Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Кафедра САУ

Курсовая работа на тему

«Проектирование микропроцессорной системы»

Выполнил: студент гр. 120191 Домашнев Е.М.

Проверил: доцент, к.т.н. Морозов О.О.

Тула 2012

Введение

Одним из крупнейших достижений микроэлектроники и вычислительной техники является создание микропроцессоров (микропроцессорных наборов БИС). В решении актуальных задач ускорения научно-технического прогресса им принадлежит существенная роль.

Высокая производительность, малые габаритные размеры и энергопотребление, эргономичность, развитое, ориентированное на массового пользователя базовое и прикладное программное обеспечение микроЭВМ и ПЭВМ обеспечивают значительное повышение эффективности труда в различных отраслях народного хозяйства. Это особенно важно при автоматизации сложной управленческой, хозяйственной, инженерной деятельности, научных исследований и экспериментов, учебного процесса.

Массовый выпуск микропроцессорных наборов БИС с широкими функциональными возможностями, их низкая стоимость, гибкость и точность цифровых методов обработки информации превратили МП в системные элементы, на основе которых создаются системы промышленной автоматики, связи, измерительной техники, управления транспортом и т.д.

Создание МПС на базе МП содержит два этапа: разработка аппаратной части и разработка программного обеспечения на языке низкого уровня (языка кодовых комбинаций, Ассемблера).

В данной работе рассматривается пример разработки микропроцессорной системы, которая реализует цифровой одноразрядный диктофон с частотой дискретизации 20 КГц.

Выбор микропроцессора

Исходя из данных задания (разрядность, тактовая частота, общий объём памяти) выбираем процессор Z80 фирмы Zilog.

Схема подключения микропроцессора показана на рисунке ниже.

По заданию у системы на входе аналоговый сигнал с предварительного усилителя амплитудой 1 вольт звуковой частоты, цифровые сигналы «ЗАПИСЬ», «ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ», «НАЧАЛО», «КОНЕЦ»; на выходе - аналоговый сигнал с однобитного синтезатора амплитудой 1 вольт, цифровой сигнал «ПОЛОН». Для начала записи/воспроизведения, перемотки в начало/конец записи необходимо подать на входы данных процессора необходимый код, соответствующий каждой из операций. Это организуется посредством подачи сигнала на вход маскируемого прерывания с кнопок.

Организация памяти

Шестнадцатибитная линия адреса процессора Z80 при разрядности 8 бит позволяет адресовать 64 Кбайта памяти.

По заданию требуется спроектировать блок памяти:

ПЗУ - 32 Кслов (32Кбайт),

ОЗУ - 4 Кслов (4Кбайт) с возможностью расширения до 900 Кслов.

Для хранения 32 Кбайт ПЗУ используем одну микросхему 27256 (объем 256 Кбит, организация памяти 32Кх8). Она представляет собой многократно программируемую (электрически) ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием.

Для хранения 900 Кбайт ОЗУ используем две микросхемы TC5516AP (объем 16 Кбит, организация 2Кх8) и 7 микросхем M68AF127B (объем 1 Мбит, организация 128Кх8).

Составим карту памяти, учтя, что ПЗУ занимает нижние адреса памяти, далее следует ОЗУ 4 Кслова; самые верхние адреса занимает окно для расширения памяти, 12 Кслов остаются свободными.

Расширение памяти до 900 Кслов (необходимо 896 Кслов) будет производиться 56 страницами памяти по 16 Кслов. Дополнительные адресные линии будут браться из программно-доступного регистра, подключенного к шине данных. Расчет количества необходимых адресных линий приведен ниже.

Для адресации 900 Кслов памяти необходимо 20 адресных линий. Линия А15 задействована в выборе вида памяти: в случае ПЗУ А15 - 0, ОЗУ - 1. Линия А14 используется в выборе стандартной памяти ОЗУ, либо ее расширения (0 и 1 соответственно). Таким образом, остается 14 линий адреса. Отсюда следует, что для адресации 896 Кслов дополнительно необходимо 6 адресных линий. Они будут браться из программно-доступного регистра. Т.к. используются планки памяти по 128 Кбайт с 17 адресными входами, то три линии адреса будут подключены к их адресным входам, а три других будут использоваться в выборе одной из семи планок памяти с помощью дешифратора. В таблице ниже приведено разделение памяти в 128 Кслов на части по 16 Кслов и соответствующее этим частям состояние дополнительных адресных линий.

При этом разные планки памяти будут выбираться при следующем сочетании сигналов на линиях А19-А21:

Линии с шины данных подключены одновременно ко всем микросхемам памяти.

ПЗУ. Микросхема имеет 15 адресных входов и 3 входа управления: , , . Вход отвечает за электрическое программирование микросхемы. Т.к. здесь оно не предусматривается, то на этот вход подается напряжение +5 В. Вход отвечает за включение чипа, а - за разрешение размещения информации на линиях данных (включение «выхода»). Активные уровни этих сигналов низкие, поэтому вход можно заземлить, а на вход - подавать сочетание «или» сигналов и А15.

ОЗУ. Используется статические ОЗУ.

Рассмотрим стандартную память, т.е. 2 планки по 2 Кслова. Платы имеют по 11 адресных входов и следующие управляющие входы: , , . Включение плат осуществляется при подаче на входы и напряжения уровня лог.0. Вход отвечает за режим работы памяти - чтение/запись (лог.1 и лог.0 соотв.). Выбор одной из планок памяти будет осуществляться с помощью дешифратора модели 555ИД7. Данная микросхема представляет собой декодер 3-в-8. Ко входам подключаются линии адреса А11, А12 и А13. Управление дешифратором осуществляется за счет входов , и . На них подаются сигнал , а также А14 и А15. Дешифратор включится при следующем сочетании этих сигналов: лог.0, лог.0, лог.1.

Рассмотрим память расширения. Используются 7 планок M68AF127B по 128 Кслов каждая. Они имеют по 17 адресных линий, а также по 4 линии управления: , , , . Входы и отвечают за включение чипа, вход - за разрешение записи, а - за включения линий данных на «выход». Данной памяти соответствует следующая таблица истинности этих входов:

На вход подается +5 В, входы и подключены к линиям сигнала и комбинации соответственно. Входы микросхем подключены к выходам дешифратора, осуществляющего выбор одной из планок. Используется дешифратор 555ИД7. На входы подаются дополнительные адресные линии А19-А21. На управляющие входы подаются сигналы , и А14.

Дополнительные адресные линии А16-А21 берутся с регистра 74F374, входы которого подключены к шине данных. Этот регистр представляет собой 8-битный регистр «flip-flop» с тремя состояниями выходов. Он имеет 2 входа управления: - разрешение «выхода» и - clock. Заземляем , чтобы выход всегда был включен. Вход данных управляется фронтом сигнала на . Этот вход подключен к линии , идущей от дешифратора, отвечающего за выбор устройства ввода-вывода.

У всех микросхем выше присутствуют ножки и . Первая - питание +5 В, вторая - заземление.

Схема подключения памяти к шинам представлена на рисунке ниже.

Ввод-вывод данных

По заданию на входе МПС аналоговый сигнал с предварительного усилителя амплитудой 1 вольт звуковой частоты, цифровой сигнал «ЗАПИСЬ» высокий уровень которого разрешает запоминание исходного сигнала, сигнал «ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ», высокий уровень которого разрешает формирование выходного сигнала, сигнал «НАЧАЛО», фронт которого переводит текущий указатель в буфере на начало воспроизводимого фрагмента, сигнал «КОНЕЦ», фронт которого переводит текущий указатель в буфере на конец воспроизводимого фрагмента.

На выходе аналоговый сигнал с однобитного синтезатора амплитудой 1 вольт, цифровой сигнал «ПОЛОН», высокий уровень которого говорит о полном заполнении буфера памяти диктофона.

Управление диктофоном осуществляется посредством четырех кнопок, отвечающих за каждую функцию. Кнопки подключены ко входам мультиплексора. Выходы счетчика А и B подключены к управляющим входам мультиплексора А и В и ко входам регистра. Выход мультиплексора подключен ко входу прерывания процессора , а также ко входу включения регистра . На вход регистра поступает комбинация сигнала от дешифратора портов ввода-вывода и сигнала .

Когда ключи не замкнуты на выходе мультиплексора будет лог.1, а т.к. активный уровень сигнала - низкий, то прерывания не будет. При замыкании одного из ключей на вход мультиплексора поступит лог.0. Когда на выходе счетчика будет число, соответствующее данному входу, на выходе мультиплексора появится уровень лог.0, что вызовет прерывание , а также включит регистр на запись и в него попадет информация об адресе устройства, вызвавшего прерывание. Процессор выдаст запросы и и считает из регистра адрес прерывающего устройства. В соответствии с этим адресом процессор выдаст запрос на чтение из устройства ввода или запись в устройство вывода, переход на некоторый адрес в буфере памяти.

Схема устройств ввода-вывода приведена на рисунке на следующей странице. На нем изображены следующие устройства: LM393 - компаратор с ТТЛ уровнями напряжений, SN74LS164 - 8-битный сдвиговый регистр с параллельным выходом, 74F374 - 8-битный регистр «flip-flop», 555ИД7 - дешифратор портов ввода-вывода, SN74LS165 - 8-битный сдвиговый регистр с параллельным выходом, счетчик SN74LS93, генератор частоты на 20 КГц.

Данная схема работает по следующему принципу. После прерывания процессор запустил цикл записи, либо чтения из портов ввода-вывода. Адреса этих портов следующие: чтение - 0000, запись - 0001, порт регистра дополнительных адресных линий - 0002, порт регистра кнопок - 0003.

Сигнал от предварительного усилителя поступает на вход компаратора, на выходе которого будет либо лог.1, либо лог.0 в зависимости от полярности входного сигнала. Сигнал после компаратора поступает на вход сдвигового регистра и с частотой 20 КГц записывается в него.

В схеме присутствует счетчик. Этот счетчик представляет собой делитель на 8. Как только он досчитает до восьми сигнал с его выходов А, В, С, объединенных по «и» поступит на вход регистра «flip-flop» и произойдет запись байта информации в этот регистр. При поступлении на вход регистра 74F374 сигнала информация из него попадет на шину данных процессора.

Цикл записи во внешнее устройство проходит по следующему алгоритму. микропроцессор эргономичность шина память

С шины данных на регистр «flip-flop» поступает информация. В момент, когда произойдет скачок сигнала с уровня лог.0 до лог.1 эта информация запишется в регистр. Т.к. заземлен, то данные всегда будут присутствовать на выходах этого регистра, которые подключены ко входам регистра 74LS165. Данные в него будут занесены как только счетчик отсчитает 8-ой бит. Синхронизированный с генератором частоты на 20 КГц регистр будет сдвигать в направлении от А к Н и на выходе будет присутствовать бит сигнала, который после усиления поступит на динамик.

В этой схеме есть контур формирования прерывания , которое будет обслуживать цикл ввода-вывода информации.

Список использованной литературы

Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы: Учеб. пособие / В.В. Солодовников, В.Г. Коньков, В.А. Суханов, О.В. Шевяков; Под ред. В.В. Солодовникова. - М.: Высш. шк., 1991.

Микропроцессоры. В 3-х кн. Кн. 1. Архитектура и проетирование микро-ЭВМ. Организация вычислительных процессов: Учеб. для втузов / П.В. Нестеров, В.Ф. Шаньгин, В.Л. Горбунов и др.; Под редакцией Л.Н. Преснухина. М.: Высш. шк., 1986.

Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990.

Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов: учебное пособие для ВУЗов. - М.: Радио и связь, 1988.

Размещено на Allbest.ru