Микропроцессорная система отображения информации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Микропроцессорная система отображения информации

Введение

Средства отображения информации (СОИ) являются одной из наиболее быстро развивающихся отраслей современной электроники, для которой характерно широкое использование больших интегральных (БИС) схем и новых типов электронных индикаторов (ЭИ), основанных на различных физических принципах. В разработках этих средств используется микропроцессорная техника.

Большую часть информации (около 80%) человек получает по зрительному каналу. Если информация создаётся или передаётся электронными средствами, она воспроизводится с помощью средств отображения информации, которые являются электронным переводчиком, позволяющим воспринять закодированную электрическими сигналами информацию.

Основным узлом СОИ является индикатор, преобразующий электрические сигналы в видимое изображение. До сих пор основным типом индикатора, используемым в СОИ, остается электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), которой присущи все типичные недостатки электровакуумных приборов: большое потребление мощности, высокие питающие напряжения, большие масса и габаритные размеры. На смену ЭЛТ, особенно в применениях, связанных с ЭВМ, пришли матричные индикаторные панели самых различных типов - газоразрядные, электролюминесцентные, жидкокристаллические. В отличие от ЭЛТ управление ими построено на цифровых принципах, что соответствует современным тенденциям развития электроники.

Другим важным компонентом СОИ являются интегральные микросхемы (ИМС). Современные СОИ почти целиком строятся на базе ИМС со средней и высокой степенью интеграции, все шире в них используются микропроцессорные средства и микро-ЭВМ.

Развитие средств отображение информации происходит в направлении использования в них как усовершенствованных типов электронно-лучевых индикаторов, так и плоских матричных индикаторов, которые перспективны для высококачественного отображения информации.

Проектирование средств отображение информации включает в себя создание информационной модели с учетом представляемой информации и свойств человека-оператора, выбор типа индикатора, разработку на этой основе структурной схемы СОИ, разработку модулей системы и т.д.

Для правильного проектирования средств отображения информации необходимо учитывать структуру и технические характеристики индикаторов, особенности построения модулей системы на основе современных интегральных микросхем, т.е. проектирование средств отображения информации требует комплексного подхода со стороны специалистов.

1. Разработка алгоритма работы

В разрабатываемом проекте система отображения информации должна вводить следующие символы в коде КОИ-7:

- цифры: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9;

- буквы русского алфавита: А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Ь Э Ю Я, а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я;

- специальные символы:! «#?% & `() / *: +;, < - =. > _ (пробел).

А также возможность редактирования текста.

При подачи питания и загрузки центрального процессора командами в левом верхнем углу должен засветиться символ (курсор) в виде всех зажжённых сегментов индикатора (инверсный блок). В нашем случае набор информации будет осуществляться слева направо, когда введённые символы дойдут до конца строки вывод символов переходит на новую строку. Когда все строки будут заполнены и, нажимая ещё одну информационную клавишу, то данный символ записывается, на место первого символа первой строки, происходит перезапись в ОЗУ. Такой ввод информации осуществляется по кругу.

При нажатии клавиши ENTER курсор переходит на новую строку, а предыдущая строка записывается в ОЗУ, то есть для системы клавиша ENTER служит признаком конца строки, а все символы, находящиеся на строке за курсором автоматически смещаются на следующую стоку.

При нажатии функциональной клавиши «Shift» загорается светодиод с надписью «Shift» и клавиатура переходит в верхний регистр, при этом производится ввод прописных букв.

Перемещение по тексту происходит с помощью клавиш со стрелками, а именно:

[] - курсор перемещается на одну позицию влево;

[] - курсор перемещается на одну позицию вверх;

[] - курсор перемещается на одну позицию вправо;

[] - курсор перемещается на одну позицию вниз;

Удаление производится клавишей DEL. При этом вся информация стоящая после курсора сдвигается влево.

Замена производится любой информационной клавишей, при этом старый символ исчезает.

Вставка производится клавишей INSERT, при этом вся информация, стоящая за курсором сдвигается вправо, при этом последний символ в строке стирается.

2. Выбор и обоснование структурной схемы

Функционирование центрального процессора (ЦП) сводится к следующей последовательности действий: получение данных от клавиатуры, обработки данных и выдача результата обработки на индикацию.

ЦП - центральный процессор;

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство;

СА - селектор адреса;

ШУ - шина управления;

ША - шина адреса;

ШД - шина данных

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство;

КПП - контролер приоритетных прерываний;

ПИТ - программируемый интервальный таймер;

ПККИ - программируемое интерфейсное устройство;

Рисунок 1 - Структурная схема

Функционирование центрального процессора (ЦП) сводится к последовательному опросу блока индикации и клавиатуры, записи и чтения из данных него.

Блок клавиатуры предназначен для ввода информации.

Блок индикации для вывода информации на индикаторы.

ОЗУ - предназначен для хранения данных. Оперативное запоминающее устройство ОЗУ содержит в себе введенные строки символов, которые в данный момент не выводятся на индикаторы.

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство хранит программы, определяющие работу микропроцессора. Постоянное запоминающее устройство ПЗУ содержит в себе программу, отвечающую за всю работу СОИ, т.е. набор инструкций для ЦП, как и когда производить опрос устройств, читать и писать данные и т.д.

КПП - контроллер приоритетных прерываний служит для запросов на прерывание микропроцессора, поступающих от блока клавиатуры и ПИТ.

СА - селектор адреса предназначен для программного выбора микросхемы в рабочую пару к ЦП с помощью шины адреса.

Селектор адреса обеспечивает выбор и доступ к устройству в зависимости от адреса выставляемого процессором на шине адреса.

ПККИ - программируемое интерфейсное устройство, предназначено для ввода и вывода информации. ПККИ состоит из двух функциональных частей: клавиатурной и дисплейной. Блок индикации и клавиатуры обеспечивает сканирование с заданной частотой клавиатуры и вывод на дисплей данных.

На данной структурной схеме не указан системный контроллер, но который будет использоваться в нашем СОИ. Системный контроллер предназначен для формирования некоторых сигналов управления, которые не вырабатывает ЦП, а также для буферизации шины данных.

ПИТ - программируемый интервальный таймер в схеме применен для управления работой индикаторов с частотой не менее 50 Гц.

3. Разработка функциональной схемы системы

Функциональная схема центрального процессора

Функциональная схема центрального процессора представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Функциональная схема центрального процессора

В функциональную схему блока ЦП помимо процессора входят: МП - микропроцессор; СНС - схема начального сброса; ГТИ - генератор тактовых импульсов; СК - системный контроллер; БА - буфер адреса; БД - буфер данных.

При включении питания или при нажатии клавиши «Reset», система начального сброса (СНС) формирует сигнал «Установка нуля», который поступает на вход генератора тактовых импульсов (ГТИ) «RESIN». ГТИ формирует сигнал «SR», поступающий на одноименный вход ЦП, что обеспечивает автоматическую установку микропроцессора в исходное состояние.

ГТИ, формирует сигналы C1 и C2 - тактовые сигналы с различными фазами; RDY - сигнал «Готовность»; STB - стробирующий сигнал состояния, формируемый при наличии на входе «SYN» напряжения высокого уровня, поступающего с выхода микропроцессора в начале каждого машинного цикла. Сигнал «STB» используется для занесения информации состояния МП в системный контроллер для формирования управляющих сигналов.

Так как к шине адреса может быть подключено большое число внешних устройств, а выходные линии канала адреса не обладают достаточной нагрузочной способностью, то в схему необходимо ввести буферные устройства шины адреса (БА). Для увеличения нагрузочной способности шины данных используется буфер данных (БД).

Для формирования управляющих сигналов используется системный контроллер (СК). В качестве СК будем использовать микросхему КР580ВК38. В СК сигналы: TR - выдача информации; RC - прием информации.

СК формирует следующие управляющие сигналы: RD - чтение памяти; WR - запись в память; RDIO - чтение из устройства ввода / вывода; WRIO - запись в устройство ввода/ вывода.

Функциональная схема блока ввода (клавиатура)

С генератора тактовых импульсов (ГТИ) сигналы поступают на счетчик (СЧ). Со счетчика подаются на дешифратор (ДШ), который выдает позиционный код для сканирования клавиатуры.

Информация о столбце, в котором находится нажатая клавиша, записывается в регистр (РГ) непосредственно со счетчика, а информация о номере строки из позиционного кода шифратором (ШФ) преобразуется в трехразрядный код. Этот код записывается в регистр по сигналу разрешения записи (EO) с элемента «ИЛИ» (1). Для защиты от нажатия двух и более клавиш одновременно, служит система определения количества клавиш (СОКК), с которой подается сигнал запрещения на элемент «ИЛИ». Для защиты от дребезга контактов служит система защиты от дребезга (СЗД).

Функциональная схема блока ввода представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Функциональная схема блока ввода

Функциональная схема блока вывода (дисплей)

Блок вывода строим по динамическому принципу. Динамическая индикация характеризуется тем, что разные элементы или группы элементов отображения (ЭО), образующие индикаторное поле, включаются в разные части периода кадра T_К. При этом пока воспроизводимая информация остается неизменной, фаза и длительность включаемого состояния ЭО внутри периода кадра сохраняется. Для получения немелькающего изображения за период кадра Т_К необходимо адресовать все элементы, составляющего изображения. Поэтому скважность оказывается обратной числу групп элементов отображения.

Функциональная схема представлена на рисунке 4. Здесь реализуется динамическое управление по сегментам. В качестве сегмента принимаем столбец индикаторной матрицы одного индикатора.

При частоте «мелькания», равной 50 Гц, необходимо, чтобы информация на сегменте не изменялась в течение времени .

В качестве БЗУ будем использовать знакогенератор на микросхеме К 573 РФ2.

Функциональная схема блока запоминающих устройств

Функциональная схема блока запоминающих устройств представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Функциональная схема блока запоминающих устройств.

Входы ПЗУ и ОЗУ A0 - А10 подключены к младшим адресам шины адреса. На входы выборка кристалла (CS) подаются сигналы с СА. На вход RD ПЗУ подается сигнал RD с системного контроллера и по низкому уровню этого сигнала данные по указанному адресу передаются на ШД. На вход WR/RD ОЗУ подается сигнал WR с СК и по низкому уровню этого сигнала данные передаются на ШД.

Функциональная схема селектора адреса

Функциональная схема селектора адреса представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Функциональная схема блока селектора адреса

Селектор адреса представляет собой устройство управления другими устройствами системы. С ША адрес поступает на вход СА, а на выходе получаем сигнал выборки устройства из числа, входящих в систему.

МП КР580ВМ80А может адресовать до 256 устройств ввода-вывода и обеспечить адресацию внешней памяти объемом 65536 байт.

Для построения селектора адреса необходимо распределить адресное пространство.

Таблица 1 - Распределение адресного пространства системы

Селектор адреса спроектируем с помощью логических элементов на основе распределенного адресного пространства.

Функциональная схема блока индикации и клавиатуры

В данном курсовом проекте блок клавиатуры и блок индикации содержатся в одной микросхеме КР580ВВ79 (Рисунок 1). Микросхема КР580ВВ79 - программируемой интерфейсное устройство, предназначенное для ввода и вывода информации в системах, выполненных на основе 8- и 16-разрядных микропроцессоров КР580ВМ80А и КМ1810ВМ86. Кроме того, микросхема может применяться и как самостоятельное устройство при выполнении требований, предъявляемых к электрическим и временным параметрам. Микросхема программируемого контроллера клавиатуры и индикации (ПККИ) состоит из двух основных функционально автономных частей: клавиатурной и дисплейной.

Клавиатурная часть обеспечивает сопряжение с любой клавиатурой типа клавиатуры печатающих устройств, произвольными наборами переключателей.

Дисплейная часть ПККИ позволяет отображать информацию на всех известных в настоящее время типах дисплеев.

На рисунке 7 изображена функциональная схема ПККИ в совокупности с дисплеем и микропроцессором.

Рисунок 7 - Обобщенная функциональная схема ПККИ

Применение микросхемы КР580ВВ79 в системах позволяет полностью освободить микропроцессор от операций сканирования клавиатуры и регенерации отображения информации на дисплее. Подробная функциональная схема включения приведена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Функциональная схема включения ПККИ

ПЗУ ЗГ - ПЗУ знакогенератора, СС - схема согласования.

Клавиатурная часть работает следующим образом: значение внутреннего счетчика ПККИ с линий сканирования поступает на дешифратор, преобразующий трехразрядный в восьмиразрядный код (используется только шесть разрядов). Это делается, для того чтобы расширить доступную область клавиатуры. Если не дешифрировать сигналы SCAN (на рисунке 7 от обозначен S (0-3)) счетчика получится организация клавиатуры 4х8 = 32 клавиши. Нам необходимо использовать 55 клавиш, поэтому будем использовать матрицу клавиш 7х8=56. При нажатии клавиши сигнал проходит на линии возврата RL (0 - 7). Где в зависимости от того, какая клавиша была нажата, во внутреннее ОЗУ записываются «координаты клавиши», которые выдаются на шину данных. ЦП, в ходе сканирования устройств считывает слово состояния ПККИ, далее ЦП читает код нажатой клавиши, обрабатывает его и выставляет эквивалент клавиши в коде КОИ -7 на шину данных (таблица КОИ - 7 записана в центральном ПЗУ). Код клавиши в дальнейшем обрабатывается дисплейной частью ПККИ.

Дисплейная часть

Код символа в КОИ - 7 с ШД поступает в ПККИ, где записывается в ОЗУ отображения, и поступает на выходы DSPА (0-3), DSPB (0-3). Далее код поступает ПЗУ знакогенератора, где по адресу кода записан восемнадцати позиционный код символа. То есть код, который будет непосредственно выводится на индикаторы. Данный код поступает в СС (схема согласования), где усиливается до уровня необходимого для активизации свечения, и подается на аноды. Сетки индикаторов циклически перебираются дешифратором. В котором в зависимости от текущего значения счетчика подается сигнал на ту или иную сетку, и соответственно на индикаторе зажигается определенный символ.

Высвечивание информации происходит динамически, т.е. в любой момент времени горит только один из индикаторов дисплея, гашение индикаторов осуществляется сигналом BD который поступает с ПККИ на запрещающий вход дешифратора в момент переключения с одного индикатора на другой. Перебор индикаторов осуществляется с частотой большей критической частоты мелькания глаза и поэтому кажется, что информация высвечивается полностью на всем дисплее.

Выбор и обоснование индикатора

Создание средств отображения информации требует учета психофизиологических возможностей и особенностей органов зрения человека.

Реакция зрительного анализатора человека зависит от энергетических параметров и спектрального состава излучения. Световое излучение характеризуется рядом фотометрических параметров. Одними из них являются яркостный контраст и острота зрения.

Яркостный контраст определяет соотношение яркостей объекта и фона. Различают прямой и обратный контрасты. Для позитивного изображения (тёмное изображение на белом фоне) задаётся прямой яркостный контраст. Диапазон контраста рекомендуется выбирать в пределах 60-95%. Пусть контраст знака по отношению к фону будет не менее 75%.

Острота зрения характеризуется минимальным углом, при котором возможно отдельное различие двух соседних точек. Этот угол называется порогом остроты зрения. Рекомендуемое значение для него на один элемент индикации.

Зависимость между угловыми и линейными размерами выражается формулой:

,

где - высота индикатора; - расстояние до наблюдателя;

- угловой размер индикатора.

Вычислим высоту индикатора при расстоянии до наблюдателя с помощью формулы (4.1), принимая запас на остроту зрения равным десяти:

С учетом всех вышеперечисленных параметров выбирается индикатор типа TA12-11GWA (матричный знакосинтезирующий индикатор с высотой знака ; одноцветный, аноды в столбце соединены; корпус выполнен из стекла и компаунда с выводом под распайку).

Рисунок 9 - Внешний вид индикатора TA12-11GWA.

Основу матричного индикатора будут составлять светодиод типа L-132XGT с яркостью свечения 1250 кд/м², что превышает заданную яркость 900 кд/м² и цветом свечения зелёный.

Электрические и световые параметры TA12-11GWA при

Постоянное прямое напряжение при Iпр=10мА

не более 2-3. В

Ток потребления, не более 11мА

Яркость удельная 1250 кд/м²

Предельные эксплуатационные данные.

Максимально допустимое постоянное

обратное напряжение любой формы и

периодичности 8 В

Максимально допустимый импульсный

прямой ток 350мА

Максимально допустимая мощность

рассеяния для всего индикатора 800мВт

Уровень внешнего освещения не более 500 лк

Относительная влажность воздуха при t=35C 98

Рисунок 10 - Принципиальная схема индикатора TA12-11YWA

отображение информация индикатор алгоритм

То есть по рисунку 10 видно как именно подключается индикатор, и какие выводы индикатора отвечают за те или иные столбцы и строки.

Зная, какой вывод, за что отвечает можно составить позиционный код индикатора, который и будет непосредственно отвечать за «свечение» того или иного сегмента.

Размещено на Allbest.ru