АКАДЕМИЯ МАРКЕТИНГА И СОЦИАЛЬНО-ИНФОРМАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ - ИМСИТ (г. Краснодар)

1.Факультет информатики и вычислительной техники

2.Кафедра математики и вычислительных систем

Курсовая работа

по дисциплине «Микропроцессорные системы»

на тему: “Проектирование микропроцессорной системы на базе микроконтроллера ADuC842BS”

направление 230100 – Информатика и вычислительная техника

Работа выполнена

студентом

Иванов Александром

Александровичем

Группа 10-ЗИВТ-СПО-01

2 год обучения

Научный руководитель:

канд. техн. наук, доцент ___________________ К.Н. Цебренко

Работа защищена с оценкой ”____________________”

Краснодар

2012

Академия маркетинга и инженерно информационных технологий - ИМСИТ

Кафедра математики и вычислительных систем

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой __________________

                        

З А Д А Н И Е

на курсовую работу

Студенту: Иванову Александру Александровичу

группы 10-ЗИВТ-СПО-01, 2 года обучения

факультета информатики и вычислительной техники

направление 230100 – Информатика и вычислительная техника

Тема работы: «Проектирование микропроцессорной системы на базе микроконтроллера ADuC842BS»

Содержание задания:

1. Выполнить проектирование микропроцессорной системы с разработкой аппаратной части, согласно своему варианту.

2. Разработать программный модуль для реализации заданных согласно варианту функций аппаратной части спроектированной микропроцессорной системы.

Вариант задания - 2

• Микроконтроллер ADuC842BS.

• Модуль памяти: Выполнить проектирование модуля памяти на базе 128K внешней SRAM с возможностью расширения до 512K.

• Клавиатура: Выполнить проектирование клавиатуры на базе простейших клавишных механических датчиков типа AK1604A-WWB фирмы ACCORD;

• Дисплей: Выполнить проектирование дисплея в виде табло на базе жидкокристаллического индикатора типа WH1602B-YGK-CP фирмы Winstar Display.

• Стандартный интерфейс: Выполнить проектирование модуля интерфейса связи с внешними RS-232C.

• Модуль связи с объектом: последовательный порт.

• Набор сигнальных светодиодов (8 шт.).

• Ввод-вывод данных осуществлять с помощью портов микроконтроллера и программируемой логической интегральной схемы ПЛИС MAX3064.

• Разработка программной части для реализации индикации на ЖКИ (вывод последовательности символов «…sdk…» .

Объем работы:

а) пояснительная записка к работе _____________ с.

б) задачи

Рекомендуемая литература:______________________________________

Срок выполнения работы: с "___" ______по"___"____20__г.

Срок защиты:                      "___"____20__г.

Дата выдачи задания:                 "___"____20__г.

Дата сдачи проекта на кафедру:           "___"____20__г.

Руководитель работы _________________________________

                                                                         ^{(подпись, ф.и.о., звание, степень)}

Задание принял студент _______________________________

РЕФЕРАТ

Курсовая работа, 44 с., 23 рис., 2 табл., 24 источника

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ, МИКРОПРОЦЕССОР, МИКРОКОНТРОЛЛЕР, КЛАВИАТУРА, СВЕТОДИОДЫ.

Объектом исследования является микропроцессорная система на базе микроконтроллера ADuC842BS.

Целью работы является выполнение проектирования микропроцессорной системы с разработкой аппаратной части и разработка программного модуля для реализации индикации на ЖКИ ….. .

Методы исследования: теоретически, практически.

Основные результаты: разработан программно-аппаратный комплекс на базе микроконтроллера ADuC842BS.

Область применения: автоматизированные системы управления, бытовая техника, учебное оборудование.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1 Анализ предложенной элементной базы 6

1. Микроконтроллер ADuC842BS 7

2. ПЛИС MAX3064 9

3. Схема сброса 10

4. Источник питания 11

5. Фильтрующие емкости 12

6. Кварцевые резонаторы 13

7. Дискретные входы-выходы 13

8. Аналоговые входы-выходы 14

9. Светодиодные индикаторы 15

10. Матричная клавиатура AK1604A-WWB 16

11. Последовательный канал 16

2 Проектирование аппаратной части микропроцессорной системы 19

2.1 Разработка структуры микропроцессорной системы 19

2.2 Выбор микропроцессора 21

2.3 Разработка функциональной схемы центрального процессора 22

2.4 Выбор элементной базы центрального процессора 23

2.5 Разработка принципиальной схемы модуля памяти 26

2.6 Проектирование модуля интерфейса пользователя 28

3 Описание структуры разрабатываемого микропроцессорного комплекта 30

4 Описание принципиальной схемы разрабатываемого микропроцессорного комплекта 32

5 Разработка программной части 34

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 42

Введение

Микропроцессоры и микропроцессорные системы являются в настоящее время наиболее массовыми средствами вычислительной техники.

В рамках настоящего курсового проекта разработана микропроцессорная система с заданными характеристиками, закреплены и расширены знания, … программируемые последовательные и параллельные интерфейсы, котроллеры прямого доступа к памяти, магистральные приемопередатчики, блоки микропрограммного управления, приоритетного прерывания, запоминающие устройства, многофункциональные синхронизирующие устройства, программируемые таймеры и т. д. Разрабатываемый в данном проекте микроконтроллерный комплекс построен на базе уже существующих микросхем из данной номенклатуры, выбранных в соответствии с требованиями, предъявляемыми заданием на курсовой проект.

1 Анализ предложенной элементной базы

Разрабатываемое в данном проекте устройство представляет собой микроконтроллерную систему, подключенную к персональному компьютеру через интерфейс RS232C (……………. в своем составе разнообразные устройства, предназначенные для ввода, обработки и вывода информации в цифровом и аналоговом виде:

• 8-ми канальный аналого-цифровой преобразователь;

• 2-х …….

• электрически стираемое программируемое ПЗУ (EEPROM) на кристалле ОКЭВМ ADuC842 (4 Кб);

Система может работать полностью автономно от ПК.

В состав комплекса входят:

• …………

• 128К внешней SRAM с возможностью расширения до 512К;

• набор сигнальных светодиодов.

Рассмотрим последовательно все основные узлы.

1. Микроконтроллер ADuC842BS

Микроконтроллер ADuC842 выпускается фирмой Analog Devices – мировым лидером в ……. Процессорное ядро ADuC842 является клоном ядра Intel MCS51.

Он обладает следующими характеристиками:

• асинхронный последовательный ввод-вывод (32 линии);

• интерфейс I²C и SPI;

• три 16-битных таймера/счетчика и таймер WatchDog (сторожевой);

• 9 источников (векторов) прерываний и два уровня приоритетов обработки прерываний.

Функциональная блок схема микроконтроллера, демонстрирующая внутреннюю структуру микроконтроллера, представлена на рисунке 2.

Внешне микроконтроллер представляет собой квадратную микросхему с выводами по всем четырем сторонам (см. рисунок 3).

……………………..

Рисунок 2 - Функциональная блок-схема МК ADuC842BS.

2. ПЛИС MAX3064A

В разрабатываемом устройстве используется программируемая логическая интегральная ……………………. макроячейками хранится в энергонезависимой памяти, находящейся внутри самой микросхемы. Для программирования EPM3064A использовался специальный САПР Max+PlusII. Электрическая принципиальная схема расширителя портов ввода-вывода …………………….. таким образом равен 0x80000, что соответствует восьмой странице памяти.

К ПЛИС подключены:

1. Клавиатура

2. ЖКИ

3. Линейка светодиодов

4. 16 дискретных портов ввода-вывода.

Для программиста расширитель портов представлен в виде нескольких однобайтовых регистров, находящихся в начале восьмой страницы памяти данных.

3. Схема сброса

……………….

Рисунок 5 - Схема сброса

Схема сброса предназначена для формирования качественного сигнала RESET после отк…………..содержимому ОЗУ. Супервизор питания (U1) DS1813 обеспечивает формирование сигнала RESET на 150 мс, т.е. на время, достаточное для окончания всех переходных процессов, что исключает возможность такого некорректного использования.

4. Источник питания

Переменное (15..16В) или постоянное (9..10В) напряжение от внешнего источника питания попадает на диодный мост U15 через разъем J4. Сердцем встроенного в стенд источника питания является микросхема LM7805C. Эта микросхема является интегральным стабилитроном с защитой от перегрева и короткого замыкания. Выходное напряжение – 5В ± 2%, выходной ток до 1А.

Рисунок 6 - схема источника питания

Стабилитрон D19 (1N4745A) предназначен для защиты LM7805C и электрических емкостей от превышения входного напряжения (напряжения пробоя стабилитрона – ………….. C40 и C37 необходимы для фильтрации высокочастотных помех, их использование …..

Напряжение 3,3В для питания ПЛИС формируется с помощью стабилитрона U10 (LD1117S)

5. Фильтрующие емкости

Фильтрующие емкости равномерно распределены по всей поверхности печатной платы. Каждый конденсатор соединяет плюс питания с корпусом. Фильтрующие емкости шунтируют высокочастотные помехи, возникающие в цепях питания 3,3 и 5В.

Рисунок 8 - фильтрующие ёмкости в разрабатываемом устройстве

Шунтирование происходит из-за того, что активное сопротивление емкости тем мень……

6. Кварцевые резонаторы

Кварцевые резонаторы – устройства, использующие …….. применяются в генераторах опорных частот, в управляемых по частоте генераторах, селективных устройствах: фильтрах, частотных дискриминаторах и т.д.

7. Дискретные входы-выходы

Дискретные входы-выходы предназначены для ввода и вывода информации представленной в двоичном виде. Сигнал на входе или выходе дискретного порта может ……….. По умолчанию все входы притянуты к логической единице (через резисторы на +5В). При замыкании переключателя SW3 на выбранном входе появляется логический ноль.

…….

Рисунок 9 - Изображение дискретных входов-выходов на схеме

Дискретные входы-выходы не имеют гальванической изоляции. Логическому нулю ….ы ADuC831 без каких-либо дополнительных усилителей.

8. Аналоговые входы-выходы

Микроконтроллер ADuC842 выпускаемый фирмой Analog Devices имеет в своем составе 8 быстродействующих 12-разрядных АЦП и 2 12-разрядных ЦАП (выход напряжения). Для коррекции зависимости параметров ЦАП и АЦП от температуры в ADuC842 встроен термодатчик. Все входы ЦАП и выходы АЦП выведены на разъем J1. Кроме того, выходы DAC0 и DAC1 можно замкнуть на входы ADC0 и ADC1 с помощью переключателя SW1.

.

9. Светодиодные индикаторы

Рисунок 11 - светодиодные индикаторы

Светодиодные индикаторы подключены к расширителю портов ввода-вывода. Так как все катоды светодиодов подключены к корпусу, для зажигания .. светодиода. Если ток сделать очень большим, то порт ввода-вывода или светодиод могут выйти из строя.

10. Матричная клавиатура AK1604A-WWB

Клавиатура подключена через расширитель портов на ПЛИС:

……

Рисунок 12 - Матричная клавиатура AK1604A-WWB

Клавиатура организована в виде матрицы 4x4. Доступ к колонкам и рядам организован как чтение/…….. ноль. При нажатии на кнопку, происходит изменение значения сигнала на входе соответствующего ряда с единицы на ноль.

11. Последовательный канал

В разрабатываемом стенде последовательный канал гальванически развязан. Гальваническая изоляция или гальваническая развязка – разделение электрических цепей посредством непроводящего ток материала. Гальваническая изоляция позволяет .

........, что между двумя элементами оптрона нет никакой связи, кроме оптической

……………

повторитель, сделанный на транзисторах Q1 и Q2. Сигнал TD снимается с эмиттеров ………….

2 Проектирование аппаратной части микропроцессорной системы

2.1 Разработка структуры микропроцессорной системы

Проектирование новой микро-ЭВМ обычно начинается с описания ее архитектуры, представляющей собой модель микро-ЭВМ с точки зрения программиста. …… взаимные связи необходимых ……. базовый МП комплект. Процессор микро-ЭВМ может быть реализован в виде одной (однокристальный микропроцессор) или нескольких БИС (……...

В соответствии с разработкой специализированных интегральных схем для различных блоков микро-ЭВМ структурная схема ее может быть представлена как …… информации осуществляет микропроцессор, синхронизируемый тактовыми …… шиной, шиной данных и управляющей шиной.

Рисунок 15 - Обобщенная структура микропроцессорной системы.

где ЦП - центральный процессор на основе микропроцессора;

ЗУ - полупроводниковая память (ОЗУ, ПЗУ);

МИП - модуль интерфейса пользователя;

МКН - модуль контроллеров прерываний и ПДП;

МИС - ………

…… информация, но при этом увеличивается время выполнения команды и усложняется организация обмена между узлами.

2.2 Выбор микропроцессора

Одним из основных критериев при выборе МП является быстродействие. Так как к проектируемой системе не предъявляются высокие требования, то можно выбрать микропроцессор со средним быстродействием. Выберем микропроцессор из серии МПК MicroConverter.

……. освоиться с работой других аналогичных МПК.

Микропроцессорный комплект стенда включает в себя микросхемы:

1) микроконтроллер ADuC842BS;

2) клавиатура AK1604A-WWB фирмы ACCORD;

3) 128К внешней ……………….

в двоичной и десятичной системах счисления, а также операций с двойной разрядностью (с 16-разрядными числами).

2.3 Разработка функциональной схемы центрального процессора

Основным элементом модуля центрального процессора является микропроцессор. .. тактам. Таким образом, необходимо устройство, которое генерирует эти такты с определенной частотой. Этим устройством является генератор тактовых импульсов (ГТИ).

Обмен информацией между МП и другими устройствами организуется с помощью трех …….. Таким образом, из полученных функциональных блоков можно составить функциональную схему центрального процессора (рисунок 16).

…………………….

Рисунок 16 - Функциональная схема центрального процессора.

где ГТИ – генерат..

2.4 Выбор элементной базы центрального процессора

Ранее в курсовом ……” в БИС МП.

Функциональное назначение выводов МП ADuC842 приведено в таблице 1.

Таблица 1 - функциональное назначение выводов МП ADuC842

Mnemonic	Type	Function
DVdd	P	Digital Positive Supply Voltage, 3 V or 5 V Nominal
AVdd	P	Analog Positive Supply Voltage, 3 V or 5 V Nominal
Cref	I	Decoupling Input for On-Chip Reference. Connect 0.1 |.iF between this pin and AGND.
Vref	I/O	Reference Input/Output. This pin is connected to the internal reference through a series resistor and is the reference source for the analog-to-digital convener. The nominal internal reference voltage is 2.5 V and this appears at the pin. This pin can be overdriven by an external reference.
AGND	G	Analog Ground. Ground reference point for the analog circuitry.
Pl.O-Pl.7	I	Port 1 is an 8-bit input port only. Unlike other ports, Port 1 defaults to Analog Input mode, to configure any of these Port Pins as a digital input, write a "0" to the port bit. Port 1 pins are multifunction and share the following functionality.
T2EX	I	Digital Input. Capture/Reload trigger for Counter 2 and also functions as an Up/Down control input for Counter 2.
SS	I	Slave Select Input for the SPI Interface
SDATA	I/O	User Selectable, I2C Compatible or SPI Data Input/Output Pin
SCLOCK	I/O	Serial Clock Pin for I2C Compatible or SPI Serial Interface Clock
MOSI	I/O	SPI Master Output/Slave Input Data I/O Pin for SPI Interface
MISO	I/O	SPI Master Input/Slave Output Data I/O Pin for SPI Serial Interface
DACO	O	Voltage Output from DACO
…..	…..	…….