Разработка микропроцессорного устройства на базе 8 разрядного микропроцессора
Содержание
Введение
Техническое задание
1 Выбор и обоснование блок-схемы МПУ
2 Разработка принципиальной схемы
МПУ
3 Описание работы МПУ
4 Разработка блок-схемы и программы
работы МПУ на языке C
Заключение
Список литературы
Введение
Развитие микроэлектроники и широкое применение
ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления
самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним
из основных направлений научно-технического прогресса.Использование микроэлектронных
средств в изделиях производственного и культурно-бытового назначения не только
приводит к повышению технико-экономических показателей изделий (стоимости,
надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и позволяет многократно
сократить сроки разработки и отодвинуть сроки «морального старения» и
«физического старения» изделий, но и придает им принципиально новые
потребительские качества (расширенные функциональные возможности,
модифицируемость, адаптивность и т.д.).
Микропроцессоры и ЭВМ это достаточно сложные
устройства, хотя диапазон их использования очень широк. Главные достоинства
микропроцессорной техники это компактность, экономичность, универсальность
невысокая стоимость, массовость применения. Благодаря своим свойствам
микропроцессоры нашли применение как в системе управления космическими
полетами, так и в детских игрушках; ОЭВМ используются для управления бытовыми
приборами и роботами, станками с числовым программным управлением и т.п.
Поэтому тема «Разработка микропроцессорного устройства
на базе 8 разрядного микропроцессора» курсового проекта является актуальной и
микропроцессорное устройство может использоваться в области телемеханики.
микропроцессор
двоичный код программа
Техническое задание
Разработать МПУ для контроля и индикации
параметров, изменяющихся по случайному закону 8-разрядного двоичного кода.
Результаты контроля должны выводиться на индикатор. Скорость изменения кода
25000 ед/с; пределы изменения числового кода 00000000-11111111; время контроля,
Т, 0,1с; контролируемый параметр К - значение кода с чётным числом единиц за
время 0,05-0,1с.
1 Выбор и обоснование блок-схемы
микропроцессорного устройства
Любое микропроцессорное устройство (МПУ) должно
содержать в себе следующие блоки: генератор тактовых импульсов (ГТИ);
микропроцессор (МП);; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); оперативное
запоминающее устройство (ОЗУ); шина адреса (ША); шина данных (ШД); шина
управления (ШУ); датчик (Д); устройство ввода информации (УВв); параллельный
программируемый интерфейс (ППИ); блок индикации (БИ); таймер (Т) ; счётчик
команд (СК). Блок-схема МПУ приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1
Исходя из технического задания, МПУ должно
выполнять контроль количества единиц в 8-разрядном двоичном коде. Формирование
двоичного кода, имеющего случайную последовательность, можно выполнить с
помощью блока формирования случайных чисел (БФСЧ). Поэтому датчик, устройство
ввода информации и параллельный программированный интерфейс заменяют блоком
формирования случайных чисел.
При разработке данного устройства был выбран
микропроцессор PIC16F877.
Так как в нём уже есть встроенные ОЗУ, таймер, ПЗУ, ГТИ, СК, то использовать
эти блоки в дальнейшем нецелесообразно.
МП служит для управления внешними по отношению к
себе устройствами. Исходя из условия МП 8-разрядный.
БИ служит для вывода количества единиц в
8-разрядном двоичном коде с интервалом 1с.
ША полудуплексная, ШД дуплексная, ШУ
симплексная.
Дуплексная передача - передача данных в двух
направлениях по одному каналу. Существуют полный дуплекс и полудуплекс. Полный
дуплекс - одновременная двухсторонняя передача данных. Полудуплекс - передача
данных, когда данные могут передаваться в обоих направлениях, но поочерёдно.
Симплексная передача - передача данных по физическому соединению только в одном
направлении.
Разработанная блок-схема представлена на рисунке
1.2.
БФСЧ - блок формирования случайных чисел; БИ -
блок индикации.
Рисунок 1.2 - Блок-схема микропроцессорного
устройства
2 Разработка принципиальной схемы
Обоснование выбора конденсатора
Исходными данными для выбора конденсаторов
являются:
номинальная величина ёмкости, указанная на схеме
и допуск на величину ёмкости;
назначение цепи, в которой стоит конденсатор;
режим цепи/постоянный ток, переменный ток или
импульсный режим, и соответственно, сила тока, частота, параметры импульсов;
условия эксплуатации прибора, указанные в
техническом задании на разработку прибора, температура, влажность, давление
воздуха, механические нагрузки;
желательно конструктивное оформление
конденсатора.
Для данной схемы можно использовать бумажные,
плёночные и керамические конденсаторы, поскольку они имеют минимальные
габариты.
В качестве керамических конденсаторов можно
использовать: К10-7, К10-9, К10-12, К10-17, К10-29, но выбирается конденсатор
К10-17, так как он имеет относительно большую реактивную мощность, малые
потери, высокое сопротивление изоляции, широкий диапазон температурной
стабильности [5].
Секции конденсаторов К10-7в такого зазора не
имеют, что позволяет увеличить их удельную емкость за счет более полного
использования поверхности пластины. Толщина пластин 0,18-0,22 мм. Так как
промежутки между обкладками из-за отсутствия зазоров равны толщине пластины,
номинальное напряжение конденсаторов К10-7в не превышает 50 В.
Условно-графическое изображение конденсатора
представлено на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1
Обоснование выбора резисторов
При выборе постоянных резисторов исходными
данными являются:
номинальная величина сопротивления, указанная на
схеме и допуск на величину сопротивления;
мощность рассеивания;
назначение цепи, в которой установлен резистор;
сила тока, частота и параметры импульсов;
конструктивное оформление резистора.
В данном устройстве используются непроволочные
резисторы, так как они имеют меньший вес, стоимость, габариты и паразитные параметры.
Непроволочные резисторы бывают: углеродистые
тонкослойные, металлодиэлектрические тонкослойные, композиционные объёмные.
Из всех резисторов выбираются
металлодиэлектрические, потому что они обладают большей стабильностью при
циклическом воздействии температуры, механических нагрузках по сравнению с
углеродистыми, меньшая зависимость значения сопротивления от приложенного
напряжения, меньше ЭДС шумов по сравнению с композиционными [5].
В данной схеме можно использовать резисторы:
С2-13, С2-14, С2-22, С2-23, С2-31, С2-34. Из перечисленных резисторов
выбирается С2-23, так как при малых габаритах они имеют наивысшую надёжность.
Диапазон выпускаемых номиналов - от 1 Ом до 1
МОм (зависит от допустимой мощности)
Максимально допустимая рассеиваемая мощность -
0,25 0,5 и 1 Вт (С2-14 выпускались также на 0,125 и 2 Вт)
Допускаемое отклонение от номинального
сопротивления +0,1% +0,2% +0,5% +1% и +2%
ЭДС шумов не более 1 мкВ/В
По ТКС эти резисторы делились на пять групп, от
А до Д, с суммарным диапазоном значений от +0,0025 до +0,06 1/°С
Сопротивление изоляции не менее 1011 Ом (для
С2-13 и С2-15)
Минимальная наработка 15000ч (С2-13), 20000ч
(С2-14); затем для всех типов была доведена до 30000ч
Работа в импульсных режимах допускается при
длительности импульсов не более 500 мкс и частоте повторения более 20 кГц
Условно-графическое обозначение резистора
представлено на рисунке 3.3
Рисунок 3.3
Обоснование выбора кварцевых резонаторов
Для выбора кварцевых резонаторов главным критерием
является интервал формируемых частот.
Рассмотрим следующие кварцевые резонаторы: RV-26,
RV-38, RV-49.
RV-26 имеет интервал
частот (3,5..20) МГц; RV-38
- (18..40) МГц; RV-49
- (32,768) МГц.
Для реализации МПУ необходима частота 2 МГц,
исходя из этого, можно сделать вывод, что единственным вариантом для реализации
МПУ является кварцевый резонатор RV-26
[5].
Колебания кварцевого генератора характеризуются
высокой стабильностью частоты (10−5 ÷ 10−12),
что обусловлено высокой добротностью кварцевого резонатора (104 ÷
105).
Уровень фазовых шумов
У лучших генераторов спектральная плотность
мощности фазовых шумов может быть менее −100 дБн/Гц на отстройке 1 Гц и
менее −150 дБн/Гц на отстройке 1 кГц при выходной частоте 10 МГц.
Тип выходного сигнала
Генераторы могут изготавливаться как в
модификации с синусоидальным выходным сигналом, так и с сигналом прямоугольной
формы, совместимым по логическим уровням с одним из стандартов (TTL, CMOS,
LVCMOS, LVDS и т. д.).
Условно-графическое изображение кварцевого
резонатора представлено на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2
Рисунок 3.4
Для данного устройства был выбран процессор PIC16F877
[4], так как в нём уже есть встроенные ОЗУ, ПЗУ и таймер, что значительно
упрощает схему устройства рис.3.4.
Вывода и их назначение указанны в таблице 1.
Таблица 1
Вывод
|
Обозначение
|
Тип
вывода
|
Функциональное
назначение вывода
|
1-6
|
PA
0 - PA5
|
Входы
|
Канал
данных
|
18-19
|
XTI-XTO
|
Входы
|
Подключение
кварцевого резонатора
|
7-9
|
PE0-PE2
|
Входы
|
Канал
данных
|
20
|
MCL
|
Вход
|
Сброс
схемы
|
10-17
|
PB0-PB7
|
Входы
|
Канал
данных
|
37-38
|
VDD
|
POWER
|
Напряжение
питания плюс 5В
|
39-40
|
VSS
|
POWER
|
Напряжение
питания минус 5В
|
21-28
|
PD0-PD7
|
Выходы
|
Канал
данных
|
29-36
|
PC0-PC7
|
Выходы
|
Канал
данных
|
Для реализации блока индикации можно
использовать следующие типы индикаторов: АЛС362А, АЛС362Д, АЛС362Н. Эти
индикаторы имеют разный цвет свечения: красный, жёлтый и зелёный
соответственно. Лучше использовать индикатор красного свечения, так как даже
при солнечном свете он даёт чёткое изображение. Исходя из этого, выбираем
индикатор АЛС362А [2]. Условно-графическое изображение этого индикатора
представлено на рисунке 3.6.
Рисунок 3.6
Рисунок 3.7
- вход D1,
2
- вход D2,
3
- вход ED1 - контроль
индикатора
- вход CO,
5
- вход ED0\ - гашение
незначащих нулей
- вход D3, 7
- вход D4,
8
- выход сегмент Е, 9 - выход
сегмент D
- выход сегмент С,
11
- выход сегмент B, 12 - выход
сегмент A
- выход сегмент G,
14
- выход сегмент F, 15 - питание
(+5в)
Рисунок 3.8
Назначение выводов буферного регистра КМ1821ИР82
указаны в таблице 2
Таблица 2
В качестве генератора случайных чисел был
использован 8-разрядный буферный регистр КМ1821ИР82 [2], так как при увеличении
его рабочей частоты, на его выходах появляются непредсказуемые значения.
Условно-графическое обозначение регистра приведено на рисунке 3.8.3 Описание
работы микропроцессорного устройства
Разработанное микропроцессорное устройство (МПУ)
состоит из больших интегральных схем (БИС) и интегральных схем (ИС). МПУ
работает следующим образом: на процессор DD3
подаётся питание на входы VDD
и VSS, на всю цепь
подаётся сбросовый сигнал.
Разработка блок-схемы и программы работы МПУ на
языке C
В ходе курсового проекта разработан алгоритм
работы программы. Алгоритм представлен на рисунке 4.1.
Исходя из представленного алгоритма, разработана
программа, выполняющая выше описанные действия.
Рисунок 4.1
#include <PIC16F877.INC>
{запуск
программы}
EQU 0x30;
запись во флаг
ORG 0;
помещение в банк
bsf
STATUS,RP0
clrf
TRISB
GOTO
START запуск программы
bcf STATUS,RP04;;:
{ввод
данных}B;
0.05; запуск таймера с 0.05 секунд
MOD
B,2; если число
чётное то выводим число, если нет переходим на метку
MOVLW
PORTB;
MOVWF
PORTС; вывод числа в
порт С
GOTO
label1;
BTFSS
TIME, 0,1; если время
0.1 секунда то программу завершается
GOTO
label1;
END
Заключение
Курсовой проект выполнен в полном объёме, в
соответствии с техническим заданием.
В результате разработано микропроцессорное
устройство, исходя из типовой блок-схемы. Было выполнено обоснование
блок-схемы, описаны выбор элементной базы и работа микропроцессорного
устройства, разработана принципиальная схема в САПР P-CAD,
разработаны алгоритм и программа работы микропроцессорного устройства на языке C.
Это устройство можно использовать в источниках
бесперебойного питания.
Список литературы
1 Колабеков Б.А. Микропроцессоры и
их применение: уч. Пособие/ Б.А. Колабеков. - М.: Радио и связь, 2008. - 386с.
Шаханова Е.Д. МП и МП комплекты
интегральных микросхем: справочник/Е.Д. Шаханова. - М.: Радио и связь, 2009. -
435с.
Новиков Ю.В. Основы
микропроцессорной техники: уч. Пособие/Ю.В. Новиков. - М.: Радио и связь, 2012.
- 440с.
Жидков Ю.Б. 8-разрядные процессоры
фирмы PIC:
справочник/Ю.Б. Жидков. - М.: Радио и связь, 2008. - 91с.
Нестеренко И. И. Радиоэлектронные
компоненты: Карманный справочник/И.И. Нестеренко. - М.: СОЛОН-Пресс 2010. - 164
с.