МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)»

Российская открытая академия транспорта

Курсовая работа

по дисциплине «Микропроцессорные системы»

на тему

«Проектирование микропроцессорной системы управления объектом»

Выполнил:

Проверил: Ермакова О.П.

Москва 2015

Оглавление

КУРСОВАЯ РАБОТА 1

1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ 3

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 4

3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ МПС 6

4. РАЗРАБОТКА БЛОК-СХЕМ АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ 9

5 ЛИТЕРАТУРА 20

Приложение. Листинг программы 21

1. Задание на курсовую работу

Требуется разработать микропроцессорную систему управления объектом (МПС). Объект задан видом и количеством данных поступающих с объекта, потребным ресурсом для обработки данных, видом и количеством управляющих сигналов.

Число каналов ввода и вывода информации МПС для взаимодействия с объектом управления определяется по последней цифре учебного шифра:

• число каналов ввода – 24;

• число каналов вывода – 12.

Объем внешней памяти программ (ПЗУ) и данных (ОЗУ) определяется по предпоследней цифре учебного шифра:

• объем ПЗУ, Кбайт – 16;

• объем ОЗУ, Кбайт – 2.

Блок-схема алгоритма обработки данных представлена на рисунке 1.

Рисунок 1- Блок-схема алгоритма обработки данных

Частота синхронизации МК-51, скорость передачи данных через последовательный порт, длительность импульса определяются по последней цифре учебного шифра:

• частота синхронизации МК-51, МГц – 6;

• скорость передачи данных через последовательный порт, бит/с – 1200;

• длительность импульса, мс -50.

Банк памяти, где будут располагаться регистры – счетчики и номер линии порта P3 определяются по предпоследней цифре учебного шифра:

номер банк памяти – 3

номер линии порта P3.1

2. Теоретическая часть

В настоящее время в микропроцессорной технике выделился самостоятельный класс больших интегральных схем, называемых микроконтроллеры. Микроконтроллеры предназначены для построения "интеллектуального" оборудования различного назначения.

Микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде одной большой интегральной схемы и включающие в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации: процессор, оперативное запоминающее устройство данных, постоянное запоминающее устройство команд, внутренний генератор тактовых сигналов, а также программируемые периферийные схемы для связи с внешними устройствами.

Использование микроконтроллеров в системах управления и измерения обеспечивает исключительно высокие показатели эффективности при достаточно низкой стоимости. Низкая стоимость объясняется возможностью построения многих систем на одной большой интегральной схеме.

Микроконтроллеры обладают значительными функционально логическими возможностями и представляют собой эффективное средство автоматизации на основе применения цифровых средств и методов обработки данных и цифрового управления разнообразных объектов и процессов.

Часто микроконтроллеры называют однокристальными микро-ЭВМ. Это обосновывается тем, что такие микросхемы имеют ограниченный объем памяти для построения значительных контрольно-измерительных и вычислительных комплексов; логическое разделение адресного пространства памяти программ (ПЗУ) и памяти данных (ОЗУ); несколько упрощенную и ориентированную на задачи управления систему команд и различные методы адресации команд и данных.

Специфическая организация ввода/вывода информации, структурная организация, набор команд микроконтроллеров лучше всего приспособлены для решения задач управления и регулирования в приборах, устройствах и системах автоматики.

Начало развитию семейства однокристальных микроконтроллеров положил выпуск фирмой INTEL микросхемы 8048, которая вначале восьмидесятых годов была заменена микросхемой 8051, положившей начало семейству MCS-51.

В настоящее время микроконтроллер устарел и вытеснен более современными устройствами совместимыми с 8051, производимыми более чем 20 независимыми производителями, такими как Atmel, Maxim IC (дочерняя компания Dallas Semiconductor), NXP (ранее Philips Semiconductor), Winbond, Silicon Laboratories, Texas Instruments и Cypress Semiconductor. При сохранении основной структуры 8-разрядного арифметико-логического устройства в системе команд произошли изменения, позволившие значительно повысить производительность микроконтроллера. Применение огромного количества битовых операций позволило говорить о реализации битового процессора. Увеличилось количество команд пересылки без участия аккумулятора, были введены команды умножения, деления и новые команды вычитания. Появились усовершенствования при работе со стеком.

Изменения в структуре временного цикла микроконтроллера привели к значительному ускорению работы с внешней памятью программ и данных. Было расширено адресное пространство внутренней памяти программ и увеличено пространство внешней памяти программ и данных до 64 Кбайт. 16-битные регистры счетчика команд и указателя данных позволили напрямую обращаться ко всему диапазону адресов, что дало возможность реализации быстрой обработки больших массивов данных. Все программно-доступные узлы микроконтроллера сведены в специальную область памяти данных (SFR - Special Function Register), что позволило обращаться к ним как к обычным ячейкам резидентного ОЗУ.

Для расширения функциональных возможностей периферийных систем были введены:

• два 16-ти разрядных многофункциональных таймера/счетчика;

• последовательный порт с синхронным и асинхронным режимами передачи;

• 2-х уровневая система прерываний;

• четыре параллельных порта ввода-вывода.

При сохранении потребления кристаллов была значительно увеличена максимальная тактовая частота микроконтроллеров до 12-16 МГц.

Дальнейшее применение более совершенной и низко потребляющей CHMOS технологии позволило также снизить потребление кристаллов микроконтроллера.

Для реализации микропроцессорной системы заданной в курсовой работе используется МК КР1830ВЕ51 который содержит масочное ПЗУ, программируемое в процессе изготовления кристалла (память программ емкостью 4096 байт) и рассчитан на применение в массовой продукции. За счет использования внешних микросхем памяти общий объем памяти программ может быть расширен до 64 Кбайт.

Данные микроконтроллеры представляют собой восьмиразрядные высокопроизводительные однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ) семейства МК51 выполнены по высококачественной n-МОП технологий (серия 1816) и КМОП технологии (серия 1830).