49161 (Створення мікропроцесорної системи обробки інформації), страница 4

Рис.8 Умовно графічне позначення ПЗП КР556РТ18

Найменування виводів:

A0 ÷ A10 - адресні входи.

D0 ÷ D7 - шина даних вводу/виводу.

CS1 ÷ СS3 - вибір мікросхеми

Технологічні та електричні характеристики КР556РТ20:

Технологія - ТТЛШ

Організація - 2К×8

Час виборки, ns - не більш 60

Напруга живлення, V - 5

Струм живлення, мА - 180 мА

Вхідна напруга, V

при логічному 0 - min 2,4 - max 0,5

при логічній 1 - min 2,4 - max 0,5

Вихідна напруга, V

при логічному 0 - min 2,4 - max 0,5

при логічній 1 - min 2,4 - max 0,5

Вихід - 3 с.

Потужність споживання, mW - 875

Діапазон робочих температур, ºС - - 10 - +70

Рис.9 - Схема підключення процесорного блоку і пам’яті

2.3 Інтервальний таймер

Одним з елементів, обумовлених завданням, є інтервальний таймер i8254. Таймер призначений для формування затримок послідовності імпульсів, формування одиночних імпульсів заданої тривалості, формування стробуємих імпульсів із програмованою затримкою. Виконаний по n-МОП технології.

Рис.10 - Умовне графічне позначення таймеру i8254

D0 - D7 - двонаправлена шина даних з високоімпедансним станом.

А0 - А1 - розряди шини даних, визначають регістр, що буде адресуватися: А1А0 = 00 - адреса каналу 0; А1А0 = 01 - адреса каналу 1; А1А0 = 10 - адреси каналу 2; А1А0 = 11 - адреса регістра керуючого слова

- вибір кристала

- сигнал запису

- сигналу читання

CLK0 - CLK2 - вхід дозволу подачі імпульсу від зовнішнього джерела

GATE0 - GATE2 - вхід дозволу подачі імпульсу сlk на таймер/лічильник

OUT0 - OUT2 - вихід таймерів/лічильників

Вхідні сигнали CLK0 - CLK2 подаються через схеми із зовнішніми керуючими входами GATE0 - GATE2. Кожен лічильник має вихідний сигнал OUT. Інші вузли схеми призначені для установки режиму й реалізації інтерфейсу із системною шиною.

Для функціонування таймера мікроконтролер повинен завантажити керуючі слова, значення яких позначають режим кожного лічильника, і необхідні початкові значення. У завданні нам дані параметри для програмування таймера, тому ми проініціализуємо його в розділі розробки програм ініціалізації.

Електричні параметри i8254:

1. Напруга живлення - 5 В

2. Вихідна напруга:

високого рівня - 2,4 В

низькі рівні - 0,5 В

3. Вихідний струм високого рівня - 1 мА

4. Вихідний струм низького рівня - 5 мА

5. Вхідний струм високого рівня - 30 мкА

6. Вхідний струм низького рівня - 30 мкА

Рис.11 - Схема підключення таймера i8254

2.4 Аналого-цифровий перетворювач (АЦП)

Згідно із завданням, у нашій МПС повинен бути використаний аналого-цифровий перетворювач. Це пристрій, який перетворює аналоговий сигнал у цифровий код. Цей код повинен потрапляти на всі пристрої, таким чином, АЦП підключається до загальної шини.

Варіантом передбачено використання 12ти розрядного швидко-діючого АЦП послідовного наближення, працюючого із ТТЛ-рівнями. Так як дана мікросхема не має окремого блоку цифрового керування, то включення АЦП до шини даних проводиться завдяки регістру К1810ИР82. Нижче наведено УГП MAX201В (іноземний аналог).

Рис.12 - Умовно графічне позначення MAX201B

Основні електричні параметри мікросхеми приведені нижче:

Напруга живлення: +5±10%В, - 15±15%

Максимальний вхідний струм лог.1: 100мкА

Максимальний вхідний струм лог.0: 100мкА

Мінімальна вхідна напруга лог.1: 2В

Максимальна вхідна напруга лог.0: 0,8В

Максимальний вихідний струм лог.1: 0,5мА

Максимальний вихідний струм лог.0: 3,2мА

Мінімальна вихідна напруга лог.1: 2,4В

Максимальна вихідна напруга лог.0: 0,4В

Вхідна ємність по всіх виводах (на частоті 1МГц): 6пФ

Вихідна ємність (на частоті 1МГц): 5пФ

Похибка перетворення: ±1/2ОМР

Час перетворення: 20мкС

Струм живлення: 15мА

Споживана потужність: 800мВт

2.5 Контролер клавіатури і індикації

Для керування індикацією та сканування клавіатури використовується спеціалізована мікросхема i8279. Вона являє собою контролер клавіатури та індикації. Мікросхема має внутрішній ОЗП клавіатури та індикації, може працювати у декількох режимах і дозволяє керувати восьми - або шістнадцятирозрядною індикацією та опитувати до 128 клавіш або дискретних датчиків. Умовне графічне позначення мікросхеми приведене на рис.14.

Рис.13- Умовне-графічне позначення мікросхеми i8279

Внутрішня адресація виробляється по входу A0, тому на цей вхід потрібно подати сигнал з адресної шини. Обмін даними йде по шині даних. Входи RL0-RL7 мікросхеми служать для зчитування стану клавіш клавіатури; виходи OutA3-OutA0, OutB0-OutB3 підключаються до індикаторів; виходи S0-S3 - це виходи сканування рядків клавіатури й перебору індикаторів при відображенні. При надходженні інформації від клавіатури контролер виробляє запит на переривання, виставляючи на виході IRQ сигнал активного рівня. Цей сигнал надходить на один із входів зовнішніх переривань мікроконтролера.

Найменування виводів мікросхеми i8279:

D0…D7 - входи-виходи з третім станом

CS - вибір мікросхеми

RD - читання

WR - запис

A0 або C/D - команда / данні

CLK - синхронізація

RES - початкова установа

S0…S3 - сканування

BD - гасіння індикації

OUTA3… OUTA0, OUTB3… OUTB0 - коди символів

R0…R7 - прийом сигналів з клавіатури

SHIFT - верхній / нижній регістр

IRQ - запит переривання

Технологічні та електричні характеристики:

Технологія - ТТЛШ

Напруга живлення, В - 5

Вихідна напруга, В:

високого рівня - 2,4

низького рівня - 0.45

Вихідний струм, мA:

при напрузі низького рівня - 5

при напрузі високого рівня - 1

Вхідний струм, мкA:

низького рівня - 30

високого рівня - 30

Потужність - 350 мВт

Струм споживання - 60 мА

Режими роботи інтерфейсу клавіатури:

1. Послідовне опитування матриці клавіш із декодуванням і забороною уведення двох одночасно натиснутих клавіш.

2. Послідовне опитування з дешифруванням лічильника сканування з дозволом натискання N клавіш (N<=8).

3. Послідовний режим без дешифрації клавіш із забороною уведення 2х і більше натиснутих клавіш (S0-S3 - Висновки лічильника, до нього підключений 8 розрядний дешифратор (128 кл))

4. Послідовне опитування без дешифрування й з дозволом N натиснутих клавіш N<=8.

5. Послідовне опитування матриці датчиків з дешифруванням матриці сканування.

6. Послідовне опитування матриці датчиків без дешифрування матриці сканування.

7. Стробований вхід з дешифруванням лічильника сканування, що використається для опитування.

8. Стробований вхід без дешифрування лічильника сканування, що використається для опитування.

Режими роботи блоку індикації:

0. Виводить символ на 8мі розрядну індикацію, з розміщенням їх ліворуч праворуч.

1. Виводить символ на 16ти розрядну індикацію, з розміщенням їх ліворуч праворуч.

2. Виводить символ на 8мі розрядну індикацію, зі зрушенням раніше відображеної інформації вліво.

3. Виводить символ на 16ти розрядну індикацію, зі зрушенням раніше відображеної інформації вліво.

Згідно завданню треба організувати 8 індикаторів та 11 клавіш.

Для перетворення двійкового коду у семисегментний використаємо дешифратор К155ИД7, який має три входи і вісім виходів, чого достатньо для виконання поставленої задачі. Даний дешифратор у своєму составі має керуючі входи для організації динамічної індикації.

Рис.14 - Умовне графічне позначення К155ИД7

Найменування виводів:

А0-А2 - адресні входи,

Q0-Q7 - лінії виходу,

С1-С3 - ліній вибору мікросхеми.

Технологічні та електричні характеристики:

Технологія - ТТЛШ

Напруга живлення, V - 5

Вихідна напруга, V

високого рівня - 2,2

низького рівня - 0.8

Вихідний струм, mA

при напрузі високого рівня - 20

при напрузі низького рівня - 8

Струм споживання, mA – 74

Рис.15 - Схема підключення блоку i8279

Сформуємо формат команди встановлення режиму роботи контролера:

ICW1 = 00000001B = 01H

Обрано Режим 0 роботи інтерфейсу індикації та Режим 1 роботи інтерфейсу клавіатури, вивід символів на 8мі розрядну індикацію з розміщенням їх ліворуч праворуч та з запереченням натискання двох або більше клавіш.

Сформуємо формат команди програмування синхронізації: ICW2 = 00110100B = 34H. Коефіцієнт переліку вибрано рівним 20, тобто 10100В, тому що внутрішня частота інтерфейсу не повинна перевищувати 100кГц (2МГц /20 = 100кГц).

Сформуємо формат команди запису у ОЗП індикації:

ICW3 = 10010000B = 90H

Сформуємо формат команди читання ОЗП клавіатури:

ICW4 = 01010000B = 50H

Програма ініціалізації контролера клавіатури і індикації i8279

2.6 Адаптер послідовного інтерфейсу Intel 8251

Адаптер послідовного інтерфейсу слугує для обміну інформацією у послідовному коді у двох режимах: асинхронному та синхронному.

Умовно графічне зображення адаптеру наведено на Рис.16

Рис.16 - Адаптер послідовного інтерфейсу i8254

Електричні параметри i8251:

1. Напруга живлення - 5 В

2. Вихідна напруга:

високого рівня - 2,4 В

низькі рівні - 0,45 В

3. Вихідний струм високого рівня - 1 мА

4. Вихідний струм низького рівня - 5 мА

5. Вхідний струм високого рівня - 30 мкА

6. Вхідний струм низького рівня - 30 мкА

Програмування адаптеру послідовного інтерфейсу Intel 8251

Завдання: Запрограмувати адаптер i8251 для роботи у асинхронному режимі на випадок:

кількість стоп-біт: 2

кількість інформаційних біт: 8

контроль парності

коеф. ділення частоти синхронізації: 16

кількість посилок: 48

Програма:

Спочатку сформуємо слово приказу - 11011110 #DEH

Початковий адрес у пам’яті #100Н

Кінцевий адрес у пам’яті #130Н

Адреса адаптеру #E000H

i8251: ; оголошення констант

. equadr1 = 0xE001; адреса А0=1

. equadr2 = 0xE000; адреса адаптеру

. equmask1 = 0x01; відокремлення TxRDY

. equmask2 = 0x02; відокремлення RxRDY

. equmask3 = 0b00111000; виявлення помилок

ldiR0, 0xDE; слово приказу

stsadr1, R0; програмув. на асинхр. режим

m1: ldiR0, 0x01; завантаження РПД=1

stsadr1, R0; слово команда, дозвіл

; передачі

m2: ldsR0, adr1; читання слова-стану

andiR0, mask1; маскування біта TxRDY

breqm2

ldiR31, 0x01; поч. адреса для видачі 100H потрапляє у

; старший байт Z (ZH=R31)

ldiR2, 0x30; 48 посилок

m3: ; програмув. передачі

ld R3, Z+; передача із слідуючої комірки у РОН

stsadr2, R3; видача байту інформації

decR2; декримент лічильника

cpiR2, 0

brnem3

RET

m4: ldiR0, 0x04; завантаження РПД=1

stsadr1, R0; слово команда, дозвіл

; прийому

m5: ldsR0, adr1; читання слова-стану

andiR0, mask2; маскування біта RxRDY

breqm5

ldsR0, adr1; читання слова-стану

andiR0, mask3; перевірка на факт помилки

brneerror

ldiR30, 0x31; поч. адреса для прийому 131H

; потрапляє побайтово до молодшого та

; старшого байтів рег. Z (ZL=R30)

ldiR31, 0x01; (ZH=R31)

ldiR2, 0x30; 48 посилок

m6: ; програмув. прийому

ldsR3, adr2; прийом байту інформації

stZ+, R3; прийом у слідуючу комірку РОН

decR2; декримент лічильника

cpiR2, 0

brnem6

RET

2.7 Розрахунок електричних навантажень на лінії мікросхем

Проведемо розрахунок навантажувальних характеристик для виходів мікроконтролера для шини даних, адреси і керування.

Навантаження на шину даних мікроконтролера визначається по формулі:

I_вихDL =I_вхСKI + I_вхPIТ + I_вхOZU + I_вхPZU + I_вхACP = 0,03 + 0,03 + 1,6 + 0,25 + 0,1 = = 2,01 мА;

I_вихDH = I_вхCKI + I_вхPIТ + I_вхOZU + I_вхPZU +I_вхACP = 0,03 + 0,03 + 0,1 + 0,04 + 0,1 = = 0,3 мА;

С_D = С_CKI + С_PIТ + С_OZU + С_PZU + С_ACP = 5 + 5 + 25 + 35 + 6 = 76 пФ.

Так як навантаження на шину даних не перевищує 40 мА, то використання додаткового шиного формувача не потрібне. Використаний буферний регістр відповідає поставленим вимогам.

Навантаження на шину адреси мікроконтролера визначається по формулі:

I_вихАL =I_вхСKI + I_вхPIТ + I_вхOZU + I_вхPZU = 0,03 + 0,03 + 1,6 + 0,50 = 2,16 мА;

I_вихАH = I_вхCKI + I_вхPIТ + I_вхOZU + I_вхPZU = 0,03 + 0,03 + 0,1 + 0,08 = 0,24 мА;

С_А = С_CKI + С_PIТ + С_OZU + С_PZU = 5 + 5 + 25 + 30 = 65 пФ.

Так як навантаження на шину адреси не перевищує 40 мА, то використання додаткового шиного формувача не потрібне. Використаний буферний регістр відповідає поставленим вимогам.

Навантаження на шину керування мікроконтролера визначається по формулі:

I_вихСL =I_вхСKI + I_вхPIТ + I_вхOZU + I_вхPZU = 0,03 + 0,03 + 1,6 + 0,25 = 1,94 мА;

I_вихСH = I_вхCKI + I_вхPIТ + I_вхOZU + I_вхPZU = 0,03 + 0,03 + 0,1 + 0,04 = 0,23 мА;

С_С = С_CKI + С_PIТ + С_OZU + С_PZU = 5 + 5 + 25 + 25 = 60 пФ.

Отримані при розрахунку значення струмув та ємностей не перевищують граничні значення.

Висновки

В ході виконання курсової роботи була розроблена повна принципова схема мікропроцесорної системи. Були розглянуті різні варіанти структурної та принципової схем. Згідно із завданням складена програма ініціалізації окремих блоків. Обрані та розраховані необхідні у системі елементи. Була розглянута видача і запис інформації в пам’ять, АЦП, керування системою за допомогою клавіатури та індикації.

Виконання курсової дозволить у подальшому без труднощів розробляти подібні та ще більш складні процесорні системи.