64075 (589077), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Вхідними сигналами системи реєстрації даних є:

шини живлення (може використовуватися вся номенклатура живлячих напруг);

послідовний байтний порт мікропроцесора LINK (LN0 - LN12).

Виходячи з аналізу ланцюгів у з'єднувачах Х1 і Х2 одержуємо, що всі необхідні сигнали перебувають на розніманні Х2, отже рознімання Х1 буде використовуватися тільки для дублювання ланцюгів корпуса і як механічний з'єднувач. У таблиці 1.6 наведені контакти рознімання Х2 розроблювальні осередки й сигнали відповідні їм, які передбачається використовувати для зв'язку з осередком АЦП-079-03.

Тому що розроблювальний осередок буде використовуватися в складі спеціалізованого обчислювача необхідно забезпечити додаткове механічне кріплення. Отже потрібно забезпечити сумісність системи реєстрації даних і осередку АЦП-079-03 по місцях механічного кріплення. Для здійснення механічного кріплення осередків у складі виробу необхідно використовувати кріплення (болти, домкрати) більшої довгі.

Ескіз системи в складі спеціалізованого обчислювача представлений на малюнку 1.3.

Малюнок 1.4 - Ескіз механічного кріплення системи в спеціалізованому обчислювачі.

2. Розробка функціональної схеми й вибір елементної бази

2.1 Опис функціональної схеми системи

Для того щоб виконати дане завдання нам необхідно мати наступні вузли:

- вузол прийому інформації з комунікаційного порту уведення/висновку мікропроцесора 1879ВМ1;

- блок обміну з послідовним портом;

- блок обміну з буферною пам'яттю;

- швидкісна буферна пам'ять;

- блок узгодження з мікроконтролером;

- блок обміну з годинниками реального часу;

- блок обміну з основним накопичувачем;

- мікроконтролер;

- накопичувач.

2.1.1 Вузол прийому інформації з комунікаційного порту уведення/висновку мікропроцесора 1879ВМ1

Інформація надходить із темпом 20 Мбайт/сек, тобто період відновлення інформації 50 нс. Надалі цю інформацію необхідно зберігати в накопичувачі. Для забезпечення необхідного об'єму региструємої інформації (8 Гб) у прийнятних геометричних розмірах доцільно застосовувати накопичувачі на базі мікросхем Flash або малогабаритні жорсткі диски. Тому що розроблювальний блок буде використовуватися у твердих кліматичних і механічних умовах, у яких не можуть працювати жорсткі диски, то буде використовуватися накопичувач. Сучасні накопичувачі великого об'єму на базі мікросхем Flash пам'яті не здатні забезпечити високий темп запису, отже, нам необхідна проміжна швидкісна пам'ять. Об'єм даної проміжної пам'яті повинен бути вище, ніж одиничний пакет інформації, переданої за один обмін. Прийнятий пакет даних, збережений у проміжній буферній пам'яті, необхідно переписати в основний накопичувач до приходу наступної пачки інформації (33 мс).

Виходячи з умов технічного завдання для керування нашою системою й забезпечення зв'язку із ПК нам необхідний мікроконтролер з убудованим USB-Інтерфейсом. Але мікроконтролер не зможе забезпечити достатньої швидкодії. Тому для перезапису даних із проміжної буферної пам'яті в основний накопичувач необхідно використовувати апаратний автомат перезапису даних, яким буде управляти мікроконтролер.

Для синхронізації інформації з розроблювального блоку з іншими приладами реєстрації, а так само для прив'язки інформації нам необхідні годинник реального часу, вони дозволять реєструвати час приходу нового пакета інформації від спеціалізованого обчислювача. Тим самим ми показали необхідність п'яти блоків: мікроконтролера, проміжної буферної пам'яті, основного накопичувача великого об'єму, автомата перезапису даних із проміжної буферної пам'яті в основний накопичувач і годин реального часу. Для того, щоб зв'язати всі вузли між собою необхідно погодити інтерфейси. Для функції узгодження нам необхідні вузли які за це відповідають.

На основі даних міркувань ми одержуємо функціональну схему, наведену на малюнку 2.1.

2.1.2 Блок обміну з послідовним портом

Блок обміну з послідовним портом приймає інформацію від спеціалізованого обчислювача по комунікаційному порту уведення/висновку мікропроцесора 1879ВМ1 і передає її в блок обміну із проміжною буферною пам'яттю. Даний блок містить наступні вхідні сигнали:

- восьми розрядну шину даних;

- один сигнал - строб готовності даних;

- один сигнал прийому даних.

Вихідні сигнали блоку:

- шина адреси;

- шина даних;

- сигнал запису даних;

- сигнал відповіді для комунікаційного порту.

Даний блок виконує наступні функції:

- приймає інформацію ;

- синхронізує прийняту інформацію з тактовим генератором;

- формує сигнал відповіді для комунікаційного порту уведення/ висновку мікропроцесора 1879ВМ1 про те, що дані прийняті, котрий необхідний для функціонування інтерфейсу LINK;

- веде підрахунок прийнятих байт інформації для формування сигналу закінчення сеансу обміну зі спеціалізованим обчислювачем;

- формує шину даних, шину адреси, сигнал запису для роботи із проміжною буферною пам'яттю;

- формує сигнал закінчення сеансу обміну.

2.1.3 Блок обміну з буферною пам'яттю

Даний блок служить для перетворення інтерфейсу швидкісної буферної пам'яті й забезпечує три наступні режими роботи пам'яті:

- запис прийнятої інформації, що надходить від блоку обміну з послідовним портом у швидкісну буферну пам'ять;

- надання доступу мікроконтролеру до швидкісної буферної пам'яті;

- надання автомату перезапису доступу до швидкісної буферної пам'яті для зчитування отриманих даних.

У блок надходять сигнали:

- від блоку обміну по послідовному інтерфейсі:

1) шина адреси;

2) шина даних;

3) сигнал запису;

- від блоку обміну мікроконтролера:

1) вхідна шина даних;

2) шина адреси;

3) сигнали читання;

4) сигнал запису;

5) сигнали керування режимом роботи блоку;

- від автомата перезапису інформації з буферної пам'яті в накопичувач:

1) шина адреси;

2) сигнал читання;

- із блоку виходять сигнали:

1) шина даних для автомата перезапису й мікроконтролера;

2) шина адреси для буферної пам'яті;

3) двунаправлена шина даних для буферної пам'яті;

4) сигнали керування буферною пам'яттю.

2.1.4 Швидкісна буферна пам'ять

Це звичайна статична пам'ять об'ємом до 0,5 М згодом вибірки до 25 нс і швидше. Даний блок прямо працює тільки із блоком обміну з буферною пам'яттю (блок перетворення інтерфейсу).

У неї є стандартний інтерфейс:

- шина адреси;

- двунаправлена шина даних,

і сигнали керування:

- читання(OE);

- запис(WE);

- вибір кристала (CS).

2.1.5 Блок узгодження з мікроконтролером

Блок узгодження з мікроконтролером необхідний для узгодження інтерфейсу мікроконтролера з усіма іншими функціональними вузлами. З керуючих сигналів мікроконтролера будуть формуватися сигнали читання й запису всіх основних вузлів. Так само даний блок здійснює розподіл адресного простору мікроконтролера.

Логічні функції покладені на блок:

- прив'язка сигналів інтерфейсу мікроконтролера до загальної тактової частоти;

- формування логіки роботи двунаправленної шини даних мікроконтролера;

- узгодження прийому й передачі інформації від мікроконтролера до зовнішніх пристроїв і назад;

- формування безперервного адресного простору, у якому будуть перебувають всі функціональні вузли.

Вхідні сигнали блоку:

шина адреси від мікроконтролера;

двунаправленная шина даних від мікроконтролера;

сигнал читання від мікроконтролера;

сигнал запису від мікроконтролера;

шина даних від блоку обміну із проміжною буферною пам'яттю;

шина даних від блоку обміну з основним накопичувачем;

шина даних від блоку обміну з годинниками реального часу.

Вихідні сигнали блоку:

сигнали керування режимом роботи блоку обміну із проміжною буферною пам'яттю;

сигнали керування режимом роботи блоку обміну з накопичувачем;

сигнали керування автоматом перезапису;

шина адреси мікроконтролера;

шина даних мікроконтролера;

сигнал читання від мікроконтролера;

сигнал запису від мікроконтролера.

Останні чотири сигнали (шина адреси, шина даних, сигнал читання й сигнал запису) є глобальними сигналами системи й з'єднуються з усіма зовнішніми пристроями (проміжна буферна пам'ять, основний накопичувач, годинник реального часу) через блоки перетворення інтерфейсу.

2.1.6 Блок обміну з годинниками реального часу

Даних блок погодить внутрішній інтерфейс передачі й прийому інформації від мікроконтролера з послідовним інтерфейсом годин реального часу.

Вхідні сигнали блоку:

шина даних від блоку обміну з мікроконтролером;

шина адреси від блоку обміну з мікроконтролером;

сигнал запису від блоку обміну з мікроконтролером;

сигнал читання від блоку обміну з мікроконтролером;

вхідні сигнали від годин реального часу.

Вихідні сигнали блоку:

шини даних (часу) для блоку обміну з мікроконтролером;

вихідні сигнали від годин реального часу.

2.1.7 Блок обміну з основним накопичувачем

Блок обміну з основним накопичувачем погодить інтерфейси накопичувача й внутрішнього інтерфейсу передачі інформації. Блок формує роботу накопичувача в спеціалізованих режимах роботи:

- передача інформації зі швидкісної буферної пам'яті в накопичувач без участі мікроконтролера;

- надання мікроконтролеру доступу до осередків накопичувача.

Вхідні сигнали блоку:

шини адреси від блоку обміну з мікроконтролером і автомата перезапису даних;

шина даних від блоку обміну з мікроконтролером і автомата перезапису даних;

сигнали керування режимом роботи від блоку обміну з мікроконтролером;

сигнал читання від блоку обміну з мікроконтролером;

сигнали запису від блоку обміну з мікроконтролером і автомата перезапису даних;

вхідні сигнали від мікросхем накопичувача великого об'єму.

Вихідні сигнали блоку обміну:

вихідна шина даних для блоку обміну з мікроконтролером;

вихідні сигнали для мікросхем накопичувача.

2.1.8 Мікроконтролер

Мікроконтролер є основним керуючим вузлом даної системи. Він здійснює загальне керування роботою розроблювального блоку й забезпечує зв'язок із ПК по засобах USB інтерфейсу. У даній системі мікроконтролер прямо взаємодіє тільки із блоком обміну з мікроконтролером.

Вхідні сигнали блоку:

двунаправлена шина даних;

USB.

Вихідні сигнали блоку:

шина адреси;

сигнал читання;

сигнал запису;

двунаправлена шина даних;

USB.

2.1.9 Накопичувач

Накопичувач являє собою набір мікросхем Flash пам'яті великого об'єму. Даний блок прямо взаємодіє тільки із блоком обміну з накопичувачем.

Вхідні сигнали блоку:

сигнал вибірки;

сигнал запису;

сигнал читання;

шина адреси;

двунаправлена шина даних.

Вихідні сигнали блоку:

сигнал «Вільний/Зайнятий»;

двунаправлена шина даних.

Подальше пророблення функціональних вузлів блоку можливі при обраній елементній базі, що дозволить більш детально визначити режими роботи всієї системи.

2.2 Вибір елементної бази

Для реалізації функціональної схеми проведемо вибір елементної бази. На вибір елементів впливає безліч факторів от деякі з них:

- доступність технічної інформації про елементи;

- доступність самих елементів у продажі в Україні;

- можливість застосування елемента при заданих зовнішніх умовах;

- маса - габаритні характеристики елементів;

- електричні параметри й характеристики.

Складність вузлів, описаних у функціональній схемі, змушує переходити на елементи високого ступеня інтеграції, застосовувати імпортну елементну базу. Нижче представлені елементи і їхні характеристики, на яких зупинився наш попередній вибір.

Основним обчислювачем і керуючою ланкою блоку є мікроконтролер. Так само необхідно щоб він сполучав у собі функції контролера USB інтерфейсу, необхідний для взаємодії з персональним комп'ютером. На сьогоднішній день існує цілий ряд мікроконтролерів різних фірм виробників, які задовольняють цим умовам. Один з найбільш відомих виробників мікроконтролерів - ATMEL і мікроконтролери серії АТ89. Це недорогі мікроконтролери з відомим ядром 8051. Реалізація схеми вимагає мінімум додаткової прив'язки. Немаловажне й наявність безкоштовного асемблера, компілятора мови З, програматора й драйверів для Windows/Linux. Зручна можливість програмування процесора не по SPI, а «прямо» по USB каналі. У даній серії є кілька мікроконтролерів з інтерфейсом USB, зупинимося на АТ89С5131. До складу даного мікроконтролера входять:

- 32 Кбайт убудованої флэш-пам'яті із внутрісхемним програмуванням через USB або UART інтерфейси;

- 4 Кбайт EEPROM для завантажувального сектора (3 Кбайт) і даних (1 Кбайт);

- 1 Кбайт убудованого розширеного ОЗУ;

- USB 1.1 і USB 2.0 FS модуль із перериванням на завершення передачі.

Мікроконтролер AT89C5131 містить спеціальний апаратний модуль, що дозволяє йому забезпечити обмін даними по USB інтерфейсі. Структурна схема USB модуля мікроконтролера АТ89С5131 наведена на малюнку 2.2. Для роботи даного модуля необхідні опорні синхроімпульси із частотою 48 Мгц, які виробляються контролером синхронізації. Ці синхроімпульси використовуються для формування 12 Мгц тактових імпульсів із прийнятого диференціального потоку даних на високій швидкості, що відповідає вимогам до USB пристроїв.

Малюнок 2.2 - Структурна схема USB модуля мікроконтролера АТ89С5131

Мікросхема RTC4543 є мікросхемою годин реального часу. Дана мікросхема має здатність зберігати дані в дуже широкому діапазоні напруг, крім того, у неактивному режимі має вкрай мале енергоспоживання, що дозволяє застосовувати для підтримки їхньої працездатності батареї малих габаритів. Мікросхема годин має наступні характеристики:

– точність роботи годин (макс.) – 1 хв/мес. при температурі 25 °С;

Характеристики

Список файлов ВКР