Разработка микропроцессорной системы управления объектом

OE - входной сигнал “Разрешение выхода”. Если OE=0, то информационные выходы переключаются в высокоимпедансное состояние.

STB - входной сигнал “Строб записи”. Если STB=1, то в регистр
записываются данные с информационных входов D0 - D7.

1.1.3 Генератор синхроимпульсов КР580ГФ24

Работа микропроцессора синхронизируется двумя неперекрывающимися последовательностями сигналов С1 и С2. Эти сигналы формирует тактовый генератор КР580ГФ28. К выводам микросхемы X1 и X2 подключается кварцевый резонатор с частотой, в 9 раз более высокой, чем частота следования тактовых импульсов С1 и С2. На выводы С1 и С2 выдаются требуемые для работы микропроцессора высоковольтные последовательности тактовых импульсов. На специальный вывод подаётся последовательность тактовых импульсов С2 с уровнями, характерными для микросхем ТТЛ. С помощью сигнала SYNK на вывод STSTB передаются импульсы С1, соответствующие началу каждого второго периода циклов работы микропроцессора. Кроме того, предусмотрены вход и выход сигнала сброса, вход и выход сигнала готовности.

Рисунок 1.6 - Условное графическое обозначение БИС КР580ГФ24

Назначение выводов БИС КР580ГФ24

X1, X2 - подключается кварцевый резонатор.

С1, С2 - сформированные последовательности импульсов.

RDIN - входной сигнал “Готовность”

SYNC - входной сигнал “Строб управляющего слова”

RESIN - входной сигнал “Сброс”

С - последовательность импульсов С2 с ТТЛ-уровнями.

READY- выходной сигнал “Готовность”

RESET - выходной сигнал “Сброс”

STR - выходной сигнал “Строб записи слова состояния в регистр состояния”.

1.1.4 Формирователь сигнала сброса

Формирователь сигнала сброса  служит для начальной установки МПС при включении питания или при нажатии кнопки КН1. Время заряда конденсатора через резистор определяет длительность формируемого импульса. Диод служит для быстрой разрядки конденсатора при кратковременном отключении питания.

Рисунок 1.7 - Формирование импульса сброса.

1.1.5 Схема обработки прерываний

Для осуществления прерываний в МПМ могут использоваться различные аппаратные средства, в частности в схеме, показанной на рис.1.8. Первый триггер служит для предотвращения "дребезга" контактов кнопки КН2, второй – для выдачи запроса на прерывание в микропроцессор. После поступления от микропроцессора подтверждения запроса на прерывание на шину данных микропроцессора подается код команды RST, соответствующей реализуемому уровню прерывания.

Рисунок 1.8 - Реализация схемы обработки прерываний.

1.2 Центральная шина.

В центральную шину входят шина адреса, шина данных и шина управления.

Шина адреса — 16-разрядная, направленная от микропроцессора, выполняет 2 функции: передачу адреса ячейки памяти при обращении к памяти, максимально возможный объём которой составляет 65536 байт и передачу адреса внешнего устройства при выполнении команд IN и OUT. В этом случае 8-разрядный УВВ появляется на выводах A0 - A7 и дублируется на выводах A8 - A15. Фактически для передачи адреса УВВ используется только 8разрядов, поэтому можно адресовать 256 различных внешних УВВ.

Шина данных — 8-разрядная шина,  выполняет 2 функции: передачу управляющего слова и обмен данными между регистрами микропроцессора и блоками МПС.

Шина управления состоит из 4 линий. По этим линиям передаются сигналы: MEMW — запись в память, MEMR — чтение памяти, RESET — сброс или начальная установка, CLK — последовательность импульсов, снимаемая с выхода С1тактового генератора. Сигналы MEMW и MEMR указывают также на чтение или запись регистров периферийных БИС.

1.3 Программируемый интервальный таймер.

  Программируемый интервальный таймер (ПИТ) БИС КР580ВИ53 предназначен для организации работы МПС в режиме реального времени:

      для формирования сигналов, с различными и временными и частотными характеристиками;

      для формирования стробирующих сигналов;

       для управления работой различных управляющих устройств.

Рисунок 1.9 - Интерфейс программируемого таймера. 

ПИТ содержит три 16-разрядных счетчика, каждый из которых может работать в одном из шести режимов:

  0 - программируемая задержка;

  1 - программируемый одновибратор;

  2 - программируемый делитель частоты;

  3 - генератор меандра;

  4 - строб с программным запуском;

  5 - строб с аппаратным запуском.

Рисунок 1.10 -  Формат управляющего слова таймера.

Рисунок 1.11 -  Условное графическое обозначение КР580ВИ53

Назначение выводов БИС КР580ВИ53.

C0 - C2 - входы тактовых сигналов. Подключены к выходу С1 тактового генератора.

СE0 - СE2 - входы разрешения или запуска счёта. Если CE=1, то счёт разрешён. Эти входы подключены к +5В.

А0 - А1- адресация регистров БИС. Подключены к младшим разрядам шины адреса.

CS - выбор БИС.

RD - чтение регистров. Подключен к сигналу MEMR шины управления.

WR- запись в регистры. Подключен к сигналу MEMW шины  управления.

D0 - D7 - информационные входы/выходы. Подключаются к шине  данных. OUT0 - OUT2 - выходы таймера. На них появляются сигналы,  формируемые таймером.

1.4 Программируемый параллельный интерфейс

БИС КР580ВВ55 — программируемый параллельный интерфейс. Он предназначен для осуществления обмена информацией в параллельном коде между микропроцессором и различными УВВ. Эта БИС может работать в трёх режимах:

1. Синхронная программно-управляемая передача данных в параллельном коде через 3 независимых 8-разрядных канала А, В, С. Допускается разбиение канала С на 2 4-разрядных канала С1 и С2.

2. Асинхронный ввод-вывод через два независимых 8-разрядных канала А и В. Выводы канала С используются для приема и выдачи сигналов управления или квитирования.

3. Асинхронный ввод-вывод только через 8-разрядный канал А. Для приема и выдачи сигналов управления используются выводы канала С, канал В может работать в режиме 0, либо в режиме 1.

Рис. 1.12   Интерфейс ППА.

Рис. 1.13   Формат управляющего слова ППА.

Рис. 1.14  Условное графическое обозначение КР580ВВ55

Назначение выводов БИС КР580ВВ55

D0 - D7 - двунаправленная шина, по которой происходит обмен между регистрами БИС и внешней шиной данных. Подключаются к шине
данных.

WR - запись в регистры. Подключается к сигналу MEMW шины
управления.

RD - чтение регистров. Подключается к сигналу MEMR шины  управления.

CS - выбор БИС.

RESET - сброс. По этому сигналу в регистре управляющего слова  устанавливается слово, при котором все каналы работают в режиме 0. Подключается к сигналу RESET шины управления.

A0 - A1 - адресация регистров БИС. Подключены к младшим разрядам шины адреса.

BA0 - BA7 - выводы канала А.

ВВ0 - ВВ7 - выводы канала В.

ВС0 - ВС7 - выводы канала С.

1.5 Память МПС

Память МПС требуемая для размещения программ (ПЗУ) и переменных (ОЗУ)  реализуется на ИС К573РФ2 и  КМ132РУ5. Разрядность памяти соответствует разрядности микропроцессора и равна байту. Сигналы управления памятью ( - выбор кристалла и - разрешение записи) формируются на основе системных управляющих сигналов, вырабатываемых системным контроллером.

ИС К573РФ2 - перепрограммируемое ПЗУ с УФ-стиранием информации, с длительным временем хранения информации при включенном и отключенном питании (при включенном 25000; при отключенном 100000 часов), не менее 100 циклов перезаписи. Информационная емкость 2К 8-разрядных слов (16 Кбит).

Назначение выводов К573РФ2

A0 – A11 - адресные входы
             DO0 - DO7 - информационные выходы
             CS - выбор микросхемы
            

Назначение выводов БИС КМ132РУ5

A0 – A11 - адресные входы
DI/DO - информационные вход/выход
  CS - выбор микросхемы
WR/RD - входной сигнал “Запись/чтение”. Если WR/RD=1,
то чтение, если WR/RD=0, то запись.

Рис.1.15 Пример организации постоянной памяти.

Рис.1.16 Пример организации  оперативной памяти.

2 СИНТЕЗ И ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ И ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМ

2.1 Описание принципиальной схемы

Обобщенная структура МПС представлена на рис.2. Информация об объекте поступает в МПС по 8-разрядной шине x. МПС воздействует на объект по 4-разрядной шине y1, линиям y2 и y3. Для управления работой и отображения информации об объекте в составе МПС имеется пульт управления (ПУ). ПУ содержит:

      линейку из четырех светодиодов, индицирующих значение полубайтовой величины;

      восемь тумблеров, определяющих значение константы к, используемой при реализации алгоритма работы МПС;

      кнопку КН1 "Сброс", осуществляющую начальную установку и запуск МПС;

      кнопки КН2 и КН3, обеспечивающие управление выдачей сигналов y2 и y3.

Рис. 2  Обобщенная схема МПС

Выходные воздействия y1, y2, y3 и показания индикатора вырабатываются МПС после программного вычисления результатов соответствующих функций от переменных x и к, где x - значение байта, принятого по входной 8-разрядной шине x; к - константа, установленная тумблерами на ПУ.

Управляющее воздействие y1, состоящее из четырех двоичных сигналов, вычисляется МПС программно на основе функции max(x, k)*(x v k). Шина y1 принимает значение младшей тетрады полученного байтового результата вычисления функции.

На выходе y2 вырабатывается прямоугольный сигнал со скважностью 2. Период выходного сигнала в микросекундах вычисляется программно с помощью функции  2*max(x,k). Переключение с текущего значения частоты сигнала y2 на очередное значение, полученное после изменения параметров, определяющих эту частоту, происходит только при нажатии кнопки КН2, а также сбросе системы при включении питания или кнопки КН1 "Сброс". В остальных случаях изменение состояния входной шины x и положения тумблеров на ПУ не влияет на частоту сигнала y2.

При старте МПС (включение питания или нажатие КН1 "Сброс") сигнала y3 принимает нулевое значение. Спустя заданное время y3 переходит в единичное состояние и находится в нем до следующего старта системы. Время нахождения сигнала y3 в нулевом состоянии, выраженное в миллисекундах, вычисляется программно по формуле 2*max(x,k). Длительность сигнала y3=0 может быть произвольно увеличена на промежуток времени, в течение которого нажата кнопка КН3. После отпускания кнопки КН3 отсчет заданного времени продолжается.

Светодиодный индикатор отображает значение старшей тетрады байтового результата вычисления функции max(x A k, 8) + x.

2.2  Описание электрической функциональной схемы

При включении микропроцессорной системы, происходит начальная установка микропроцессора, в течение 3-4 тактов. После чего начинает выполняться моделирующая программа. Во время выполнения програм­мы, процессор можно сбросить в исходное состояние, путем включения кнопочного переключателя SA1. Выполнение программы также можно прервать с помощью кнопочного переключателя SA2, после нажатия кото­рого происходит выполнение прерывающей программы.

Схема прерывания организована на регистре КР580ИР82, на который подается управляющий сигнал с системного контроллера. Код прерывания подается на адресные входы регистра в следующем виде: