Курсовая работа: Отсканированный готовый курсач

Распознанный текст из изображения:

Аннотация.

у сования: Разработка устроиства на базе микро Р ц р

п о ессо а Р1С1б1'873 на

основе микроконтроллера НЭ44780 для вывода символьного сообщения на Ж

а СЕ-110 он

ля п авления ЖКИ-модулем необходим контроллер терминала

непос е ственно связан с контроллером ЖКИ НВ447 . мен управляю ими

ко ами между контроллером терминала и Р1С-микроконтроллером произво ится по

шине 12С реализованной аппаратно в микроконтроллер

е е Р1С16С873. Шина может

аботать в режиме «Ведомый» и в режиме «Мастер».

В данном Курсовом проекте требуется:

1. Разработать и построить структурную схему устройства.

% Ф

2. Разработать и построить функциональную схему устроиства.

%.Ф

3. Разработать и построить принципиальную схему устроиства.

4. Раз аботать программное обеспечение с помощью пакета

а Р1.АВ ~.7

2

позволяющее реализовать заданные функции.

В качестве графического материала представить:

1. Структурную схему

2. Пояснительную записку к структурной схеме

3. Функциональную схему

4. Пояснительную записку к функциональной схеме

5. Принципиальную схему

~Ф

б. Пояснительную записку к принципиальнои схеме

7. Структурную схему программного обеспечения

Распознанный текст из изображения:

Профессиональные навыки:

-Администрирование, настройка и прокладка сети;

-Сборка, инсталляция, подключение к локальной сети рабочих станций;

-Установка, настройка, выявление неисправностей компьютерной и оргтехники;

-Ремонт компьютерной техники;

-Опыт работы с продуктами: МПпдо~ю ХР, ЧЫа;

Личные качества:

-высокая работоспособность;

-умение выполнять работу точно в срок без потери качества;

-способность быстро переключаться с одного вида деятельности на другой;

-способносгь обучаться в процессе работы;

-по характеру спокоен, приветлив.

Распознанный текст из изображения:

5. Состав системы

1) Демонстрационная отладочная плата (ДОП) К1Т Р1С 03, на которой

расположены: микросхема управляющего Р1С-контроллера Р1С161 873, модуль

жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) на основе микроконтроллера НР44780,

шина 12С реализованная аппаратно в микроконтроллере Р1С16Г873, контроллер

терминала СЕ-110 для управления ЖКИ-модулем и сканирования информации с

клавиатуры;

2) Адаптер литания 220В;

3) Персональный компьютер с СОМ-портом;

4) Соединительный кабель для подключения ДОП к СОМ-порту ПК.

6. Электрические требования

6.1. Требования к входным и выходным сигналам

Входные и выходные сигналы должны соответствовать стандартным ТТЛ уровням

6.2. Напряжение

Напряжение в канале связи должны соответствовать К5232С

6.3 Потребляемая мощность

Потребляемая мощность ДОП не должна превышать 1 Вт

7. Конструктивные требования

7.1 Масса изделия

1)Масса ДОП не должна превышать 0,2 кг; 2) Масса адаптера питания не должна превышать 0,3 кг;

7.2 Габариты изделия

1) Габаритные размеры ДОП не должны превышать 100х75х35 мм;

2) Габариты адаптера питания не должны превышать 40х50х40 мм;

7.3 Прочие требования

Распознанный текст из изображения:

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1. Название

Устройство на базе микроконтроллера Р1С16Г873 для вывода сообщения на ЖКИ.

2. Основание для разработки

Основанием для разработки системы является утвержденный учебный план

Московского государственного института радиотехники электроники и автоматики

(технического университета) — МИРЭА, факультета вычислительных машин и

систем — ВМС, составленный для обучения по специальности 230101 (220100)

вычислительные машины, комплексы, системы и сети.

3. Назначение разработки

Разработка проводится в учебных целях.

4. Основные функции

Вывод символов на Жидко-Кристаллический Индикатор (ЖКИ)

Распознанный текст из изображения:

Длина соединяющего кабеля ПК с ДОП не должна превышать 1,5 м.

8. Требования к микроконтроллеру

1) Микроконтроллер должен быть упакован в В1Р-корпус 2) Количество выводов контроллера должно быть равно 18, либо 28.

9. Требования к ПК

9.1 Требования к аппаратной части

1) Архитектура «Реп1шт» или выше;

2) Тактовая частота 200 МНг;

3) Объем ОЗУ 32 МВ;

4) Свободное дисковое пространство не менее 50 МВ;

9.2 Требования к программной части

Операционная система М1сгояой %1пс1оч~я 2000/ХР

10. Требования но надежности

Средняя наработка на отказ изделия не должна быть меньше 20000 часов

11. Требования к окружающей среде

Распознанный текст из изображения:

2 ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день в мире существует несколько производителей

микроконтроллеров: М1сгосЫр, АУК., 1п1е1 и Мо1ого1а. Каждая фирма производит

линейку микросхем, различающуюся сложностью исполнения, разрядностью

команд, тактовой частотой, количеством команд, архитектурой (Фон-Неймановская

или Гарвардская) и т.д. Остановимся на однокристальных микроконтроллерах

фирмы М1сгосЫр ТесЬпо1оду (США). Маркировка микросхем этой фирмы

начинается с аббревиатуры Р1С, поэтому в мире часто называют микроконтроллеры,

производимые этой компанией как Р1С-контроллеры.

Р1С16Г(С)ХХ вЂ” это 8-разрядные микроконтроллеры с 8.1ЯС архитектурой.

Буква 1 - означает многократно программируемую память, С - однократно

программируемую. Это семейство микроконтроллеров отличается низкой ценой,

низким энергопотреблением и высокой скоростью. Микроконтроллеры имеют

встроенное ЭППЗУ программы, ОЗУ данных и выпускаются в 18 и 28 выводных

корпусах.

Микроконтроллеры семейства Р1С16 имеют очень эффективную систему

команд,

состоящую всего из 35 инструкций. Все инструкции выполняются за один цикл, за

исключением условных переходов и команд, изменяющих программный счетчик,

которые выполняются за 2 цикла. Один цикл выполнения инструкции состоит из 4

периодов тактовой частоты. Таким образом, при частоте 4 МГц, время

выполнения инструкции составляет 1 мксек. Каждая инструкция состоит из '14 бит,

делящихся на код операции и операнд (возможна манипуляция с регистрами,

ячейками памяти и непосредственными данными).

Высокая скорость выполнения команд в Р1С достигается за счет

использования двухшинной Гарвардской архитектуры вместо традиционной

одношинной Фон-Неймановской. Гарвардская архитектура основывается на наборе

регистров с разделенными шинами и адресным пространством для команд и для

данных. Набор регистров означает, что все программные объекты, такие как

порты ввода/вывода, ячейки памяти и таймер, представляют собой физически

реализоваенные аппаратные регистры.

Память данных (ОЗУ) для Р1С161ЧС)ХХ имеет разрядность 8 бит, память

программ (ППЗУ) имеет разрядность и 14 бит. Использование Гарвардской

архитектуры позволяет достичь высокой скорости выполнения битовых, байтовых

и регистровых операций. Кроме того, Гарвардская архитектура допускает

конвейерное выполнение инструкций, когда одновременно выполняется текущая

инструкция и считывается следующая. В традиционной же Фон-неймановской

архитектуре команды и данные передаются через одну разделяемую или

мультиплексируемую шину, тем самым ограничивая возможности конвейеризации.

Так с чего начать разработку электронного устройства на Р1С-контроллере? Для

начала достаточно иметь документацию на Р1С16Г84, который наиболее удобен для

начала изучения всего семейства Р1С-ппсго. Освоив этот контроллер легко можно

перейти на любой другой. У этой микросхемы, вследствие ее простоты, есть

Распознанный текст из изображения:

1) система должна работать в диапазоне температур от +5'С до +35'С;

2) относительная влажность не более 90%;

3) давление в диапазоне 700-800 мм ртутного столба.

12. Требования к конструкторской документации

1) расчетно- пояснительная записка

2) графическое приложение на 4 листах:

а) структурная схема

б) функциональная схема

в) принципиальная схема

г) структурная схема программного обеспечения

Распознанный текст из изображения:

недостаток — необходимость программной реализации шины 12С, поэтому мы будем

использовать чуть более сложный микроконтроллер Р1С16Г873, у которого шина

реализована аппаратно.

Разработка устройств на микроконтроллерах обычно производится в несколько

следующих этапов. Первый это постановка задачи и составление алгоритма

работы устройства. Поэтому пока сильно заострять внимание на этом этапе не буду.

Отмечу лишь, что это один из важнейших этапов, который определяет всю

дальнейшую работу.

После того, как появился какой-то алгоритм, представляющийся

работоспособным, разработчик садится за компьютер и начинает писать программу

(обычно не всю сразу, а по частям). Параллельно с написанием программы

собирается макет устройства, на котором будет производиться отладка. Как только

текст программы готов, производится ассемблирование, т.е. перевод мнемонических

ассемблерных кодов в двоичный формат, который затем можно «зашить» в ПЗУ

контроллера с помощью специального программатора. Однако, обычно после

первого ассемблирования в контроллер программа не «шьется», т.к. даже у самого

квалифицированного программиста в ней наверняка будут логические ошибки.

Поэтому прежде исполнение программы проверяется в специальном программном

эмуляторе контроллера, в котором и устраняются найденные ошибки. Далее

производится прошивка контроллера и отладка программы уже на работающем

макете устройства.

В принципе текст программы можно писать в обычном текстовом редакторе,

сохраняя его в файле с расширением .аяп. Далее этот файл можно ассемблировать,

загружать в программный эмулятор или «прошивать» ПЗУ контроллера. Лет пять

назад примерно так и делалось. Однако сейчас существует так называемая

интегрированная среда разработки (11ЭŠ— ~п1едга1ед йе~е1ортеп1 епчпоптеп1), в

которой сосредоточены все инструментальные средства - МРЬАВ. Разработана она

производителем Р1С-контроллеров и распространяется бесплатно. Загрузить ее

можно с сервера М~сгосЫр. На данный момент вышла уже версия 5.20.

Что же представляет собой Р1С-контроллер с точки зрения программиста?

Прежде всего это набор ячеек памяти, называемых регистрами. Все имеющиеся в

распоряжении программиста команды в конечном счете предназначены для

изменения содержимого регистров. Каждый регистр имеет свой уникальный адрес,

зная который можно к нему обратиться и произвести с ним требуемую операцию.

Все вместе адреса образуют адресное пространство контроллера, или иначе — ОЗУ.

Физически регистры объединены между собой через шину данных. Так же к шине

данных подключены АЛУ и рабочий регистр %, который собственного адреса не

имеет, и через который производится большинство операций контроллера. Все

регистры являются восьмибитными, хотя в некоторых из них реально доступно

меньшее число бит. Шина данных так же восьмибитная. Поэтому контроллер и

называется восьмибитным.

Регистры делятся на две категории: регистры общего назначения (РОН) и

регистры специального назначения. Регистры общего назначения - это просто

ячейки памяти, предназначенные для хранения байта информации. Регистры

Распознанный текст из изображения:

специального назначения определяют режимы работы самого контроллера.

Например, порты ввода/вывода являются регистрами специального назначения. Для

того, что бы, допустим, считать значение входного логического сигнала на выводе

М8 контроллера Р1С16Г873, необходимо прочитать значение бита 2 регистра

специального назначения с адресом Ох06.

Помимо ОЗУ, на кристалле контроллера обязательно имеется память программ

(ПЗУ). Именно в нее и записывается исполняющийся код, который получается после

ассемблирования текста программы. У каждой ячейки, находящейся в ПЗУ так же

имеется свой уникальный адрес. Непосредственного доступа к памяти программы у

программиста нет. Он только может менять адрес той команды, которая должна

быть исполнена. Этот адрес доступен через два регистра специального назначения,

которые называются программным счетчиком. В этом счетчике находится адрес той

команды, которая должна быть исполнена. По включению контроллера или после

сброса, в счетчике будет записан 0 (для Р1С16Г84А). Таким образом, первой будет

исполнена команда, находящаяся в ПЗУ по адресу О. После исполнения команды,

содержимое счетчика автоматически увеличивается на единицу, и далее будет

выполнена команда, расположенная в ПЗУ по адресу 1. Так будет продолжаться до

тех пор, пока не исполнится команда перехода, которая принудительно запишет в

программный счетчик какое-нибудь другое значение.

Распознанный текст из изображения:

Разрабатываемое устройство состоит из следующих элементов:

Массив символов — в нем хранятся двоичные коды символов, которые необходимо вывести на экран ЖКИ.

Преобразователь двоичного кода в АЯС11-код - предназначен для преобразования двоичного кода символа, взятого из массива символов в АЯСП-код.

Контроллер алфавитно-цифрового ЖКИ модуля — позволяет через шину 1 С вег сти управление ЖКИ-модулем. имеющим параллельный интерфейс. Данные, передаваемые в ЖКИ-модуль непосредственно, трансформируются в сигналы параллельной шины.

Контроллер дисплея — формируем символы на ЖК- дисплее, устанавливает количеством строк дисплея управляет размерами символов, производит обновление информации на ЖКИ.

Обмен данными между преобразователем двоичного кода в АЯС11-код и контроллером алфавитно-цифрового ЖКИ модуля производится по двунаправленой асинхронной шине с последовательной передачей данных 1 С. Данная шина имеет высокую скорость обмена данными (до 100 кбит и выше), возможность адресации до 128 устройств и проста в программной реализации.

Распознанный текст из изображения:

4 Разработка функциональной схемы

Функциональная схема содержит управляющий микроконтроллер Р1С16Г873,

управляющий контроллер ЖКИ СЕ110/Р и панель ЖКИ. Микроконтроллер

Р1С16Г873 осуществляет связь и управление с контроллером ЖКИ-панели СЕ110

посредством стандартного 12С интерфейса. Микроконтроллер Р1С16Г873

сконфигурирован на шине 12С как «ведущий», а внутренний контроллер шины 12С в

микросхеме СЕ110 - как «ведомый».

При реализации шины 1 С необходимо иметь в виду следующие

г

обстоятельства. Во-первых, все периферийные устройства, подключенные к шине,

должны иметь в своем составе специальный контроллер шины ГС, способный

работать в режиме ведомого. Во-вторых, управляющий микроконтроллер должен

работать в режиме ведущего, который в зависимости от типа микроконтроллера

может быть реализован аппаратно или программно. Некоторые

микроконтроллеры имеют аппаратную поддержки шины как в режиме ведущего

(кМавгег»), так и режиме ведомого (<81аче»). У других аппаратно реализован

только протокол «81ауе»-устройства шины ГС, а реализация протокола «Маз1ег»

производится программным способом. Простые микроконтроллеры такие,

например, как 18-тивыводные Р1С вообще, не имеют аппаратной поддержки шины

г

1 С. Они могут работать только в режиме ведущего, реализация протокола «Майег»

производится программным способом.

Используемый микроконтроллер Р1С16Г873 относится к первой категории.

Протокол шины 1 С у него реализуется аппаратно.

г

Р1С16Г873 - микроконтроллер семейства Р1С16Гххх недорогих,

высокопроизводительных, 8-битных СМОК микроконтроллеров. Контроллер

Р1С16Г873, как и все микроконтроллеры семейства Р1СМ1СКО основан на развитой

ИЯС-архитектуре. Слова команд и данные передаются независимо по разделенным

шинам памяти и данных. Большинство команд исполняется за один машинный цикл,

длительностью равной 4 периодам тактовой частоты, исключая команды переходов,

которые выполняются за два цикла. Набор команд состоит из 35 инструкций с

интуитивно понятной мнемоникой.

На кристалле имеется энергонезависимая память данных ЕЕРВ.ОМ с

гарантированным сроком хранения данных более 40 лет при отключенном питании.

Микроконтроллер Р1С16Г873 может работать в одном из четырех режимов

тактового генератора:

° ЬР - низкочастотный резонатор;

° ХТ вЂ” обычный резонатор;

° НЯ - высокочастотный резонатор;

° внешняя К.С цепочка.

Микроконтроллер Р1С16Г873 может программироваться непосредственно на

плате. Для программирования на плате необходимо максимум пять проводов:

питание 5В, напряжение программирования, последовательные данные,

тактирующие импульсы и общий.

Распознанный текст из изображения:

5 Разработка принципиальной схемы.

Принципиальная схема разрабатываемого устройства приведена ниже.

Разрабатываемое устройство содержит управляющий микроконтроллер Р1С16Е873 (РОЗ), контроллер терминала (РО1) и контроллер ЖКИ (ИЭ2). Обмен между управляющим микроконтроллером и периферийными устройствами производится по шине ГС.

Микросхема СЕ110 (РШ) предназначена для создания терминалов на основе широко распространенных одно- и двухстрочных ЖКИ-модулей, построенных с применением микросхемы НВ44780, и кнопочной клавиатуры. Она позволяет через шину 1 С вести управление ЖКИ-модулем, имеющим параллельный интерфейс, и кроме того, поддерживает сканирование и обработку информации от клавиатуры, включающей до 64 клавиш. С помощью СЕНО производится трансляция поступающей по шине 1 С информации в операции параллельной шины ЖКИ- модуля. Использование СЕНО значительно снижает требования к количеству выводов основного микроконтроллера необходимых для управления ЖКИ и клавиатурой. На резисторе В.1 и конденсаторе С2 выполнен тактовый генератор («5 МГц). 16-ти кнопочная клавиатура подключена к первой и второй строкам сканируемой матрицы, поэтому клавиши имеют равномерно нарастающие коды $00...$0Г.

Монолитный инвертор напряжения АРМ 8829 (РА1) преобразует напряжения в диапазоне от +1.5 В до +5.5 В в, соответствующие, выходные напряжения от -1.5 В до -5.5 В. Используя только два недорогих конденсатора, инвертор обеспечивает выходной ток до 100 мА. Выработанное отрицательное напряжение через подстроечный резистор В.б передается на вход УО ЖКИ МОДУЛЯ. Подстроечный резистор 8.6 позволяет плавно изменять напряжение питания драйвера ЖК-панели путем изменения потенциала на входе УО. Это необходимо для правильной установки режима работы модуля, так как различные ЖК-материалы и конструкции ЖК-панелей могут иметь существенно различающиеся характеристики, что, к примеру, может привести к полному отсутствию изображения на одном ЖКИ-модуле, включенном в схему с настройкой резистора К.б для другого.

Кроме того, ЖК-панели, предназначенные для работы при отрицательных температурах, требуют повышенного напряжения питания, для чего на вход Уо необходимо подать отрицательное напряжение (-1... - 3 В).

Конденсаторы С1 выполняет функцию фильтрующего элемента. конденсатор СЮ и резистор К.5 образуют схему фиксации линии ВЕК. Кнопка ЯВ1 предназначена для ручной подачи сигнала сброса В.ЕЯ.

Тактовый генератор микро-ЭВМ включает в себя кварцевый резонатор 791 и конденсаторы С4, С5.

При реализации шины 1 С необходимо иметь в виду следующие

г

Распознанный текст из изображения:

обстоятельства. Во-первых, все периферийные устройства, подключенные к шине, должны иметь в своем составе специальный контроллер шины 1 С, способный работать в режиме ведомого. Во-вторых, управляющий микроконтроллер должен работать в режиме ведущего, который в зависимости от типа микроконтроллера может быть реализован аппаратно или программно. Некоторые микроконтроллеры имеют аппаратную поддержки шины как в режиме ведущего («Маь|ег»), так и режиме ведомого («Я1а~е»). У других аппаратно реализован только протокол «81ауе»-устройства шины 1 С, а реализация протокола «Мая1ег» производится программным способом. Простые микроконтроллеры такие, например, как 18-тивыводные Р1С вообще, не имеют аппаратной поддержки шины 1 С. Они могут работать только в режиме ведущего, реализация протокола «Мая1ег»

2

производится программным способом.

Используемый микроконтроллер Р?С16Г873 относится к первой категории. Протокол шины 1 С реализуется аппаратно.

г

При выборе любого режима 1 "С выводы ЯСЬ и ЯЭА должны быть настроены на вход установкой соответствующих битов регистра Т?ЦКС в 'Г. Для нормальной работы модуля 1 С к К.СЗ (ЯСЬ) и В.С4 (ЯЭА) подключены внешние подтягивающие резисторы К.4 и В.5 соответственно.

Через разъем ХР1 подается напряжение питания 5В, наличие которого индицируется светодиодом УР1.

Розетка ХР4 типа Ю-11 служит для обеспечения возможности

подключения внешних устройств к шине 1 "С.

Краткие характеристики используемых микросхем:

1. Однокристальная Микро-ЭВМ Р1С16Р873:

Р Упаковка — Р1Р

П Число выводов - 28

Р АЦП-есть

Р Контроллер 12С шины — параллельный порт

15

Распознанный текст из изображения:

Особенности я амик оконт олле а:

° Высокопроизводительный К1ЯС-процессор

° Всего 35 простых для изучения

° Все инструкции исполняются за один такт, кроме инструкций перехода,

выполняемых за два такта

° Скорость работы: тактовая частота до 20 МГц;

минимальная длительность такта 200 не

° ГЬАЯН память программ до 8К х 14 слов

° Память данных (ОЗУ) до 368 х 8 байт

° ЭСГШЗУ память данных до 256 х 8 байт

° Совместимость цоколевки с Р1С16С73/74/76/77

° Механизм прерываний (до 14 внутренних/внешних источников прерываний)

«Восьмиуровневый аппаратный стек

° Прямой, косвенный и относительный режимы адресации

° Сброс при включении питания (РОК)

° Таймер включения (Р%КТ) и таймер запуска генератора (ОЯС)

° Сторожевой таймер (ЖРТ) с собственным встроенным К.С-генератором для

повышения надежности работы

° Программируемая защита кода

° Режим экономии энергии (ЯЬЕЕР)

° Выбираемые режимы тактового генератора

° Экономичная, высокоскоростная технология КМОП Н.АЯН/ЭСППЗУ

° Полностью статическая архитектура

° Программирование на плате через последовательный порт с использованием

двух выводов

° Для программирования требуется только единственный источник питания 5В

° Отладка на плате с использованием двух выводов

Распознанный текст из изображения:

7 ВЫВОДЫ

В процессе создания курсовой работы был получен опыт в

программировании контроллера Р1С1бГ873 и решения с его

помощью таких задач, как: вывод информации на ЖКИ, вывод

информации на монитор ПК. Разобрали особенности контроллера

Р1С16Р873, контроллера алфавитно-цифрового ЖКИ-модуля

СЕНО и прочее. Также мы смогли разобраться в интерфейсе 12С.

Повысить уровень знаний языка Ассемблера.

25