50402 (610109), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Часова діаграма роботи АЦП К572ПВ1А

Принципова схема підключення АЦП до МПП

2.2 Вибір типу ЦАП

При аналізі коефіцієнтів рівняння цифрового фільтру виявилося, що розрядність Yn може зрости , більш детально це пояснено у пункті структури представлення даних. Отже, нам потрібен 14-розрядний ЦАП з високою швидкодією та функціональною завершеністю.

В якості мікросхеми ЦАП для даного цифрового фільтру з чотирнадцятирозрядним вихідним сигналом можна вибрати 14 – розрядний ЦАП К427ПА1. К427ПА1 має наступні характеристиками :

Позначення ЦАП К572ПА1 на схемі принциповій електричній

2.3 Структура представлення даних

Рівняння цифрового фільтру має вигляд:

Причому

, , ,

припустимо що

Тоді

.

Розглянемо

При аналізі коефіцієнтів вважатимемо що є малою величиною.

З отриманої рівності видно , що ми не моженмо однозначно визначити чи коефіцієнт буде >1 чи <1, а отже не можем визначити чи збільшится розрядність вихідних даних. Отже нам потрібно взяти ЦАП з більшою розрядністю ніж АЦП для того щоб не втратити дані.

Вхідні дані представляємо як беззнакові дані, коефіцієнти і вихідні дані ми можемо отримати зі знаком, тобу старший біт відведемо для представлення знаку.

Структура представлення даних буде наступною:

а₀ – 1 байт

а₁ – 1 байт

а₁ – 1 байт

b₀ – 1 байт

Y_n – 2 байти

Х

X

Y_n-1 – 2 байти

Х

X

X_n – 2 байти

Х

Х

Х

Х

X_n-1 – 2 байти

Х

Х

Х

Х

X_n-2 – 2 байти

Х

Х

Х

Х

3. Структурна схема та алгоритм функціонування МПП

3.1 Опис структурної схеми МПП

Системна шина складається з трьох окремих шин: шини даних, шини адрес і шини керування. Лінії СШ характеризуються спрямованістю.Спрямованість визначається по тому, який з пристроїв є визначальним за рівнем сигналу.

ШД - двоспрямована;

ША - односпрямована;

ШК - набір окремих ліній, що мають свій напрям.

За рахунок того, що виводи всіх компонент МП - пристрою під’єднані до СШ, вони повинні мати крім станів, що забезпечують логічний нуль чи одиничку на виході, третій стан, стан з високим вихідним опором — високоімпендансний стан. Кожна мікросхема, яка адресується в МПП пі’єднана до ША через адресний дешифратор (АД).

Мікропроцесор - центральний пристрій мікропоцесорної системи (МПС). Мікропроцесор в складі даного МПП виконує наступні функції: формує адреси команд,видає команди з пам’яті, їх дешифрує, видає для них команди, потрібні адреси, виконує над ними операції, при необхідності записує результат в пам’ять, формує керуючі сигнали для обміну, реагує на можливі зовнішні сигнали.

Тактовий генератор призначений для формування синхроімпульсів для роботи МП і інших пристройв МПС. Синхроімпульси мають амплітуду 12B, але відрізняються один від одного щільністю і зсунуті. Крім того, мікросхема КР580ГФ24, яка виконує функцію ГТІ, приймає участь в прийомі та видачі керуючих сигналів СШ.

ПЗП служить для постійного зберігання потрібних даних і програм. У випадку даного цифрового фільтру він зберігає програму, за якою працює цифровий фільтр, а також постійні коефіціенти (a₀, a₁, b_o).

ОЗП служить для тимчасового зберігання інформації, потрібної для розрахунків.

Системний контролер К580ВК28 призначений для формування сигналів керування, які формуються процесором (MEMP, MEMW,IOR, IOW, INTA).

Шинний формувач К580ВА86 використовується для підвищення навантажувальної здатності шини адрес, до якої під’єднані майже всі компоненти МПП.

Дві мікросхеми ППІ К580ВВ55 в даному МПП служать для обміну інформацією з зовнішніми пристроями АЦП і ЦАП.

3.2 Розподіл адресного простору

В адресний простір МП КР580ВМ80 входить 64К адрес пам’яті (2¹⁶), що визначається 16 - розрядною адресною шиною. Мікропроцесор КР580ВМ80 може здійснювати синхронний і асинхронний обмін інформацією за даними адресами з пам’ятю (ПЗП, ОЗП) та зовнішніми пристроями. При обробці інформації МП зчитує коди команд, операнди і записує одержаний вміст в регістри РЗК або виконує обмін інформації з пам’ятю та зовнішніми пристроями.

Організація звертання до пристроїв обміну іеформації буде реалізована у вигляді роздільного керування пам’ятю і зовнішніми пристроями. Лиш тільки дві команди IN і OUT, в цьому випадку, призначені для обміну інформації з зовнішніми пристроями. Так, як для цих команд адрес для зовнішнього пристрою 8-ми розрядний, то МП КР580ВМ80 може звертатись до 256 пристроїв воду і 256 пристроїв виводу. При цьому адресний простір пам’яті буде максимальним (64К).

Опишемо розміщення коефіцієнтів та змінних в адресному просторі

3.3 Алгоритм функціонування МПП

Як відомо, ввід інформації від АЦП може здійснюватися одним з двох способів:

1. програмним опитуванням, при якому ініціатором обміну є мікропроцесор, періодично опитуючи готовність даних;

2. режимі переривань, при якому готовність даних формує сигнал переривання для МП, в результаті чого МП переходить на підпрограму обробки переривання (ввід інформації від АЦП).

Реалізація переривання можлива або з використанням команди RST N, або з використанням контролера переривань КР580ВН59. В двійковій формі команда RST N має вигляд:

1 1 К₂ К₁ К₀ 1 1 1

де К₂ К₁ К₀ - двійковий код числа N.

При використанні цієї команди за сигналом «Готовність даних» від АЦП на шині даних повинен бути сформований код команди RST N. Цю команду можна легко згенерувати – розряди, які дорівнюють 1, отримуються підключенням лінії даних через резистор до +5 В, а код К₂К₁К₀ можна отримати від шифратора на 3 лінії з 8.

Після того, як сигнал «Готовність даних» поступає на вхід синхронізації тригера відбувається перехід від “0” до “1” і дані з входу D (“1”) передаються на вихід Q, який з’єднаний з виводом запиту переривання INT мікропроцесора. Очевидно, що ця зміна відбувається коди на вході “R” (виводі INTE) сигнал має рівень “1”, тобто переривання дозволено. Після цього мікропроцесор переходить до підпрограми обробки переривання, яка зчитує дані з портів ППІ і заносить їх в пам’ять попередньо заборонивши переривання. По завершенню роботи підпрограми обробки переривання мікропроцесор повертається до виконання головної програми, в які опрацьовуються дані зчитані обробником переривання.Потім результат записується в пам’ять і в порти виводу на ЦАП, в кінці програми дані підготовлюються для наступного повторення операцій, тобто на місце Xn-1 записується Xn, на місце Xn-2 записується Xn-1, на місце Yn-1 Записується Yn.

Блок-схема алгоритму функціонування МПС

Блок-схема підпрограми обробки переривань

4. Загальна структура програми роботи МПП

4.1 Опис програми вводу, виводу

В даній схемі використуваються два контроллери КР580ВВ55 (ППІ) з наступними адресами:

Для запуску АЦП (сигнал Гашення/Перетворення) будемо використовувати розряд C0 каналу С.

Ввід-вивід інформації буде здійснюватися в режимі 1 роботи ППІ через канал А та В.

Спочатку треба ініціалізувати дві ППІ для цього виконуємо

MVIA,10111110B; запрограмували режим 1 для портів А та В на ввід.

OUT083H

MVIA,10101100B

OUT093H;запрограмували режим 1 для портів 2-ої ППІ на вивід

Щоб запустити АЦП необхідно використати слово маніпуляції біта, в якому в розрядах D3-D1 задається номер біта порта С, а в розряді D0 – значення яке необхідно туди записати.Ознакою слова маніпуляції біта є нуль в найстаршому розряді, розряди D6-D4 – не використовуються для слова маніпуляції біта.

Тепер запускаємо АЦП

MVIA,00000000B;встановити в „0” старший розряд каналу С

OUT083H

MVIA,00000001B; встановити в „1” старший розряд каналу С

OUT083H

Після того як АЦП перетворить вхідний сигнал у 12-розрядний двійковий код буде сформовано сигнал „Готовність даних” який через тригер встановить сигнал INT=1, аце означає що почне виконуватися обробник переривання, код якого через буферний регістр буде виставлений на шину даних . Програма обробки переривання запише дані з портів А і В ППІ у комірки пам’яті і керування повернеться до головної програми.

Текст програми обробки переривання:

IRQ:

DI;заборона переривань, щоб цей обробник не був перерваний

PUSHB

PUSHD

PUSHH

PUSHPSW

IN80H; зчитуємо з порта А в акумулятор

STA516H; записуємо у пам’ять молодший байт X_n

IN81H; зчитуємо з порта В в акумулятор

ANI0FH; виділяємо 4 молодші біти з каналу В які є 9 ,10,11 i 12 розрядом X_n

STA517H;записуємо у пам’ять старший байт X_n

POPPSW

POPB

POPD

POPH

IRET

Програма виводу інформації на ЦАП буде викликатись в кінці кожного циклу обчислення Yn і її текст виглядає так :

VYVID:

LDA520H; завантажуємо в акумулятор молодший байт результату

OUT90H; виводимо в канал А

LDA521H; завантажуємо в акумулятор старший байт результату

ANI3FH;обнулення 14 і 15 бітів

OUT91H; виводимо в канал В

RET

4.2 Опис програми обробки інформації

Програма обробки інформації влючає в себе підпрограми множення 8-розрядного числа на 16-розрядне, підпрограму сумування добутків, що розміщені у стеку.

Підпрограма множення двобайтового числа на однобайтове без знаку.

Вхідні дані: регістр DE – множене; акумулятор A - множник.

Результати: регістри A,H,L- добуток (A – старші розряди; L - молодші).

Підпрограма використовує регістр C.

DMULT: LXI H,0

MVI D,0

MVI C,8

Z1: DAD H

RLC

JNC Z2

DAD D

Z2: DCR C

JNZ Z1

RET

Підпрограма сумування 16-розрядних чисел розміщених у стеку

Вхідні дані: вказівник стеку

Результати: регістри H,L

SUM:

POPB;зберігаємо адресу повернення з підпрограми

POPH;витягуємо зі стеку a₀*Х_n-1

POPD; витягуємо зі стеку b₂*X_n-2

DADD; додаємо b₀*Х_n-1 + a₂*X_n-2

POPD;витягуємо a₁*X_n-1

DADD; додаємо b₀*Х_n-1 + a₂*X_n-2+ a₁*X_n-1

POPD; витягуємо a₀*X_n

DADD; додаємо b₀*Х_n-1 + a₂*X_n-2+ a₁*X_n-1+ a₀* X_n

JNC M1

MOVA,H

RAR

MOVH,AЗсовуємо результат додавання на 1 розряд вправо якщо

MOVA,Lвиник перенос при додаванні

RAR

MOVL,A

M1:

MOVA,H

STC

CMC

RAR

MOVH,A

MOVA,LЗсув результату на 2 розряди вправо

RARдля утворення даних, що прередаватимуться

MOVL,Aна ЦАП

STC

CMC

RAR

MOVH,A

MOVA,L

RAR

MOVL,A

PUSHB; відновлюємо адресу повернення

RET

Текст головної програми цифрової обробки інформації

ORG100H

MVIA,a₀

STA501H

MVIA,a₁

STA502H

MVIA,a₂

STA503H

MVIA,b₀

STA504H

LXIH,0

SHLD512H

SHLD514H

SHLD516H

SHLD518H

SHLD520H

LXISP,500H

MVIA,10111110B

OUT083H

MVIA,10101100Bініціалізація двох ППІ

OUT093H

START:

MVIA,00000000B

OUT82H

MVIA,00000001Bзапуск АЦП

OUT82H

LDA501H

LHLD516H

XCHG

CALL DMULT

MOVL,H

MOVH,A

PUSHH; зберігаємо у стеку результат множення a₀* Х_n

LDA502H

LHLD514H

XCHG

CALL DMULT

MOVL,H

MOVH,A

PUSHH; зберігаємо у стеку результат множення a₁* Х_n-1

LDA503H

LHLD512H

XCHG

CALL DMULT

MOVL,H

MOVH,A

PUSHH; зберігаємо у стеку результат множення a₂* Х_n-3

LDA504H

LHLD518H

XCHG

CALL DMULT

MOVL,H

MOVH,A

PUSHH; зберігаємо у стеку результат множення b₀* Y_n-1

CALLSUM

SHLD520H; записуємо Yn у пам’ять

CALLVYVID

LHLD520H; тоді зсув параметрів у пам’яті Y_n->Y_n-1

SHLD518H

LHLD514H; X_n-1 -> X_n-2

SHLD512H

LHLD516H; X_n -> X_n-1

SHLD514H

EI; дозвіл переривання

HLT; зупинка процесора поки не викличеться підпрограма обробки

; переривання і запише нове Xn

JMPSTART

4.3 Оцінка верхньої фінітної частоти вхідного аналогового сигналу

Кількість тактів, за які виконується програма, зведені в таблицю:

Таблиця

Теорема Котельникова:

Будь-який сигнал, який має скінчений спектр, може бути без втрат перетворений у цифрову форму і потім відтворений за відліками цього дискретного сигналу при умові:

Для виконання програми необхідно всього тактів N=2031. Для максимальної частоти f=2.5МГц для МП KР580ВМ80, частота видачі інформації f_вид=2,5МГц/2348=1064,74 Гц

За теоремою Котельникова, верхня гранична частота для фільтра складає

f_верхнє = f_вид /2=1064,74 /2=532,37 Гц

5. Реалізація блоку ОЗП для МПС розміром 8К на елементах 4096x1

Для побудови ОЗП використаєм схему обєднання модулів для нарощення розрядності та об’єму. Визначимо, яку кількість мікросхем даного типу необхідно використати для того, щоб наростити розрядність. Скористаємось наступними формулами:

,

де -розрядність, яку необхідно отримати; -розрядність однієї мікросхеми

Для нашого випадку К=8/1=8

Далі визначаєно скільки мікросхем у нашому випадку потрібно для нарощення об’єму. Скористаємось наступними формулами:

,

де -об’єм, який необхідно отримати; - об’єм однієї мікросхеми

8К=8192

Для нашого випадку К=8192/4096=2.

Отже для вирішення нашої задачі нам потрібно 16 мікросхем.

Потрібними на характеристиками володіють дві мікросхеми КМ132РУ5А та КМ132РУ5Б. Використаєм мікросхему КМ132РУ5А так як її час вибірки адресу менший(не більше 85нс).

Позначення мікросхеми на схемі електричній принциповій

Призначення виводів мікросхеми КМ132РУ5А

A₀-R_off

Таблиця істиності мікросхеми КМ132РУ5А

6. Постійний запам’ятовуючі пристрої

Як і ОЗП ПЗП в своїй структурі передбачають наявність комірок звернувшись до яких можна вивести їх вміст.

По способу записування інформації ПЗП поділяють на два види:

1. ПЗП програмовані маскою на заводі виготовлювачі

2. ПЗП програмовані користувачем

ПЗП масочного типу програмуються в процесі виготовлення за допомогою відповідного фотошаблону. Такий тип програмування ПЗП вигідний тоді коли виготовляється велика партія ПЗП з однією і тією ж записаною в них інформацією.

Програмовані ПЗП допускають одноразове програмування і називаються ППЗП.

Найбільшого поширення набули ППЗП з плавкими вставками, ці плавкі вставки переплавляються за допомогою програмованого джерела живлення.

При програмуванні такої комірки плавка перемичка перепалюється і струм не поступає на розрядну шину при подачі високого рівня на адресну шину. На сьогоднішній час відомі комірки ППЗП що базуються на КМОП технології. За допомогою цих комірок вирішується проблема споживання потужності для пристроїв в яких існує жорстке обмеження на енергоспоживання.

Структурна схема ПЗП масочного типу.

DCS-дешифратор рядкаDCK-дешифратор стовпцяМ-комірка пам’яті

BDO-буфер вихідних даних

ПЗП програмованого типу.

Електрично програмовані ПЗП.

Такі ПЗП допускають багатократне програмування і зберігання інформації при відключенні живлення. В структурі таких мікросхем використовуються елементи які можна встановлювати в один наприклад замкнутий стан вибірково, а решта в розімкнений стан. Програмування таких ПЗП зводиться спочатку до колективної установки всіх комутуючих елементів в один стан, що рівносильно стиранню інформації, а на наступному кроці почергової установки потрібних перемичок в інший стан.

Електрично програмовані ПЗП характеризуються поєднанням енергонезалежності і високою питомою густиною запису інформації з можливість її багаторазового перезапису. Елементарні комірки таких ПЗП представлені на малюнку нижче і являють собою структуру : Метал-Нітрит-Окис-Напівпровідник (МНОП).

1- алюміній;2-нітрит;3-окис кремнію;

На границі двох шарів 2 і 3, а також в шарі 2 є “ловушки” електронів. При подачі на затвор МОП структури додатнього потенціалу електрон із підножки проходить через тонкий шар окису кремнію і захоплюється “ловушками”. На затворі нагромаджується від’ємний потенціал, що відповідає режиму запису інформації. Заряд може зберігатися надзвичайно довгий час (=n*1000год) і при температурі +125С. Пере запуск здійснюється подачею від’ємного потенціалу на затвор, під дією якого нагромаджений заряд витікає. Недолік такої структури є в серйозних технологічних труднощах при виготовленні тонкого шару окису кремнію.

Висновки

Отриманий МПП має верхню граничну частоту 615,46 Гц.

Можна виділити два фактори, що впливають на швидкодію пристрою:

1. тактова частота процесора;

1. алгоритм роботи пристрою;

1. Система команд.

Для підвищення швидкодії треба або оптимізувати алгоритм роботи пристрою (що може спричинити похибку в обчисленнях), або використати МП з вбудованими командами виконання складних арифметичних операцій (множення). Це дозволило б суттєво зменьшити час виконання циклу програмної обробки інформації без зміни тактової частоти.

Перехід до МП 8086 дозволить одночасно підвищити тактову частоту і оптимізувати алгоритм.

МПП був побудований на МП КР580ВМ80. Для заданого рівняння системи регулювання було здійснено його часткову дискретизацію і отримано відповідне рівняння цифрового фільтра (ЦФ). Побудувано аналогову схему, яка відображає задане рівняння.Складено і детально описано структурну схему МПП, включаючи опис кожної складвої частини МПП .Складено схему алгоритму функціонування МПП. Обрано типи мікросхем АЦП і ЦАП, вибір здійснювався переважно по такому параметру як швидкість перетворення інформації. Складено принципову схему підключення елементів МПП. Була розроблена програма на мові асемблеру мікропроцесора КР580ВМ80 для вводу інформації через АЦП і виводу через ЦАП, з використанням паралельного програмованого інтерфейсу , який працював в асинхронному режимі обміну інформацією. Складено програму відповідної цифрової обробки інформації. Детально описано фрагмент принципової схеми реалізації функціонального вузла К589АП26. Практично засвоєно та удосконалено навики розробки мікропроцесорних систем.

Список літератури

1. Алексенко А.Г., Галицин А.А., Иванников А.Д. Проектирование радиоелектронной апаратуры на микропроцессорах: програмирование, типовые решения, методы отладки. М.; Радио и связь, 1984.

2. Полупроводниковые БИС запоминающих устройств; Справочник В.В. Баранов, Н.И. Бекин, А.Ю. Гордунов и др.: Под ред. А.Ю. Гордонова и Ю.Н. Дьякова. М.; Радио и связь, 1987.

3. Майоров В.Г., Гаврилов А.И. Практический курс программирования микропроцессорных систем. М.; Машиностроение, 1989.

4. Самофалов К.Г., Викторов О.В. Микропроцесоры. Б-ка инженера. 2-е изд., перераб. и доп. К.: Техника, 1989.

5. Федорков В.Г. Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: Функционирование, параметры, применение. М.: Энергоатомиздат, 1990.

6. Курс лекцій з предмету «Комп’ютери та мікропроцесорні системи»

Размещено на Allbest.ru

Характеристики

Список файлов курсовой работы