1. Структурная организация

В структурной схеме МПУ отражены основные блоки проектируемого устройства. Особенностью разработки структуры МПУ на основе ОМК является наличие в составе любого типа контроллера функционально полного процессорного блока ПБ [2]. На рисунке 1 представлена структурная схема МПУ, содержащая блоки, которые должны входить в состав устройства согласно заданию.

1. Структурная схема МПУ

Схема состоит из следующих элементов:

• ПБ выполняет основные функции по обработке и управлению;

• ОЗУД является местом хранения входных, выходных данных и промежуточных результатов;

• ПЗУК содержит программы обработки данных;

• EEPROM нужен для хранения таблиц и констант, не изменяемых в процессе работы МПУ;

• ПП служит для обработки прерываний, в т. ч. и внешних;

• СЧ 1 и 2 предназначены для измерения и формирования частотно-временных сигналов;

• SPI (блок для обмена информацией по стандарту SPI) организует взаимодействие с интерфейсом SPI автоматизированных систем;

• ФП формирует период измеряемого сигнала;

• ГЭС используется для задания сигнала-образца при измерении частоты;

• КЖКИ нужен для взаимодействия с ЖКИ;

• ЖКИ служит для вывода результатов обработки.

Проанализируем полученную структурную схему. Из нее следует, что для подключения внешних устройств к ОМК необходимы:

• 1 входная линия для приёма сигнала начала/завершения работы;

• 1 входная линия для приёма импульсов от датчика длины пути;

• 1 входная линия для приёма частоты от датчика расхода топлива;

• 4 линии для подключения внешней Flash-памяти;

• 7 линий для вывода информации на ЖКИ.

В качестве последовательного интерфейса для обмена внешней памятью выбран интерфейс SPI как скоростной синхронный интерфейс. К тому же, именно для этого интерфейса представлено огромное число моделей внешней Flash-памяти. В данном курсовом проекте выбор сделан в пользу AT25F512A фирмы Atmel. Данный модуль внешней памяти обладает следующими характеристиками [3]:

• Поддержка интерфейса SPI;

• Поддержка SPI режимов 0 и 3;

• Частота синхронизации – 20 МГц;

• Байтовый режим и 128-байтный Страничный режимы;

• Секторная архитектура;

• Защита данных от записи;

• Высокая надёжность – около 10000 циклов записи;

• Продолжительность цикла записи – около 75 мкс/байт;

• Продолжительность цикла стирания – около 1 с/сектор;

• Объём – 512 Кбайт.

Временная диаграмма взаимодействия данной Flash-памяти с ОМК по интерфейсу SPI на примере команды записи приведена на рисунке 2.

2. Временная диаграмма взаимодействия через SPI (режим 0)

При появлении на логического 0 память получает разрешение на начало работы. Для записи сначала нужно отправить команду «запись», затем передать адрес, куда будет производиться запись, а затем данные, которые необходимо записать. После этого сигнал устанавливается в логическую 1, и команда выполняется.

В качестве ЖКИ выбран алфавитно-цифровой (символьный) модуль ЖКИ на основе параллельного контроллера HD 44780. Контроллер HD 44780 фирмы Hitachi фактически является промышленным стандартом при производстве АЦМ. Фирмы Epson, Toshiba, Sanyo, Samsung, Philips и другие выпускают аналоги этого контроллера или микросхемы, совместимые с ним по типу аппаратного интерфейса и программной модели [4].

Для решения поставленной задачи выберем АЦМ LM016L фирмы Hitachi. Его основные характеристики [5]:

• 2 строки по 16 символов в каждой;

• Встроенный контроллер HD 44780;

• +5 В питание;

• Цвет дисплея – серый.

Требования к ОМК ограничиваются наличием как минимум 14 линий ввода-вывода, двух счётчиков и поддержки SPI.