Структура контролера

Структурно контролер складається з двох основних частин: ядра та факультативної частини (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Структура контролера (ДК – дискретні канали, АК – аналогові канали, ЛК – лінії керування)

До складу ядра входить мінімальна добірка великих інтегральних схем (ВІС) мікропроцесорного комплекту, необхідних для виконання задач керування. Зокрема, ядро повинно вміщувати:

- Мікропроцесор К1821ВМ85А;

- ВІС оперативного запам’ятовуючого пристрою (ОЗП) з організацією 2К слів х 8 розрядів;

- ВІС постійного запам’ятовуючого пристрою (ПЗП) з організацією 1К слів х 8 розрядів;

- програмований таймер;

- контролер переривань;

- ВІС послідовного інтерфейсу так, як типу інтерфейсу зв’язку з ПЕОМ-RS232C;

- контролер прямого доступу до пам’яті.

Факультативна частина контролера вміщує додаткові об’єми ОЗП та периферійних ВІС, необхідних для роботи з заданим у варіанті об’єктом керування і визначається характеристиками останнього.

Факультативна частина реалізує цифрові та аналогові канали вводу-виводу інформації, за допомогою яких контролер взаємодіє з об’єктом керування.

Канали аналогового вводу-виводу реалізуються на підставі відповідних схем АЦП або ЦАП і схем аналогових мультиплексорів-демультиплексорів, які забезпечують необхідну кількість аналогових каналів.

4. Описи функціональної та принципової схеми контролера.

До складу мікропроцесорної системи входять компоненти. Що приведені у попередньому розділі. В поточному розділі розглянемо схеми включення усіх компонентів в одну загальну систему.

4.1 Побудова ядра МПС

Для нормальної роботи побудуємо три шини: адреси, даних та керування.

Тому що шина даних й адреси в мікропроцесора К1821ВМ85 сполучені й мають поділ тільки в часі, то для їхнього поділу будемо використати регістри із третім станом К580ИР82 для зберігання адреси, і шинні формувачі К580ВА86 для передачі даних по шині даних.

Умовне графічне позначення мікросхеми К580ИР82 показане на рисунку 3.1, а К580ВА86- на рисунку 3.2.

Рисунок 3.1 Умовне графічне позначення К580ИР82

Рисунок 3.4 Умовне графічне позначення К580ВА86

Мікропроцесор К1821ВМ85- це однокристальний восьми розрядний процесор з фіксованим набором команд.Він має класичну архітектуру з одним акумулятором и відділеними шинами адреси і даних.

Мікропроцесор має наступні характеристики:

- напруга живлення +5В

- споживча потужність 0.2Вт

- тактова частота 5МГц

- тривалість виконання операції додавання типу «регістр-регістр» 0.8 мкс

- навантажувальна здатність – один вихід ТТЛ- схеми

- може обслуговувати 256 пристроїв вводу та виводу

- виходи напруг Uol < 0.4B; Uoh> 3.7 B;

- число команд – 80

- адресний простір пам’яті – 64 Кбайт

Умовне графічне позначення мікропроцесора показано на рисунку 3.1

Рисунок 3.3 умовне графічне позначення мікропроцесора К1821ВМ85

Функціонування мікропроцесора в часі визначається внутришним генератором тактових імпульсів. Його взбудження може задаватися зовнішнім кварцовим резонатором, RC- або LC- ланцюгами, а також зовнішнім генератором, які підключаються до входів Х1, Х2 мікропроцесора (дивись рисунок 3.2)

Вибираємо схему синхронізації з кварцовим резонатором який вибирається на чистоту 5МГц. Конденсатор призначений для подавлення інших гармонік на частоті 5МГц і вибирається ємністю 20 пФ.

З довідника / / вибираємо тип конденсатора КМ-5б-М470-20 пФ.

В зв’язку з тим, що шина адреси має 16 розрядів, а одна мікросхема К580ИР82 має 8 розрядів розраховуємо необхідну кількість мікросхем за формулою 3.1

(3.1)

де Мс- кількисть мікросхем

N- кількість розрядів шини адреси

NBic- кількість розрядів в одній мікросхемі

Mc=16/8=2

В зв’язку з тим що шина даних в МПС має 8 розрядів, то необхідно використовувати одну мікросхему К580ВА86.

ОЗУ необхідно для зберігання різних проміжних даних і результатів розрахунку. ОЗУ виконано на мікросхемі К537РУ8А. Ця мікросхема має ємність 2К, розрядність слова 8 біт. Для організації 8 розрядної шини даних необхідно паралельне включення двох таких мікросхем. Розрахунок ємності пам'яті буде наведений нижче. На малюнку 3.6 наведене умовне графічне позначення.

Рисунок 2.6 – Условное графическое обозначение К537РУ8А

Дана мікросхема має 3­­х імпендансний стан виходів, а також вхід дозволу читання або запису в мікросхему. Для керування даною мікросхемою на читання або запис будемо використовувати логічний ланцюг, що приведений на рисунку 2.7.

Рисунок 2.7 – Керування ОЗП.

ПЗП даної МП системи побудований на мікросхемі КР556РТ17, що має 9и розрядний адресний вхід и восьми розрядне вихідне слово. Згідно завдання ПЗП повинно мати ємність 1К байт. На рисунку 2.8 приведено умовне графічне позначення КР556РТ5.

Рисунок 2.8 – Умовне графічне позначення КР556РТ17

В зв’язку з тим, що ПЗП має ємність 1Кх8, а одна мікросхем-512х8, то беремо дві мікросхеми.

В якості послідовного інтерфейсу для зв’язку з RS232 використовуємо адаптер послідовного інтерфейсу К580ВВ51А. На рисунке 2.13 приведено умовне графічне позначення К580ВВ51А.

Рисунок 2.12 – Умовне графічне позначення К580ВВ51А

Це універсальний синхронно-асинхронний прийомо-передаючий пристрій. Крім перетворення форми інформації виконуються функції контролю і керування. До складу мікросхеми входять: передавач, схеми керування модемом, приймача та блока спряження адаптера з системною шиною МП.

Програмовний таймер КР580ВИ53 призначений для організації роботи МП систем і формування сигналів з різними часовими та частот­ними характеристиками. Умовне позначення показано мікросхеми на рисунку 5.42.

Рис 6.42. Умовне позначення КР580ВИ53

Призначення виходів:

CLK0 - CLK2 - входи такто­вих імпульсів;

GATE0 - GATE2 - входи дозволу лічення;

OUT0 - OUT2 – виходи лічильника

Схема таймера містить: блок керування читанням/записом RWCU з регістром керувального слова RCW, тристабільний буфер даних BD, три канали на базі 16-розрядних від'ємних лічильників CТ0-CT2. Кож­ний канал містить лічильник, вхідні та вихідні буферні регістри. Лічиль­ники можуть працювати у двійковому або двійково-десятковому коді. Максимальна частота лічильника становить 2 МГц для КР580ВИ53.

Контролер прямого доступу до пам'яті КР580ВТ57 призначений для ор­ганізації швидкісного обміну даними між пам'яттю і зовнішніми пристроя­ми, який ініціюється зовнішнім пристроєм.

Кожний з чотирьох каналів ПДП забезпечує передачу блоку даних ємні­стю до 16 кбайт з довільною початковою адресою в діапазоні 0-64 кбайт. Пріоритети каналів можуть бути фіксованими (канал 0 має найвищий пріо­ритет, канал 3 - найнижчий) або змінюватися циклічно. В останньому випа­дку каналу, у якому відбулося обслуговування запиту ПДП, присвоюється нижчий пріоритет, а каналу з наступним номером - вищий.

Молодший байт адреси пам'яті видається по лініях A3-A0 та А7-А4, які безпосередньо підключені до шини адреси АВ. Старший байт адреси передається через шину D7-D0, тому в схему підключено буферний ре­гістр К589ИР12, який фіксує значення старшого байта по сигналу ADSTB при AEN = 0. На вивід CS ВІС надходить сигнал з виходу дешифратора адрес уведення-виведення. Інші виводи КПДП приєднуються до одно­йменних ліній шин МП системи.

Програмовими контролер переривань КР580ВН59А являє собою при­стрій, що реалізує в МПС обробку запитів переривань від зовнішніх при­строїв, як-то датчиків аварійних ситуацій або ПВВ, що реалізують протокол обміну за перериванням.

ВІС ПКП виконує такі функції:

- запам'ятовує запити переривання, які задаються переднім фронтом
або потенціалом;

- маскує, тобто забороняє виконання обраних запитів;

- формує вектор переривання та виконує дії по переходу на підпрог­
раму обробки запиту;

- формує сигнал переривання для МП;

- виконує пріоритетну обробку запитів переривання.

Одна ВІС ПКП обробляє вісім запитів на переривання, але за каскад­ного вмикання кількох ВІС кількість запитів переривання може бути збі­льшена до 64.

4.2 Побудова факультативної частини МПС

До факультативної частини входять:

- пристрій введення інформації від пристрою вводу графічної інформації;

- пристрій виведення інформації на реєструючий пристрій;

- додаткова пам'ять для зберігання масиву даних.

Пристрій введення інформації містить в своєму складі два 12-розрядних аналого-цифрових перетворювачів (на кожну координату окремо) та паралельний інтерфейс.

В якості паралельного інтерфейсу використовуємо мікросхему К580ВВ55. На рисунку 2.12 приведено умовне графічне позначення К580ВВ55.

Рисунок 2.12 – Умовне графічне позначення К580ВВ55.

Для спряження із зовнішніми пристроями мікросхема має дві групи А и В (по 12 розрядів). Інтерфейс складається із схем керування вводом-виводом, буфера шини даних, схеми керування групами А и В и трьох 8 розрядних портів А, В і С, причому порт С складається из двух 4^х розрядних портів, що програмуються окремо. Інтерфейс буде працювати в 0 режимі.

В 0-му режимі будуть працювати вся групи. Причому входи групи А під’єднуємо до виходів першого АЦП, а входи групи В- до виходів другого АЦП.

В якості АЦП використовуємо мікросхему MAX175. Це 12- розрядний швидкісний АЦП послідовного приближення, що працює з ТТЛ–рівнями. Ця мікросхема в своєму складі містить блок цифрового керування, тому цей пристрій, можна, підключати без шинних формувачів спряження. На рисунку 2.9 приведено умовне графічне позначення MAX175.

Рисунок 2.9 – Умовне графічне позначення MAX175.

Пристрій виведення інформації містить в своєму складі паралельний інтерфейс, який буде працювати в 0 режимі та два 12-розрядних цифро - аналогових перетворювачів (на кожну координату окремо).

Виходи групи А паралельного інтерфейсу під’єднуємо до входів першого ЦАП, а виходи групи В- до другого.

4.3 Розробка схеми адресації пристроїв вводу-виводу

Розподіл адресного простору вводу – виводу між існуючим в МПС інтерфейсами та пристроями вводу – виводу показаний в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1 - Розподіл адресного простору вводу – виводу

5. Розробка програми.