Назва пристрою
|
А13
|
А14
|
А15
|
Фізична адреса
|
ОЗП
|
0
|
1
|
0
|
3000H - 4FFFН
|
ПЗП
|
1
|
1
|
0
|
5000Н - 7FFFH
|
ККіІ
|
0
|
0
|
1
|
6000Н
|
ЦАП
|
1
|
0
|
1
|
8000Н
|
Інтервальний таймер
|
0
|
1
|
1
|
A000Н
|
Рис. 5 - Схема підключення
процесорного блоку
2.2 Розробка блоку пам’яті (ОЗП і
ПЗП)
Розрахуємо ОЗП:
Ісходні дані:
Кількість комірок зовнішнього ОЗП
NОЗП - 5К×8.
Вхідні струми:
при логічному 0, IIL - 1,6 мА.
при логічній 1, IIH - 0,1 мА.
Вхідна ємкість логічних схем
навантаження, СI - 10 пФ.
Монтажні ємкості усіх ланцюгов (См =
20 пФ).
Згідно завдання кількість комірок
ОЗП складає NОЗП.
Розрядність ОЗП nОЗП повинна
відповідати розрядності обробки даних ЦП.
Інформаційна ємкість СОЗП
визначається по формулі:
У якості мікросхеми ОЗП виберемо
К537РУ10.
Необхідна швидкодія ОЗП визначається
по тимчасовим діаграмам ЦП. Для МК ATmega128 тривалість циклу запусу
(зчитування) tС равно 3ТМТ, де ТМТ - тривалість машинного такту.
При частоті кварцевого резонатора
fтг = 10 МГц тривалість дорівнює:
Тривалість циклу мікросхеми
пам’яті tcy повинна задовольняти нерівності:
Для даної мікросхеми пам’яті
ємкість 2К, а розрядність слова 8 біт:
Розрахуємо число ВІС ОЗП в
ряду матриці:
де nБИС - розрядність обраної
мікросхеми пам’яті.
Визначимо число розрядів стовбців
матриці:
де NБИС - кількість комірок
обраної мікросхеми пам’яті.
Загальна кількість ВІС ОЗП
дорівнює:
Таким чином, кількість
корпусів ОЗП дорівнює 2.
Рис. 6 - Умовне графічне
позначення ОЗП К537РУ10
Найменування виводів:
A0 ÷ A10 - адресні
входи./RD - сигнал запису/зчитування.- chip select, чіп вибору.- виход дозволу.
D0 ÷ D7 - шина
даних вводу/виводу.
ОЗП представляє собою
статичний асинхронний оперативно запом’ятовуючий пристрій.
Режими роботи ОЗП:
#CS
|
#CEO
|
#WR/RD
|
A0..10
|
D0..7
|
Режим
|
M
|
X
|
X
|
Адрес
|
Дані
|
Зберігання
|
L
|
X
|
L
|
|
|
Запис
|
L
|
L
|
H
|
|
|
Зчитування
|
L
|
H
|
H
|
|
|
Заборона виходу
|
Технологічні та електричні
характеристики К537РУ10:
Технологія - КМОП.
Організація - 2К×8.
Час виборки, ns - не більш 220.
Напруга живлення, V - 5.
Струм живлення, мА.
у режимі звернення - 30.
у режимі зберігання - 1-2.
Вхідна напруга, V.
при логічному 0 - min 0 - max 0,4.
при логічній 1 - min 0,9Ucc - max
0,5.
Вихідна напруга, V.
при логічному 0 - min 0 - max 0,4.
при логічній 1 - min 2,4 - max 0,4.
Вихід - 3 с.
Діапазон робочих температур, ºС
- -10 - +70.
Визначимо струмове IDL и IDH і
ємкістне СD навантаження для схем вводу інформації в ОЗП по формулам:
= mc *
IIDL = 1 * 1,6 = 1,6 мА= mc * IIDH = 1 *
0,1 = 0,1 мА= mc * CID + Cm = 1 * 10 + 20 = 30 пФ
де IIDL, IIDH - вхідні струми
логічного 0 і логічної 1 по інформаційним ланцюгам обраної ВІС ОЗП.- вхідна
ємкість по інформаційному входу ВІС ОЗП.
Визначимо стум навантаження і
ємкістне навантаження для схем вводу адреси по адресовим ланцюгам ВІС ОЗП по
формулам:
= m *
IIAL = 1 * 1,6 = 1,6 мА= m * IIAH = 1 *
0,1 = 0,1 мА= m * CIA + Cm = 1 * 10 + 20 = 30 пФ
де IIАL, IIAH - вхідні токи
логічного 0 і логічної 1 по адресовим ланцюгам обраної ВІС ОЗП.А - вхідна
ємкість по адресовому входу ВІС ОЗП.
Визначимо струми навантаження ICSL,
ICSH і величину ємкісного навантаження СCS по ланцюгам вибору мікросхем (CS) по
формулам:
= mp *
IICSL = 1 * 1,6 = 1,6 мА= mp * IICSH = 1 *
0,1 = 0,1 мА= mp * CICS + Cm = 1 * 10 + 20 = 30
пФ
де IICSL, IICSH - вхідні струми
логічного 0 і логічної 1 по ланцюгам вибору (CS) ВІС ОЗП.СS - вхідна ємкість по
ланцюгам вибору мікросхем (CS) ВІС ОЗП.
Значення ICSL, ICSH и CCS не повинні
перевищувати максимально допустимі значення для обраних мікросхем,
забезпечующих вибір ВІС ОЗП.
Розрахуємо ПЗП:
Ісходні дані:
Кількість комірок зовнішнього ПЗП
NПЗП - 2К×8
Вхідні струми:
при логічному 0, IIL - 0,25 мА
при логічній 1, IIH - 0,04 мА
Вхідна ємкість логічних схем
навантаження, СI - 10 пФ
Монтажні ємкості усіх ланцюгов (См =
20 пФ).
Згідно завдання кількість комірок
ПЗП складає NПЗП.
Розрядність ПЗП nПЗП повинна
відповідати розрядності обробки даних ЦП.
Інформаційна ємкість СПЗП
визначається по формулі:
Необхідна швидкодія ПЗП
визначається по тимчасовим діаграмам ЦП. Для МК ATmega128 тривалість циклу
запусу (зчитування) tС равно 3ТМТ, де ТМТ - тривалість машинного такту.
У якості мікросхеми ПЗП
виберемо КР556РТ20, тому що вона ідеально підходить і не створює ізбиткості для
даного випадку.
Для даної мікросхеми пам’яті
ємкість 1К, а розрядність слова 8 біт:
.
Розрахуємо число ВІС ПЗП в
ряду матриці:
де nБИС - розрядність обраної
мікросхеми пам’яті.
Визначимо число розрядів
стовбців матриці:
де NБИС - кількість комірок обраної
мікросхеми пам’яті.
Загальна кількість ВІС ПЗП дорівнює:
Таким чином, кількість
корпусів ПЗП дорівнює 2.
Рис. 7 - Умовне графічне
позначення ПЗП КР556РТ20
Найменування виводів:
A0 ÷ A9 - адресні
входи.
D0 ÷ D7 - шина
даних вводу/виводу., CS2 - вибір мікросхеми- виход дозволу.
Технологічні та електричні
характеристики КР556РТ20:
Технологія - ТТЛШ
Організація - 1К×8
Час виборки, ns - не більш 65
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
Визначимо стум навантаження і
ємкістне навантаження для схем вводу адреси по адресовим ланцюгам ВІС ПЗП по
формулам:
= m * IIAL = 2 *
0,25 = 0,5 мА= m *
IIAH = 2 * 0,04 = 0,08 мА= m * CIA + Cm = 2 * 10 + 20 = 40 пФ
де IIАL, IIAH - вхідні токи
логічного 0 і логічної 1 по адресовим ланцюгам обраної ВІС ПЗП.А - вхідна
ємкість по адресовому входу ВІС ПЗП.
Визначимо струми навантаження
ICSL, ICSH і величину ємкісного навантаження СCS по ланцюгам вибору мікросхем
(CS) по формулам:
= mp * IICSL = 2 *
0,25 = 0,5 мА= mp *
IICSH = 2 * 0,04 = 0,08 мА= mp * CICS + Cm = 2 * 10 + 20 = 40 пФ
де IICSL, IICSH - вхідні
струми логічного 0 і логічної 1 по ланцюгам вибору (CS) ВІС ПЗП.СS - вхідна
ємкість по ланцюгам вибору мікросхем (CS) ВІС ПЗП.
Враховуючи, що навідмінок від
ОЗП інформація з ПЗП тільки зчитується, то необхідно визначити струми
навантаження і ємкість навантаження на інформаційні виходи ВІС ПЗП по формулам:
IQL = mР *
IIL = 2 * 0,25 = 0, 5 мА= mР *
IIH = 2 * 0,04 = 0,08 мА= mC *
CQO + mР *CI + Cm = 1 *
15 + 2 * 10 + 20 = 55 пФ
де IQL, IQH - вхідні струми
логічного 0 і логічної 1 мікросхем навантаження ВІС ПЗП, CQO - вихідна ємкість
одного інформаційного виходу ВІС ПЗП, CI - вхідна ємкість мікросхем
навантаження ВІС ПЗП.
Отримані значення струмів не повинні
перевищувати граничні значення для обраних мікросхем пам’яті.
Рис. 8 - Схема підключення
процесорного блоку та блоку пам’яті
2.3 Цифро-аналоговий перетворювач
(ЦАП)
Згідно із завданням, у нашій МПС
повинен бути використаний Цифро-аналоговий перетворювач. Це пристрій,який
перетворює цифровий код в аналоговий сигнал. Цей сигнал повинен потрапляти на
всі пристрої, таким чином, ЦАП підключається до загальної шини.
ЦАП повинен бути 8 розрядним та мати
досить високу швидкодію, так як частота тактового сигналу складає 25/2 =
12,5МГц. Однак, ЦАП з таким часом перетворення достатньо дорогі і їх вартість
може складати до 50% вартості всієї системи, тому немає сенсу їх
використовувати у нашій МПС. Вирішено використати ЦАП середньої швидкодії.
Такою є мікросхема AD5302. Вона являє собою 8 розрядну ЦАП з часом перетворення
2мкс. Її умовне графічне позначення приведене на рис. 9.
Рис. 9 - Умовне-графічне позначення
мікросхеми AD5302
Призначення виводів AD5302:
. LDAC - вход строба обновления
информации в регистрах DAC A и B. 2. Vdd - + питания. 3. VrefB - вход опорного
напряжения канала B. 4. VrefA - вход опорного напряжения канала A. 5. VoutA -
выход напряжения канала A. 6. VoutB - выход напряжения канала B. 7. SYNC - вход
выбор кристалла. 8. SCKL - вход синхроимпульсов последовательного интерфейса.
9. DIN - вход данных последовательного интерфейса. 10. GND - общий (корпус).
Рис. 10
Основні електричні параметри
мікросхеми приведені нижче:
Разряды 12, 13 (см. Tab. I)
определяют режимы работы. 14-й разряд определяет будет ли буферизироваться
опорное напряжение. 15-й старший разряд определяет в какой канал, A или B,
будет записано управляющее слово. В Tab. I разъяснены значения 15-го и 14-го
разрядов, а также показаны значения по умолчания после включения питания.
Режимы работы (13, 12) имеются следующие: 00 - нормальная работа; 01 - режим
«Power Down» - выход подключается к «земле» через сопротивление 1 кОм; 10 -
режим «Power Down» - выход подключается к «земле» через сопротивление 100 кОм;
11 - выход в Z-состоянии. В режимах «Power Down» существенно уменьшается
потребление - до 200 nA при 5 В (50 nA при 3 В).
2.4 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.
11.
Рис. 11 - 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:…D7 - входи-виходи з третім станом.- вибір мікросхеми.- читання.-
запис.або C/D - команда / данні.- синхронизація.- початкова установа.…S3 -
сканування.- гасіння індикації.… OUTA0, OUTB3… OUTB0 - коди символів.…R7 -
прийом сигналів з клавіатури.- верхній / нижній регістр.- 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:
. Послідовне опитування матриці
клавіш із декодуванням і забороною уведення двох одночасно натиснутих клавіш.
. Послідовне опитування з
дешифруванням лічильника сканування з дозволом натискання N клавіш (N<=8).
. Послідовний режим без дешифрации
клавіш із забороною уведення 2х і більше натиснутих клавіш (S0-S3 - Висновки
лічильника, до нього підключений 8 розрядний дешифратор (128 кл.))
. Послідовне опитування без
дешифрування й з дозволом N натиснутих клавіш N<=8.
. Послідовне опитування матриці
датчиків з дешифруванням матриці сканування.
. Послідовне опитування матриці
датчиків без дешифрування матриці сканування.
. Стробований вхід з дешифруванням
лічильника сканування, що використається для опитування.
. Стробований вхід без дешифрування
лічильника сканування, що використається для опитування.
Режими роботи блоку індикації.
. Виводить символ на 8мі розрядну
індикацію, з розміщенням їх ліворуч праворуч.
. Виводить символ на 16ти розрядну
індикацію, з розміщенням їх ліворуч праворуч.
. Виводить символ на 8мі розрядну
індикацію, зі зрушенням раніше відображеної інформації вліво.
. Виводить символ на 16ти розрядну
індикацію, зі зрушенням раніше відображеної інформації вліво.
Згідно завданню треба організувати 8
індикаторів то 30 клавіш.
Для перетворення двійкового коду у
семисегментний використаємо дешифратор К555ИД3, 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. 12 - Умовне графічне
позначення К155ИД7
Найменування виводів:
А0-А2 - адресні входи,-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. 13 - Схема підключення блоку
i8279
Сформуємо формат команди
встановлення режиму роботи контролера:
= 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
программування синхронізації:
= 00110100B = 34H
Кофіціент переліку вибран 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:
= 01010000B = 50H
3. 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:
вихDL =IвхСKI + IвхPIТ + IвхOZU +
IвхPZU + IвхCАP = 0,03 + 0,03 + 1,5 + 0, 5 + 0,1 = = 2,17 мА;вихDH = IвхCKI +
IвхPIТ + IвхOZU + IвхPZU +IвхCАP = 0,03 + 0,03 + 0,1 + 0,04 + 0,1 = = 0,3 мА;
СD = СCKI + СPIТ + СOZU + СPZU +
СCАP = 5 + 5 + 26 + 55 + 6 = 97 пФ.
Так як навантаження на шину даних не
перевищує 32 мА, то використання додаткового шинного формувача не потрібне.
Використаний буферний регістр відповідає поставленим вимогам.
Навантаження на шину адреси
мікроконтролера визначається по формулі:
мікроконтролер інтерфейс
перетворювач мікросхема
IвихАL =IвхСKI + IвхPIТ + IвхOZU +
IвхPZU = 0,03 + 0,03 + 1,5 + 0, 5 = 2,06 мА;вихАH = IвхCKI + IвхPIТ + IвхOZU +
IвхPZU = 0,03 + 0,03 + 0,1 + 0,12 = 0,31 мА;
СА = СCKI + СPIТ + СOZU + СPZU = 5 +
5 + 26 + 55 = 97 пФ.
Так як навантаження на шину адреси
не перевищує 32 мА, то використання додаткового шиного формувача не потрібне.
Використаний буферний регістр відповідає поставленим вимогам.
Навантаження на шину керування
мікроконтролера визначається по формулі:
вихСL =IвхСKI + IвхPIТ + IвхOZU +
IвхPZU = 0,03 + 0,03 + 1,5 + 0, 5 = 2,06 мА;вихСH = IвхCKI + IвхPIТ + IвхOZU +
IвхPZU = 0,03 + 0,03 + 0,1 + 0,04 = 0,23 мА;
СС = СCKI + СPIТ + СOZU + СPZU = 5 +
5 + 26 + 50 = 91 пФ.
Отримані при розрахунку значення
струмув та ємностей не перевищують граничні значення.
4. РОЗРОБКА ПРОГРАМ
Для повноцінної роботи МПС тепер
необхідно розробити програму ініціалізації пристроїв та блоків. Ініціалізацію у
нашій системі потребують адаптер паралельного інтерфейсу та контролер
клавіатури і індикації.
Програма ініціалізації паралельного
інтерфейсуi8255.
Кількість входів - 12, режим 0.
Кількість виходів - 12, режим 0. Кількість посилок для введення і виводу - 68.
Тоді, хай порти А і В працюють на
ввод, а порт С на вивод, отримаємо слово наказу:
=10011000b=98h
Мітка
|
Мнємокод
|
Операнди
|
Коментарії
|
M1: M2:
|
.equ .equ .equ .equ .equ .equ ldi ldi ldi ldi
sts ldi sts ldi anl cpi brne ldi sts ldi inc ldi ldi sts dec cpi brne ret end
|
PORTA = 0xC000 PORTB = 0xC001 PORTC = 0xC002
RUS = 0xC003 ICW = 0x98 MASK = 0b00100000 R2, 0x44 R0, 0x30 R3, RUS R4, ICW
R3, R4 R3, PORTC R4, R3 R0, R4 R4, MASK R4, 0x00 M2 R3, PORTA R4, R3 R0, R4
R0 R3, PORTB R4, 0x00 R3, R4 R2 R2, 0x00 M1
|
;адреса порта А ; адреса порта В ; адреса
порта С ; адреса РУС ; слово наказу для адаптера ; маска ; завантаження
лічильника байт ; завантаження початкової адреси ; програмування адаптеру ;
паралельного інтерфейсу ; накладення маски ;порівнення з нулем ; якщо = 0, то
перехід на М2 ;інкремент регістру ; обнуління регістру ;декремент регістру ;
порівняння з нулем ; якщо = 0, то перехід на М1 ; вихід з підпрограми ;
кінець
|
Програма ініціалізації контролера
клавіатури і індикаціїi8279
Мітка
|
Мнємокод
|
Операнди
|
Коментарії
|
i8279: m1:
|
.equ .equ .equ .equ .equ .equ ldi sts ldi sts
ldi sts ldi ldi mov sts dec cpi brne ldi lds mov ret
|
ICW1 = 0x01 ICW2 = 0x34 ICW3 = 0x90 ICW4 =
0x50 Adr2 = 0x8000 Adr1 = 0x8001 R0, ICW1 Adr1, R0 R0, ICW2 Adr1, R0 R0, ICW3
Adr1, R0 R1, 0x06 R2, 0x2100 R3, R2 Adr2, R3 R1 R1, 0 m1 R4, 0x2200 R5, Adr2
R4, R5
|
; команда установки режиму ; команда
программ.синхронізації ; команда запису в ОЗП індикації ; команда читання ОЗП
клавіатури ; адреса завантаження команд ; адреса завантаження даних ;
завантаження команди режиму роботи ;у контролер ; завантаження команди
програмування ; синхронізації у котролер ; завантаження команди запису в ОЗП
; індикації у контролер ; завантаження лічильника ; завантаження початкової
адреси ; завантаження даних в ОЗП індикації ;декремент регістру ; порівняння
значення в регістрі з 0 ; перехід на мітку, якщо не рівно 0 ; завантаження початкової
адреси ; читання ОЗП клавіатури ; зміст регістру R5 відправити у пам’ять по
адресу, який знаходиться в R4
|
ВИСНОВКИ
В ході виконання курсової роботи
була розроблена повна принципова схема мікропроцесорної системи. Були
розглянені 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
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Яковлев
Д.П. Микропроцессоры и микропроцессорная техника: Учеб. пособие. - Одесса:
ОГПУ, 1994. - 112 с.
2. Микропроцессорный
комплект К1810: Структура, программирование, применение: Справочная книга /
Ю.М. Казаринов, В.Н. Номоконов и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова.- М.: Высш. шк.,
1990 г. - 269 с.
. Проектирование
микропроцессорной электронно-вычислительной аппаратуры: Справочник / В.Г.
Артюхов и др. - К.: Техника, 1988. - 263 с.
. Лебедев
О.Н. Применение микросхем памяти в электронных устройствах. - М.: Радио и
связь, 1994. - 217 с.
. Мікропроцесори
і мікропроцесорна техніка (конспект лекцій) / В.П. Малахов, Д.П. Яковлев. -
Одеса: ОДПУ, 1998.-76 с.