Микропроцессоры

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

ИИФиРЭ КП-210400.62-050901054

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний  день наиболее популярной моделью микропроцессоров является серия  микросхем фирмы Intel. Эта серия микросхем, завоевавшая рынок, является ярким представителем однокристальных микропроцессоров. Возможности однокристальных микропроцессоров зависят от уровня микроэлектронной технологии и ограничены аппаратурными ресурсами кристалла и корпуса. В связи с этим на определённом этапе достаточно активно развивались секционированные многокристальные микропроцессоры, позволяющие увеличивать разрядность обрабатываемых слов за счёт наращивания количества секций. Таким образом, по числу БИС в микропроцессорном комплекте различают микропроцессоры однокристальные и многокристальные секционированные (микропрограммируемые). Однокристальные получаются при реализации всех аппаратных средств в виде одной большой интегральной схемы (БИС), они имеют фиксированную систему команд. Секционированные микропроцессоры получаются в том случае, когда в виде БИС реализуются части (секции) структуры процессора при функциональном разбиении её вертикальными плоскостями. Для построения многоразрядных микропроцессоров при параллельном включении секций МП в них добавляются средства «стыковки», чем достигается возможность работы с требуемой разрядностью слов.

По назначению различают универсальные и специализированные микропроцессоры.

Универсальные микропроцессоры, к коим относятся  микропроцессоры х86, предназначаются  для решения широкого круга задач  и применения в различных вычислительных системах

Специализированные процессоры включают в себя цифровые сигнальные процессоры и микроконтроллеры. Процессор цифровой обработки сигналов – это устройство, которое воспринимает информацию о сигналах, представленную в цифровой форме, выполняет над ней определённые математические операции и выдаёт результат этой обработки в систему или в устройство вывода. Цифровые сигнальные процессоры рассчитаны на обработку в реальном времени цифровых потоков, образованных путем оцифровывания аналоговых сигналов. Это обусловливает их сравнительно малую разрядность и преимущественно целочисленную обработку. Однако современные сигнальные процессоры способны проводить вычисления с плавающей точкой над 32 – 40-разрядными операндами. Кроме того, появился класс медийных процессоров, представляющих собой законченные системы для обработки аудио- и видеоинформации.

Микроконтроллеры обладают наибольшей специализацией и разнообразием функций и используются во встроенных системах управления, в том числе в бытовых приборах. Однокристальные микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде одной БИС и включающие в себя все составные части микро-ЭВМ: микропроцессор, память программ и память данных, а также программируемые интерфейсные схемы для связи с внешней средой. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости, что микроконтроллерам, видимо, нет разумной альтернативной элементной базы для построения управляющих и регулирующих систем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Главная особенность микропроцессора —  возможность программирования логики работы. Поэтому МПС часто используются для управления процессом измерения (реализацией алгоритма измерения), обработки опытных данных, хранения и вывода результатов измерения и т.д. При этом основными преимуществами МПС в данном случае являются:

- многофункциональность;

- повышение точности измерения (исключение систематических погрешностей);

- уменьшение влияния случайных погрешностей;

- компенсация внутренних шумов и повышение чувствительности средства измерения;

- расширение измерительных возможностей путем широкого использования косвенных и совокупных измерений, воспринимаемых оператором в этом случае как прямые (поскольку результат обработки появляется на индикаторе сразу после проведения измерения);

- упрощение и облегчение управления прибором.

 

 

 

 

 

 

 

1. Анализ технического задания

В данном курсовом проекте будет разрабатываться  микропроцессорная система, на основе МП Intel 8086, работающая в минимальной конфигурации. Микропроцессорная система представляет собой функционально законченное изделие, состоящее из одного или нескольких устройств, главным образом микропроцессорных: микропроцессора и/или микроконтроллера. Генератор тактовых импульсов задаёт временной интервал, который является единицей измерения (квантом) продолжительности выполнения команды. Чем выше частота, тем при прочих равных условиях более быстродействующей является МПС. МП, ОЗУ и ПЗУ — это неотъемлемые части системы. Интерфейсы ввода и вывода — устройства сопряжения МПС с блоками ввода и вывода информации. Для измерительных приборов характерны устройства ввода в виде кнопочного пульта и измерительных преобразователей (АЦП, датчиков, блоки ввода цифровой информации). Устройства вывода обычно представляют цифровые табло, графический экран (дисплей), внешние устройства сопряжения с измерительной системой. Все блоки МПС связаны между собой шинами передачи цифровой информации. В МПС используют магистральный принцип связи, при котором блоки обмениваются информацией по единой шине данных. Количество линий в шине данных обычно соответствует разрядности МПС (количеству бит в слове данных). Шина адреса применяется для указания направления передачи данных — по ней передаётся адрес ячейки памяти или блока ввода-вывода, которые получают или передают информацию в данный момент. Шина управления служит для передачи сигналов, синхронизирующих всю работу МПС.

Для выполнения курсового проекта, в соответствии с требованиями пунктов технического задания, необходимо:

- разработать структурную схему микропроцессорной системы, снабдив её необходимыми пояснениями;

- разработать функциональную схему микропроцессорной системы, снабдив её необходимыми пояснениями;

- разработать принципиальную схему микропроцессорной системы, снабдив её необходимыми пояснениями;

- произвести  расчет адресного пространства;

- разработать  функциональную схему модуля  памяти, снабдив её необходимыми пояснениями;

- разработать  функциональную схему модуля  ввода/вывода, снабдив её необходимыми пояснениями;

- написать  специальные команды, с помощью  которых будет производится обращение к портам ввода/вывода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Разработка структурной схемы микропроцессорной системы

Структурная схема микропроцессорной системы системы на базе микропроцессора Intel 8086, представленная  в приложении А, включает в себя следующие цифровые устройства:

- тактовый генератор G;

- микропроцессор CPU;

- буферный регистр RG;

- шинный формирователь;

- контроллер прерываний IC;

- модуль памяти;

- модуль ввода/вывода;

- шина адреса ША;

- шина данных ШД;

- шина управления ШУ.

Назначение ЦУ МПС и их основные характеристики представлены в таблице 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Назначение и основные характеристики ЦУ МПС
1	2	3	4
№ п/п	ЦУ МПС	Назначение	Основные характеристики
1	Тактовый генератор	Служит для генерации тактирующего сигнала обеспечивающего синхронизацию работы микропроцессора и микропроцессорной системы в целом. Так же формирует сигнала “ready” служащий для индикации момента когда установились частота генерируемого сигнала, и сигнала “reset” служащего для сброса микропроцессора и других элементов системы	Тактовая частота
2	Микропроцессор	Обеспечивает выполнение программы хранящейся в модуле памяти, формирует адреса и сигналы управления для обращения к определенным ячейкам памяти модуля памяти, и отдельным элементам системы, таким как порты ввода/вывода, контроллер прерываний	Частота
3	Буферный регистр	Служит для удержания адреса на шине адреса (буферизация), в течение некоторого времени определяемого сигналом STB, так же служит для усиления сигналов A/D (15-0)	Разрядность
4	Шинный формирователь	Служит для коммутации микропроцессора с шиной данных, выбора направления передачи данных, усиления сигнала выдаваемого микропроцессором на шину	Разрядность

 

Продолжение таблицы 1 – Назначение и основные характеристики ЦУ МПС

1	2	3	4
№ п/п	ЦУ МПС	Назначение	Основные характеристики
5	Контроллер прерываний	Обеспечивает согласование сигналов запроса прерывания, поступающих от модуля ввода/вывода с процессором
6	Модуль памяти	Обеспечивает запись, чтение, хранение данных, хранит программу необходимую для работы процессора	Емкость ОЗУ – 256 кбит Емкость ПЗУ – 64 кбит
7	Модуль ввода/вывода	Обеспечивает обмен данными между микропроцессорной системой и подключаемыми к ней внешними устройствами
8	Шина адреса	Шестнадцатиразрядная шина, служащая для передачи адреса ячейки памяти при обращении к модулю памяти, адреса порта при обращении к портам ввода/вывода, или адреса контроллера прерываний при обмене данными между контроллером прерываний и процессором	Разрядность 16 бит
9	Шина данных	Восьмиразрядная шина, необходимая для обмена данными между процессором и контроллером прерываний, процессором и модулем памяти, процессором и модулем ввода/вывода	Разрядность 8 бит

 

Продолжение таблицы 1 – Назначение и основные характеристики ЦУ МПС

1	2	3	4
№ п/п	ЦУ МПС	Назначение	Основные характеристики
10	Шина управления	Служит для передачи управляющих сигналов, таких как чтение данных, запись данных, выбор порт/память при адресации, и др., от процессора к другим модулям системы, а так же для передачи сигналов запроса прерывания от модуля ввода/вывода к процессору	Разрядность

 

Таблица 2 – Список сигналов микропроцессора

1	2	3
№ п/п	Сигнал МП	Назначение
1	A/D (15-0)	Адрес ячейки памяти, порта ввода/вывода, или контроллера прерываний
2	STB	Выход строба адреса. Служит сигналом разрешения передачи адреса для буферного регистра
3	OP/IP	сигнал для шинного формирователя, служащий для указания направления  передачи данных (в CPU/ от CPU)
4	DE	сигнал активизации шины данных (Низкий уровень подключает микропроцессор к шине данных, высокий уровень переводит выходы шинного формирователя в высокоимпедансное состояние).

 

Продолжение таблицы 2 – Список сигналов микропроцессора

1	2	3
№ п/п	Сигнал МП	Назначение
5	INTA	Выход сигнала подтверждения прерывания (низкий уровень стробирует ввод в микропроцессор информации из источника, вызвавшего прерывание)
6	M/IO	Сигнал, служащий для различения обращения к модулю памяти или модулю ввода/вывода
7	R	Сигнал, стробирующий чтение данных из модуля памяти или модуля ввода/вывода
8	W	Сигнал, стробирующий запись данных в модуль памяти или модуль ввода/вывода
9	INT	Сигнал запроса прерывания, передающийся от контроллера прерываний в микропроцессор при необходимости прервать выполнение текущей задачи и перейти к обработке прерывания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Разработка функциональной схемы  микропроцессорного модуля