Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 45
Министерство Образования РБ Белорусский Государственный Университет Информатики и Радиоэлектроники Кафедра ЭВС
К защите допускаю “ “ ________ 2001 г. Руководитель работы Давыдов А.Б. Пояснительная записка к курсовому проекту на тему: “Цифровой измеритель времени” Выполнил: Студент гр. 810702 Демух А. Проверил: Давыдов А.Б Минск 2001 г. Содержание
Введение 1 Анализ задачи 2 Функции выполняемые системой 3. Интерфейс Система-пользователь 4 Выбор соотношения между аппаратной и программной частями. 5. Проектирование аппаратных средств системы. Разработка функциональной и принципиальной схемы системы 6. Описание работы системы по принципиальной схеме. 6.1. Формирование адреса и данных. 6.2 Принцип работы устройства ввода информации. 6.3. Обмен информацией в системе. 6.4. Схема сброса устройства 6.5. Подключение схем индикации 7. Программа Заключение Литература Введение
В настоящее время благодаря широкому распространению дешёвых микрокомпьютеров их влияние на повседневную жизнь усиливается с каждым годом. В домах появляются различные устройства и приспособления, имеющие целью повысить жизненный уровень населения, украсить их быт, автоматизировать многие процессы в повседневной жизни, упростить и зачастую попросту обезопасить жизнь людей. Несмотря на то, что первые электронные цифровые вычислительные машины появились сравнительно недавно, ЭВМ приобретают всё большее и большее значение в повседневной жизни. В настоящее время благодаря широкому распространению дешёвых микрокомпьютеров можно ожидать, что в недалёком будущем их влияние ещё больше усилиться. Конструирование электронных схем из конденсаторов и резисторов состоит в определении параметров этих компонентов, измеряемых фарадами и омами, а также в уточнении ограничений по напряжению и мощности. Их функциональные и эксплуатационные характеристики заранее известны. Микрокомпьютер, в отличие от других компонентов не обладает фиксированным набором функциональных характеристик. Его характеристики определяются во время проектирования системы с помощью процесса, называемого программированием. Практически неограниченный диапазон программируемых функциональных возможностей микрокомпьютера придаёт этому компоненту особое значение. Проектирование аппаратуры и программного обеспечения должно проводиться на системной основе с целью минимизации, как стоимости проектирования, так и времени, затрачиваемого на разработку. Таким образом, основываясь на общих положениях, изложенных выше, можно сделать заключение, что система, спроектированная с помощью и на основе микропроцессора, будет в большей мере соответствовать требованиям нынешнего времени и быть более дешёвой, по сравнению с системой, реализованной на дискретных элементах. 1. Анализ задачи
Исходя из снижения себестоимости устройства, необходимо спроектировать систему , которая отвечала бы требуемым параметрам и одновременно была недорогой. В ходе изучение задания, делаем следующие выводы: 1: Устройство должно быть максимально простым в использовании, так как будет использоваться преимущественно рядовыми сотрудниками; 2: Необходимо использовать наиболее дешёвые элементы и компоненты с целью снижения себестоимости устройства, тем не менее, они должны удовлетворять заданному условию по точности получаемого результата; 3: Необходимо оптимально разделить ресурсы между программной и аппаратной частями устройства с целью снижения стоимости/ повышения быстродействия/создания запаса по точности ; 4: Необходимо создать защиту устройства от неквалифицированного пользователя; 5: Предусмотреть возможность модернизации устройства. Для выбора компонентов устройства, необходимо знать критерии их выбора. По условию задания, необходимо в качестве «ядра» устройства использовать микропроцессор 8086. Для данной системы это оптимальный вариант: при малой цене он обладает достаточной производительностью (многое ещё зависит от состава микропроцессорной системы и качества программы «зашитой» в ПЗУ). В данной схеме можно обойтись без применения дополнительных контроллеров ввода/вывода, так как в этом нет необходимости - микропроцессор сам может формировать сигнал обращения к памяти или портам ввода/вывода, а также сигналы чтения /записи, тем более что нет необходимости обрабатывать прерывания от внешних устройств. Также необходимо наличие портов ввода/вывода, набора регистров, обязательно наличие шинных формирователей, схем индикации для отображения информации, ОЗУ, ПЗУ, таймера а также дискретных элементов. Для вывода информации достаточно четырёх восьмисегментных схем индикации (семь сегментов + точка). 2. Функции, выполняемые системой
Анализируя условие задания можно выделить следующие функции, выполняемые системой: 1: Функция хранения полученных в ходе работы устройства данных. Данную функцию выполняет блок оперативной памяти. Блок оперативной памяти устройства в связи с этим должен обладать следующими свойствами ( в идеале): а) достаточным для данного устройства объёмом ОЗУ; б) достаточным быстродействием ; в) высокой надёжностью; г) низкой потребляемой мощностью; д) возможностью дальнейшего наращивания . 2: Функция хранения «драйвера» устройства. Эту функцию выполняет блок ПЗУ. В связи с этим данный блок должен характеризоваться следующими параметрами (в идеале): а) достаточным для данной программы объёмом; б) возможностью перезаписи с целью улучшения работы «драйвера» устройства (применение новых алгоритмов, расширения диапазона применения); в) низкой потребляемой мощностью; г) высоким быстродействием; д) требования надёжности . 3: Функция информационного обмена. Эту функцию выполняет блок ввода-вывода. К этому блоку предъявляются следующие требования (в идеале): а) высокое быстродействие; б) функциональная завершённость; в) возможность работы при отсутствии внешнего контроллера. 4: Функция диалога система – пользователь. Эту функцию реализует система индикации и система ввода информации. К ним предъявляются следующие требования (в идеале): а) достаточная яркость изображения; б) защита от неправильного ввода информации; 5: Функция обработки поступаемых данных. Микропроцессор Intel 8086. Вследствие этого, основными требованиями к этим компонентам микропроцессорной системы являются требования по точности и быстродействию. 3. Интерфейс: Система – пользователь
Интерфейс оператор – система осуществляется при помощи системы индикации (для отображения полученной информации) и системы ввода информации для задания параметров обработки поступающей информации. Необходимо отметить, что интерфейс должен быть простым и доступным для неквалифицированного пользователя. 4. Выбор соотношения между аппаратной и программной частями
При выборе соотношения между аппаратной и программной частью устройства необходимо руководствоваться прежде всего теми требованиями к устройству, которые предъявляются в ТЗ на данное устройство. Для получения высокого быстродействия, естественно, лучше будет если все компоненты системы будут реализованы аппаратно, что в свою очередь увеличит стоимость изделия в целом. Необходимо найти такое соотношение между программной и аппаратной частями, для которого при достаточной производительности, будет наименьшая стоимость изделия. В нашем случае можно предложить следующий вариант: 1: Блок хранения полученных в ходе работы устройства данных. Данный блок реализуется аппаратно в виде набора микросхем ОЗУ. 2: Блок хранения «драйвера » устройства. Данный блок реализуется аппаратно в виде набора микросхем ПЗУ. 3: Блок информационного обмена. Данный блок реализуется аппаратно в виде набора портов ввода – вывода. 4: Блок диалога система – пользователь. Данный блок реализуется аппаратно в виде набора схем индикации и клавиатуры. 5: Блок управления и анализа сигналов. Данный блок реализуется аппаратно в виде микропроцессора Intel 8086 и программно в виде программы алгоритма работы микропроцессора. 6: Блок получения данных для последующей обработки. Данный блок реализован аппаратно в виде дискретных элементов и таймера. 5. Проектирование аппаратных средств системы. Разработка функциональной и принципиальной схемы системы
В нашем курсовом проекте используется в качестве управляющего ядра отечественный аналог микропроцессора 8086 процессор К1810ВМ86 (далее просто ВМ86). Данный микропроцессор выполнен в едином сорокавыводном корпусе, по n-МОП-технологии. Потребляет данная микросхема 1.7 Вт, и питается от источника питания +5В. Микропроцессор содержит четырнадцать 16-битовых внутренних регистра, и образует 16-битовую шину данных. Шина адреса имеет двадцать линий, что позволяет адресовать до одного мегабайта. Назначение выводов микропроцессора ВМ86 приведено в таблице 5.1. Таблица 5.1- назначение выводов микропроцессора ВМ86
Линии шины адреса/данных Линии адреса/состояния Разрешение старшего байта шины/состояния Чтение, МП выполняет цикл чтения Готовность, адресованное устройство готово к взаимодействию с МП Запрос прерывания Немаскируемое прерывание Входной сигнал, проверяемый командой WAIT Тактовые импульсы Сброс, заставляет МП немедленно прекратить выполняемые действия Минимальный/максимальный режим работы Выход Выход Выход Выход Вход Вход Вход Вход Вход Вход Вход Для нормального функционирования микроЭВМ недостаточно управляющих сигналов, генерируемых микропроцессором. МикроЭВМ в каждом машинном цикле должна получать более полную информацию о состоянии МП. Для принятия и передачи данных и команд микропроцессору необходимы вспомогательные микросхемы, входящие в состав комплекта. Приведём и их основные характеристики. Генератор тактовых импульсов КР1810ГФ84 предназначен для управления центральным процессором КР1810ВМ86 и периферийными устройствами, а так же для синхронизации сигналов Таблица 5.2.
Назначение выводов микросхемы КР1810ГФ84 Схема формирования тактовых импульсов вырабатывает сигналы: Сигналы могут формироваться из колебаний основной частоты кварцевого резонатора, подключаемого к входам Х1,Х2, или от внешнего генератора, подключаемого к входу Способ подключения генератора тактовых импульсов к микропроцессору показан на рис.5.1. Рис.5.1. Подключение генератора тактовых импульсов к микропроцессору ВМ86. Восьмиразрядные шинные формирователи КР580ВА86, применяются как буферные устройства данных в микропроцессорных системах. Формирователь состоит из восьми функциональных блоков с общими сигналами управления Назначение выводов: А7-А0 – вход/выход линии данных. Они могут быть как входными, если на Т - сигнал высокого уровня, и выходными, если на Т- сигнал низкого уровня. В7-В0 – вход/выход линии данных. Они являются входными, если на Т – сигнал низкого уровня, и выходными, если на Т – сигнал высокого уровня. Т- входной сигнал управления направлением передачи. 6. Описание работы системы по принципиальной схеме
6.1 Формирование адреса и данных
Шина данных организована посредством двух шинных формирователeй DD14, DD15. Управление процессом записи в буфер происходит посредством сигнала Шина адреса формируется посредством пары регистров DD12, DD13 . Запись адреса в регистры с выходов 6.2 Принцип работы устройства ввода информации
Устройство ввода информации не отображено на память, что позволяет с достаточной простотой опрашивать состояние регистров DD7-DD10, т.е. узнавать, какая клавиша в данный момент нажата. Принцип работы заключается в том, что при поступлении низкого уровня сигнала 6.3 Обмен информацией в системе
В системе информационный обмен осуществляется между микропроцессором и ПЗУ (исполнение кода программы), микропроцессором и ОЗУ (обработка и хранение промежуточных данных), микропроцессором и портами ввода-вывода. Все внешние устройства отображены на память, что обеспечивает простоту управления системой , придаёт ей гибкость, при этом нет необходимости использовать специализированные контроллеры. Как видно из принципиальной схемы, обращение к таким внешним устройствам, как индикаторы, устройство ввода данных, происходит через порты ввода-вывода, что упрощает структуру системы. При поступлении на вход 6.4 Схема сброса устройства
Для сброса устройства необходимо на генераторе тактовых импульсов сформировать сигнал RESET
. Для этого необходимо расчитать ёмкость конденсатора С3
, принимая сопротивление R1
=200 кОм. Расчёт произведём по формуле: где t – время сохранения уровня сигнала (t=0,2 с.); V – уровень логической еденицы (V=2.5 В) ; Vcc- уровень логической еденицы (Vcc=5В); Подставив исходные данные в формулу получим: Что соответствует номиналу С=1.44 мкф. 6.5 Подключение схем индикации
Индикаторы (КЛЦ 201) HG1 - HG4 подключаются к выводам микросхем через ограничительные резисторы. Номинал резисторов рассчитываются из выражения: где Ucc
– напряжения источника питания; Uпр
– напряжение на светодиоде матричного индикатора; U0
вых
– напряжение логического нуля на выходе ИМС; I – ток, протекающий через светодиод матричного индикатора. 7. Программа
Для начала, необходимо узнать по каким адресам и какими командами необходимо пользоваться для обращения к конкретному устройству. Для этого заполним таблицу 6.1: Таблица 7.1 – кодировка внешних устройств Выдача данных с клавиатуры На шину данных Как видно из таблицы обращение к внешним устройствам происходит по комманде MOV
(память и отображённые на память устройства), либо IN/OUT
(все остальные). Это необходимо физически реализовать. Как видно из схемы электрической принципиальной БГУИ ХХХХХХ.ХХХ.Э3. В таблице приведём распределение адресного пространства: Текст программы
Подготовка и вывод данных на индикацию
Dec1: andAx,1ffh ; перевод из двоичной в двоично-десятичную систему Mov Cl,100 Div Cl Or Bh,al Mov Al,ah Mov Ah,0 Mov Cl,10 Div Cl Shl Al,1 Shl Al,1 Shl Al,1 Shl Al,1 Or Al,ah
Mov Ah,bh mov 8000,ax ; вывод на индикаторы HG1 – HG4 EndDec1 8. Заключение
В ходе данного курсового проекта углубили знания по курсу проектирование компьютерных систем, необходимо также отметить, что в ходе данной работы сказалась недостаточное количество знаний в области языков низкого уровня, поэтому программу пришлось писать условно, но весьма приближённо к ассемблеру. В ходе проведенной работы закрепили основные моменты теории и применили её на практике. 9. Литература
1. Петровский А.А., Качинский М.В. Методическое пособие по проектированию микропроцессорных средств и систем, ч.1. – Мн.: МРТИ, 1992. 2. Фридмен М., Ивенс Л. Проектирование систем с микрокомпьютерами. – М.: Мир, 1986. 3. Русак И.М., Луговский В.П. Технические средства ЭВМ. – Мн.: Высшая школа, 1991. 4. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. – М.:Энергоатомиздат, 1987. 5. Романычев Э.Т. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА. – М.: Радио и связь, 1989.
|