Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Оглавление

• Техническое задание
• Введение
• Функциональная схема устройства
• Принципиальная схема МПС
• Принципиальная схема модуля памяти
• Модуль DMA
• Принципиальная схема модуля ввода/вывода
• Цифроаналоговый преобразователь
• Аналого-цифровой преобразователь
• Модуль прерываний
• Заключение
• Список литературы


Техническое задание

Данная курсовая работа посвящена разработке микропроцессорной системы на базе микропроцессора Intel 8086 минимальной конфигурации. Выполнение курсовой работы делится на три этапа:

1. разработка структурной схемы микропроцессорной системы;

2. разработка функциональной схемы микропроцессорной системы;

3. разработка принципиальной схемы микропроцессорной системы;

Вариант задания

Конфигурация МПС: минимальная;

Емкость ОЗУ (Кбит): DRAM 640;

Емкость ПЗУ (Кбит): ROM 256;

DMA: 4 порта;

Порты Ввода/Вывода: 18 программно-управляемых портов;

2 Аналого-цифровых преобразователя;

8 Цифро-аналоговых преобразователя;

Блок прерываний: 27 прерываний;

Введение

В данной работе разрабатывается микропроцессорная система минимальной конфигурацией, что предполагает использование управляющих сигналов, формируемых непосредственно на выводах микропроцессораIntel 8086. Структурная схема системы представлена на рисунке 1(см. ниже).

Данная работа является актуальной в связи с тем, что устройства на основе микропроцессоров широко используются в наше время и сейчас наврятли можно представить себе даже примитивное электронное устройство построенное без использования микропроцессорных технологий.

Рис. 1. Структура МПС на базе микропроцессора Intel 8086

Функциональная схема устройства

Микропроцессорный модуль является по сути основным узлом микропроцессорной системы. В его состав входит сам микропроцессор, тактовый генератор, буферные регистры, шинный формирователь, дешифратор адреса контроллера прерываний и контроллер прерываний. Функциональная схема микропроцессорного модуля представлена на рисунке 2.

Тактовый генератор служит для генерации тактирующего сигнала обеспечивающего синхронизацию работы микропроцессора и микропроцессорной системы в целом. Так же формирует сигнала “ready” служащий для индикации момента когда установились частота генерируемого сигнала, и сигнала “reset” служащего для сброса микропроцессора и других элементов системы.

Генератор тактовых импульсов имеет в своем составе кварцевый резонатор для обеспечения повышенной стабильности частоты генерируемого сигнала, кнопку сброса обеспечивающую выдачу генератором на вход процессора сигнала reset, RC цепь исключающую эффект “дребезга” контактов при нажатии кнопки сброса. Генератор имеет пять входов и три выхода. К входам X1 и X2 подключается кварцевый резонатор, вход F/C служит для выбора внутреннего или внешнего задающего генератора, при подаче на него логического “0” генерация тактовых импульсов производится внутренним генератором, при подаче “1” - внешним задающим генератором, вход CSN позволяет обеспечить синхронизацию тактовых сигналов путем сброса делителей частоты при работе от внешнего задающего генератора. Входы F/C и CSN в данной схеме заземлены. Ко входу RES подключается кнопка сброса. На выходе CLK подключенному ко входу CLK процессора, формируется тактовый сигнал генерируемый генератором. Выход RES служит для выдачи сигнала сброса, и подключен ко входу CLR процессора. Выход RDY генератора подключен ко входу RDY процессора, и выдает сигнал готовности генератора.

Микропроцессор обеспечивает выполнение программы хранящейся в модуле памяти, формирует адреса и сигналы управления для обращения к определенным ячейкам памяти модуля памяти, и отдельным элементам системы, таким как порты ввода/вывода, контроллер прерываний. Ниже поясняется назначение этих сигналов:

A/D (15-0) - адрес ячейки памяти, порта ввода/вывода, или контроллера прерываний;

STB - выход строба адреса. Служит сигналом разрешения передачи адреса для буферного регистра.

OP/IP - сигнал для шинного формирователя, служащий для указания направления передачи данных (в CPU/ от CPU).

DE - сигнал активизации шины данных. Низкий уровень подключает микропроцессор к шине данных, высокий уровень переводит выходы шинного формирователя в высокоимпедансное состояние.

INTA - выход сигнала подтверждения прерывания. Низкий уровень стробирует ввод в микропроцессор информации из источника, вызвавшего прерывание.

M/IO - сигнал служащий для различения обращения к модулю памяти или модулю ввода/вывода.

R - сигнал стробирующий чтение данных из модуля памяти или модуля ввода/вывода.

W - сигнал стробирующий запись данных в модуль памяти или модуль ввода/вывода.

INT - сигнал запроса прерывания. Передается от контроллера прерываний в микропроцессор при необходимости прервать выполнение текущей задачи, и перейти к обработке прерывания.

Буферный регистр служит для удержания адреса на шине адреса (буферизация), в течении некоторого времени определяемого сигналом STB.

Так же служит для усиления сигналов A/D (15-0).

Шинный формирователь служит для коммутации микропроцессора с шиной данных, выбора направления передачи данных, усиления сигнала выдаваемого микропроцессором на шину.

Контроллер прерываний обеспечивает согласование сигналов запроса прерывания, поступающих от модуля ввода/вывода с процессором.

Модуль памяти обеспечивает запись, чтение, хранение данных. Хранит программу необходимую для работы процессора.

Модуль ввода/вывода обеспечивает обмен данными между микропроцессорной системой и подключаемыми к ней внешними устройствами.

Шина адреса шестнадцати разрядная шина, служащая для передачи адреса ячейки памяти при обращении к модулю памяти, адреса порта при обращении к портам ввода/вывода, или адреса контроллера прерываний при обмене данными между контроллером прерываний и процессором.

Шина данных восьми разрядная шина, необходимая для обмена данными между процессором и контроллером прерываний, процессором и модулем памяти, процессором и модулем ввода/вывода.

Шина управления служит для передачи управляющих сигналов таких как чтение данных, запись данных, выбор порт/память при адресации, и др., от процессора к другим модулям системы, а так же для передачи сигналов запроса прерывания от модуля ввода/вывода к процессору.

Входы буферных регистров подключены к выходам AD0-AD15 микропроцессора, выходы подключены к шине адреса. На вход стробирования STB поступает сигнал сторбирования адреса STB с процессора, ко входу выбора микросхемы OE подведен логический “0”.

Входы данных Шинного формирователя подключены к входам/выходам AD0-AD7 микропроцессора, выходы подключены к шине данных. На вход направления передачи данных поступает сигнал OP/IP с процессора, ко входу выбора микросхемы CS подведен сигнал DE формируемый процессором.

Микропроцессорная система состоит из десяти основных узлов:

• Тактовый генератор G;

• Микропроцессор CPU;

• Буферный регистр RG;

• Шинный формирователь;

• Контроллер прерываний IC;

• Модуль памяти;

• Модуль ввода/вывода;

• Шина адреса ША;

• Шина данных ШД;

• Шина управления ШУ.

На микросхеме DD6 выполнен дешифратор адреса для контроллера прерываний (IC). Ко входу дешифратора подключены все разряды шины адреса и сигнал M/IO. На выходе дешифратора формируется логический “0” если все разряды шины адреса находятся в состоянии логического “0” и сигнал M/IO сигнализирует о выборе устройства ввода/вывода. Выход дешифратора подключен ко входу CS (выбор микросхемы) контроллера прерываний.

Контроллер прерываний подключается к шине данных через входы/выходы D0-D7. Вход A0, подключенный к младшему разряду шины адреса используется для выбора регистров контроллера при обмене данными между контроллером и процессором. Выход INT подключенный к одноименному входу процессора используется для формирования запроса прерывания контроллером, в свою очередь вход контроллера INTA обеспечивает получение подтверждения прерывания. Сигналы R и W являются стробирующими сигналами чтения и записи информации соответственно. Вход SP подтянутый к логической “1”, служит для выбора роли микросхемы (ведущий “1”, ведомый “0”) если используется несколько микросхем одновременно. На входы IR0-IR22 поступают запросы прерывания от модуля ввода/вывода.

Рис. 2. Функциональная схема МПС

Принципиальная схема МПС

Принципиальная схема подразумевает под собой на каких микросхемах построена данная микропроцессорная система.

В качестве центрального процессора используется микросхема микропроцессора I8086. Эта микросхема имеет шестнадцать тристабильных входов/выходов AD0-AD15, обеспечивающих выдачу адреса на шину адреса, и выдачу/прием данных на/с шину данных. Эти выходы подключены к двум Буферным регистрам и к Шинному формирователю таким образом, что младшие восемь разрядов подключены к одному буферному регистру и одному шино формирователю, старшие ко второму буферному регистру. Сигнал STB формируемый микропроцессором является стробирующим сигналом для буферных регистров RG. Выход OP/IP формирует сигнал направления передачи данных для шинного формирователя. Сигнал DE определяет тип информации передаваемой в текущий момент на шину AD0-AD15 (адрес/данные), и является сигналом выбора микросхемы для шинного формирователя. Сигнал M/IO служит для указания типа устройства (память или устройства В/В) при адресации. Сигналы R и W являются стробирующими сигналами чтения и записи соответственно. На вход INT поступают сигналы запроса прерывания от контроллера прерываний, с выхода INTA обратно в контроллер прерываний поступают сигналы подтверждения прерывания. Вход процессора MN/MX служит для выбора типа конфигурации системы (максимальная/минимальная). Для выбора минимальной конфигурации к этому входу подведена логическая “1”.

Принципиальная схема модуля памяти

Модуль памяти первого процессора включает в себя оперативное запоминающее устройство выполненное на двух микросхемах динамического типа с организацией 32Кx8 и микросхему 16Кх8RAM, постоянное запоминающее устройство на основе ROM в виде двух микросхем с организацией 16Кx8 и логические элементы, обеспечивающие обращение к ОЗУ.(см. рис.3)

Принципиальная схема модуля памяти(рис.3)

Модуль DMA

DMA, или DirectMemoryAccess - технология прямого доступа к памяти, минуя центральный процессор. В эпоху 486-ых процессоров и первых Pentiumбыла широко распространена шина ISA, а также метод обмена данными между устройствами - PIO (ProgrammedInput/Output).

DMA используется не только для обмена данными между устройством и ОЗУ, но также между устройствами в системе, возможен DMA трансфер между двумя участками ОЗУ (хотя данный маневр не применим к x86 архитектуре). Также в своем процессоре Cell, IBM использует DMA как основной механизм обмена данными между синергетическими процессорными элементами (SPE) и центральным процессорным элементом (PPE). Также каждый SPE и PPE может обмениватся данными через DMA с оперативной памятью. Данный прием - на самом деле большое преимущество Cell, ибо избавляет от проблем когерентности кешей при мультипроцессорной обработке данных.

Для получения 4х каналов DMAвыполнен на 3х каскадированных контроллерах 8237.

Структурная схема DMA (рис.4)

Принципиальная схема DMA(рис.5)

Принципиальная схема модуля ввода/вывода

Модуль ввода/вывода содержит в себе 18 программно-управляемых последовательных портов выполненных на микросхемах 8251. Так же в состав модуля ввода/вывода входят комбинационные логические схемы выполняющие роль дешифраторов адреса портов. Функциональная схема модуля ввода/вывода представлена на рисунке 6.

Принципиальная схема модуля ввода/вывода.(рис.6)

Цифроаналоговый преобразователь

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) -- устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд). Цифро-аналоговые преобразователи являются интерфейсом между дискретным цифровым миром и аналоговыми сигналами.

ЦАП и АЦП применяются в измерительной технике (цифровые осциллографы, вольтметры, генераторы сигналов и т.д.), в бытовой аппаратуре (телевизоры, музыкальные центры, автомобильная электроника и т.д.), в компьютерной технике (ввод и вывод звука в компьютерах, видеомониторы, принтеры и т.д.), в медицинской технике, в радиолокационных устройствах, в телефонии и во многих других областях. Применение ЦАП и АЦП постоянно расширяется по мере перехода от аналоговых к цифровым устройствам.

Принципиальная схема ЦАП(рис.7)

Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, Analog-to-digitalconverter, ADC) -- устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал).

Как правило, АЦП -- электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Тем не менее, некоторые неэлектронные устройства с цифровым выходом, следует также относить к АЦП, например, некоторые типы преобразователей угол-код. Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор.

Принципиальная схема АЦП(рис.8)

Модуль прерываний

Принципиальная схема контроллера прерываний на 27 выходов(рис.9)

Заключение

Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно - технического прогресса.

В обширной номенклатуре изделий электронной техники особое место занимает семейство программируемых микросхем. Их ускоренное развитие в настоящее время символизирует прогресс в микроэлектронике, которая является катализатором научно - технического прогресса в современном мире.

Возрастающий круг научно - технических работников сталкивается в своей практической деятельности с вопросами применения запоминающих и логических программируемых микросхем. Их использование в радиоэлектронной аппаратуре позволяет резко сократить сроки ее разработки и промышленного освоения; поднять на новый уровень технические характеристики.

Существует принципиальная необходимость использования программируемых микросхем в микро - процессорных устройствах и системах практически для всех областей народного хозяйства, таких, как гибкие производственные системы, системы управления различными технологическими процессами, персональные ЭВМ, бытовая аппаратура.

Характерной тенденцией развития элементной базы современной аппаратуры (РЭА) является быстрый рост степени интеграции. В этих условиях актуальной становится проблема ускорения разработки узлов аппаратуры, представляющих собой схемы с большой (БИС) и со сверхбольшой (СБИС) степенями интеграции.

В ходе курсовой работы были разработаны структурная, функциональная и электрическая принципиальная схемы микропроцессорного устройства.

Схема соединяет процессор 8086, с типом памяти ROM и DRAMc модулями: программируемых портов ввода/вывода, DMA, блоков прерываний; а так же с АЦП и ЦАП.

Выполненная схема полностью соответствует техническому заданию.

Список литературы

микропроцессор модуль преобразователь

1. Ю.М. Казаринов Применение микропроцессоров и микро ЭВМ в радиотехнических системах, М.: «Высшая школа», 1988 г.

2. С.В. Якубовский Справочник: Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы, М.: «Радио и связь», 1989 г.

3. В.Л. Шило Популярные цифровые микросхемы, М.: «Радио и связь», 1987 г.

4. Электронный справочник «Analog Devices»

5. Конспект лекций по предмету «Проектирование Микропроцессорных Систем»

Размещено на Allbest.ru