УИТС.161ХХХ.102 ПЗ	Лист
Изм	Лист	№ докум.	Подп.	Дата

ВВЕДЕНИЕ

С развитием технологии цифровых интегральных схем появилась возможность создавать сложные устройства обработки цифровой информации в виде компактных микросхем. Однако увеличение сложности реализуемого алгоритма обработки, как правило, сужает область его применения. Устранить противоречие между сложностью БИС и ее универсальностью удалось за счет программирования выполняемых микросхемой функций.

Широкую популярность микропроцессоры получили благодаря своим высоким функциональным возможностям и эксплуатационным характеристикам, придавшим средствам вычислительной техники и автоматики качественно новые свойства: появились и получили широкое распространение микрокалькуляторы, микроЭВМ, персональные ЭВМ, интеллектуальные роботы. Такие характеристики микропроцессоров как малые габариты, масса, потребляемая мощность позволили применять их в областях, в которых использование традиционных средств вычислительной техники было принципиально невозможным.

В настоящее время промышленностью освоено и серийно выпускается более пятнадцати микропроцессорных комплектов БИС различной, архитектуры. Развитие элементной базы микропроцессоров при этом идет по нескольким, взаимодополняющим направлениям, что обеспечивает возможность гибкой адаптации архитектуры систем управления требованиям конкретных применений и специфике условий их эксплуатации.

Целью данного курсового проекта является разработка микропроцессорной управляющей микроЭВМ, реализующей заданные взаимодействия с объектом управления и разработка программных средств системы, обеспечивающих выполнение заданного алгоритма управления.

1 Анализ технического задания

Управляющая микроЭВМ проектируется на базе однокристального МП и включает в себя следующие основные устройства: процессорный модуль, память, состоящую из ОЗУ и ПЗУ, устройства параллельного ввода/вывода для связи с ОУ, блок последовательного канала для связи с ЭВМ верхнего уровня, программируемый системный таймер, контроллер прерываний, контроллер прямого доступа в память, пульт управления.

Все модули системы объединяются интерфейсом. Обмен данными по интерфейсу может осуществляться как в едином адресном пространстве, так и в разделенном с помощью управляющих сигналов обращения к ЗУ и ВУ.

Процессорный модуль включает в себя микропроцессор К1816ВЕ48 и, при необходимости, дополнительные БИС (СИС), обеспечивающие реализацию вспомогательных функций (тактовый генератор, шинные формирователи, регистры – защелки и др.).

Устройство ввода для связи с ОУ должны обеспечить ввод в ПМ значения х1, х2, х3, х4 двоичных датчиков, а также 8 – разрядных двоичных кодов NU1, NU2, NU3, принимаемых с выходов АЦП. Сигнал датчика аварийной ситуации ха воспринимается только подсистемой прерывания.

Устройства вывода на ОУ должны обеспечить выдачу двоичных управляющих воздействий у1, у2, у3 определенной длительности и кода управляющего напряжения Y4 – 8-разрядного двоичного вектора на вход ЦАП. В структуру ОУ входит устройство, принимающее массив данных из ПЗУ (ОЗУ) в режиме прямого доступа в память (ПДП). Запрос на ПДП возникает асинхронно по отношению к процедуре управления.

Пульт управления должен обеспечивать ввод в ПМ значения 8 – разрядной двоичной константы К, ввод двоичного значения сигнала «СТОП», формирование сигнала начальной установки системы, вывод на светодиодную индикацию значений х1, х2, х3, х4, у1, у2, у3, NU1, Y4.

Системный таймер должен обеспечить отсчет временных задержек, реализуемых при работе алгоритма управления.

Блок последовательного обмена предназначен для передачи на микроЭВМ верхнего уровня информации о состоянии процесса управления. По запросу микроЭВМ разрабатываемая управляющая микроЭВМ должна обеспечить выдачу по последовательному каналу кадра. Передача информации с верхнего уровня на нижний не предусмотрена.

Контроллер прерывания обеспечивает фиксацию запросов на прерывание от различных источников и дисциплину обслуживания запросов. В подсистеме векторного прерывания контроллер формирует код команды вызова, а при наличии в системе радиального входа запроса на прерывания – код состояния регистров запросов.

Алгоритм управления определяется функциями:

y1=X1&X2&X3, t1=20мкc,

где Х1, Х2, Х3 – значения двоичных датчиков;

y2=min(NU1, NU2), t2=120мкс, t3=90мкс,

где NU1, NU2 – 8-разрядные двоичные коды;

t1, t2, t3 – длительность управляющих сигналов.

Типы БИС, на которых должен быть реализован блок памяти:

БИС ОЗУ – К134РУ6;

БИС ПЗУ – К541РТ2.

2 РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССОРНОГО МОДУЛЯ И ИНТЕРФЕЙСА

2.1 Анализ структуры МП К1816ВЕ48

Однокристальный 8-разрядный микроконтроллер KM1816BE48, называемый для краткости МК 1816, пред­ставляет собой БИС, имеющую в своем составе все атри­буты небольшой микро-ЭВМ: арифметическо-логическое устройство, устройство управления, постоянное ЗУ про­грамм, ОЗУ данных и интерфейсные схемы. Организация, система команд и средства ввода — вывода информации МК 1816 лучше всего приспособлены для ре­шения задач управления и регулирования в сравнительно несложных объектах, приборах и технологических процес­сах.

В состав аппаратурных средств МК входят: стираемое перепрограммируемое ПЗУ (СППЗУ) программ емкостью 1 Кбайт; регистровое ОЗУ данных емкостью 64 байта; 8-разрядное арифметическо-логическое устройство; устрой­ство управления; 8-битный программируемый таймер/счет­чик событий; программно-управляемые схемы ввода — вы­вода (27 линий).

Организация МК и его система команд допускают в слу­чае необходимости расширение функционально-логических возможностей контроллера. С использованием внешних до­полнительных БИС адресное пространство ППЗУ программ может быть расширено до 4 Кбайт. Кроме того, архи­тектура МК обеспечивает возможность прямой адресации внешнего ОЗУ емкостью 256 байт. С использованием бо­лее сложных программно-реализуемых способов адресации емкость внешнего ОЗУ может быть увеличена до требуе­мого объема страницами по 256 байт в каждой. И, наконец, путем подключения интерфейсных БИС КР580ВВ55 число линий связи МК с объектом управления может быть увеличено практически без ограничений.

В МК 1816 реализована система векторного прерывания от двух источников: внутреннего таймера/счетчика собы­тий и внешнего источника. Внутренний 8-уровневый стек обеспечивает автоматическое сохранение и восстановление основных параметров вычислительного процесса при за­просах прерывания и при возврате после обслуживания прерывания.

Три 8-битных порта ввода — вывода информации, два входа тестирующих сигналов и один вход запроса преры­вания обеспечивают связь МП с объектом управления по 27 линиям. Кроме того, имеются выводы для подключения осциллятора и для передачи таких сигналов, как началь­ная установка, строб адреса внешней памяти, чтение, за­пись. Вывод, через который МК в процессе работы выдает сигнал стробирования УВВ, на этапе заполнения СНИЗУ программ используется для подачи программирующего сигнала. Выводы, через которые подаются сигналы поша­говой работы и режима внешнего доступа, используются на этапе отладки МК при тестировании прикладной про­граммы.

Основные параметры:

Источник питания, В 5±10%

Рассеиваемая мощность, Вт 1,5

Диапазон рабочих температур, °С от 0 до +70

Частота синхронизации, МГц от 1 до 6

Цикл однобайтной команды, мкс 2,5

двухбайтной команды, мкс 5

Емкость СППЗУ, Кбайт

Емкость ОЗУ, байт 64

На рисунке 1 показана структура МК 1816. Основу струк­туры МК образует внутренняя двунаправленная разделяе­мая 8-битная шина, которая связывает между собой все устройства БИС: арифметическо-логическое устройство, устройство управления, память и порты ввода—вывода ин­формации.

Рассмотрим последовательно основные элемен­ты структуры и особенности организации МК.

Микроконтроллер 1816 конструктивно выполнен в кор­пусе БИС с 40 внешними выводами. Все выводы электри­чески совместимы с элементами ТТЛ, входы представляют собой единичную нагрузку, а выходы могут быть нагруже­ны одной ТТЛ-нагрузкой. Ниже приводятся символические имена выводов (сигналов), в скобках указываются номера выводов корпуса и дается краткое пояснение назначения вывода.

Рисунок 1 – Структура микроконтроллера К1816

ЗЕМЛЯ (20)—потенциал земли.

U_осн (40)—основное напряжение питания +5В подается во время работы и при программировании СНИЗУ.

U_доп (26)—дополнительное напряжение питания +5В во время работы МК обеспечивает электропитание толь­ко для СППЗУ; на этот вывод при программировании СППЗУ подается уровень +25 В.

ПРОГ/СТБВВ (25) —вход для подачи программирующего импульса +25В при загрузке СППЗУ; выход стробирующего сигнала УВВ во время работы.

XI (2) —вход для подключения вывода кварцевого осцил­лятора или вход для сигнала от внешнего источника синхронизации.

Х2 (3) — вход для подключения второго вывода осциллятора.

СБРОС (4) — вход сигнала общего сброса при запуске МК; сигнал 0 при программировании и проверке СППЗУ.

ШАГ (5)—сигнал, который совместно с сигналом САВП позволяет выполнять программу с остановом после исполнения очередной команды; используется на эта­пе отладки.

РВП (9) — разрешение внешней памяти; сигнал подается на вход разрешения буфера внешней памяти только тогда, когда происходит обращение к внешней памяти программ.

САВП (11)—строб адреса внешней памяти; сигнал ис­пользуется для приема и фиксации адреса внешней памяти на внешнем регистре, сигнал является иден­тификатором машинного цикла, так как всегда выво­дится из МК с частотой, в 5 раз меньшей основной ча­стоты синхронизации.

ЧТ (8) —стробирующий сигнал при чтении из внешней па­мяти или УВВ.

ЗП (10)—стробирующий сигнал при записи во внешнюю память данных или УВВ.

Т0 (1) —входной сигнал, опрашиваемый по командам ус­ловного перехода JTO и JNT0; используется при про­граммировании СППЗУ; может быть использован для вывода сигнала синхронизации по команде ENTO CLK.

Т1 (39)—входной сигнал, опрашиваемый командами ус­ловного перехода JT1 и JNT1; кроме того, используется в качестве входа внутреннего счетчика внешних событий после исполнения команды STRT CNT.

ЗПР (6)—сигнал запроса прерывания от внешнего источ­ника; вызывает подпрограмму обслуживания преры­вания, если прерывание разрешено ранее по команде ENI; сигнал СБРОС запрещает прерывания.

РВД (7)—режим внешнего доступа; уровень 1 на этом входе заставляет МК выполнять выборку команд только из внешней памяти программ; используется при тестировании прикладной программы и отладке МК.

Порт Р1_0-7 (27 - 34) — 8-разрядный квазидвунаправленный порт ввода — вывода информации; каждый разряд порта может быть запрограммирован на ввод или на вывод.

ПортР2_0-7(21 - 24, 35 - 38) - 8-разрядный квазидвунаправленный порт ввода — вывода информации; каждый разряд порта может быть запрограммирован на ввод или вывод; биты Р2о-з во время чтения из внешней памяти программ содержат старшие четыре разряда счетчика команд СКв-п, во время ввода — вывода используются для схемы расширения ввода — вывода и адресуют внешние порты Р4—Р7.

Порт BUS_0-7(12—19) — 8-разрядный двунаправленный порт ввода — вывода информации; может быть от­ключен от нагрузки; может выполнять прием и выда­чу байтов синхронно с сигналами ЧТ и ЗП; при обра­щений к внешнему ППЗУ программ содержит 8 млад­ших разрядов счетчика команд и затем по сигналу РВП принимает выбранную команду; при обращении к внешнему ОЗУ данных содержит младшие 8 раз­рядов адреса синхронно с сигналом САВП и байт данных синхронно с сигналами ЧТ или 3TL.