Проектирование управляющей микроЭВМ
Разработка управляющей микропроцессорной системы, реализующей взаимодействие с объектом управления. Программные средства системы, обеспечивающие выполнение заданного алгоритма управления. Процессорный модуль, интерфейс, упрощенной структурная схема.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.03.2012 |
| Размер файла | 2,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Режим работы каждого из каналов ВА, ВВ и ВС определяется содержимым регистра управляющего слова (РУС). Записав в него управляющее слово, микросхему можно перевести в один из трех режимов работы: режим 0 - простой ввод/вывод, режим 1 - стробируемый ввод/вывод, режим 2 - двунаправленный канал.
При подаче сигнала SR регистр управляемого слова устанавливается в состояние, при котором все каналы настраиваются в режиме 0 для ввода информации. Режим работы каналов можно изменять не только в начале, но в самом процессе выполнения программы. Благодаря этому одна микросхема может в определенном порядке последовательно обслуживать несколько различных периферийных устройств. При изменении режима работы любого канала все входные и выходные регистры каналов и триггеры состояния сбрасываются. Режимы работы каналов представлены на рисунке 18.
Таблица 8 - Режимы работы К580ВВ55
|
Сигналы на входах |
Направление передачи информации |
|||||
|
А1 |
А0 |
Р0 |
Р |
С |
||
|
Операция ввода (чтение) |
||||||
|
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
ВА - канал данных |
|
|
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
ВВ - канал данных |
|
|
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
ВС - канал данных |
|
|
Операция вывода (запись) |
||||||
|
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
Канал данных - ВА |
|
|
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
Канал данных - ВВ |
|
|
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
Канал данных - ВС |
|
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
Канал данных - РУС |
|
|
Операция блокировки |
||||||
|
Х |
Х |
Х |
Х |
1 |
Канал данных - третье состояние |
|
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
Запрещенная комбинация |
4.3 Блок индикации
По заданию цифры зачетной книжки необходимо выводить на 7-сегментный индикатор с частотой 31 Гц. Семисегментные индикаторы (ССИ) используются для отображения цифровой и буквенной информации. Они позволяют высвечивать десятичные и шестнадцатиричные цифры, некоторые буквы российского и латинского алфавитов, а также некоторые специальные знаки. Индикатор выбираем АЛС324А.
4.4 Логический элемент "НЕ"
Так как эта серия МК имеет низкую нагрузочную способность, невозможно прямое соединение МК с ССИ. Поэтому, для согласования микроконтроллера и индикатора по току, в качестве промежуточного усилителя тока воспользуемся логическим элементом К155ЛН2 (инвертор).
Микросхема представляет собой 6 инверторов с открытым коллекторным выходом.
Рисунок 20 - Микросхема К155ЛН2
Электрические параметры:
Номинальное напряжение питания, В55%;
Выходное напряжение низкого уровня, В0,4;
Выходной ток низкого уровня, мА-1,6;
Выходной ток высокого уровня, мА0,04;
Ток утечки на выходе, мА0,25;
Входной пробивной ток, мА1;
Ток потребления при низком выходном напряжении, мА33;
Ток потребления при высоком выходном напряжении, мА12;
Потребляемая статическая мощность на один логический
элемент, мВт19,7;
Время задержки распространения при включении, нс15;
Время задержки распространения при выключении, нс55.
4.5 Подключение индикаторов к микроконтроллеру
Для подсоединения индикаторов к микропроцессору между ними необходимо вставить логический элемент К155ЛН2 (инвертор).
Рисунок 21 - Схема подключения семисегментного индикатора
4.6 Подключение матричной клавиатуры к порту ввода/вывода
Широкое распространение в управляющих МПС получили наиболее дешевые некодирующие клавиатуры, которые представляют собой простую матрицу (требуемой размерности) двоичных переключателей, включенных на пересечении рядов и колонок матрицы и в которых идентификация и кодирование нажатой клавиши выполняются программой. Чаще всего в простых МПС используются матрицы клавиатур размерностью 4X4 или 5X5. Первые предназначены для ввода шестнадцатеричных кодов данных и команд, а вторые, кроме того, имеют еще и девять функциональных клавиш для управления режимом МПС.
Для нашей системы выберем первый вариант клавиатуры, структурная схема которой приведена на рисунке 25.
Рисунок 22 - Структурная схема некодирующей клавиатуры К580ВВ55
Здесь горизонтальные линии Рi матрицы (ряды) являются выходными, а вертикальные Кj (колонки) - входными. Один вывод каждой клавиши соединен с одной из колонок Кj, а другой - с одной из линий ряда Рi матрицы.
В таких некодирующих клавиатурах идентификация нажатой клавиши осуществляется по методу сканирования. Существо этого метода заключается в следующем: в каждый момент времени программным путем только на одной из выходных горизонтальных линий матрицы формируется сигнал логического нуля, на остальных горизонтальных линиях должен быть уровень логической единицы. Выдача сигнала 0 последовательно повторяется для каждой выходной линии. В рассматриваемом примере МПС должна последовательно сформировать четыре выходных кода: 1110, 1101, 1011, 0111. После каждой генерации кодов вертикальные линии матрицы опрашиваются МПС. Если при этом некоторая вертикальная линия Кj приобретает значение 0, то имеется возможность программным путем определить нажатую клавишу, так как сигнал на входной вертикальной линии будет иметь значение 0 только в том случае, если нажатая клавиша соединяет ее с линией Рi, на которой в данный момент времени присутствует уровень 0.
4.7 Контроллер прерываний, контроллер прямого доступа к памяти, программируемый таймер
Контроллер прерываний, контроллер прямого доступа памяти и таймер входят в состав однокристальной микроЭВМ К1816ВЕ51 (их принцип действия рассмотрен в пункте 2). Следовательно, включение дополнительных устройств в структурную схему управляющей микроЭВМ не требуется.
4.8 Логические элементы "ИЛИ-НЕ"
Дополнительными элементами для разрабатываемого устройства являются 2 логических элемента "ИЛИ-НЕ", реализуемых в микросхеме К555ЛА3, структурная схема которой представлена на рисунке 23. Данная микросхема представляет собой 4 элемента ИЛИ-НЕ, соединенные параллельно. Данная микросхема была выбрана по параметрам питания: +5В, а также по параметру энергопотребления данная микросхема является одной из самых экономичных среди своих аналогов. По результатам сделанного подбора микросхем составим уточненную структурную схему микро ЭВМ, и начертим функциональную схему управляющей микроЭВМ (приложение А).
Рисунок 23 - Структурная схема микросхемы К555ЛА3
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 24 - Уточненная структурная схема микро ЭВМ
5. Разработка алгоритма работы МПС
Обработка информации от цифровых датчиков и выдача управляющего воздействия y1 производится путем ввода значений x1, x2, x3 и вычисления булевой функции f1 (Х1, Х2, Х3) = . Значение состояний функции представлено в таблице 11.
Таблица 11 - Таблица состояний функции
|
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Y1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
0 |
0 |
1 |
0 |
|
|
0 |
1 |
0 |
0 |
|
|
0 |
1 |
1 |
0 |
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
|
1 |
1 |
0 |
0 |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
При единичном значении f1 вырабатывается управляющий сигнал y1=1 длительностью t1=35мкс. При обработке информации с аналоговых датчиков МП принимает коды NU1, NU2 с выходов АЦП и код константы К с регистра пульта управления. Далее вычисляется значение функции NU=f2 (NU1,NU2, К) =min (NU1, NU2+K) и сравнивается с константой Q, хранящейся в ПЗУ. В зависимости от результатов сравнения вырабатывается (аналогично y1) один из двух двоичных управляющих сигналов y2 или y3 заданной длительности по следующему правилу: если NU<Q, то выдать y2 длительностью t2=80 мкс, иначе выдать y3 длительностью t3=80мкс. Далее формируется управляющее воздействие Y4, для чего с АЦП вводится значение NU3 и производится вычисление по формуле:
Значение Y4 в виде 8-разрядного кода выдается на вход ЦАП.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 25 - Цикл 1 управляющей программы
Все двоичные переменные и константы, участвующие в вычислениях: NU1, NU2, NU3, К, Q, A0, A1, Y4 рассматриваются как целые без знака.
После выдачи всех управляющих воздействий проверяется состояние тумблера "СТОП" на пульте управления. Если СТОП=0, цикл управления начинается с начала, иначе выполняется процедура останова системы, включающая следующие действия: формируется сигнал установки системы в исходное состояние путем подачи на линию начальной установки интерфейса двух прямоугольных импульсов длительностью 30 мкс интервалом 30 мкс, выполняется команда процессора СТОП.
Блок-схема заданного цикла управления разбита на две части (рисунок 25 и 26), общая блок-схема представлена на рисунке 27.
В общем виде управляющая программа состоит из двух циклов, по результатам выполнения которых осуществляется выдача управляющих воздействий на индикацию. Управляющая программа выполняется до тех пор пока на пульте управления не будет включен тумблер "СТОП".
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 26 - Цикл2 управляющей программы
Цикл 1 управляющей программы заключается в вводе в центральный процессор значений сигналов из цифровых датчиков, вычислении булевой функции. Если по результатам вычисления получилось, что управляющий сигнал стал равен 1, то выдается управляющий сигнал длительностью t1=35 мкс. Если же управляющий сигнал принял значение 0, то булевая функция вычисляется вновь.
Цикл 2 управляющей программы заключается в воде в центральный процессор двоичных кодов с выходов АЦП и констант К и Q, вычислении значения функции f2 (NU1, NU2, К), по выражению NU= max (NU1; NU2+К). Если по результатам вычисления получилось, что NU<Q, то вырабатывается управляющий сигнал длительность t2=80 мкс, если же получилось что NU>Q, то вырабатывается управляющий сигнал, длительностью t3=80мкс. Далее осуществляется ввод в центральный процессор двоичного кода с выхода АЦП NU3 и производиться вычисление функции .
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 27 - Общая блок-схема программы
6. Комплекс для отладки изделий на основе однокристальной ЭВМ К1816ВЕ51
Комплекс предназначен для отладки в реальном масштабе времени аппаратной части и программного обеспечения микроконтроллеров на основе однокристальных ЭВМ К1816ВЕ51 (i8051).
Создание и доводка систем, работающих в реальном масштабе времени, сопряжена с рядом препятствий. Прежде всего, трудно гарантировать стопроцентную правильность функционирования программного обеспечения и аппаратуры при отладке с помощью программ, аппаратных имитаторов, а тем более отладчиков. Дело в том, что для правильной работы подобных систем важно не только значение определенного разряда входного порта (например, линии, подключенной к датчику или концевику) или выходного управляющего, но также их длительность и относительное временное расположение. Это не всегда удается правильно определить на стадии создания алгоритма. Кроме того, на практике возникают такие ситуации, когда система алгоритмически функционирует правильно, но в определенные моменты происходят сбои. Для их устранения требуется не только внесение конструктивных изменений или дополнений в аппаратную часть, но и введение в нужных местах программы эмпирически определяемых временных задержек (например, с целью завершения переходных процессов в электрических цепях и в механических узлах). Все это требует работы с реальным объектом, причем часто для выявления всех погрешностей нужна наработка на аварийную или сбойную ситуацию, не говоря уже о том, что требуется многократное перепрограммирование ПЗУ. Предлагается вниманию комплекс, решающий подобный круг задач.
Отладочный модуль (рисунок 28) состоит из: центрального процессора (ОЭВМ К1816ВЕ51); энергозазисимьгх ОЗУ программ и ОЗУ данных по 4К байта (К537РУ8); ПЗУ 4К байт с монитором и служебными подпрограммами (К541РТ2) (зарезервированы два места под ПЗУ пользователя К537РТ2 или К573РТ2); двух схем параллельного интерфейса КР580ИК55 - одна осуществляет связь с печатающим устройством типа УВВПЧ-30-004 и магнитофоном для записи (воспроизведения) и управления лентопротяжным механизмом ("Маяк-232"), другая предназначена для моделирования портов Р0 и Р2, которые в отладочном модуле задействованы под организацию магистралей данных и адреса; БИС последовательного обмена КР580ВВ51А, необходимой для связи с ОЭВМ и для решения задач пользователя при работе с одной из факультативных клавиатур; БИС программируемого таймера КР580ВИ53, нулевого канала, который задает скорость обмена по последовательному каналу (два других используются в качестве системных таймеров); контроллера приоритетных прерываний КР580ВН59; схемы сопряжения последовательного канала. Последняя предназначена для подключения отладочного модуля к локальной сети типа Bitbus, основанной на протоколе SDLC фирмы IBM. В данном варианте предусмотрена возможность для работы в двух режимах: синхронном и с самосинхронизацией. При этом сигналы как информационные, так и синхронизации, представляют собой дифференциальные пары с электрическими характеристиками, основанными на стандарте RS-485.
Рисунок 28 - Структурная схема отладочного модуля
Применение ОЭВМ К1816ВЕ51 особенно эффективно прежде всего в управляющих системах для отслеживания внешних асинхронных событий и сбора информации для привязки процесса управления к реальному времени и построения многоканальных ЦАП и АЦП. Считывание значений АЦП с частотой порядка 200 кГц можно организовать с использованием только внутренней памяти данных.
Реализация сложных булевых функций на К1816ВЕ51 с использованием логических инструкций работы с битами дает выигрыш в объеме программы и времени выполнения в несколько раз.
Заключение
В ходе курсового проекта разработана управляющая система микро - ЭВМ, реализующая заданные взаимодействия с объектом управления.
В соответствии с техническим заданием проведен анализ центрального процессорного элемента К1816ВЕ51, микросхем памяти ОЗУ К537РУ8 и ПЗУ К541РТ2. Разработана упрощенная схема микропроцессорной системы, включающая модули: многорежимный буферный регистр КР580ИР82, параллельный интерфейс КР580ВВ55, ЦАП К1113ПВ1, блок индикации АЛС324А.
Также разработана структурная схема микро ЭВМ, на основе которой в последствии построена функциональная схема.
Блок-схема алгоритма работы устройства позволяет определить момент выдачи управляющего воздействия, заданной длительностью.
В качестве примера устройства, построенного на микроконтроллере К1816ВЕ51 приведена схема комплекса для отладки изделий на основе однокристальной ЭВМ.
В рамках курсового проекта решена основная задача - развитие и закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи разработки микропроцессорной системы.
Список использованных источников
1. Алексеенко А.Г. Микросхемотехника: Учебное пособие для вузов / А.Г. Алексеенко, И.И. Шагурин. - М.: Радио и связь, 1982. - 192 с.
2. Балашов Е.П. Микропроцессоры и микропроцессорные системы: Учебное пособие для вузов / Е.П. Балашов, Д.В. Пузанков. - М.: Радио и связь, 1981. - 235 с.
3. Горбачев Г.Н. Промышленная электроника: Учебник для ВУЗов / Г.Н. Горбачев, Е.Е. Чаплыгин. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 320 с.
4. Горбунов В.П. Справочное пособие по микропроцессорам и микроЭВМ / В.П. Горбунов, Д.И. Панфилов, Д.П. Преснухин. - М.: Высшая школа, 1988. - 272 с.
5. Гуртовцев А.Л. Программы для микропроцессоров: Справочное пособие. / А.Л. Гуртовцев, С.В. Гудыменко. - Мн.: Выш. шк., 1989. - 352 с.
6. Ефимов И.Е. Микроэлектроника: проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника: Учебное пособие / И.Е. Ефимов, И.Я. Козырь, Н.И. Горбунов. - М.: Высшая школа, 1987. - 416 с.
7. Каган Б.М. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики / Б.М. Каган, В.В. Сташин. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 304 с.
8. Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов: Учебное пособие для вузов / Б.А. Калабеков. - М.: Радио и связь, 1988. - 210 с.
9. Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение / О.Н. Лебедев. - М.: Радио и связь, 1990. - 160 с.
10. Прангшвили И.В. Микропроцессоры и локальные сети микроЭВМ в распределенных системах управления / И.В. Прангшвили. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 272 с.
11. Стрыкин В.В. Основы вычислительной, микропроцессорной техники и программирования: Учебник для учащихся техникумов / В.В. Стрыкин, Л.С. Щарев. - М.: Высшая школа, 1989. - 360 с.
12. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник / Б.В. Шевкопляс. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.
13. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник / В.Л. Шило. - М.: Радио и связь, 1989. - 352 с.
14. Хвощ С.Т. Микропроцессоры и микроЭВМ в САУ: Справочник / С.Т. Хвощ, Н.Н. Варлинский, Е.А. Попов. - Л: Машиностроение, 1987. - 640 с.
15. Якубовский С.В. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова. - М.: Радио и связь, 1990. - 496 с.
16. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах / В.В. Сташин [и др.]. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 224 с.
17. Цифровая обработка информации на основе быстродействующих БИС / С.А. Гамкрелидзе [и др.]. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 136 с.
18. Программируемый периферийный адаптер КР580ВВ55 [Электронный ресурс]: [статья] Виртуальный компьютерный музей технологий, 2003. - Режим доступа: http://www.computer-museum.ru
Приложения
Приложение А
Графическая часть
1. Структурная схема ОМЭВМ К1816ВЕ5157
2. Уточненная структурная схема управляющей микроЭВМ58
3. Функциональная схема управляющей микроЭВМ59
4. Блок-схема алгоритма обработки сигналов управляющей микроЭВМ60
5. Принципиальная электрическая схема комплекса для отладки изделий на основе однокристальной ЭВМ К1816ВЕ5161
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Разработка управляющего микропроцессорного устройства, реализующего заданное взаимодействие с объектом управления, особенности аппаратного и программного обеспечения. Программные средства системы, обеспечивающие выполнение заданного алгоритма управления.
курсовая работа [95,4 K], добавлен 25.10.2009Микропроцессоры позволяют строить универсальные устройства управления электронными весами. Разработка функциональной схемы, схемы алгоритма прикладной программы. Разработка принципиальной схемы, управляющей программы. Листинг управляющей программы.
курсовая работа [118,0 K], добавлен 04.07.2008Структура микропроцессорной системы, алгоритм ее управления и передачи сигналов. Карта распределения адресов. Разработка электрической принципиальной схемы и выбор элементной базы. Расчет потребляемого тока, блока питания, программного обеспечения.
курсовая работа [5,1 M], добавлен 22.01.2014- Разработка и исследование метода сетевого оператора для адаптивного управления динамическим объектом
Понятие адаптивного управления как совокупности действий и методов, характеризующихся способностью управляющей системы реагировать на изменения внешней среды. Применение метода сетевого оператора для синтеза адаптивного управления мобильным роботом.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 17.09.2013 Идентификация объекта управления на основе экспериментальных данных. Синтез информационно-управляющей системы и анализ ее характеристик: аналогового регулятора Смита и его цифровое перепроектирование, адаптация. Выбор микропроцессорного контроллера.
курсовая работа [683,3 K], добавлен 16.10.2013Описание алгоритма работы и разработка структурной схемы МКС. Схема вывода аналогового управляющего сигнала, подключения ЖК-дисплея, клавиатуры и аварийного датчика. Разработка блок-схемы алгоритма главной программы работы МКС. Функция инициализации.
курсовая работа [5,7 M], добавлен 26.06.2016Структура внешнего интерфейса. Алгоритмы функционирования микроЭВМ, его структурная и функциональная схемы. Формат микрокоманд и разработка микропрограммы. Диаграмма синхроимпульсов при использовании микропроцессора. Временная диаграмма работы микроЭВМ.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 18.06.2012Назначение и состав, система автоматизированного управления мобильной газораспределительной станцией. Структурная схема соединений системы автоматизированного управления. Алгоритм управляющей программы. Отладка разработанного программного обеспечения.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 20.03.2017Разработка концептуальной модели базы данных. Реализация алгоритмов и разработка управляющей программы. Разработка структуры системы управления данными. Методика проведения и результаты тестирования. Функционирование разработанного программного модуля.
курсовая работа [550,5 K], добавлен 08.06.2023Функциональная схема узла информационной управляющей системы, параметры ее функциональных элементов. Выбор стандартной схемы в качестве нелинейного преобразователя. Определение погрешностей каналов ввода сигналов. Погрешность и коэффициент передачи.
реферат [331,1 K], добавлен 25.12.2014
