ПЗУ обьемом 4 Кб. Таким обра- зом, общая емкость модуля памяти составляет 20 Кб. Для адресации ячеек памяти с V=20 Кб необходимо 15 бит шины адреса, т.е. А14 – А0 (табл. 1). Для ОЗУ необходимы адресные разряды А13 – А0 (16 Кб), для ПЗУ – А11-А0 ( 4Кб). На основании данных таблицы 1 тип ЗУ (ОЗУ или ПЗУ) вы- бирается следующим образом. Сигнал на линии А14 = 0 определяет выбор ОЗУ, а сигнал А14 = 1 – выбор ПЗУ (рис. 5).. 3. Обоснование и выбор элементной базы. Как правило, выбор определя- ется длительностью сигнала «Разрешение данных» микропроцессора. При использовании в проектировании микропроцессоров типа I8086/I80286 при рабочей частоте 5-10 Мгц минимальная длительность этого сигнала состав- ляет 200 нс. В качестве микросхем памяти можно рекомендовать следующие: 12 для ОЗУ - К537РУ8 и т.п., для ПЗУ – К573РФ2, К556РТ18 и т.п. Таблица 1 Распределение адресов ОЗУ и ПЗУ Адрес ячейки А14 – А0 Диапазон адресов Тип и емкость памяти 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х (0000- 3FFF)h ОЗУ 16 Кб 1 1 1 Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х (7000- 7FFF)h ПЗУ 4 Кб Рис. 5. Схема селекции ОЗУ и ПЗУ Для построения несложной МПС с емкостью памяти до 128 Кб рекомен- дуется использовать в проекте статические ОЗУ. Пусть разрядность слова отдельной микросхемы статической памяти, например К537РУ8, r i =8, а чис- ло хранимых слов N i = 4 Кб. Для хранения 2-хбайтовых слов применяется 13 организация системы памяти, состоящая из 2-х банков: банк младших байтов (L), подключаемый к линиям D7 - D0 ШД и содержащий байты с четными адресами, и банк старших байтов (Н), подключаемый к линиям D15 – D8 ШД и содержащий байты с нечетными адресами. Выбор банков Н или L производится сигналами A0 (ША) и BHE. Таким образом, при параметрах микросхемы памяти с r i =8 и N i = 4 Кб минимальный 2-хбайтовый банк – это один субмодуль памяти, состоящий из двух микросхем (рис. 6). Рис. 6. Схема субмодуля памяти. Для модуля памяти больше 4-х Кб используется большее число субмоду- лей. Например, для модуля ЗУ с V=16 Кб нужно четыре субмодуля. Микро- процессор системы при работе с памятью всегда обращается только к одному субмодулю. При рассмотренной выше организации субмодуля на 4 Кб необ- ходимо осуществить выбор субмодуля на базе дешифратора, причем для управления выбором используются разряды А12 и А13 шины адреса (ША) 14 (рис. 7). Рис. 7. Организация субмодулей памяти для ЗУ с V=16 Кб 4. Окончанием разработки модуля памяти является разработка его принципиальной схемы. 2.4. Подключение к шинам системы программируемых БИС В схемах микропроцессорных контроллеров используются программиру- емые модули, выполняющие разные функции: интерфейсные (параллельные, последовательные), системные (времязадающие, прерывания, прямого до- ступа к памяти и др.) [3]. Число и тип модулей зависит от назначения и функций микропроцессорного контроллера. Во многих микропроцессорных комплектах каждый из этих модулей представляет программируемую БИС. Для подсоединения к шинам интерфейса МПС у этих БИС есть одинаковые по назначению выводы. К ним относятся: - D7 – D0 – (данные). Эти выводы подключаются к ШД системного ин- терфейса МПС; - RD – (чтение). На этот вывод подается системный сигнал на выдачу дан- ных из БИС в процессорный блок; - WR – (запись). На этот вывод подается системный сигнал, по которому данные поступают с ШД в адресуемый порт БИС; - CS – (выбор кристалла (БИС)). Идентифицирует обращение к БИС путем 15 дешифрации старших разрядов адреса; - A0, A1, ……AN – (адресные выводы) Информация на этих выводах ука- зывает порт БИС, к которому происходит обращение. Сигналы выборки CS для программируемых БИС можно формировать так же, как и селекцию модулей памяти, т.е. с помощью дешифратора (рис. 8). Обращение к портам программируемых БИС организуется с помощью ко- манд ввода-вывода IN, OUT по соответствующим адресам портов. Адреса портов в этих командах имеют однобайтный формат (А7, А6, А5, А4, А3, А2, А1, А0). Старшие разряды адреса (А7, А6, А5, А4) подключаются с ША на вход дешифратора, активный сигнал с которого выбирает конкретную БИС (см. рис. 8). Младшие разряды адреса (А3, А2, А1. А0) подключаются на ад- ресные выводы БИС. Код на этих выводах определяет конкретный порт в за- данной командой БИС. Рис. 8. Выбор БИС с помощью дешифратора 2.5. Связь с оператором (пульт управления) В микропроцессорных контроллерах часто требуется вводить информа- цию с клавиатуры и отображать процесс работы на индикаторах. В различ- ных по сложности и назначению управляющих МПС используются разнооб- разные клавиатуры для ввода информации: простейшие, состоящие из кла- виш управления типа СБРОС, ПУСК, ОСТАНОВ, и т.п., более сложные, 16 предназначенные для ввода данных и управления режимом работы МПС, представляющие наборное поле (матрицу) кнопок, для которого необходимо предусмотреть сканирование линий. В качестве индикаторных модулей используются светодиодные индикато- ры, дисплеи на семисегментных индикаторах, жидкокристаллические моду- ли, требующие использование специальных контроллеров для управления. В курсовой работе предлагается использование кнопочной клавиатуры, т.е. ввод информации с помощью кнопок (рис. 9). В этом случае блок кнопок К1 – КN подключается к шинам системы через параллельный адаптер (ин- терфейс). Резисторы R1 – RN служат для задания логического «0» при нажа- тии на кнопку. Рис. 9. Подключение кнопок пульта Сканирование (определение нажатия на кнопку) осуществляется периоди- ческим опросом соответствующих каналов параллельного адаптера на нали- чие битов равных «0». Защиту от дребезга контактов можно организовать по- вторным считыванием блока кнопок через некоторую временную задержку. Программа обслуживания блока кнопок должна выполнять: - инициализацию параллельного адаптера; - чтение из портов, к которым подключены кнопки; - определение номера нажатой клавиши. При выводе информации на индикаторы в простейших случаях данные от 17 контроллера индицируются в двоичной форме «включено – выключено», т.е. 1 или 0. Для этого применяются сигнальные лампочки, светодиоды или др. подобные индикаторы. Подключать такие индикаторы можно также как рас- смотренным выше приемом через параллельные адаптеры через порты кана- лов. Только каналы необходимо программировать на выдачу данных. Если необходимо выводить информацию в символьной форме, то можно использовать сегментные индикаторы. Определяется число выводимых на индикацию символов. Индикаторы обьединяются в одну конструкцию, обес- печивающую вывод необходимого числа символов. Конструкция индикато- ров имеет два входа. На один вход подается код выводимого символа. Внут- ри каждого индикатора есть специальные ПЗУ, которые по коду символа определяют и выдают биты для сегментов индикатора, соответствующие ри- сунку символа. На другой вход подается сигнал, поступающий на анод кон- кретного индикатора. Таким образом, нужно подать два байтовых кода: один код символа, дру- гой код разряда индикатора для этого символа. Вывод байтов можно органи- зовать через параллельный адаптер. Через один канал –вывод кода символа, через другой – вывод кода разряда символа. Коммутацию можно организо- вать программным путем, подавая в определенные моменты времени коды символов и коды номеров разрядов, т.е. индикаторов. 2.6. Ввод аналоговой информации Часто микропроцессорным контроллерам требуется обрабатывать ин- формацию, поступающую от аналоговых источников. Например, в системах АСУТП необходимо получать данные, снимаемые с датчиков, фиксирующих параметры работы технологической системы, в системах контроля и обра- ботки метеопараметров необходимо обеспечить сьем и ввод данных с метео- датчиков и т.п. Для обработки аналоговых сигналов в состав контроллера должен входить 18 аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Схема преобразования аналого- вых сигналов и ввода их контроллер следующая. Датчик - преобразователь - аналоговый коммутатор - АЦП - микропроцессорный контроллер (рис.10). Сброс . . . . . . . . . . . . Готов Готов N канала Рис. 10. Модуль ввода аналоговой информации Необходимость использования преобразователей вызвана тем, что суще- ствует множество различных по характеристикам сигналов датчиков. Для со- гласования сигналов с датчиков с параметрами используемого АЦП необхо- димо применять устройства предварительной обработки сигналов (преобра- зователи): усилители, повторители, фильтры и т. д. Если количество источ- ников аналоговой информации несколько, то нет необходимости использова- ния АЦП для каждого источника. Можно использовать принцип мультиплек- сирования с помощью аналоговых коммутаторов (см. рис. 10), подключаю- щих к АЦП тот источник (канал), номер которого предварительно будет установлен микропроцессорным контроллером на вход коммутатора. В курсовой работе по разработке микропроцессорного контроллера тре- буется только организовать связь аналогового коммутатора, АЦП с контрол- лером по цифровым входам-выходам. Аналоговый коммутатор имеет не- сколько входов для аналоговых сигналов и один выход, который подключа- ется к АЦП. Номер подключаемого к АЦП входа (канала) устанавливается Дn Д2 Д1 Пр-ль Пр-ль Пр-ль А Ц П Комму татор Микро- процессор- ный контролер 19 микропроцессорным контроллером в цифровом параллельном коде. Из наиболее распространенных аналоговых коммутаторов на практике исполь- зуются микросхемы серии К590 [4]. Существует много различных микросхем АЦП [4], например, КР572ПВ3, К1113ПВ1 и др. При работе с АЦП со стороны контроллера необходимо обеспечить подачу на АЦП сигнала СБРОС (ГАШЕНИЕ), по которому АЦП начинает преобразование аналогового кода в цифровой параллельный, сьем с АЦП сигнала ГОТОВНОСТЬ, который сообщает, что преобразование за- кончено, и чтение 8-мибитного, 10-тибитного цифрового кода в контроллер. Для связи контроллера с АЦП для ввода-вывода указанных сигналов можно использовать порты программируемого параллельного адаптера. 2.7. Связь с последовательным интерфейсом Для подключения к микропроцессорному контроллеру внешних устройств, принимающих или передающих данные в последовательном коде, или для организации связи с внешними устройствами, удаленными на значи- тельное расстояние, используется последовательный интерфейс. В этом слу- чае данные передаются по единственному проводу бит за битом с обеспече- нием синхронизации между приемником и источником данных. Передача данных по последовательному интерфейсу организуется с по- мощью последовательного адаптера. Последовательный адаптер необходим также для связи микропроцессорного контроллера с ПК. Со стороны ПК связь должна быть организована через внешний интерфейс RS232C (рис. 11). Для подсоединения к интерфейсу RS232C в состав микропроцессорного кон- троллера должны входить два узла [5]: программируемый последовательный адаптер и блок преобразователей уровня. Последовательный адаптер преоб- разует параллельный код, поступающий из МП контроллера, в последова- тельный для передачи в ПК и наоборот, осуществляет распознавание начала и конца посылки, синхронизацию приема-передачи битов кадра, слежение за 20 наличием ошибок и т. п. Блок преобразователей уровня обеспечивает элек- трическое согласование уровней сигналов последовательного интерфейса RS232C (+12в и -12в) с уровнями сигналов, присутствующих в контроллере. Для блока преобразователей применяются специальные микросхемы, напри- мер, К1102АП15 – формирователь сигналов для линий связи, К1102ЛП2 - усилитель сигналов либо КР559ИП19/20 – преобразователи уровней и т.п. RS232C Рис. 11. Связь микропроцессорного контроллера с ПК 3. Варианты заданий В вариантах заданий преподавателем могут варьироваться различные па- раметры, например, тип микропроцессора и т.п. 1. Разработать контроллер измерения температуры и давления промыш- ленной установки: - на базе микропроцессора I8086; - емкость памяти: ОЗУ - 8Кб, ПЗУ – 16Кб; - клавиатура на 6 клавиш; - индикация – 4 светодиодных индикатора, цифровой семисегментный ин- дикатор на 3 разряда; - период проведения замеров с датчиков – 5 сек.; - ввод аналоговой информации через 8-разрядный АЦП; КОНТРОЛЛЕР Последова- тельный адаптер Преобра- зователи уровней ПК 21 - связь с центральным постом по интерфейсу RS232С; - разработать блок-схему контроллера измерения; - разработать принципиальную схему контроллера измерения; - разработать алгоритм работы контроллера; - разработать программу инициализации программируемых БИС; - разработать программу процедуры сьема данных. Заданные программы проектируемого контроллера должны быть написа- ны на языке Ассемблера в соответствии с системой команд микропроцессора I8086. 2. Разработка контроллера светофора на перекрестке главной улицы с вто- ростепенной. 3. Разработать контроллер АСУ точки торгового центра. 4. Разработать контроллер диагностирования программируемых БИС. 5. Разработать контроллер противопожарной сигнализации. 6. Разработать контроллер управления летательным аппаратом. 7. Разработать контроллер измерения пульса и артериального давления. 8. Разработать контроллер охранной сигнализации автомобиля. 9. Разработать контроллер регулирования технологических параметров промышленной установки. 10. Контроллер управления работой лифта. 4. Порядок выполнения задания 1) В соответствии с заданием определить все входные и выходные инфор- мационные и управляющие сигналы для микропроцессорного контроллера. 2) Определить все модули, составляющие микропроцессорный контроллер и разработать блок-схему контроллера (см. рис. 2). 3) Провести необходимые расчеты в соответствии с которыми по спра- вочникам выбрать все микросхемы для микроконтроллера, определить их характеристики, графическое обозначение. 22 4) В соответствии с блок-схемой разработать принципиальную схему кон- троллера. Микросхемы контролера соединить между собой и подсоединить к шинам системного интерфейса контроллера (микросхемы памяти (см. п. 2.3, программируемые БИС (см. п. 2.4), пульт (см. п. 2.5) и др.). 5) Разработать блок-схему алгоритма работы контроллера. 6) Разработать на языке Ассемблер программу инициализации используе- мых программируемых БИС. 7) Разработать на языке Ассемблер программы для заданных модулей прикладного программного обеспечения. Отчет по курсовой работе Отчет по курсовой работе должен состоять из двух документов. Пояснительная записка по проектированию микропроцессорного кон- троллера. Принципиальная электрическая схема микропроцессорного контроллера. Пояснительная записка должна быть следующего содержания. 1) Задание на курсовую работу и требования к разработке. 2) Разработка блок-схемы микропроцессорного контроллера. 3) Обоснование и выбор интегральных схем для контроллера. Характери- стики интегральных схем. Условные обозначения схем. 4) Распределение адресного пространства блока памяти. 5) Разработка блок-схемы алгоритма работы микропроцессорного кон- троллера. 6) Разработка программы одного или нескольких модулей прикладного программного обеспечения на языке Ассемблер. 7) Перечень элементов принципиальной электрической схемы микропро- цессорного контроллера. 8) Используемая литература. 23 Принципиальная электрическая схема микропроцессорного контролле- ра должна быть выполнена в соответствии с требованиями ГОСТа на дан- ный документ. В схему должны входить следующие узлы: процессорный блок, блок памяти, системные и интерфейсные БИС и узлы, необходимые в схеме микропроцессорного контроллера в соответствии с заданием. Темы практических занятий. Занятие 1. Изучение структурной схемы микропроцессора. Операционное устройство (АЛУ, регистры общего назначения, индекс- ные регистры, регистр флагов), устройство шинного интерфейса (сег- ментные регистры, сумматор адресов), устройство управления (блок мик- ропрограммного управления, конвейер команд). Адресное пространство памяти. Сегментация памяти и вычисление адре- сов. Выполнить упражнения с заданием значений в сегментные регистры (CS, DS, ES, SS), индексные регистры (IP, DI, SI, SP, BP) и вычислением соответствующего адреса ячейки памяти. Занятие 2. Изучение системы команд микропроцессора. Описание системы команд. Команды пересылки данных и команды ма- тематических операций. Составить команды ADD, INC, DEC, SUB, AND, OR. Определить результат выполнения каждой из заданных команд, адрес приемника результата, разряды регистра флагов, участвующие при вы- полнении математических операций. Занятие 3. Форматы команд и способы адресации. Организация различных способов адресации. Регистровая адресация. Непосредственная адресация. Косвенная регистровая адресация. На примере выполнения команды MOV определить значения (коды) 24 каждого байта и полей каждого байта для заданных команд. Занятие 4. Форматы команд и способы адресации. Организация различных способов адресации. Базовая адресация. Ин- дексная адресация. Базовая индексная адресация. На примере выполнения команды MOV определить значения (коды) каждого байта и полей каждого байта для заданных команд. Занятие 5. Изучение структурной схемы центрального процессорного блока. Выполнение задач, возникающих при разработке структуры процес- сорного блока: задача разделения (демультиплексирования) шины адре- са/данных, задача буферирования шин адреса и шин данных, задача фор- мирования системных управляющих сигналов для блоков памяти и кон- троллеров устройств микропроцессорной системы. Определить типы микросхем , выполняющих функции адресной за- щелки, микросхем, выполняющих функции двунаправленных шинных формирователей. Изучить назначение выводов данных микросхем и сиг- налы микропроцессора для подсоединения к нему выбранных микросхем. Занятие 6. Разработать структурную и принципиальную схемы централь- ного процессорного блока на микропроцессоре К1810 со следующими па- раметрами: 1) Шина данных системного интерфейса : (8бит, 16 бит). 2) Шина адреса системного интерфейса: (8 бит, 12 бит, 16 бит, 20 бит). 3) К шине подключить управляющие сигналы: #MEMR, #MEMW, #IOR, #IOW. Знак # указывает на инверсное значение сигнала. Провести расчет схемы сброса и синхронизации для выбора тактовой частоты работы микропроцессора и системы. Выбрать элементы схемы сброса и синхронизации и разработать схему подсоединения элементов схе- 25 мы к микропроцессору. Занятие 7. Спроектировать систему памяти микропроцессорной системы. Исходные данные: Емкость ОЗУ (8 Кб, 12Кб. 16Кб, 20Кб, 24 Кб). Емкость ПЗУ (8 Кб, 12Кб. 16Кб, 20Кб, 24 Кб). Построить карту распределения адресов ОЗУ и ПЗУ. Выбрать микросхе- мы памяти и микросхемы дешифрации. Разработать структуру блока па- мяти и принципиальную схему блока памяти микропроцессорного кон- троллера Занятие 8. Подключение к шинам системы программируемых контролле- ров. В схемах микропроцессорных контроллеров используются программи- руемые модули, выполняющие разные функции: интерфейсные (парал- лельные, последовательные), системные (времязадающие, прерывания, прямого доступа к памяти и др.) .Число и тип модулей зависит от назна- чения и функций микропроцессорного контроллера. Микропроцессор осуществляет обмен данными и управляющей ин- формацией с программируемым модулем через программно доступные элементы модуля, называемые портами (регистрами). Обращение к ним организуется с помощью команд ввода-вывода IN, OUT. Каждый их пор- тов имеет в системе неповторимый адрес в диапазоне (00 – FF) h. В соответствии с назначением микропроцессорного контроллера в его схеме может использоваться несколько программируемых модулей. Необходимо по заданным адресам портов модулей выбрать микросхе- му дешифратора адреса и с его помощью построить схему селекции выбо- ра программируемого модуля. 26 ЛИТЕРАТУРА 1. Микропроцессорный комплект К1810. Структура, программирование, применение. / Под ред. Ю.М. Казаринова. М.: Высш. Шк., 1990. 2. Мясников В.И. Микропроцессорные системы: Учебное пособие. / Йош- кар-Ола: МарГТУ, 2005. 3. Борисов А.Н. Программируемые БИС микропроцессорных систем: Учебное пособие. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2003. 4. Аналоговые и цифровые интегральные схемы. Справочник. / Под ред. С.В. Якубовского, 1985. 5. Райхлин В.А., Борисов А.Н. Основы организации микропроцессорных систем. Учебное пособие для вузов. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 1998. 6. Горбунов В.Л., Панфилов Д.И., Преснухин Д.Л. Справочное пособие по микропроцессорам и микроЭВМ / Под ред. Л.Н. Преснухина. – М.: Высш. шк., 1988. |