18

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ

И ИНФОРМАТИКИ

К У Р С О В А Я Р А Б О Т А

по теме

“ Проектирование устройства сбора данных “

Студент гр. А19301

Рыбалко С.О.

1Введение :

Отрасль связи является одной из наиболее перспективных отраслей народного хозяйства с точки зрения возможностей применения средств цифровой и микропроцессорной техники. К числу областей возможного применения микропроцессоров (МП) на предприятиях, учреждениях и в системах связи наряду с такими признанными направления, как управление системами коммутации каналов и сообщений, автоматизация проектирования, относятся: создание автоматизированных систем управления технологическими процессами и информационно-измерительных систем, обеспечивающих автоматизацию измерений, контроля исправности аппаратуры и линий, управление, а также расширение сервисных услуг, предоставляемых абонентам, возможностей оконечных устройств системы связи и многое другое.

Информационно-измерительные и управляющие цифровые и микропроцессорные системы предназначены для измерения, сбора, обработки, хранения и отображения информации с реальных объектов, а также для управления ими. Как правило, микропроцессорные системы (МПС) содержат МП или микро-ЭВМ и средства измерения и первичного преобразования информации (датчики), сбора (коммутации) сигналов датчиков, их первичной обработки, передачи данных на расстояние, исполнительные органы, средства отображения (дисплеи, графопостроители, электрические печатающие устройства и др.).

Итак, при проведении измерений параметров каналов связи, либо при приеме телеметрической информации в ЭВМ зачастую возникает необходимость обеспечить сбор данных. Следует например, последовательно опрашивая аналоговые каналы, преобразовывать аналоговые измерительные или телеметрические сигналы, поступающие по ним, в цифровую форму и помещать их в ОП (ОЗУ) с целью последующей их обработки и отображения.

2 З А Д А Н И Е

Спроектировать устройство сбора данных (УСД). Имеется F аналоговых каналов. Необходимо последовательно опрашивая их получаемые из каналов аналоговые величины с помощью АЦП преобразовывать в Цифровую форму (в двоичные слова стандартной длины 1 байт - 8 бит) и помещать в последовательные ячейки некоторой области основной памяти (ОП), начиная с ячейки, имеющей адрес G.

Цифровая процессорная система, фрагментом которой является проектируемое УСД, в своем составе имеет ОЗУ емкостью с форматом адресного слова 2 байта - 16 бит.

Синхронизация работы процессорного устройства осуществляется от генератора тактовых импульсов (ГТИ). Частота синхроимпульсов f=500 кГц.

Требуется:

1) Исходя из задания проработать вопрос организации ОЗУ цифровой системы;

2) Реализовать УСД в двух вариантах:

а)в виде процессорного устройства, построенного на принципах схемной логики, с доведением его до уровня функционально-логической схемы;

б)в виде микропроцессорного устройства, построенного на основе микропроцессора КР580ВМ80. При реализации УСД на базе микропроцессора следует текущий номер (адрес) аналогового канала хранить в регистре r. Микропроцессорное устройство необходимо довести до уровня структурной схемы, составить программу его функционирования на языке Ассемблера, составить таблицу размещения программы в ОП, начиная с ячейки с адресом h, а также составить программу в кодовых комбинациях (на машинном языке);

3)В варианте реализации УСД на базе микропроцессора программу цикла сбора данных с F аналоговых каналов оформить как прерывающую программу в предложении, что в состав МПС входит контроллер прерываний КР580ВН69.

4)Оценить быстродействие УСД в обоих вариантах реализации.

Индивидуальное задание:

Пусть F = ; G = ; =2048 8, r = E; h = .

3О Р Г А Н И З А Ц И Я О З У

ОЗУ с требуемой емкостью 2048 8 может быть построено на базе микросхем полупроводниковых ОЗУ, выпускаемых промышленностью, различными способами.

Выбор микросхем для реализации ОЗУ может осуществляется исходя из разных критериев:

- минимизации числа корпусов (аппаратных затрат);

- минимизации потребляемой мощности;

- повышения быстродействия МПС;

- согласования напряжений питания основных функциональных модулей МПС и др.

Исходя из минимизации аппаратных затрат выберем для реализации ОЗУ УСД микросхему КР565РУ2А. Она содержит 1к ячеек с разрядностью 1 бит. Для построения ОЗУ с емкостью 2048 8 требуется 16 таких микросхем, организованных в 2 линейки (страницы) ,каждая из которых содержит по 8 микросхем (по числу бит в ячейке памяти). Обращение к ячейке, расположенной в той или иной линейке, обеспечивается с помощью управляющего сигнала ВК - выбор кристалла. Для простоты примем, что микросхема в любой реализации имеет всего один вход ВК (по ГОСТ - CS). Тогда при ВК=1 обращение к кристаллу (микросхеме) в данной линейке ОЗУ будет заблокировано. При ВК=0 обращение разрешается. Для адресации двух линеек требуется адрес из одного бита (0,1). Так как число линеек в ОЗУ не больше двух, то дешифратор не требуется. Биты адресов линеек размещаются в старших разрядах заданного адресного слова.

Шестнадцатиразрядное адресное слово позволяет адресовать максимально 2¹⁶=65536=64к ячеек памяти. Обычно эти адреса распределяются между ОЗУ, ПЗУ и УВВ, входящими в состав цифровой системы. Если заданное число ячеек ОЗУ меньше, то для их адресации может потребоваться адресное слово с меньшим числом разрядов. В этом случае для адресации ячеек ОЗУ задействуются не все разряды адресного слова заданной длины (2 байта). Будем считать что в таком варианте старшие разряды остаются незадействованными, поэтому их содержимое может быть произвольным, ибо оно игнорируется дешифратором адреса ОЗУ. Однако при фиксированной разрядности адресного регистра из методических соображений при программировании процессорного устройства целесообразно загружать нули в незадействованные разряды адресного слова.

Режим обращение к ОП определяется значением управляющего сигнала ЧТЕНИЕ/ЗАПИСЬ (ЧТ/ЗП) (по ГОСТ - RD/WR). При ЧТ/ЗП=1 обеспечивается режим чтения информации из ОП, при ЧТ/ЗП=0 - режим записи в ОП.

Опираясь на выше сказанное построим схему ОЗУ с емкостью 2к ^х 8 (рис.1).

О рганизация ОЗУ

Ёмкость ОЗУ: 2к х 8 = 2048 х 8. Требуется организация двух линеек по восемь микросхем КР565РУ2А .

4РЕАЛИЗАЦИЯ УСД НА ПРИНЦИПАХ СХЕМНОЙ ЛОГИКИ

4.1Общая структурная схема УСД

Как и всякое процессорное устройство, УСД состоит из двух основных узлов: операционного узла (ОУ) и узла управления (УУ), который представляет собой микропрограммный автомат (рис.2.). ОУ - это устройство, в котором непосредственно выполняются операции, реализуемые процессором. Этот узел преобразует коды (операнды), поступающие на входы Р в те или иные детерминированные моменты времени, в выходной код (результат), снимаемый с выходов С. В нашем примере на входы ОУ поступают данные с выхода АЦП, представленные в виде параллельного двоичного кода, а преобразование, осуществляемое в ОУ УСД, состоит в приеме этих данных из того или иного аналогового канала и пересылки их в требуемые ячейки оперативной памяти. ОУ может включать в себя такие элементы, как регистры или иные модули ЗУ, счетчики, сумматоры, мультиплексоры, дешифраторы и др., соединенные между собой каналами связи (обычно физическими линиями), по которым двоичная информация передается, как правило, в параллельной форме.

УУ в определенной последовательности формирует управляющие сигналы У1,У2,... и с их помощью координирует работу элементов схемы ОУ, обеспечивая в ОУ требуемую обработку информации. Под действием каждого из этих сигналов в элементах ОУ производятся некоторые элементарные действия, называемые микрооперациями. К числу таких действий относятся: считывание содержимого какого-нибудь регистра, сдвиг содержимого регистра на один разряд влево или вправо, запись в регистр результата суммирования операндов, установка регистра или счетчика в требуемое исходное состояние, счет, то есть прибавление или вычитание единицы к содержимому счетчика и т.п.