Министерство Образования Российской Федерации
Марийский Государственный Технический Университет
Кафедра ПП ЭВС
Вычислитель аналоговогосигнала
Пояснительная записка ккурсовому проекту
по предмету ПЦ и ПУ ЭВС
Выполнил: ст. гр. ЭВС-32у
Казанцев С.В.
Проверил:
Кошкин В.В.
Йошкар-Ола
2003
Аннотация
вычислитель аналоговый сигнал протокол
В настоящем курсовом проекте был разработанспециализированный вычислитель для обработки аналогового сигнала. Данныйвычислитель реализует ввод сигнала, отображение результата на индикаторе,накопление по каждому из каналов с усреднением по времени на интервале,определение среднеквадратического значения параметра, отбрасывание крайнихзначений, сравнение каждого сигнала по уровню с тремя значениями, выводрезультатов по стандартному протоколу. Основанием для разработки являетсязадание на курсовое проектирование.
Курсовой проект выполнен на листах, содержит чертежей.
Summary
In the present course project the specialized calculatorfor processing an analog signal was developed. The given calculator realizesinput of a signal, display of result on the indicator, accumulation on each ofchannels with averaging on time on an interval, definition of meaning ofparameter, rejection of extreme meanings, comparison of each signal on a levelwith three meanings, conclusion of results under the standard protocol. Thebasis for development is the task for course designing.
The course project is executed on sheets, contains of thedrawings.
Задание на курсовой проект
Разработка специализированного вычислителя для обработки аналоговогосигнала.
Число входных сигналов: аналоговых 2
Величина входного аналогового напряжения Uвх ±0,5В
Максимальная основная частота входного сигнала 10 кГц
Максимальная длинна проводников до источника
первичного сигнала – не более 0,3 метров
Вывод информации – на цифровое табло,
число строк 2
число столбцов 6
Элементы индикации семисегментные индикаторы
Время формирования сигнала на выходе – не более 0,1 сек
Точность представления информации – не хуже 0,1%
Функциональная клавиатура.
Функции системы:
— ввод сигнала
— отображение результата на индикаторе
— накопление по каждому из каналов с усреднением по времени на интервале
— определение среднеквадратического значения параметра
— отбрасывание крайних значений
— сравнение каждого сигнала по уровню с тремя значениями
— вывод результатов по стандартному протоколу.
Содержание
1. Техническое задание
1.1 Введение
1.2 Основание для разработки
1.3 Технические требования
1.3.1 Состав изделия
1.3.2 Технические параметры
1.3.3 Принцип работы
1.4 Технические требования
1.4.1 Требования к надежности
1.4.2 Условия эксплуатации
1.4.3 Требования безопасности
2. Техническое предложение
2.1 Обзор литературы
3. Техническое проектирование
3.1 Разработка принципиальной схемы
3.1.1 Структурная схема устройства
3.1.2 Функциональная схема устройства
3.1.3 Принципиальная схема устройства
3.2 Проверочные расчеты
3.2.1 Расчет на потребляемую мощность
3.2.2 Расчет на нагрузочную способность
3.2.3 Расчет на задержку формирования сигнала
4. Программная часть
4.1 Разработка программы
4.2 Текст программы
Заключение
Список литературы
1. Техническое задание
1.1 Введение
Данное техническое заданиераспространяется на разработку схемы электрической принципиальной системывычислителя, предназначенного для обработки аналогового сигнала и выводрезультатов на цифровое табло.
1.2 Основание для разработки
Основанием для разработки являетсязадание на курсовой проект по дисциплине «Проектирование центральных ипериферийных устройств ЭВМ». Тема: «Вычислитель для обработкианалогового сигнала».
1.3 Технические требования
1.3.1 Состав изделия
Проектируемое изделие должносодержать следующие устройства:
Микроконтроллер, ОЗУ, ПЗУ, АЦП,табло 2 строки по 6 столбцов, должен содержать клавиатуру (12 клавиш), 2входных аналоговых канала.
1.3.2 Технические параметры
Величина входного аналогового напряжения Uвх ±0,5В
Максимальная основная частота входного сигнала 10 кГц
Время формирования сигнала на выходе – не более 0,1 сек
Точность представления информации– не хуже 0,1%
Объем памяти: ОЗУ – 128 Кбайт, ПЗУ – 32 Кбайт
Используемый тип микроконтроллераMCS–196
1.3.3 Принцип работы
Принцип работы данного устройствазаключается в считывание информации в аналоговой форме по двум каналам, еепреобразовании, обработке (усреднение на интервале 5 сек, вычислениемаксимального и минимального разброса от среднего значения), хранении цифровыхсигналов и выводом результатов на цифровое табло.
1.4 Технические требования
1.4.1Требования к надежности
Надежность — это физическоесвойство, которое зависит от количества и качества, входящих в изделиеэлементов, условий, в которых оно эксплуатируется. Надежность — это свойствоприбора выполнять заданные функции и при этом сохранять свои параметры взаданных условиях эксплуатации и в течение определенного промежутка времени.
Показатели надежности должнысоответствовать ГОСТ 25359-82.
1.4.2Условия эксплуатации
Разрабатываемый вычислитель набазе контроллера MCS 8ХС196NTпредполагается эксплуатировать в условиях УХЛ 4.2 ГОСТ 15150 — 69 при следующихусловиях:
-температура окружающей среды от+1 до +50°С
-относительная влажность воздухапри температуре +50°С и ниже без конденсации влаги до 90%
-циклическое воздействиетемператур от +1 до +50°С
-атмосферное давление от 5.3 до7.7 кПа от 400 до 790 мм.рт.ст.
Примечание: механическиевоздействия в данной курсовой работе не рассматриваются.
1.4.3Требования безопасности
Требования безопасности должнысоответствовать ГОСТ 12.2.006-87. Надежная работа вычислителя должнаобеспечиваться выбором условий эксплуатации.
При эксплуатации вычислителянеобходимо следить за правильностью распайки выводов разъемов и обеспечением ихмеханического крепления, а также надежного заземления всего изделия в целом.
При пайке выводов микропроцессора и других микросхем следует приниматьмеры исключающие повреждение из-за перегрева, механических усилий, статическогонапряжения.
2. Техническое предложение
2.1 Обзор литературы
Рассмотрим несколькоинформационно-вычислительных систем, послуживших при проектировании аналогамисоздаваемой системы сбора информации. Пример опроса MIDI-клавиатуры,обрабатываемой однокристальной микро-ЭВМ К1816ВЕ35.
Микро-ЭВМ – это устройство,занимающееся обработкой информации и управлением работы частей MIDI-клавиатуры. Она имеет специальные двунаправленныевыводы, позволяющие создать совмещенную шину адреса/данных, и портввода/вывода, к которому подключен блок клавиатуры.
Блок клавиатуры состоит из набораклавиш, которые последовательно опрашиваются сигналами с порта ввода/выводамикро-ЭВМ. При нажатии клавиши выставляется сигнал, вызывающий прерываниепрограммы микро-ЭВМ. По этому прерыванию сигналы, установленные на выводахпорта, запоминаются в памяти микро-ЭВМ, и далее используются как код нажатойклавиши.
Генератор вырабатывает и выдаетна соответствующие входы микро-ЭВМ тактовые сигналы заданной частоты.
Схема выборки адреса выделяет исохраняет сигналы адреса во время цикла совмещенной шины адрес/данные.
Считывание с ППЗУ производитсячерез шину адреса/данных под управлением специальных сигналов микро-ЭВМ.
Через MIDI-выход осуществляется передача цифровойкодированной информации на проигрывающее устройство.
В качестве первого примераструктурной схемы контроллера была выбрана структурная схема автоматизированнойсистемы контроля (АСК) [1].
В таких системах необходимаяинформация об объекте контроля, формируется с помощью измерительных датчиков,установленных на нем. В микропроцессорных автоматизированных системах контролявыполняется обработка и промежуточное хранение информации, как в едином измерительномблоке системы, так и в местах, максимально приближенных к источнику информации.
Структурная схема АСКцентрализованного типа с внутренней магистралью приведена согласно рисунку 1.
Принцип объединения компонентов микроЭВМ ипериферийных устройств с помощью общей магистрали позволяет легкомодифицировать систему в соответствии с конкретными потребителями. Каждоеустройство подключается к магистрали с помощью стандартного интерфейса. Основу схемыАСК составляет процессор, выполняющий функции преобразования поступающей свнешних датчиков (Д1…… ДN) информации и ее распределениепо оконечным узлам.
АСК может быть выполнена наоснове серийно выпускаемой микроЭВМ с собственной памятью данных, либоспециализированная микроЭВМ, которая дополняется блоком ОЗУ, где хранятсяинформационные массивы, участвующие в обработке. Тип микропроцессорных схем иконкретные характеристики проектируемой системы накладывают особенности наструктуру процессора.
Интерфейсные блоки — устройстваввода и устройство вывода ориентируются на стандартную форму обмена информациейпо магистрали. В накопителе полученная информация сохраняется длительное время,а при регистраторе документируется. Пульт управления и контроля необходим для заданиярежима работы АСК, оперативного контроля хода измерений и, при необходимости,вмешательства в процедуру обработки информации.
Таймер синхронизирует работу всейсистемы, и его сигналы могут служить метками реального времени.
В качестве второго примера былавыбрана схема одноплатного микроконтроллера мМС1204 [2], которая приведенасогласно рисунку 2.
/>
Рисунок 1 — Структурная схема АСКцентрализованного типа.
Базовой моделью семейства является микроконтроллер мМС1200 [3], которыйпредставляет собой законченную одноплатную МС общего назначения смагистрально-модульной архитектурой открытого типа. Основой МС служит шина И41[3]. На плате отсутствуют какие-либо средства для реализации специальныхфункций, ориентированных на конкретные применения. Специфичность иразнородность таких средств привели бы к перегрузке платы и ее не эффективномуиспользованию. Поэтому основное внимание было уделено интегрированиюдействительно универсального базового набора программно-аппаратных средств,обладающего функциональной завершенностью и обеспечивающего применениемикроконтроллера в качестве ядра информационных систем.
/>
Рисунок 2 — Схема одноплатногомикроконтроллера мМС1204
В состав микроконтроллера входят:8-разрядный процессор, ПЗУ, ОЗУ, два последовательных интерфейса типа ИРПС ипараллельный интерфейс типа ИРПР. Системный таймер (СТ) совместно с 8-уровневойсистемой прерываний (СП) обеспечивает поддержку режима реального времени,который характерен для многих применений микроконтроллера. Внутрисистемнаямагистраль организует многоплатные расширения микроконтроллера с помощью специальныхи системных модулей, таких как модуль аналогового ввода или системная памятьсоответственно.
В [1] найдена структурная схемавычислителя на базе заданного процессора поясняющая принцип действия микроЭВМ,которая представлена согласно рисунку 3.
Схема включает следующие узлы:
-микропроцессор;
-блоки ПЗУ и ОЗУ;
-блоки устройств ввода/вывода.
Микропроцессор выставляет на шину адреса (ША) адрес того блока, ккоторому необходимо обратиться во время той или иной фазы. Вместе с этим нашину управления (ШУ) выставляется управляющий код, необходимый для настройкиблока по выставленному адресу. Например, для задания режима чтения ОЗУнеобходимо на шину адреса выставить адрес необходимой ячейки ОЗУ, а на шинууправления подать сигнал RD.
/>
Рисунок 3
По шине данных (ШД) происходитобмен данных между микропроцессором и блоками вычислителя. Данные пересылаютсяпосле установки адреса на шине адреса и сигналов управления на шине управления.
Количество устройств ввода-вывода в вычислителе может быть различным. Ихприсутствие в микроЭВМ обязательно, так как при их отсутствии отпадаетнеобходимость в самом вычислителе. Для обмена информацией между микроЭВМ иустройствами ввода-вывода также необходимо адресовываться к ним и посылатьуправляющие коды по шинам.
Ввод сигнала, его представление в дискретную форму, проводится с учетомтребуемого интервала дискретизации, определяемого теоремой Котельникова,согласно формуле (1). Величина Dtопределяет временной интервал только для одного сигнала.
/> (1)
где fB — верхняягармоника сигнала, Гц
/> (2)
где f0 — частотасигнала, Гц
/>
/>
Быстродействие АЦП составит 25мкс. Разрядность АЦП определим исходя из погрешности представления информации dПР
/> (3)
/>
Определим число разрядов АЦПисходя из формулы (4)
/> (4)
где n — число разрядов
/>
Тогда
/>
Выбираем АЦП с разрядностью n=12и частотой f ³ МГц.
Выбираем АЦП AD 1671 по [9], у которого n=12, f= МГц.
Расчет ОЗУ произведем следующим образом
/> (5)
где m — количество каналов;
Dt — временной интервал накопления, с
Dt зададимся 0,1 с., тогда количество измерений на интервалебудет состовлять 0,1/25 10 -6=4000.
/>
Таким образом, ОЗУ составит 128КБайт. Выбираем микросхему
В соответствии с техническимзаданием информационно-вычислительная система обработки сигналов должносостоять из следующих устройств: микроконтроллер, ПЗУ, ОЗУ. Клавиатура — 12функциональных клавиш, устройство ввода аналогового сигнала (подсистема вводасигнала), LPT-порт и семисегментная индикация, состоящего из 6 столбцов, 2строк.
Устройство ввода аналоговогосигнала имеет два входа, где аналоговый сигнал преобразуется в цифровой код,выставляется на шину данных. Далее эти данные записываются в ячейку памяти ОЗУдля накопления и хранения информации. Сигналы шины адреса фиксируется врегистре адреса. После обработки информации выводится на информационное таблособранное на семисегментных индикаторах.
ПЗУ предназначено для хранениякоманд программы.
Оперативное управление работойсистемы осуществляется с клавиатуры.
3. Техническое проектирование
3.1 Разработка принципиальнойсхемы
3.1.1 Структурная схемаустройства
Структурная схема представлена нарисунке 1.
/>
Рисунок 1. Схема структурная.
Устройство содержит процессорныйблок, к встроенным портам которого подключен порт клавиатуры. Через совмещеннуюшину адреса/данных подключается АЦП — имеющий 2 аналоговых входа, внешнее ОЗУ иблок отображения информации. Сигналы шины адреса фиксируются в регистрах адресапо сигналу ALE.
АЦП управляется специальнымисигналами микроконтроллера, ОЗУ – встроенным в микроконтроллер блокомуправления внешней памяти, блок отображения – непосредственно сигналами с шиныадреса и шины данных.
3.1.2 Функциональная схемаустройства
Процессорный блок (Рисунок 2)обеспечивает преобразование полученной информации, управление режимами работыпериферийных устройств, инициализацию всего устройства по включении питания.
Основным устройством этого блока являетсямикроконтроллер. Он включает в себя 20-битный центральный процессор, которыйсоединен с контроллером прерываний и с контроллером памяти через 16-битнуювнутреннюю шину CPU. Расширение этой шины соединяет CPU со встроеннымипериферийными модулями Дополнительно: по 8-битной шине CPU передаются командныебиты от контроллера памяти к регистру команд в регистровом арифметическомустройстве. Тактовую частоту микроконтроллера задает внешняя генерирующаяцепочка с кварцевой стабилизацией. Она подключается к его входам XTAL1 и XTAL2. Сброс устройства осуществляется подачей низкого уровнянапряжения на вход «RESET». Используемыми при построении системысбора информации встроенными периферийными модулями микроконтроллера являются:один однонаправленный (вывод) и два двунаправленных восьмиразрядных портаввода/вывода, программируемый таймер, модуль высокоскоростного ввода/вывода(HSIO), встроенное ПЗУ на 32Кбайт.
/>
Рисунок 2. Процессорный блок.
Два порта ввода/выводаиспользуются в качестве мультиплексированной 16-разрядной шины адреса/данных(сигналы AD0-AD15), которые сами настраиваются на этот режим при включениипитания.
Для формирования сигнала адресадля ОЗУ и внешних устройств используется регистр адреса, запись в которыйпроисходит при активном уровне сигнала ALE. Блокклавиатуры подключается через встроенные порта ввода-вывода процессора.
/>
Рисунок 3. Подключениеклавиатуры.
Данные с них считываются при обращении вычислителя к порту.
Блок отображения информации(Рисунок 4) осуществляет вывод данных на семисегментные индикаторы, состоящиеиз 2 строк и 6 столбцов.
/>
Рисунок 4. Блок отображенияинформации.
Отображение производитсяследующим образом: при обращении к соответствующему порту, ПЛМ преобразуетпоступившую с регистра адреса информацию в сигнал управления SEL1,переводит в активное состояние регистры данных и тем самым разрешает включениеразрядов отображаемого символа на индикаторах. Одновременно код с регистровадреса поступает на входы дешифраторов, работа которых также разрешаетсясигналом SEL1. Запись в дешифраторы осуществляется задва цикла обмена, в зависимости от состояния линии А4 включается дешифратор. Взависимости от поступившего адреса дешифраторы включают тот или иной индикатор.
При работе с АЦП (Рисунок 5)микроконтроллер переходит на адрес 030000, по которому в адресном пространствесистемы подразумевается 16-битная ячейка памяти, предназначенная для храненияпреобразованного цифрового кода одного из входов АЦП.
/>
Рисунок 5. Блок ввода аналоговойинформации.
Сигналы адреса поступают на входПЛМ, которая отслеживает соответствие его диапазону адресов, выделенных дляАЦП, и преобразует сигналы шины адреса в сигнал SEL0,управляющий счетчиком с одновременным чтением состояния АЦП, передающим адресаналоговому мультиплексору. Аналоговый сигнал проходит через соответствующуюсхему коррекции, которая согласовывает уровень и форму входящего сигнала так,чтобы он имел наименьшие искажения, на вход АЦП.
На вход CLCАЦП поступает тактовая частота, получаемая с процессора. Происходит запускподпрограммы обработки прерывания. Подпрограмма осуществляет проверкуготовности данных АЦП по сигналу готовности преобразования (выход ГТ), которыйпоступает на вход «HSI.0» блока HSIO. Если данные готовы, то посигналу RDA (сигнал RD,разрешенный сигналом SEL0) происходит чтения с шиныданных преобразованного значения, выставляется адрес следующего аналоговоговхода, и запускается программируемый таймер, который через несколько тактовобращается к порту запуска АЦП, разрешая тем самым преобразование входногосигнала. Процесс повторяется. Выходной регистр АЦП выдает преобразованный кодна шину данных только по сигналу «RD»микроконтроллера.
При необходимости выборки ипреобразования сигнала с максимальной заданной частотой со всех аналоговыхвходов микроконтроллер вынужден обращаться к АЦП через:
t=1/(2*fmax)=1/(2*100)=5 мкс;
где t-период обращения,рассчитывается по теореме Котельникова.
fмах=200кГц; — максимальнаячастота сигнала;
Работа микроконтроллера с внешней ОЗУ (рис.6) осуществляется с помощьювстроенного контроллера внешней памяти, выставляющего сигналы записи WR,сигналы А17, А18 и сигнал ALE наличия на шине адреса/данных сигналов адреса.
/>
Рисунок 6. Внешнее ОЗУ.
Обмен информацией междумикроконтроллером и ОЗУ идет по шине адреса/данных частями, по машинному словув 16 бит. При формировании адреса сигналы адреса фиксируются в регистре адресаи подаются на адресные входы микросхем ОЗУ. Чтение и запись данных в ОЗУпроизводится по одним и тем же выводам. Запись сопровождается подачей насоответствующий вход ОЗУ сигнала «WR», а егонеактивное состояние подготавливает ОЗУ для считывания. Код адреса по сигналу ALE сохраняется в специальных регистрах, которые удерживаютего на входах ОЗУ в то время, когда на совмещенной шине адреса/данныхвыставлены данные. ОЗУ активизируется только тогда, когда на шину выставляетсяадрес, содержащий в старшем, А17 разряде слова адреса «1» (выборакристалла CS2) и в А18 (А19) разряде слова адреса «0».При установление иных значений А17 и А18 обмен с ОЗУ запрещается, тем самымпредотвращая конфликты с дешифратором адреса. Карта распределения адресногопространства проектируемого устройства представлена в таблице 1.
Таблица 1. Карта распределенияадресного пространства.
07FFFFH
040000H Память данных 128кбайт
00FFFFH
00C000H Не используется
00B002H
00B001H
00B000H
Чтение цифровых входов
Запуск АЦП
Чтение АЦП
00AFFFH
00A000H Порты индикатора
009FFFH
002000H Внутреннее ПЗУ 32кбайт
001FFFH
001F00H Внутренние спецрегистры
001EFFH
000600H Не используется
0003FFH
000100H Внутреннее ОЗУ
0000FFH
000018H Регистровое ОЗУ
000017H
000000H Спецрегистры процессора
2.1.3 Принципиальная схема
Аналоговые сигналы поступаютчерез разъем XS1 и резисторы R1,R5 на выводы 2 операционных усилителей DA1…DA2. Операционные усилителиусиливают сигналы приблизительно в 10 раз, после чего они поступают на входы D аналогового коммутатора DD2. Взависимости от того, какой адрес выставлен на адресном входе А0… А3, один из 2сигналов поступает на его выход Q (в.32 DD4). Резисторы R1…R4,R5…R8 предназначены дляустановки коэффициента усиления операционных усилителей. Резисторы R1…R6 служат для балансировкиоперационных усилителей.
Сигнал, поступающий на вход INАЦП (в.15 DA3) преобразовывается в цифровой код.Преобразование происходит при поступлении импульсов на вход CLCот процессора DD4. После окончания преобразования навыходе RAD (в.7 DA3) появляетсялогическая «1», поступающая на вход SCOпроцессора. С выходов D0…D11АЦП цифровой код поступает на регистры «защелки» выполненных намикросхемах DD5, DD6. Регистры записывают и содержатдостоверную информацию при наличии на входах CLK и EZ (в.11, 1 DD5, DD6) сигнала RDA. Сигнал RDA формируется логическимсложением микросхемой DD1.2 сигналов RD(чтение процессором из внешнего источника) и SELO(выбор порта). Все остальное время выходы регистров находятся в третьемсостоянии для устранения искажений информации. С выходов регистров информацияпоступает на входы AD для обработки и хранения в ОЗУ.Номер канала устанавливается циклически по сигналу чтения АЦП путем подачи навход счетчика DD3. Разрешение записи в регистросуществляется сигналом SELO и происходит во времядействия сигнала чтения АЦП.
Накапливаемая контроллероминформация хранится в шестнадцатиразрядном ОЗУ, организованной в две «страницы»объемом по 128 Кбайт. Обмен с ОЗУ производится за два шинных цикла. Во времяпервого цикла на выводы AD0…АD15процессора DD4 выставляется адрес, который фиксируетсяв регистрах адреса выполненных на микросхемах DD7, DD8. Фиксация адреса происходит при выставлении процессоромсигнала на выходе ALE, который подается на входы CLK микросхемы регистров адреса (в.11 DD9,DD10). После снятия сигнала CLKна выходах Z регистров остается адрес в ОЗУ, которыйподается на адресные входы микросхем памяти DD10, DD11. Во время второго цикла процессор выставляет сигнал WR, поступающий на входы W/R микросхем ОЗУ (в.29 DD10, DD11), на выводы AD0…АD15 информацию, которая подается на выводы DIOи производит запись информации в ОЗУ. Если сигнал WR невыставляется процессором, ОЗУ находится в режиме «чтение» и процессорможет считывать данные, поступающие на выводы AD0…AD15. Сигналы с выводов А17…А19 так же подаются на входы ОЗУ CS2 и CS1 (DD3,DD7) и CS1 (DD8,DD14) соответственно. При наличии логической «1»на линии А17 и логического «0» на линии А18 разрешается чтение илизапись в первую «страницу» памяти (DD3, DD7). При наличии логической «1» на линии А17 илогического «0» на линии А19 разрешается запись или чтение во вторую «страницу»памяти (DD8, DD14). При наличиилогического «0» на линии А17, ОЗУ блокируется и производится записьадреса в дешифратор адреса DD2.
Дешифратор адреса собран намикросхемах DD2, DD1.1 и DD1.2. Сигналы с выходов процессора А17…А19 поступают навыводы 1, 2 DD1.1 и вывод 5 DD1.2соответственно. При наличии на этих выводах логического «0», навыводе 6 DD1.2 появляется строб импульс обращения кпорту, подающий на вход CS микросхемы DD2.На линиях AD0…AD15 процессорвыставляет адрес порта, который подается на адресные входы DD2.На выходах D0 микросхемы DD4появляется управляющий сигнал SEL0…3, соответствующийвыбранному порту.
Индикатор собран на семисегментных индикаторах 2х6. Процессорвыставляет адрес на линиях АD0-4, записывает его врегистр адреса. При обращении процессора к порту индикатора DD2выставляет на выводе 17 сигнал SEL1. Параллельносигналы с линий AD0-15 записываются как отображаемаяинформация в регистры DD13 и DD14.Запись производится при наличии на входах CLK регистровсигнала SEL1. Одновременно по сигналу SEL1адрес из регистра адреса поступает на дешифратор DD12,который, дешифруя поступившую на вход информацию, выбирает необходимый столбецдля отображения информации. Информация из регистров DD13и DD14 подается на индикаторы, включение которогопроисходит от дешифратора.
Цепь питания +5В содержит семь блокировочных конденсаторов C3-9, по одному на каждые три микросхемы, предназначенных дляфильтрации помех, свойственных цифровым схемам.
3.2 Проверочные расчеты
3.2.1 Расчет потребляемоймощности
Расчет потребляемой мощностипроизводится по формуле:
/>
где: Pn– мощность, потребляемая микросхемой или иной радиодеталью, Вт; n – количество радиодеталей.
Таблица 2Тип микросхемы Потребляемая мощность, мВт Количество корпусов AD1671 350 1 591КН3 30 1 140УД6 75 2 8XC196NT 1000 1 61256 300 2 1533ИЕ5 75 2 1533АП6 120 1 1533ЛН1 270 1 155ЛЛ2 300 1 1533ИР22 275 7 1533ИД3 75 2 PPI 200 1 PLM 130 1
Рmax=0,35*1+0,030*1+0,075*2+1*1+0,3*2+0,075*2+0,12*1+0,27*1+
0,3*1+0,275*7+0,075*2+0,2*1+0,13*1=5,375Вт
Полученное значение потребляемоймощности является приемлемым.
3.2.2 Расчет на нагрузочнуюспособность
Наиболее нагруженным элементомявляется процессор. Основное число потребителей его сигнала подключено к линиямAD. Максимальное число входов, подключаемых к одномувыходу достигает 2 в двух режимах: отображение информации на индикаторе и обменс ОЗУ. Максимальный ток, который может отдавать один выход процессора – 25 мА. Токпотребляемый входами микросхем: 1533ИД3 – 1,7 мА; 1533ИР22 – 1,5 мА; 61256 – 2мА;
При отображении на индикаторе потребление от одного входа составляет:1,5+1,7=3,2 мА что является удовлетворительным, так как значительно меньшемаксимально допустимого. При обмене с ОЗУ ток потребления составляет: 1,5+2=3,5что также является удовлетворительным.
3.2.3 Расчет на времяраспространения сигнала
Важным и наиболее затратным повремени является обмен с портами. Сигналы распространяются по нескольким путям,при этом может возникнуть ситуация «гонки по тракту». Наиболеекритичным выберем чтение информации из АЦП процессором, так как принесоблюдении ограничений, накладываемых используемой элементной базой возможнысерьезные искажения информации. Тактовая частота процессора составляет 20МГц.Тогда период обмена по шине составляет 0.05 мкс. Расчет времени распространениясигнала по цепи производится по формуле:
/>;
где: tЗn – время задержки прохождения сигнала черезмикросхему, нс.
/>;
где: tФ– время нарастания сигнала, нс; tВ – времявыдержки информации, нс.
Время распространения сигнала поцепи обращения к порту составляет:
/>
Время распространения сигнала отшины процессора до регистра АЦП превышает время шинного цикла. Так как чтениеинформации происходит во время второго шинного цикла, данная ситуация непротиворечит условиям нормальной работы схемы.
3.3 Программная часть
3.3.1 Разработка программы
/>
Рисунок 7 – алгоритм основнойпрограммы
/>
Рисунок 8 – алгоритм обработкипрерываний
3.3.2 Текст программы
Инициализация устройства
Init:
Ldb 2018H,#11000110b;Загрузка конфигурации кристалла Ldb14H,00H
Ldb P5_MODE, 00H; Стандартный ввод/вывод
Ldb P5_DIR, FFH; Выход с открытым стоком
Ldb P5_REG,#10010010; Направление ввода/вывода
Ldb P1_REG,#0001110b; Настройка портаклавиатуры на в/в
Nop
Nop
EI
RET; Конец инициализации;
Обработка ввода с АЦП
Inp:
Pusha; Сохранение регистров
Push AX, BX, CX, DX, FX
Stb B000H,#00000000b; Установка номера входного канала
Nop; Задержка на преобразование .
Nop
Ld AX,(B002H); Чтение данных из АЦП
Ld (10000H),AX;Запись в память данных
Nop
Pop FX, DX, CX, BX, AX;Восстановление регистров
Popa
RET;
Конец ввода
Заключение
В данной работе были рассмотреныразные варианты схемной реализации вычислителя выполненного на микропроцессореMCS 8ХС196NT. Проведен анализ и выбор решения,соответствующего требованиям технического задания, а также его обоснование. Наосновании проведенного анализа можно сделать вывод, что принятое схематическоерешение оптимально и соответствует всем требованиям, оговоренным в техническомзадании на разработку.
/>Список использованной литературы
1. В.В. Кошкин и др. Микропроцессоры в конструкциях и технологиипроизводства ЭВА//Учебное пособие; Й-Ола, 1987г.
2. Справочник «Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги»Перельман Б.Л., Шевелев В.В.
3. М. Гук «Энциклопедия: Аппаратные средства IBM PC» Санкт-Петербург: Питер,2000.
4. М. Айден «Аппаратные средства PC»Санкт-Петербург: Питер, 2-е изд.
5. Справочник «Применение цифровых микросхем серии ТТЛ и КМОП»Бирюков С.А.
6. «Проектирование цифровых устройств на однокристальныхмикроконтроллерах» В.В.Сташин, А.В.Урусов, О.Ф.Мологонцева.
7. Richard N. Evans, Christine Neffenger «Using the8XC196NT: application note» Intel, 1994.
8. «8XC196NTChmos microcontroller with 1 Mbyte linear address space» Advanceinformation, Intel, 1996
9. Analog Digital//Справочник; 1997г.