Министерство образования Российской Федерации
Рязанская государственная радиотехническая академия
Кафедра радиотехнических систем
Пояснительная записка к курсовому проекту
по дисциплине: Цифровые и импульсные устройства
на тему Блок управления 4-хканальным ТВ передатчиком МВ. Устройство индикации
Рязань 2006 г.
Введение
В данной курсовой работепредстоит спроектировать устройство индикации на микроконтроллере KP1816BE51. Устройство индикации входит в блок управления 4-хканальным ТВ передатчиком. Также в этот блок входят: клавиатура, звук исинтезатор частоты.
При созданиирадиоэлектронной аппаратуры самого различного назначения в качестве встроенныхпроцессоров управления применяются специализированные микропроцессоры(микроконтроллеры), содержащие помимо процессорного ядра ещё и память, средстваввода-вывода и совокупность встроенных дополнительных узлов, предназначенныхдля выполнения определённых специфических функций управления.
Всё многообразиемикроконтроллеров, выпускаемых разными фирмами, условно можно разделить на двегруппы: специализированные микроконтроллеры и микроконтроллеры общегоназначения. Мы используем микроконтроллер общего назначения. Микроконтроллеробщего назначения совпадают со специализированными микроконтроллерами поархитектуре процессорного ядра и системе команд, отличаются тем, что ихвнутренние функциональные узлы используются для реализации типовых функцийуправления ( последовательный и параллельный ввод-вывод, фиксирование внешнихили внутренних событий, изменение временных интервалов, аналого-цифровое преобразование,управление стандартными шинами последовательного интерфейса и т.п.).
Вопросы построения,функционирования и применения микроконтроллера рассматриваются на конкретномпримере отечественно БИС КР1816ВЕ51, которая является полным функциональным аналогоммикроконтроллера 8051. Эта микросхема представляет собойвысокопроизводительную, экономичную 8-разрядную однокристальную микро-ЭВМ совстроенной постоянной программной памятью команд (ПЗУ) и встроенной памятьюданных (ОЗУ). Микроконтроллер содержит все узлы, необходимые для построенияавтономной (встроенной) микропроцессорной системы:
— 8-разрядный центральныйпроцессор;
— память программёмкостью 4 Кбайт;
— память данных ёмкостью128 байт;
— 4 канала параллельноговвода\вывода;
— порт последовательноговвода\вывода;
— два таймера\счётчика;
— схему прерываний;
-генератор тактовыхимпульсов.
Все микроконтроллерысемейства MCS-51 имеют единую базовую структуруРис.1. В состав микроконтроллера входят процессор (CPU), внутренне постоянное запоминающее устройство (IROM), внутренне оперативное запоминающееустройство (IRAM) и набор периферийных устройств. Кмикроконтроллеру могут быть подключены внешняя постоянная память (EROM) и внешняя оперативная память (ERAM). Процессор содержитарифметико-логическое устройство (ALU), шестнадцатиразрядный счётчик команд (PC), шестнадцатиразрядный регистр указатель данных (DPTR), восьмиразрядный регистр-указательстека (SP), генератор тактового сигнала (OSC). В состав ALU входят восьмиразрядные регистр-аккамулятор (A), вспомогательный регистр (B) и регистр слова состояния программы(PSW).
1. Анализ задачи и еёформализация
На основеоднокристального микроконтроллера необходимо разработать устройство индикацииблока управления 4-х канального ТВ передатчика МВ. Блок управления имеетчетырёхкнопочную клавиатуру, с нанесёнными на клавиши номерами каналов(2,3,5,6) и устройство индикации для отображения номера канала. Число разрядовлинейного дисплея, в данном случае, равно 1. Реализованная подпрограммаобработки нажатия клавиш помещает код нажатой клавиши в ячейку памяти, такимобразом, что клавише с номером “2” соответствует код 0, “3” – 1, “5” – 2, “6” –3, соответственно. Остальные нажатия не обрабатываются (например, одновременноенажатие двух и более клавиш), поэтому в отображении индикатором ошибки нетнеобходимости. Поскольку для отображения любого номера канала достаточноодноразрядного (имеющий одно знакоместо) индикатора, то режим индикации –статический. Обработка данных в программе – однобайтовая. Устройство индикациидолжно считывать код клавиши и адекватно отображать его обозначение на цифровомсветодиодном индикаторе АЛС359А (приложение 1). Максимальный ток на выходемикроконтроллера КР1816ВЕ51 составляет 1.6мА, а средний прямой ток потребленияодного сегмента индикатора АЛС359А – 22мА. Поэтому, необходимо использоватьэлемент согласования. В качестве элемента согласования (буфера) используемлогический элемент “НЕ” – К155ЛН3 (приложение 2). В одном корпусе микросхемыК155ЛН3 шесть логических элементов “НЕ”, а используемых сегментов индикатора –7, следовательно, необходимо две микросхемы К155ЛН3. Исходя из выбранногобуфера, в качестве которого используется инвертор, признаком свечения сегментаиндикатора является логический “0”.
Паспортное напряжениепитания индикатора – 2В, ток 22мА, на выходе инвертора 5В, следовательно,необходимы ограничивающие резисторы, сопротивление которых может быть вычисленопо следующей формуле:
R = 5/0.022 = 227.27 Ом. Ближайшеесопротивление из стандартного ряда – 220 Ом, это значение выберем в качествесопротивления ограничивающих резисторов.
Аппаратно — программныетребования:
Микроконтроллер имеет 4восьмиразрядных порта из которых подпрограмма индикации использует порт – Р2,так как вывода точки не требуется по техническому заданию, у Р2 остаётся одиннеиспользуемый разряд. Этот разряд (7) может использовать подпрограмма звука.
Микроконтроллер имеет 4банка памяти, из которых подпрограмма индикации использует – Банк №1.
2. Разработка,обоснование и описание общего алгоритма работы устройства
При включениимикроконтроллера мы должны пройти этап инициализации, который состоит: — установка начального значения регистра стека, установка требуемого банка; — установка режима таймера и коэффициента деления; — разрешение прерываний от таймера.
Алгоритм работыпрограммы индикации реализован следующим образом:
- восстановление словасостояния микроконтроллера с сохранением текущего; — чтение кода нажатойклавиши из буфера клавиатуры; — преобразование кода клавиши в его эквивалентноепредставление на семисегментном индикаторе; — вывод преобразованного кода впорт Р2; — сохранение текущего слова состояния и восстановление предыдущего.
3. Выбор и обоснованиеаппаратной части устройства
По техническому заданию,в качестве устройства обработки входных и выходных сигналов используетсямикроконтроллер КП1816ВЕ51, максимальный выходной ток которого не превышает1.6мА, следовательно, входной ток буфера должен быть не более этого значения.Выходной ток буфера должен быть не менее тока потребления одного сегментаиндикатора АЛС359А – 22 мА. Для реализации данного условия подходит микросхемаК155ЛН3.
4. Разработкаобслуживающей программы на ассемблере
На основании общегоалгоритма составленного в пункте 3, разработана программа.
Ниже приведён текст программы.
**************************MCS51****************************
* К У Р С О В А Я Р А Б ОТ А *
* на тему: Устройствоиндикации * * *
* выполнил: ст гр.816 *
* Гладилина Яна Вадимовна*
*************************************************************
* Программа выводаинформации на 7-сегментный индикатор *
* на МК КР1816ВЕ51 *
* Исходные данные: Номераканалов N=2,3,5,6 *
* Число разрядовлинейного дисплея N=1 * * *
FILLCHAR 00h; Заполнитьпромежутки между секциями нулями.
;--------------------------------------------------------------------
;************константы ипеременные **************
;--------------------------------------------------------------------
; обозначение переменных
Bank1: .EQU 008H; Банк 1
; Определение неперемещаемыхрегистров ----+ +-+-----+
P2: .REG 0A0H; P2 0+--|a| |; 1+--|b|+a-+ |; 2+--|c|f b |; 3+--|d|+-g| |; 4+--|e|e c |; 5+--|f|+d-+ |; 6+--|g| |;7| | | |; ----+ +-+-----+ .RSECT
; Определение перемещаемыхрегистров
IndPSW: .DS 1; хранениеPSW для индикации
VarPSW: .DS 1; хранениетекущего PSW
AddrSP: .DS 8; областьпод стек
Bit7ACC: .REG ACC.7
Bit7P2: .REG P2.7.DATA
; Преобразование двоичногокода в семисегмент-ный
Tabl7Seg: .BYTE24h, 30h, 12h, 02h
;-------------------------------------------------------------------
************************МАКРОСЫ*************************
;-------------------------------------------------------------------
; Сохранение текущего PSWв регистре VarPSW и восстановление IndPSW
;-------------------------------------------------------------------
RestoreIndPSW:.MACRO MOV VarPSW,PSW MOV PSW,IndPSW .ENDM
;-------------------------------------------------------------------
; Сохранение IndPSW иустановка прежнего PSW
;-------------------------------------------------------------------
SaveIndPSW: .MACROMOV IndPSW,PSW MOV PSW,VarPSW .ENDM
;-------------------------------------------------------------------
; Установка банкарегистров RB1 и начальная установка регистров
;-------------------------------------------------------------------
InitRegInd: .MACROMOV SP,#AddrSP DEC SP MOV IndPSW,#Bank1 RestoreIndPSW SaveIndPSW .ENDM
;-------------------------------------------------------------------
; Чтение символа дляi-того разряда индикатора из буфера клавиатуры
; в A
;-------------------------------------------------------------------
ReadSym: .MACROMOV A,BufKey .ENDM
;-------------------------------------------------------------------
; Преобразование цифры в7-сегментный код с сохранением состояния
; неиспользуемого впрограмме порта P0.7
;-------------------------------------------------------------------
Coder7Seg: .MACROMOV DPTR,#Tabl7Seg MOVC A,@A+DPTR .ENDM
;-------------------------------------------------------------------
; Вывод 7-сегментногокода
; с сохранениемнеиспользуемого разряда 7 порта Р2
;-------------------------------------------------------------------
OutputDat: .MACROMOV C, Bit7P2 MOV Bit7ACC, C MOV P2,A .ENDM
;-------------------------------------------------------------------
*********************ПРОГРАММА***************************
;-------------------------------------------------------------------
IntitSect: .SECTIONInitRegInd .CODE
IntHandle: RestoreIndPSWReadSym Coder7Seg OutputDat SaveIndPSW .END
канальныйпередатчик управление блок
5. Оценкабыстродействия устройства
Оценка быстродействияустройства вычисляется как суммарное время выполнения программы обработки, присамых неблагоприятных условиях, то есть по самым длинным ветвям условноговыполнения (если таковые имеются). Время выполнения программы индикации вданном случае может быть вычислено путём суммирования времени выполнения каждойкоманды в циклах.
Макросы:
RestoreIndPSW Тц=4 цикла
SaveIndPSW Тц=4 цикла
ReadSym Тц=1 цикл
Coder7Seg Тц=4 цикла
OutputDat Тц=5 циклов
Итого, при обработкекаждого прерывания, программа индикации использует Тц=18 циклов процессора.
Время выполнения макроса InitRegInd (Тц=4 цикла + Tц(RestoreIndPSW)+Тц(SaveIndPSW)=12 циклов) не оказывает влияния наобщее время работы программы индикации, поскольку выполняется однократно приинициализации.
6. Отладкаразработанной программы. Результаты отладки
Для автономной отладкипрограммы необходимо обеспечить функционирование таймера, т.е. начальнуюустановку значения делителя таймера и режим работы, а так же разрешитьпрерывания от таймера. Ниже приведен текст программы, со вставками необходимымидля автономной работы.
************************MCS51******************************
* К У Р С О В А Я Р А Б ОТ А *
* на тему: Устройствоиндикации * * *
* выполнил: ст гр.816 *
* Гладилина Яна Вадимовна*
*************************************************************
* Программа выводаинформации на 7-сегментный индикатор *
* на МК КР1816ВЕ51 *
* Исходные данные: Номераканалов N=2,3,5,6 *
* Число разрядовлинейного дисплея N=1 *
FILLCHAR 00h; Заполнить промежутки между секциями нулями.
;--------------------------------------------------------------------
;*************КОНСТАНТЫ иПЕРЕМЕННЫЕ *****************
;--------------------------------------------------------------------
; обозначение переменных
Bank1: .EQU 008H; Банк 1
; Следующие регистрыописаны в программе обработки клавиатуры.
; Их описание необходимопри автономном использовании программы
TimeDatL: .EQU 078H; задержка на 5000мкс. 5000 -> 1388h
TimeDatH: .EQU0ECH; его доп. код = 0EC78Ch
ModeT0: .EQU 0F1H; режим T0 — таймер в режиме 1
; Определениенеперемещаемых регистров ----+ +-+-----+
P2: .REG 0A0H; P2 0+--|a| |; 1+--|b|+a-+ |; Следующиерегистры описаны в программе 2+--|c|f b |; обработки клавиатуры. Их описание 3+--|d|+-g| |; необходимо при автономном использовании 4+--|e|e c |; программы 5+--|f|+d-+ |
PSW: .REG 0D0H; 6+--|g| |
TMOD: .REG 089H; 7| | | |
TCON: .REG 088H; ----+ +-+-----+
IE: .REG 0A8H ;
IP: .REG 0B8H ;
TL0: .REG 08AH;
TH0: .REG 08CH;
SP: .REG 081h ;
ACC: .REG 0E0H;; .RSECT ;
; Определение перемещаемыхрегистров
IndPSW: .DS 1; хранение PSWдля индикации; Следующие регистры описаны в программе обработки клавиатуры.; Ихописание необходимо при автономном использовании программы
BufKey: .DS 1; буфер клавиатуры
VarPSW: .DS 1; хранение текущего PSW
AddrSP: .DS 8; область под стек
Bit7ACC: .REG ACC.7
Bit7P2: .REG P2.7 .DATA
; Преобразование двоичногокода в семисегмент-ный
Tabl7Seg: .BYTE24h, 30h, 12h, 02h
;-------------------------------------------------------------------
************************МАКРОСЫ***************************
;-------------------------------------------------------------------
; Сохранение текущего PSW в регистре VarPSW и восстановление IndPSW
;-------------------------------------------------------------------
RestoreIndPSW:.MACRO MOV VarPSW,PSW MOV PSW,IndPSW .ENDM
;-------------------------------------------------------------------
; Сохранение IndPSW и установка прежнего PSW
;-------------------------------------------------------------------
SaveIndPSW: .MACROMOV IndPSW,PSW MOV PSW,VarPSW .ENDM
;-------------------------------------------------------------------
; Устанавливает T0 в режим 1 таймера с запретомвнешнего управления,
; загружает в таймердвухбайтовое число , запускает T0
; необходимо дляавтономной работы
;-------------------------------------------------------------------
InitTimerT0: .MACRO TH,TL CLR TR0 ORL TMOD,#0FH ANL TMOD,#ModeT0MOV TL0,#TL MOV TH0,#TH SETB TR0 .ENDM
;-------------------------------------------------------------------
; Установка разрешениявсех прерываний и прерываний от таймера T0
; необходимо дляавтономной работы
;-------------------------------------------------------------------
InitIntT0: .MACRO SETB EA SETB ET0 CLR PT0 .ENDM
;-------------------------------------------------------------------
; Установка банкарегистров RB1 и начальная установка регистров
;-------------------------------------------------------------------
InitRegInd: .MACROMOV SP,#AddrSP DEC SP MOV IndPSW,#Bank1 RestoreIndPSW SaveIndPSW .ENDM
;-------------------------------------------------------------------
; Чтение символа для i-того разряда индикатора из буфераклавиатуры
; в A
;-------------------------------------------------------------------
ReadSym: .MACROMOV A,BufKey .ENDM
;-------------------------------------------------------------------
; Преобразование цифры в7-сегментный код
;-------------------------------------------------------------------
Coder7Seg: .MACROMOV DPTR,#Tabl7Seg MOVC A,@A+DPTR .ENDM
;-------------------------------------------------------------------
; Вывод 7-сегментногокода
; с сохранениемнеиспользуемого разряда 7 порта Р2
;-------------------------------------------------------------------
OutputDat: .MACROMOV C, Bit7P2 MOV Bit7ACC, C MOV P2,A .ENDM
;-------------------------------------------------------------------
************************ПРОГРАММА************************
;-------------------------------------------------------------------
VectIntSeg: .SECTION.ORG 0000H JMP Init .ORG 000BH JMP IntHandle .CODE
Init: InitTimerT0TimeDatH,TimeDatL InitIntT0 InitRegInd
U_LOOP: SJMP U_LOOP; бесконечный цикл — имитация;основной программы
IntHandle: RestoreIndPSWReadSym Coder7Seg OutputDat SaveIndPSW RETI .END
Заключение
В настоящей курсовойработе была разработана программная и аппаратная часть устройства индикацииблока управления 4-х канальным ТВ передатчиком МВ. Быстродействие программыиндикации не требовательно к времени выполнения, однако при разработке былиучтён тот факт, что целесообразней оставить больше процессорного времени навыполнение других программ (обработки клавиатуры, синтезатора, звуковойиндикации), которые более требовательны к времени. При написании программыиндикации была предпринята попытка максимально оптимизировать выполняемый код,уменьшая его размер. Дальнейшая оптимизация вряд ли возможна и необходима,поскольку логика работы достаточна проста.
Список использованныхисточников
1. Сальников Н.И.Микроконтроллеры 8051 в устройствах управления радиоэлектронных приборов.: Учебное пособие,: РГРТА – Рязань 1999.
2. Бородин В.Б.,Шагруин М.И. Микроконтроллеры. Архитектура, программирование, интерфейс.: Справочник – М.,: ЭКОМ, 1999.
3. Гребнев В.В.Однокристальные микроЭВМ семейства MCS-51 фирмы Intel. -С-Пб.,: ЭФО,1997.
4. Аванесян Г.Р.,Лёвшин В.П. Интегральные микросхемы ТТЛ, ТТЛШ.: Справочник, — М.,: Машиностроение, 1993.
5. Лисицын Б.Л.Отечественные приборы индикации и их зарубежные аналоги.: Справочник – М.,: Радио и связь, 1993. (МРБ вып. 1165)
6. Романычева Э.Т.,Иванова А.К., Куликов А.С. и др. Разработка и оформление конструкторскойдокументации радиоэлектронной аппаратуры: Справочник.: Под редакцией Э.Т.Романычевой. 2-е издание переработанное и дополненное. – М.: Радио и связь,1989.