ЗМІСТ РОЗДІЛ 1. Постановка задачі……………………………………………………………………………. 2 РОЗДІЛ 2. Апаратне забезпечення………………………………………………………………………. 6 РОЗДІЛ 3. Програмне забезпечення……………………………………………………………………. 12 ВИСНОВКИ……………………………………………………………………………………………… 20 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ……………………………………………………………….. 20 ДОДАТОК 1……………………………………………………………………………………………… 21 РОЗДІЛ 1. Постановка задачі Технічне завдання. Реалізувати генератор інфранизької частоти, розробити апаратну частину та написати програму на мові асемблера для МП системи, на основі комплекту КР580, яка реалізує такі функції: 1) Формує за допомогою ЦАП вихідну напругу, що описується виразом: , де Т=200мс – період зміни напруги, А=5В – амплітуда напруги. 2) Опитує шести клавішну клавіатуру, перші три клавіші якої вибирають період повторення функції з ряду T, 2T, 4T відповіднь, а інші три задають амплітуду вихідної напруги з ряду A, A/2, A/4; 3) Виводить на один семи-сегментний індикатор інформацію про період повторення: цифри 1, 2, 4- відповідають T, 2T, 4T та на три світлодіоди інформацію про амплітуду A, A/2 чи A/4 (відповідно, подаючи сигнал на один з них). Ескізний малюнок пристрою наведений на рис.1
Рис.1. Ескізний малюнок зовнішнього вигляду генератора На семисегментному індикаторі відображається, яка кнопка, що відповідає за зміну періоду Т, натиснута. Так, якщо натиснута кнопка Т, на індикаторі відображатиметься «1» і період зміни напруги буде рівний заданому. Якщо натиснута кнопка 2Т, на індикаторі побачимо цифру «2» і період буде вдвічі більший. Аналогічно з кнопкою 4Т. Кнопки А, А/2, А/4 призначені для зміни амплітуди. Якщо натиснемо кнопку А, біля неї засвітиться світлодіод, а амплітуда вихідної напруги буде рівною заданій, аналогічно з двома іншими кнопками. Часову залежність заданого сигналу наведено на рис.2
Рис.2. Часова залежність заданого сигналу Обгрунтування реалізації поставленої задачі Застосовуємо мікропроцесор КР580ИК80 та за допомогою ЦАП DAC7621 формуємо відліки необхідного сигналу. Основні параметри DAC7621: Розрядність – 12 біт; Час перетворення – 7мкс Інтерфейс – паралельний; Напруга живлення – +5В; Диференційна нелінійність - ±0.5% Похибка перетворення - ±0.5% ; Формування відліків вихідної напруги та відповідних кодів ЦАП ?t=T/N=200мс/50=0.004с, де N – кількість відліків; с=А/256; Коди ЦАП формуються з виразу U(?t(n)/с Vout=с(Код ЦАП Відліки n ?t(n U(?t(n), B Код ЦАП Vout,B Похибка квантування, %
0 0,000 0,000 0 0,000 0
1 0,004 0,200 10 0,195 2,34375
2 0,008 0,400 20 0,391 2,34375
3 0,012 0,600 31 0,605 0,91146
4 0,016 0,800 41 0,801 0,09766
5 0,020 1,000 51 0,996 0,39063
6 0,024 1,200 61 1,191 0,71615
7 0,028 1,400 71 1,387 0,94866
8 0,032 1,600 82 1,602 0,09766
9 0,036 1,800 92 1,797 0,17361
10 0,040 2,000 102 1,992 0,39063
11 0,044 2,200 112 2,188 0,56818
12 0,048 2,400 122 2,383 0,71615
Продовження табл. 1 13 0,052 2,600 133 2,598 0,09014
14 0,056 2,800 143 2,793 0,25112
15 0,060 3,000 153 2,988 0,39062
16 0,064 3,200 163 3,184 0,5127
17 0,068 3,400 173 3,379 0,6204
18 0,072 3,600 184 3,594 0,17361
19 0,076 3,800 194 3,789 0,28783
20 0,080 4,000 204 3,984 0,39063
21 0,084 4,200 214 4,180 0,48363
22 0,088 4,400 224 4,375 0,56818
23 0,092 4,600 235 4,590 0,22079
24 0,096 4,800 245 4,785 0,30924
25 0,100 5,000 255 4,980 0,39063
26 0,104 4,800 245 4,785 0,30924
27 0,108 4,600 235 4,590 0,22079
28 0,112 4,400 224 4,375 0,56818
29 0,116 4,200 214 4,180 0,48363
30 0,120 4,000 204 3,984 0,39063
31 0,124 3,800 194 3,789 0,28783
32 0,128 3,600 184 3,594 0,17361
33 0,132 3,400 173 3,379 0,6204
34 0,136 3,200 163 3,184 0,5127
35 0,140 3,000 153 2,988 0,39063
36 0,144 2,800 143 2,793 0,25112
37 0,148 2,600 133 2,598 0,09014
38 0,152 2,400 122 2,383 0,71615
39 0,156 2,200 112 2,188 0,56818
40 0,160 2,000 102 1,992 0,39063
41 0,164 1,800 92 1,797 0,17361
42 0,168 1,600 82 1,602 0,09766
43 0,172 1,400 71 1,387 0,94866
44 0,176 1,200 61 1,191 0,71615
45 0,180 1,000 51 0,996 0,39063
46 0,184 0,800 41 0,801 0,09766
47 0,188 0,600 31 0,605 0,91146
48 0,192 0,400 20 0,391 2,34375
49 0,196 0,200 10 0,195 2,34375
Будуємо часову залежність кодів ЦАП:
Сигнал на виході ЦАП матиме вигляд:
РОЗДІЛ 2. Апаратне забезпечення
Мікропроцесор КР580ИК80 являє собою повний 8-розрядний процесор загального призначення, виконаний по МОН-технології з джерелами +5, +12, -5 В і споживаним струмом 60, 40 і 0.01 мА відповідно. Навантажувальна здатність виходів такого мікропроцесора – один ТТЛ вхід, тому виконують буферизацію шин. Тактова частота 2 МГц. Фіксований набір команд, який налічує 78 команд. Функціональне призначення виводів: А0 - А15- адресна шина, забезпечує адресацію до довільної 16-розрядної комірки пам'яті або зовнішнього пристрою; D0 - D7 - двонапрямлена шина даних (ШД), для обміну інформацією із зовнішніми пристроями; F1,F2 - входи тактових сигналів: INT - запит на переривання; HOLD- запит на ПДП; SYNC- сигнал синхронізації на початку кожного машинного циклу; DBIN- готовність МП до приймання даних; WR- сигнал на виході МП, що дані видані й встановлені на ШД для їх запису у зовнішні пристрої; READY - підтвердження про готовність даних на ШД та їх введення у МП; RESET - на цьому виводі формується сигнал на початкову установку МП, при цьому обнулюється його програмований лічильник, а також тригери, які формують сигнали; WAIT- сигнал на підтвердження про те, що МП знаходиться в стані очікування; INTE - дозвіл на переривання; HLDA - підтвердження ПДП. В даному мікропроцесорному комплекті системним генератором є мікросхема КР580ГФ24 (рис.3) виконана по біполярній технології, споживаний струм 15 і 12 мА від джерел +5, +12 В відповідно. Сигнали синхронізації формуються задаючим генератором, стабілізованим кварцом з резонансною частотою до 27 МГц, дільником частоти з коефіцієнтом 9.
Рис.3 Мікросхема КР580ГФ24 Для роботи генератора тактових імпульсів (ГТІ) передбачено увімкнення зовнішнього кварцового резонатора, а також LC- коливальної системи, яка задає часову постійну. Функціональне призначення виводів: F1 - сигнал високого рівня тривалістю у два періоди коливань опорного генератора (для керування МОН входами); F2 - сигнал високого рівня тривалістю у п'ять періодів коливань опорного генератора (для керування МОН входами); XTAL1, XTAL2 - входи для вмикання КР; RDYIN- вхідний сигнал від МП який ініціює формування сигналу готовності системи; RESIN- вхідний сигнал, який ініціює формування сигналу "скид системи"; READY- вихідний сигнал; який формується мікросхемою для керування МПС; SYNC- вхід тактової послідовності; RESET- на цьому виводі ГП формується сигнал "скиду" МП у початковий стан; STSTB - вихідний імпульс строба стану низького рівня тривалістю один період коливань опорного генератора; TANK -вивід для підключення LC- коливальної системи. Мікросхема КР580ВА86 (рис.4) являє собою двонаправлений шинний формувач з трьохстановими виходами, виконаних по біполярній технології, живляться від джерела +5 В і споживають струми 169 та 130 мА відповідно.
Рис.4 Мікросхема КР580ВА86 Канал А забезпечує струм навантаження 15 мА, Канал ВA забезпечує струм навантаження 32 мА. Напрям передачі вибирається сигналом на вході Т. Мікросхема КР580ВА86 виконує передачу без інверсії. Для буферизації шини даних та для формування сигналівкерування використовують системний контролер КР580ВК28. Графічне позначення ВІС типу КР580ВК28 (рис. 5)системного контролера.
Рис.5 Системний контролер КР580ВК28 Призначення виводів системного контролера: D0-D7— виводи, які увімкнено до відповідних вихідних ліній МП; BD0- BD7 - виводи, які увімкнено до шини даних; DBIN - сигнал про готовність МП до приймання даних; STSTB - сигнал строю стану системного контролера; HLDA - сигнал підтвердження захвату шин; WR - інформаційна шина КР580ИК80; MEMR - читання даних із пам'яті; MEMW- запис даних у пам'ять; IOR - читання з лінії ввід/ вивід; IOW- запис у лінію ввід/ вивід. Підключення пристроїв вводу/виводу За допомогою пристрою вводу/виводу (КР580ИК55) у МПС передається інформація, а також виводиться на контрольні пристрої. Для проектованої МПС, згідно технічного завдання, зовнішніми пристроями є: сегментний індикатор; світлодіоди; клавіші; ЦАП Узгодженість зовнішніх пристроїв із внутрішніми визначається, як навантажувальною здатністю пристрою ввід/вивід, так і числом вихідних ліній МПС із числом вхідних ліній зовнішніх пристроїв. Для запалювання сегмента індикатора на нього треба подати рівень логічного нуля, що відповідає індикаторам типів АЛС32Б , АЛС342Б. Сигнали на індикатори будемо подавати через інвертори, тому на виході пристрою вводу/виводу подаватимемо рівень логічної одиниці для запалювання сегмента. На індикаторах буде виводитись одна з трьох цифр: 1, 2, 4. На основі цього нижче в таблиці наведений стан рівнів на виходах a-g залежно від цифри.
Цифра a b c d e f g Число
1 1 0 0 1 1 1 1 4FH
2 0 0 1 0 0 1 0 12H
4 1 0 0 1 1 0 0 4CH
Для управління одним індикатором потрібно 8 ліній. Для управління світлодіодами необхідно 3 лінії. Для управління ЦАП потрібно 9 ліній. Для управління клавішами потрібно 6 ліній. Загальна кількість виводів пристрою вводу/виводу буде становити - 26. Враховуючи, що програмований інтерфейс має 24 виводи для підключення до пристроїв вводу/виводу, робимо висновок, що при проектуванні нам знадобиться 2 таких інтерфейси. Реалізація паралельного інтерфейсу Складовими частинами інтерфейсу можуть бути ШФ, багато режимні буферні регістри (ББР) або програмований паралельний інтерфейс (ППІ) типу КР580ИК55 (рис. 6). Графічне позначення ППА типу КР580ИК55 : D0 - D7 - вхідні виводи ППА, які увімкнені до ШД МП системи (D0 - молодший розряд): PА0 - PА7 - вихідна шина даних каналу А; PB0 - PB7 - вихідна шина даних каналу В; PС0 - PС3 - вихідна шина даних каналу С (молодші розряди): PС4- PС7 - вихідна шина даних каналу С (старші розряди); CS- вибір пристрою: А0, А1 - молодші розряди ША, за якими проводиться вибір каналу; RD - сигнал, за яким проводиться встановлення даних внутрішнього регістра ВІС, на ШД; WR - вхідний сигнал, який дає дозвіл на запис даних у ППА: R - сигнал, по якому ВІС переходить у початковій стан.
Рис.6 Програмований периферійний адаптер (ППА) типу КР580ИК55. Коли на вході CS є сигнал низького рівня, в залежності від того, який з сигналів IORD чи IOWR є активним, відбудеться запис в ППА чи зчитування з нього. Комбінація сигналів на входах A0 та A1 визначає канал, з яким відбудеться обмін інформацією. Перед початком роботи, ППА треба запрограмувати, тобто задати режими роботи кожного каналу. Програмування відбувається шляхом одноразового запису в регістр керуючого слова відповідного байта. Вибраний тип ППА має три основних режими роботи: режим "0" - звичайний ввід/ вивід; режим '1" - стробований ввід/ вивід; режим "2" - двонапрямлена магістраль. Для цілей поставлених технічному завданні найбільш зручною є робота ППА в режимі 0, в режимі вводу сигналів, які поволі міняються. При виводі в цьому режимі на лініях каналів можна програмно формувати різні сигнали, тобто керувати роботою індикаторів. В даній роботі канали A, B та молодший підканал програмуються на вивід в режимі 0, старший підканал С- на ввід. Оскільки максимальна навантажувальна здатність виходів КР580ИК55 становить 2мА, а струм сегментів знаходиться в межах 10-15 мА, між виходами ППА і виходами індикаторів необхідно включати буферні елементи з відкритими колектором – інвертори 155ЛН2, 155ЛН3 або повторювачі 155ЛП9. Опори між виходами інверторів і входами індикаторів обмежують середній струм через сегмент на рівні 10 мА. Лінії каналу C, які працюють на клавіатуру, під‘єднані через опори 10кОм до шини +5В. Таким чином при розімкнених клавішах відповідні розряди каналу C мають стан лог. "1". При натисненій клавіші лінія переходить в стан лог. "0". Невизначеність станів лінії, яка виникає в моменти натискання та відпускання клавіш ліквідується програмним шляхом. Через канал A на ЦАП подається код, який відповідає вихідній напрузі. ЦАП вибраний з розрядністю 8. Для роботи ЦАП до його виходів необхідно підключити операційний підсилювач з коректуючими елементами. Адресація паралельних програмованих адаптерів здійснюється наступним чином – два молодші розряди адресної шини подаються на відповідні входи адаптера, а лінія А2 подається на вхід вибору корпуса. Таким чином адресація має такий вигляд: A0 A1 A2 Робота з каналом
0 0 0 канал А1
1 0 0 канал В1
0 1 0 канал С1
1 1 0 РКС 1
0 0 1 канал А2
1 0 1 канал В2
0 1 1 канал С2
1 1 1 РКС 2
Отже, можемо записати адреси портів відповідних інтерфейсів: порт D7 D8
A 00h (індикатор) 04h (світлодіоди)
B 01h (ЦАП) 05h (кнопки)
C 02h (ЦАП) 06h вивід
РКС 03h 07h
Запам’ятовуючі пристрої МП системи Запам’ятовуючі пристрої в МПС діляться на: 1.Постійний запам'ятовуючий пристрій - працює лише у режимі читання. Він використовується для збереження програм і даних, які потребують для роботи системи і не підлягають зміні. 2.Оперативний запам'ятовуючий пристрій - працює у двох режимах і зберігає поточну інформацію, яка введена у МПС. Цей пристрій працює у двох режимах, які залежать від виконання програм і уведених даних. За допомогою цього пристрою змінюються необхідні параметри даних, записуються поточні результати, для їх виводу або подальшої обробки і таке інше. Оцінка потреб пам’яті. Є декілька видів запам’ятовуючих пристроїв: оперативний запам’ятовуючий пристрій, постійний запам’ятовуючий пристрій, КЕШ – пам’ять, також стек може виступати як окремий пристрій. Вибираємо ПЗП для запам’ятовування коду програми, ОЗП – для використання мікропроцесором, як область для зберігання проміжних даних (змінних). Для побудови заданого генератора достатньо 2 Кб ПЗП і 2 Кб ОЗП. В якості ПЗП обираємо К537РФ5 – репрограмований постійний запам’ятовуючий пристрій, ємністю 16Кб (2К×8), ОЗП – К537РУ10 – 16Кб (2К×8). Принципова схема генератора наведена у Додатку1. РОЗДІЛ 3. Програмне забезпечення Загальний алгоритм роботи пристрою наведений на блок-схемі, яка відображає процес лише поверхнево.
Для зручності написання детальнішого алгоритму нарисуємо часові діаграми виводу інформації на індикатор, виводу вибірок на ЦАП та блоку опитування кнопок.
N – кількість вибірок; WaitSample – змінна-лічильник інтервалів для відповідних Т (може мати три максимальних значення: 2, 4, 8); SampleNum – змінна-лічильник вибірок (SampleNum=0..N), ButT, But2T, But4T, ButА, ButА_2, ButА_4 – змінні, що фіксують попередній стан відповідних кнопок. Детальніша блок-схема наведена на рисунку нижче.
Змінні Т, Am служать для фіксації значень періоду та амплітуди відповідно; в парі регістрів HL містяться адреси на вибірки ЦАП. В блоку опитування кнопок відбувається дія логічного множення вмісту акумулятора на маску. Маски вибираються таким чином, щоб можна було визначити, яка кодова комбінація є на вході порту, а отже і яка кнопка натиснута. Для очевидності наведемо таблицю з можливими варіантами натиснутих кнопок та відповідними масками. B0 B1 B2 B3 B4 B5 Маска
Для того, щоб вивести на індикатор цифри 1, 2, 4 на порт А повинні надходити наступні кодові комбінації: А7 А6 А5 А4 А3 А2 А1 А0 XXh
1 0 0 0 0 0 1 1 0 06h
2 0 1 0 1 1 0 1 1 5Bh
4 0 1 1 0 0 1 1 0 66h
Текст програми на мові Асемблера: Мітки Мнемоніки Коментарі
START:
SAMFORM:
WS8:
OUTSAM:
A_4:
OUTDAC_1: OUTDAC:
NULL: BUTASK:
T0:
BUTASK2:
T1:
BUTASK3:
T2:
BUTASK4:
Am0:
BUTASK5:
Am1:
BUTASK6:
KnopkaA4:
DELAY:
SAMPLES:
N: WaitSample: SampleNum: T: Am: ButA: ButA_2: ButA_4: ButT: But2T: But4T: ORG 000h; JMP START; ORG 100h; LXI H,SAMPLES; MVI A, 80h; OUT 03h; MVI A, 82h; OUT 07h; MVI A,50; STA N; MVI A,1; STA WaitSample; MVI A,0; STA SampleNum; STA T; STA Am; STA ButA; STA ButA_2; STA ButA_4; STA ButT; STA But2T; STA But4T; LXI B,334; LDA WaitSample; DCR A; STA WaitSample; CPI 00h; JNZ BUTASK; LDA T; CPI 00; JNZ T_1; MVI A,2; STA WaitSample; JMP OUTSAM; T_1: LDA T; CPI 01; JNZ WS8; MVI A,4; STA WaitSample; JMP OUTSAM; MVI A,8; STA WaitSample; LDA Am; CPI 00; JZ OUTDAC_1; CPI 01; JNZ A_4; MOV A,M; RAR; JMP OUTDAC; MOV A,M; RAR; RAR; JMP OUTDAC; MOV A,M; OUT 01h; MVI A,00h; OUT 02h; MVI A,01h; OUT 02h; INX H; LDA SampleNum; INR A; STA SampleNum; CPI 50; JZ NULL; JNZ BUTASK; LXI H, SAMPLES; MVI A,00; STA SampleNum; IN 05h; ANI 01h; JNZ BUTASK2; LDA ButT; CPI 00; JZ T0; JNZ DELAY; MVI A,01; STA ButT; MVI A,00; STA T; MVI A,06h; OUT 00h; JMP DELAY; IN 05h; ANI 02h; JNZ BUTASK3; LDA But2T; CPI 00; JZ T1; JNZ DELAY; MVI A,1; STA But2T; STA T; MVI A,5Bh; OUT 00h; JMP DELAY; IN 05h; ANI 04h; JNZ BUTASK4; LDA But4T; CPI 00; JZ T2; JNZ DELAY; MVI A,1; STA But4T; MVI A,2; STA T; MVI A,66h; OUT 00h; JMP DELAY; IN 05h; ANI 08h; JNZ BUTASK5; LDA ButA; CPI 00; JZ Am0; JNZ DELAY; MVI A,01; STA ButA; MVI A,00; STA Am; MVI A,01h; OUT 04h; JMP DELAY; IN 05h; ANI 10h; JNZ BUTASK6; LDA ButA_2; CPI 00; JZ Am1; JNZ DELAY; MVI A,1; STA ButA_2; STA Am; MVI A,02h; OUT 04h; JMP DELAY; IN 05h; ANI 20h; JZ KnopkaA4; MVI A,0; STA ButA; STA ButA_2; STA ButA_4; STA ButT; STA But2T; STA But4T; JMP DELAY; LDA ButA_4; CPI 00; JNZ DELAY; MVI A,1; STA ButA_4; MVI A,2; STA Am; MVI A,03h; OUT 04h; JMP DELAY; DCX B; MOV A,B; ORA C; JNZ DELAY; JZ SAMFORM; DB 0, 10, 20, 31, 41, 51, 61, 71, 89, 92; DB 102, 112, 122, 133, 143, 153, 163, 173, 184, 194; DB 204, 214, 224, 235, 245, 255, 245, 235, 224, 214; DB 204, 194, 184, 173, 163, 153, 143, 133, 122, 112; DB 102, 92, 82, 71, 61, 51, 41, 31, 20, 10; ORG 800h; DS 1; DS 1; DS 1; DS 1; DS 1; DS 1; DS 1; DS 1; DS 1; DS 1; DS 1;
РКС D7 РКС D8 ініціалізація змінних Формування відліків ЦАП Перехід на опитування кнопок якщо Т==0 чи Т==1? якщо Т==1 якщо Т!=1 Вивід вибірки Якщо Аm==1 Якщо Am==2 Якщо Аm==0 Виводимо на порт В D7 вибірку CS Зчитуємо з порту B D8; Якщо кнопка Т Виводимо на 7-сегм.інд. "1" Якщо кнопка 2Т Виводимо на 7-сегм.інд. "2" Якщо кнопка 4Т Виводимо на 7-сегм.інд. "4" Якщо кнопка А Вивід на LED1 Якщо кнопка А/2 Вивід на LED2 якщо жодна кнопка не натиснута Вивід на LED3 затримка Вибірки Оголошення змінних
ВИСНОВКИ Спроектований генератор базується на мікросхемах комплекту КР580. Оскільки цей комплект є застарілим на сьогоднішній день, то, відповідно, така робота може слугувати лише в навчальних цілях. При виконанні даної роботи було засвоєно важливі деталі програмування мікропроцесорних систем на мові Асемблера, оскільки для правильної роботи системи необхідно відслідковувати не лише логічність коду, а і його відповідність реальним процесам, що відбуватимуться у системі. Так, наприклад, в ході написання програми, було допущено помилку при програмуванні РКС, оскільки не було враховано які виводи шини адрес під’єднано до входів СS паралельних програмованих інтерфейсів КР580ИК55. (Ця помилка, звісно ж, виправлена). Також слід додати, що програма не передбачає ретельного опрацювання кнопок. Так, якщо одночасно натиснуті кнопки Т і А, то програма опрацює лише одну кнопку – ту, код опрацювання якої зустрічається раніше, в даному випадку – лише кнопку Т. СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ: Функціональний генератор інфранизької частоти на базі МП системи . Методичні вказівки до курсової роботи з дисципліни “ Цифрові пристрої і мікропроцесори ” для студентів спеціальності 2301 “ Радіотехніка ” / Укл. Ю.І.Шаповалов , В.А . Новіков , В.Г.Протасевич . – Львів : ЛПІ – 23 с. Калабеков Б.А. «Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки информации». – М.: Радио и Связь, 1988. – 366 с. http://microcpukp580.narod.ru/idi.htm Мельников А.А., Мельников А.А. (ст.), Мельников А.А. (мл.) МИКРОПРОЦЕССОРЫ, МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И ОДНОКРИСТАЛЬНЫЕ МИКРОПРОГРАММИРУЕМЫЕ УСТРОЙСТВА (Хрестоматия устройств с микропрограммным управлением). Часть II/Под ред. А.А. Мельникова ? М.: 2008. 235 – с.
