ПЗ КМ1810ВМ88 Вар 47

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ИжГТУ
Кафедра «Электротехника»









Курсовая работа
по теме: проектирование контроллера









Выполнил: студент гр.5-30-3зу Иманов
Принял: Тюлькин





Ижевск
2011
Оглавление
13 TOC \o "1-3" \h \z \u 1413 LINK \l "_Toc262494061" 14Техническое задание 13 PAGEREF _Toc262494061 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc262494062" 14Список сокращений 13 PAGEREF _Toc262494062 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc262494063" 14Анализ технического задания 13 PAGEREF _Toc262494063 \h 1451515
13 LINK \l "_Toc262494064" 14Обоснование выбора элементной базы 13 PAGEREF _Toc262494064 \h 1461515
13 LINK \l "_Toc262494065" 14Описание схемы электрической принципиальной 13 PAGEREF _Toc262494065 \h 1481515
13 LINK \l "_Toc262494066" 14Описание работы схемы 13 PAGEREF _Toc262494066 \h 14111515
13 LINK \l "_Toc262494067" 14Карта адресов памяти 13 PAGEREF _Toc262494067 \h 14131515
13 LINK \l "_Toc262494068" 14Вывод 13 PAGEREF _Toc262494068 \h 14141515
13 LINK \l "_Toc262494069" 14Список литературы 13 PAGEREF _Toc262494069 \h 14151515
15

















Техническое задание

Спроектировать контроллер со следующими характеристиками:
- Микропроцессор КМ1810ВМ88;
- Объем ОЗУ 32 кБ, статического типа;
- Объем ПЗУ 2 кБ, УФППЗУ;
- 12 дискретных входов и 1 дискретный выход уровня ЭСЛ (напряжение -5В), ввод с частотой 200 Гц;
- семь двенадцатиразрядных ЦАП и один восьмиразрядный АЦП с рабочей частотой 100 Гц;
- интерфейс RS-485.























Список сокращений

АЦП – аналогово-цифровой преобразователь;
ВПД – внешняя память данных;
ВПП – внешняя память программ;
МП – микропроцессор;
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство
ПЗУ – постоянное запоминающее устройство;
ТЗ – техническое задание;
ТТЛ – транзисторно-транзисторная логика;
УСАПП – универсальный синхронно-асинхронный приемо-передатчик;
ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;



















Анализ технического задания

Главной частью контроллера будет являться микропроцессор. Микропроцессор будет выполнять все операции и вычисления. Для связи микропроцессора с внешними устройствами необходимы устройства связи (периферийные устройства, буферы, формирователи, генераторы).
Для стабильной работы микропроцессора необходима тактовая частота. Так как у микропроцессора КМ1810ВМ88 нет внутреннего генератора, будем использовать генератор КР1810ГФ24. К данному генератору для стабильной работы необходимо подключить кварцевый резонатор.
Для создания адресного пространства при обращении к ВПП и ВПД необходимо поставить адресные регистры. Для формирования сигналов чтения/записи при обращении к ПЗУ и ОЗУ, внешним устройствам ввода/вывода необходимо поставить формирователь сигналов управления. Для создания шины данных необходимо поставить буфер данных.
Шина данных 8-разрядная, ЦАП – 12-разрядный, необходимо согласование шины данных и шины данных ЦАП.
Интерфейс RS-485 один из наиболее распространенных стандартов физического уровня связи. Физический уровень – это канал связи и способ передачи сигнала (1 уровень модели взаимосвязи открытых систем OSI).
Сеть, построенная на интерфейсе RS-485, представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары – двух скрученных проводов. В основе интерфейса лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам. Причем по одному проводу (условно А) идет оригинальный сигнал, а по другому (условно В) – его инверсная копия. Сигналы интерфейса RS485 будем формировать УСАПП, согласование с линией будем осуществлять с помощью драйвера.




Обоснование выбора элементной базы

Микропроцессор – КМ1810ВМ88. Следовательно, все периферийные устройства, генераторы, шинные формирователи необходимо взять из микропроцессорного комплекта КР1810 и КР580. Это уменьшит временные затраты на разработку контроллера, облегчит с программной точки зрения.
В качестве опорного частотно-задающего генератора возьмем микросхему КР1810ГФ24 – генератор тактовых сигналов СLK, предназначен для синхронизации работы микропроцессора КМ1810ВМ88.
В качестве адресного шинного формирователя возьмем микросхему КР580ИР82 – 8-разрядный адресный регистр, предназначенный для связи микропроцессора с системной шиной, обладает повышенной нагрузочной способностью.
Для создания шины данных выбираем микросхему КР580ВА86 - двунаправленный 8-разрядный шинный формирователь, предназначенный для обмена данных между микропроцессором и системной шиной, обладает повышенной нагрузочной способностью.
Объем памяти программ – 2 кБ, тип УФППЗУ, в качестве микросхемы памяти возьмем микросхему типа КР537РФ2 объемом 2 кБ.
Объем ОЗУ – 32 кБ, статического типа, выбираем микросхему W24257 фирмы Winbond, объемом 32 кБ.
АЦП – микросхема AD7824 фирмы Analog Devices, данная микросхема со-держит в себе четыре канала АЦП, в результате требуется лишь одна микросхема. АЦП обрабатывает входной сигнал в диапазоне +5В, ±4В в зависимости от включения. Рабочая частота микросхемы – 10 кГц на каждый канал. Применение данной микросхемы уменьшает временные затраты на разработку контроллера.
ЦАП – микросхема AD7847 фирмы Analog Devices, данная микросхема содержит два канала ЦАП. ЦАП – по ТЗ 12-разрядный, данная микросхема имеет 12-разрядную шину данных, шина данных микропроцессора 8-разрядная, следовательно, необходим порт ввода/вывода для согласования шин. Также в микросхему встроен усилитель выходного сигнала, что позволяет сигнал с микросхемы непосредственно использовать без предварительного усиления.
В качестве устройства связи канала данных ЦАП и системной шиной возьмем микросхему КР580ВВ55А – программируемое устройство ввода-вывода параллельной информации, применяется в качестве элемента ввода/вывода общего назначения, сопрягающего различные типы периферийных устройств с магистралью данных систем обработки информации.
В качестве устройства связи канала данных микропроцессора и интерфейса RS-485 и для формирования управляющих сигналов применим микросхему КР580ВВ51 – универсальный синхронно-асинхронный приемо-передатчик.
Для выборки микросхем в адресном пространстве применим микросхему дешифратор К555ИД7 и 54LS145DM.



















Описание схемы электрической принципиальной

Данный контроллер собран на основе микропроцессора КМ1810ВМ88. Тактовая частота работы микропроцессора задается внешним генератором DD1, построенным на микросхеме КР1810ГФ24. Внешним устройством, подключаемым к генератору, является лишь кварцевый резонатор и конденсаторы, необходимые для стабильной работы генератора. Частоту кварцевого резонатора возьмем равной 18 МГц. С выхода генератора частота будет в 3 раза меньше, т.е. 6 МГц.
Шину адресов контроллера формируем через 16 портов процессора – АD0-А15. Порты могут быть нагружены только на одну микросхему ТТЛ, поэтому для увеличения нагрузочной способности ставим адресные регистры DD9, DD10 (микросхема КР580ИР82). Сигнал ALE используется в качестве стробирующего сигнала для записи байта адреса во внешний регистр. Для формирования сигналов управления используем дешифратор DD5 (К555ИД6). С помощью него формируем сигналы обращения к ПЗУ, ОЗУ и внешним устройствам ввода/вывода. Шину данных формируем с помощью микросхемы DD11 (КР580ВА86). Сигнал DEN – разрешение перед
·ачи данных, DT/R – направление передачи данных.
Микропроцессор может работать в двух режимах: минимальном режиме и максимальном. Мы будем использовать минимальный режим включения, для этого на вывод 13 EMBED Equation.3 1415 нужно подать напряжение логической единицы. Минимальный режим используем исходя из того что у нас система несложная, однопроцессорная. Сигналы управления формируются непосредственно микропроцессором.
Сигналы управления формируются с помощью дешифратора DD5. В формировании участвуют три сигнала:
13 EMBED Equation.3 1415 - сигнал чтения, активный уровень «0»;
13 EMBED Equation.3 1415 - сигнал записи, активный уровень «0»;
13 EMBED Equation.3 1415 - сигнал выбора, если «1» выбирается память, если «0» выбирается устройство ввода/вывода.



13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415

13 EMBED Equation.3 1415
1
0
1
0

13 EMBED Equation.3 1415
0
1
0
1

13 EMBED Equation.3 1415
0
0
1
1







13 EMBED Equation.3 1415 - сигнал записи в устройство ввода/вывода;
13 EMBED Equation.3 1415 - сигнал чтения из устройства ввода/вывода;
13 EMBED Equation.3 1415 - сигнал записи в память;
13 EMBED Equation.3 1415 - сигнал чтения из памяти.
ПЗУ контроллера реализована на микросхемe DD7, представляющую собой микросхему КР537РФ2 объемом 2 кБ. ОЗУ контроллера реализована на микросхеме DD8, представляющую собой микросхему типа W24257 фирмы Winbond объемом 32 кБ, статического типа. Разрешение чтения ПЗУ осуществляется сигналом RD_MEM. Выбор микросхемы осуществляется сигналами PROM c селектора адресов. Чтение ОЗУ осуществляется сигналом RD_MEM, запись данных в ОЗУ осуществляется сигналом WR_MEM. Выбор микросхемы ОЗУ сигналами RAM.
В данном контроллере по ТЗ должен быть один АЦП. АЦП выполнен на микросхеме DD12 фирмы Analog Devices AD7824. Эта микросхема представляет собой 4 – канальный АЦП. Выбор микросхемы происходит по сигналу ADC, который приходит с селектора адресов DD13, управление чтением данных с микросхемы осуществляется сигналом AD_CLK. Работа АЦП начинается сразу после прихода сигнала выборки микросхемы ADC.
Микросхемы DD16DD19 – двенадцатиразрядный ЦАП фирмы Analog Devices AD7847. Микросхема представляет собой двухканальный ЦАП, по ТЗ должно быть 7 каналов ЦАП. Вход данных микросхемы является 12 – разрядным. Выбор канала сигналами DAC_1, DAC_2, DAC_3, DAC_4, DAC_5, DAC_6 и DAC_7 поступающими с селектора адресов DD13.
Микросхема DD20 (КР580ВВ51А) – УСАПП, предназначен для аппаратной реализации последовательного протокола обмена между микропроцессором и каналами последовательной передачи дискретной информации.
Микросхема DD2(КР580ВВ55А) – порт ввода/вывода, используются для согласования порта данных ЦАП с системной шиной.
На микросхемах DD13DD15 собран селектор адресов. Микросхема DD15 (К555ИД7) выбирает адресное пространство по старшим разрядам адреса от 00 до 0F для выборки памяти. Выборка устройств происходит согласно карте памяти. Для обращения к устройствам ввода/вывода применяется микросхема DD13, DD14.
Для создания интерфейса UART, с помощью которого будет происходить обмен данными между процессором и драйвером интерфейса RS-485 применяется микросхема КР580ВВ51А. Для создания сигналов RS-485 применим микросхему-драйвер MAX1483 фирмы MAXIM.































Описание работы схемы

Главной частью контроллера является процессор. Он формирует сигналы на шине адресов, шине данных и управляющие сигналы. Для установки в начальное состояние при включении питания предусмотрена схема сброса для генератора, который в свою очередь формирует сигнал сброса для микропроцессора.
Программа процессора находится в ПЗУ с нулевого адреса. Сразу после включения микропроцессор производит чтение из ПЗУ первой команды и начинает выполнять ее. Настройке подвергаются все микросхемы, имеющие программную настройку.
После настроек микропроцессор последовательно опрашивает все подключенные к нему устройства.
При возникновении сигналов прерываний микропроцессор начинает работать с тем устройством, которое вызвало прерывания.
Остановимся конкретно на работе отдельных частей.
ПЗУ. В ПЗУ находится программа, после команды сброса микропроцессор по линиям А0-А10 формирует адрес ячейки ПЗУ с которой будет считываться информация. Старшими разрядами А11-А15 выбирается микросхема, с которой будет происходит чтение данных. После поступления сигналов адресов и выборки, микропроцессором вырабатывается сигнал чтения RD_MEM, который поступает на выбранную микросхему, на линиях D0-D7 происходит выдача информации в шину данных.
ОЗУ. В ОЗУ хранятся временные данные. Чтение ОЗУ осуществляется аналогично чтению из ПЗУ. Запись информации в ОЗУ осуществляется также формированием адреса ячейки, выборки микросхемы, формируется сигнал записи WR_MEM и данные с линий D0-D7 записываются в микросхему.
АЦП, для обращения используется сигнал ADС. Частоту дискретизации аналогового сигнала будем задавать с помощью таймера. Частота дискретизации будет поступать на вход чтения АЦП. Таким образом, дискретизация сигнала будет происходить только при работе с АЦП. Считывать значения можно будет при выборе микросхемы.
ЦАП, ЦАП представляет собой двухканальный 12-разрядный ЦАП. Выбор каналов происходит сигналами DAC_1, DAC_2, DAC_3, DAC_4, DAC_5, DAC_6 и DAC_7 которые формируются дешифратором DD13. Запись информации в микросхему осуществляется сигналом WR_I/O.
.
Интерфейс RS485. Интерфейс RS485 организован с помощью УСАПП и микросхемы драйвера МАХ 1483. Прием и передача данных идут по одной паре проводов с разделением по времени. В сети может быть много передатчиков, так как они могут отключаться в режиме приема. Разница напряжений между проводниками одной полярности означает логическую единицу, разница другой полярности - ноль. К качестве приемопередатчика используется микросхема УСАПП DD20, для согласования с линией используется драйвер DD21.





















Карта адресов памяти

Карта постоянной памяти программ и оперативной памяти данных
13 EMBED Visio.Drawing.6 1415
13 EMBED Visio.Drawing.11 1415

ПЗУ – УФПЗУ, микросхема DD7 КР537РФ2
ОЗУ – ОЗУ, микросхема DD8 W24257
ЦАП1, ЦАП2 – ЦАП, микросхема DD16 AD7847
ЦАП3, ЦАП4 – ЦАП, микросхема DD17 AD7847
ЦАП5, ЦАП6 – ЦАП, микросхема DD18 AD7847
ЦАП7 – ЦАП, микросхема DD19 AD7847
АЦП – АЦП, микросхема DD12 AD7824
Порт вв/выв – устройство ввода–вывода параллельной информации, микросхема DD2 КР580ВВ55А
УСАПП – УСАПП, микросхема DD20 КР580ВВ51А
Таймер – микросхема DD3 КР580ВИ53
Вывод

В результате выполнения курсовой работы на тему: «проектирование контроллера» был разработан контроллер на основе микропроцессора КM1810ВМ88 и его микропроцессорного комплекта. При разработке были также использованы импортные микросхемы, а именно АЦП, ЦАП, ПЗУ, ОЗУ. Научились сопрягать различные устройства между собой.
Разработанный контроллер полностью удовлетворяет всем требованиям технического задания.




























Список литературы
Архитектура и проектирование микроЭВМ.; под ред. Преснухина Л.Н.- Минск: «Вышсшая школа», 1987
Сташин В. В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микропроцессорах. М.: Энергоатомиздат 1990
Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем.; под ред. Шахнова В.А. М.: «Радио и Связь» 1988г.
Analog Devices. Electronic CD reference, 2000
Atmel corporational. 1998














13PAGE 15


13PAGE 14215




Root Entry

Приложенные файлы

  • doc 26714847
    Размер файла: 286 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий