3.3 Подключение озу и пзу к системной шине

Внешняя оперативная память доступна МК по командам пересылки МОVХ А, @R и МOVX @R,А , которые по косвенному адресу (регистры R0 и R1) выполняют операции передачи байта между ВПД и аккумулятором. Сигналом ALE косвенный адрес, выводимый по шине BUS, фиксируется в многорежимном буферном регистре МБР. Сигналы WR и RD определяют режим работы БИС ОЗУ. Так как косвенный адрес имеет формат байта, то схема на рисунке 8 обеспечивает адресацию 256 ячеек ОЗУ в дополнение к 64 ячейкам резидентной памяти данных МК48.

Внешняя постоянная память подключаются к шине BUS своими информационными выходами. Младший байт адреса по сигналу ALE фиксируется на внешнем буферном регистре.

Схема подключения внешней памяти данных и команд представлена на рисунке 13. Для обращения к памяти данных и к памяти программ используются одни и те же шина адреса и шина данных, но разные управляющие сигналы. Для чтения памяти программ вырабатывается сигнал PSEN, а для чтения памяти данных вырабатывается сигнал RD. Для записи информации в память данных вырабатывается сигнал WR. То есть память программ доступна только для чтения, а память данных доступна и для чтения и для записи любой информации, записанной в двоичном коде.

Рисунок 13 - Подключение внешней памяти данных и программ к ОМЭВМ

4 РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМ ВВОДА/ВЫВОДА, ПРЕРЫВАНИЙ И ПДП

В разрабатываемой микропроцессорной системе предусматривается следующая номенклатура устройств:

1) АЦП – для ввода информации с цифровых датчиков x₁, x₂, x₃, а также для ввода информации с аналоговых датчиков NU₁,NU₂,NU_3.

2) ЦАП – для вывода цифровых управляющих сигналов y₁,y₂,y₃.

3) КПДП - для организации высоко­скоростного обмена данными между па­мятью системы и периферийными устройствами.

4) Контроллер клавиатуры/дисплея (ККД) – для сопряжения с клавиатурой и дисплеем. Клавиатура предназначена для ввода константы К с пульта оператора; с дисплея осуществляется вывод 8 – разрядного кода Y₄ на ЦАП, вывод значений x₁, x₂, x₃, y₁, y₂, y₃, NU₁, Y₄ а так же вывод аварийной сигнализации на пульт оператора.

4.1 Аналогово-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь обеспечивает сопряжение источников аналоговых сигналов с микропроцессорными устройствами обработки, а ЦАП предназначены, в основном, для вывода из процессора результатов обработки информации на управляемые объекты.

В качестве устройство ввода информации выбран аналогово-цифровой преобразователь К1113ПВ1.

Полупроводниковая БИС функционально завершенного АЦП типа К111ЗПВ1 предназначена для применения в электронной аппаратуре в составе блоков аналогового ввода. МС выполняет функцию аналого-цифрового преобразования однополярного или биполярного входного сигнала с представлением результатов преобразования в параллельном двоичном коде. Она содержит все функциональные узлы АЦП. Выходные каскады позволяют считывать результат преобразования непосредственно на шину данных МП. По уровням входных и выходных сигналов АЦП сопрягается с цифровыми ТТЛ ИС.

МС представляет собой функционально законченный 10-разрядный АЦП, сопрягаемый с микропроцессором. Обеспечивает преобразование как однополярного напряжения (вывод 15 соединяется с выводом 16) в диапазоне 0...9,95 В, так и биполярного напряжения в диапазоне -4,975...+4,975 В в параллельный двоичный код. В состав ИС входят ЦАП, компаратор напряжения регистр последовательного приближения (РПП), источник опорного напряжения (ИОН), генератор тактовых импульсов (ГТИ), выходной буферный регистр с тремя состояниями, схемы управления. Выходные каскады с тремя состояниями позволяют считывать результат преобразования непосредственно на шину данных микропроцессора. По уровням входных и выходных логических сигналов сопрягаются с ТТЛ схемами. В ИС выходной ток ЦАП сравнивается с током входного резистора от источника сигнала и формируется логический сигнал РПП. Стабилизация разрядных токов ЦАП осуществляется встроенным ИОН. Тактирование РПП обеспечивается импульсами встроенного ГТИ с частотой следования 300...400 кГц. Установка РПП в исходное состояние и запуск его в режим преобразования производится по внешнему сигналу "гашение и преобразование". По окончанию преобразования АЦП вырабатывает сигнал "готовность данных" и информация из РПП поступает на цифровые входы через каскады с тремя состояниями. Корпус К1113ПВ1(A-B) типа 2104.18-1, масса не более 2,5 г.

Электрические параметры БИС К1113ПВ1.

Номинальное напряжение питания Uп1, В 5 5 %.

Номинальное напряжение питания Uп2, В -15 5 %.

Выходное напряжение низкого уровня, В не более 0,4.

Выходное напряжение высокого уровня, % 0,3.

Ток потребления, мА не более 10.

Входной ток высокого (низкого) уровня, мкА 40.

Ток утечки на выходе, мкА 40.

Время преобразования, мкс не более 30.

Нелинейность от полной шкалы, % 0,075.

Абсолютная погрешность преобразования в

конечной точке шкалы от полной шкалы, % 0,4.

Условное графическое изображение МС представлено на рисунке 14.

1 – 9 – разряды с первого по девятый; 10 - напряжение питания U_п1; 11 - гашение и преобразование; 12 - напряжение питания -U_п2; 13 - вход аналоговый; 14 - аналоговая "земля"; 15 - управление сдвигом нуля; 16 - цифровая "земля"; 17 - готовность данных;18 - десятый разряд (младший).

Рисунок 14 – Цоколевка микросхемы К1113ПВ1

Функциональная схема АЦП приведена на рисунке 15.

1 - компаратор; 2 - схема управления сдвигом нуля; 3 - 10-разрядный ЦАП; 4 - ИОН; 5 - схема гашения; 6 - 10-разрядный РПП; 7 - формирователь тактовой частоты; 8 - формирователь; 9 - 18 – буферные устройства; 19 - генератор тактовой частоты.

Рисунок 15 – Структурная схема микросхемы К1113ПВ1

4.2 Цифроаналоговый преобразователь

МС умножающего ЦАП типа К572ПА1 (рисунок 16) является универсальным структурным звеном для построения микроэлектронных ЦАП, АЦП и управляемых кодом делителей тока.

Благодаря малой потребляемой мощности, достаточно высокому быстродействию, возможности реализации полного двух- и четырехквадратного умножения, небольшим габаритам ЦАП К572ПА1 находит широкое применение в различной аппаратуре.

 МС ЦАП К572ПА1 предназначена для преобразования 10-разрядного прямого параллельного двоичного кода на цифровых входах в ток на аналоговом выходе, который пропорционален значениям кода и опорного напряжения. Для работы в режиме с выходом по напряжению к ИС ЦАП К572ПА1 подключатся внешний ИОН и операционный усилитель (ОУ) с целью создания отрицательной обратной связи (ЦОС), работающей в режиме суммирования токов.

1 - аналоговый выход 1; 2 - аналоговый выход 2; 3 - общий вывод; 4 - цифровой вход 1 (СР); 5 - 12 - цифровые входы 2 - 9; 13 - цифровой вход 10 (МР); 14 - напряжение источника питания; 15 - опорное напряжение; 16 - вывод резистора обратной связи.

Рисунок 16 - Микросхема К572ПА1

Основные электрические параметры микросхемы К572ПА1.

Число разрядов, b не менее10.

Дифференциальная нелинейность_LD, % 0,1.

Время установления выходного тока t_sI, мкс не более 5.

Выходной ток смещения нуля I₀₀, нА не более 100.

Абсолютная погрешность преобразования

в конечной точке шкалы _Fa, МР 30.

Ток потребления I_CC, мА не более 2.

Точность ЦАП определяется значением абсолютной погрешности прибора, нелинейностью и дифференциальной нелинейностью. Абсолютная погрешность представляет отклонение значения выходного напряжения (тока) от номинального расчетного, соответствующего конечной точке характеристики преобразования. Абсолютная погрешность обычно измеряется в единицах младшего значащего разряда (МР). Нелинейность прибора d_L характеризуется идентичность минимальных приращений выходного сигнала во всем диапазоне преобразования и определяется как наибольшее отклонение выходного сигнала от прямой линии абсолютной точности, проведенной через ноль и точку максимального значения выходного сигнала.

    Дифференциальная нелинейность d_LD характеризует идентичность соседних приращений сигнала. Ее определяют как минимальную разность погрешности нелинейности двух соседних квантов в выходном сигнале.

    Время установления – это интервал времени от подачи входного кода до вхождения выходного сигнала в заданные пределы. Максимальная частота преобразования – это наибольшая частота дискретизации, при которой параметр ЦАП соответствует заданному значению.

    Нормы на электрические параметры данной интегральной схемы и возможность ее согласования с КМОП цифровой ИС обеспечиваются при напряжении источника питания 15 В ± 10 % и опорном напряжении 10,24 В. Для работы ЦАП с ТТЛ схемами требуются дополнительные резисторы согласования уровней. Непосредственное согласование ЦАП с ТТЛ цифровыми ИС возможно при питании от источника 5 В ± 10%. Однако электрические параметры в этом случае ухудшаются. Преобразователь К572ПА1 допускает работу при напряжении питания в диапазоне от 5 до 7В и изменении опорного напряжения в пределах ± 17 В без гарантии норм на параметры.