2. Описание плат учебного стенда

1. Плата процессоров

Ядром аппаратной части комплекса является плата микропроцессоров и программируемой логики, далее - плата процессоров. Плата подключается через последовательный интерфейс к инструментальной ЭВМ. Упрощенная структурная схема и расположение элементов на плате процессоров представлено соответственно на рис. 2 и 3.

В состав платы включены два различных по структуре (CISC и RISC) процессора. В качестве процессоров были выбраны 16-разрядный микроконтроллер семейства MCS-196 (DD8) и 16-разрядный процессор обработки сигналов семейства TMS 320. (DD7).

Микроконтроллеры семейства MCS-196 являются одними из наиболее широко применяемых современных микропроцессоров. Их унифицированная структура, состоящая из высокопроизводительного 16-разрядного процессора, буферной регистровой памяти емкостью не менее 230 байтов, встроенных таймеров, схем широтно-импульсной модуляции, аналого-цифрового преобразователя и большого числа параллельных и последовательных портов позволяет с минимальными затратами реализовать высокоэффективные системы и устройства управления различными объектами и процессами.

Процессоры обработки сигналов семейства TMS 320 широко используются в системах обработки различного рода сигналов: изображения, звука, радио и гидролокационных, сейсмических и других.

Оба процессора имеют свои внешние оперативные ОЗУ1 емкостью 2Кх16, ОЗУ2, емкостью 32Кх16 (DD19, DD20 для MCS-196 и DD21 для TMS-320) и программируемые постоянные запоминающие устройства типа «flash» ППЗУ1, в 1 ППЗУ2 каждая емкостью 1 мегабит с организацией 64К слов по 16 разрядов (DD10 и DD9 соответственно).

Центральное место в структурной схеме платы процессоров занимает программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС), логическая мощность которой оценивается в 10000 эквивалентных вентилей.

Рис. 2. Структурная схема платы процессоров.

Рис. 3. Размещение элементов на плате процессоров.

(DD6) позволяет запрограммировать в одном корпусе электронную схему, эквивалентную схеме, включающей от нескольких десятков до нескольких сотен ИС стандартной логики.

Через микросхему ПЛИС осуществляется основные связи между процессорами и другими элементами стенда, что позволяет гибко менять функциональную схему. Перепрограммирование ПЛИС делает возможным настройку аппаратуры под изучаемую дисциплину, а последовательное подключение межэлементных связей - строить учебный процесс таким образом, чтобы переходить от простой к более сложной структуре. Кроме того. использование ПЛИС помимо изучения способов программирования и работы с ней позволяет использовать стенд для проведения практических занятий по основам построения элементов и узлов ЭВМ.

Использование микропроцессоров, ориентированных на разные области применения в сочетании с ПЛИС позволяет также изучать принципы построения многопроцессорных систем и комплексов.

Для обработки сигналов имеющих широкий спектр в состав платы процессоров включен быстродействующий 8-разрядный АЦП (DD3). Плата процессоров в своем составе имеет также генераторы с кварцевой стабилизацией на 20 и 50 МГц (DD15 и DD14 соответственно), светодиодные индикаторы: поразрядные на совмещенной шине адреса и данных микроконтроллера семейства MCS-196 (VD3 – VD18) и семисегментные на шине данных цифрового сигнального процессора (HL1 – HL4). Установка процессоров в исходное состояние осуществляется с помощью кнопок Кн.1 и Кн.2. Инструментальная ЭВМ подключается к плате процессоров с помощью двух последовательных интерфейсов RS-232C (разъемы Х2, Х3), реализованных в ПЛИС и микроконтроллере MCS-196. Программирование ПЛИС производится через LPT-порт инструментального компьютера соединенный с разъемом Х1 на плате.

Для изучения и работы с платой процессоров основные порты (Порт 0, Порт 1, и Порт 2), а также модули высокоскоростных ввода (HSI) и вывода (HSO) микроконтроллера MCS-196, 38 незадействованных на плате выводов ПЛИС и выводы расширения цифрового сигнального процессора подключены к 40-контактным разъемам пользователя Х5, Х6, установленным на правой стороне платы.