Компьютерный приемник сигналов с клавиатуры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарский государственный университет путей сообщения

(СамГУПС)

Кафедра «Информационные системы и телекоммуникации»

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине "Схемотехника"

Компьютерный приёмник сигналов с клавиатуры

Выполнила: студентка 3 курса

гр. 1101 Коршунова Л.Е.

Проверил: Иванов В.В.

Самара 2012

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

1. Изучить полученное задание и разработать алгоритм работы электронного устройства;

2. Выбрать элементную базу для электронного устройства;

3. Разработать функциональную схему устройства;

5. Разработать принципиальную схему устройства или его узла;

6. Смоделировать электронное устройство средствами пакета Micro-Cap;

7. Построить с помощью пакета Micro-Cap графики входных и выходных сигналов электронного устройства;

РЕФЕРАТ

Курсовая работа

Пояснительная записка 14 с., 5 рис., 2 табл., 2 источника.

Графическая документация: л. А4.

цифровые микросхемы, сдвиг регистра, двоичный счётчик, тактовые импульсы

Объектом разработки является компьютерный приемник сигналов с клавиатуры.

Цель работы - создать схему компьютерного приёмника сигналов с клавиатуры

В процессе работы создано устройство на основе сигналов KB-Data и KB-Clock.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Анализ технического задания

Функциональная схема устройства

Обоснование схемотехнических решений и элементной базы при разработке принципиальной схемы

Принципиальная схема устройства и описание работы её элементов

Моделирование устройства средствами пакета Micro-Cap

Заключение

Список использованных источников

Приложение 1. Функциональное назначение цифровых микросхем серии 74HC

ВВЕДЕНИЕ

Традиционная клавиатура PC представляет собой унифицированное устройство ввода со стандартным разъемом и последовательным интерфейсом связи с системной платой. В настоящее время используются так называемые расширенные (enhanced) клавиатуры AT или PS/2, имеющие более 100 клавиш. Они вытеснили первые 84-клавишные клавиатуры AT и тем более клавиатуры XT. По электрическому интерфейсу клавиатуры XT и AT совпадают, за исключением того, что двунаправленный интерфейс позволяет клавиатуре AT принимать команды от системной платы. Однако по логическому интерфейсу они несовместимы (клавиатура AT иногда имеет переключатель режима XT/AT). Клавиатура PS/2 отличается от AT только исполнением разъема, при необходимости можно использовать переходник.

Клавиатуры имеют внутренний микроконтроллер, способный определить факты нажатия и отпускания клавиш, при этом можно нажимать очередную клавишу, даже удерживая несколько ранее нажатых. При нажатии клавиши клавиатура передает идентифицирующий ее скан-код. При удержании клавиши в нажатом положении через некоторое время клавиатура начинает автоповтор передачи скан-кода нажатия этой клавиши. Задержка автоповтора (typematic delay) и скорость автоповтора (typematic rate) для клавиатур AT программируются. Расширенная клавиатура позволяет выбирать 1 из 3 наборов скан-кодов.

С распространением шины USB появились клавиатуры и с этим интерфейсом; они имеют и встроенный хаб, например для подключения мыши USB. Клавиатура USB питается от шины. Для клавиатуры USB требуется специальная поддержка со стороны BIOS; она имеется в современных системных платах.

Анализ технического задания

Для подключения клавиатуры предназначен последовательный синхронный двунаправленный интерфейс, состоящий из двух обязательных сигналов KB-Data и KB-Clock. Обе линии на системной плате подтягиваются резисторами к шине +5 В. На обеих сторонах интерфейса выходные сигналы низкого уровня формируются выходами элементов с открытым коллектором (стоком), а состояние линий может быть прочитано через входные линии контроллеров. Вид разъемов (со стороны задней панели) и назначение контактов приведены на рис.1. Конструктивно возможны два варианта разъема -- обычная 5-контактная розетка DIN (клавиатура AT) или малогабаритная розетка mini-DIN (PS/2). На этот же разъем через плавкий предохранитель поступает напряжение питания клавиатуры +5 В.

Рис. 1. Разъемы (вид со стороны контактов) подключения клавиатур: а -- AT и б -- PS/2

Внимание!

Питание от разъема клавиатуры часто используется такими устройствами, как внешние накопители или адаптеры локальных сетей, подключаемыми к параллельному порту. Плавкий предохранитель, установленный на системной плате, может не выдержать броска тока, потребляемого этими устройствами. При этом откажется работать и клавиатура -- ее индикаторы даже и не мигнут при включении.

Процессор общается с клавиатурой через контроллер интерфейса клавиатуры -- микроконтроллер 8042 или программно-совместимый с ним, установленный на системной плате. Для обмена информацией в основном используется порт 60h, из которого принимаются скан-коды. О необходимости чтения скан-кода контроллер сигнализирует процессору через аппаратное прерывание IRQ1, сигнал которого вырабатывается по каждому событию клавиатуры (нажатию и отпусканию клавиши). Задание параметров автоповтора, выбор таблиц скан-кодов, управление светодиодными индикаторами, а также управление режимом сканирования матрицы клавиш и запуск диагностического теста осуществляется командами, посылаемыми в этот же порт. Контроллер транслирует команды в посылки, направляемые к клавиатуре.

Работу двунаправленного интерфейса иллюстрирует рис. 2а, где серым цветом помечены сигналы, формируемые контроллером, а черным -- клавиатурой. В исходном состоянии обе линии «отпущены» выходными формирователями в состояние с высоким уровнем. Клавиатура может начать передачу данных в произвольный момент, когда интерфейс находится в покое. Клавиатура формирует стартовый бит (низкий уровень) на линии KB-Data и первый импульс KB-Clock, что является сигналом контроллеру о необходимости начала приема. После подъема KB-Clock она выводит 0-й бит данных на линию KB-Data, а затем и следующий импульс KB-Clock. Контроллер должен «защелкивать» принятый бит данных по спаду KB-Clock. Так передаются все 8 бит данных и бит паритета, дополняющий число единичных бит до нечетного.

Рис. 2 Временные диаграммы интерфейса клавиатуры: а -- прием посылки от клавиатуры, б -- передача команды в клавиатуру

После синхроимпульса бита паритета контроллер клавиатуры должен сформировать импульс KB-Clock, подтверждающий прием байта (Ack). Если весь байт с битом паритета не будет получен контроллером за 2 мс, контроллер прекращает прием данного байта и фиксирует ошибку тайм-аута.

Обратная передача -- вывод команды контроллера в клавиатуру -- происходит несколько сложнее (рис. 2, б). Из состояния покоя контроллер устанавливает низкий уровень KB-Clock на 250 мкс и формирует старт-бит (низкий уровень) -- это сигнал клавиатуре на прием команды. На него клавиатура должна ответить серией из 11 импульсов KB-Clock. По спаду очередного синхроимпульса контроллер выставляет очередной бит данных, а клавиатура его «защелкивает» по фронту формируемого ею же синхроимпульса. После бита паритета (9-й импульс) и единичного стоп-бита (10-й) на 11-м импульсе клавиатура формирует нулевой бит подтверждения (Ack). После этого контроллер формирует импульс KB-Clock (60 мкс), который является запросом на прием ответа клавиатуры. Контроллер ожидает окончания ответа на этот запрос не долее 20 мс и, если ответ не придет за это время, сформирует ошибку тайм-аута. Ошибка будет также в случае, если клавиатура не введет первый синхроимпульс за 15 мс от начала запроса или контроллер не примет данные, включая стоп-бит, за 2 мс с момента появления синхроимпульса бита 0.

На системной плате PC/XT контроллера 8042 не было, а интерфейс клавиатуры (однонаправленный) был реализован аппаратной логикой -- регистром сдвига, параллельный выход которого подключается к входам порта А системного интерфейса 18255. По приему байта от клавиатуры вырабатывается аппаратное прерывание IRQ1, обработчик которого может прочитать принятый байт из порта 60h. С помощью бит 7 и 6 порта 61h возможны программная блокировка и сброс клавиатуры соответственно. Сброс клавиатуры XT осуществляется обнулением линии KB-Clock.

Функциональная схема устройства

Обоснование схемотехнических решений и элементной базы при разработке принципиальной схемы

приемник сигнал схемотехнический элементный

При разработке схемы приемника сигналов с клавиатуры используются блоки:

Микросхема

Микросхема содержит быстродействующий 8-разрядный регистр сдвига с входом сброса, в котором информация последовательно вводится и параллельно или последовательно выводится.

D-триггер

Срабатывает по фронту тактового сигнала на входе

Двоичный счетчик

Посылка тактов с клавиатуры

Сдвиг регистров

Принципиальная схема устройства и описание работы её элементов

Данные с клавиатуры поступают на сдвиг регистров, который состоит из двух микросхем (регистров) с номером 74164. Генератор, имитирующий клавиатуру, посылает тактовые импульсы. Они поступают в формирователь импульсного сдвига, далее поступают в сдвиг регистров, через который выходит конечная информация на индикаторы.

Рис. 3. Принципиальная схема устройства

Моделирование устройства средними средствами пакета MICRO-CAP

Рис. 4. Схема передачи сигналов с клавиатуры компьютерному приемнику

Рис. 5 Графические характеристики некоторых элементов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе курсовой работы была исследована схема компьютерного приемника сигналов с клавиатуры. Цель работы была достигнута, построена принципиальная и функциональная схемы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Михаил Гук. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия. -- СПб.: Питер, 2002

2. http://tec.org.ru/board/74hc74an/150-1-0-1199

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Функциональное назначение цифровых микросхем серии 74HC

Таблица 1

Триггера, регистры и счетчики

Таблица 2

Логические элементы

Размещено на Allbest.ru