Проектирование микропроцессорной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Курсовая работа, 44 с., 23 рис., 2 табл., 24 источника

Микропроцессорные системы, микропроцессор, микроконтроллер, клавиатура, светодиоды. процессор дискретный память

Объектом исследования является микропроцессорная система на базе микроконтроллера ADuC842BS.

Целью работы является выполнение проектирования микропроцессорной системы с разработкой аппаратной части и разработка программного модуля для реализации индикации на ЖКИ ….. .

Методы исследования: теоретически, практически.

Основные результаты: разработан программно-аппаратный комплекс на базе микроконтроллера ADuC842BS.

Область применения: автоматизированные системы управления, бытовая техника, учебное оборудование.

Содержание

Введение

1. Анализ предложенной элементной базы

1.1 Микроконтроллер ADuC842BS

1.2 ПЛИС MAX3064

1.3 Схема сброса

1.4 Источник питания

1.5 Фильтрующие емкости

1.6 Кварцевые резонаторы

1.7 Дискретные входы-выходы

1.8 Аналоговые входы-выходы

1.9 Светодиодные индикаторы

1.10 Матричная клавиатура AK1604A-WWB

1.11 Последовательный канал

2. Проектирование аппаратной части микропроцессорной системы

2.1 Разработка структуры микропроцессорной системы

2.2 Выбор микропроцессора

2.3 Разработка функциональной схемы центрального процессора

2.4 Выбор элементной базы центрального процессора

2.5 Разработка принципиальной схемы модуля памяти

2.6 Проектирование модуля интерфейса пользователя

3. Описание структуры разрабатываемого микропроцессорного комплекта

4. Описание принципиальной схемы разрабатываемого микропроцессорного комплекта

5. Разработка программной части

Заключение

Список использованных источников и литературы

Введение

Микропроцессоры и микропроцессорные системы являются в настоящее время наиболее массовыми средствами вычислительной техники.

В рамках настоящего курсового проекта разработана микропроцессорная система с заданными характеристиками, закреплены и расширены знания, … программируемые последовательные и параллельные интерфейсы, котроллеры прямого доступа к памяти, магистральные приемопередатчики, блоки микропрограммного управления, приоритетного прерывания, запоминающие устройства, многофункциональные синхронизирующие устройства, программируемые таймеры и т. д. Разрабатываемый в данном проекте микроконтроллерный комплекс построен на базе уже существующих микросхем из данной номенклатуры, выбранных в соответствии с требованиями, предъявляемыми заданием на курсовой проект.

1. Анализ предложенной элементной базы

Разрабатываемое в данном проекте устройство представляет собой микроконтроллерную систему, подключенную к персональному компьютеру через интерфейс RS232C (……………. в своем составе разнообразные устройства, предназначенные для ввода, обработки и вывода информации в цифровом и аналоговом виде:

· 8-ми канальный аналого-цифровой преобразователь;

· 2-х …….

· электрически стираемое программируемое ПЗУ (EEPROM) на кристалле ОКЭВМ ADuC842 (4 Кб);

Система может работать полностью автономно от ПК.

В состав комплекса входят:

· …………

· 128К внешней SRAM с возможностью расширения до 512К;

· набор сигнальных светодиодов.

Рассмотрим последовательно все основные узлы.

1.1 Микроконтроллер ADuC842BS

Микроконтроллер ADuC842 выпускается фирмой Analog Devices - мировым лидером в ……. Процессорное ядро ADuC842 является клоном ядра Intel MCS51.

Он обладает следующими характеристиками:

· асинхронный последовательный ввод-вывод (32 линии);

· интерфейс I2C и SPI;

· три 16-битных таймера/счетчика и таймер WatchDog (сторожевой);

· 9 источников (векторов) прерываний и два уровня приоритетов обработки прерываний.

Функциональная блок схема микроконтроллера, демонстрирующая внутреннюю структуру микроконтроллера.

Внешне микроконтроллер представляет собой квадратную микросхему с выводами по всем четырем сторонам.

1.2 ПЛИС MAX3064A

В разрабатываемом устройстве используется программируемая логическая интегральная ……………………. макроячейками хранится в энергонезависимой памяти, находящейся внутри самой микросхемы. Для программирования EPM3064A использовался специальный САПР Max+PlusII. Электрическая принципиальная схема расширителя портов ввода-вывода …………………….. таким образом равен 0x80000, что соответствует восьмой странице памяти.

К ПЛИС подключены:

1. Клавиатура

2. ЖКИ

3. Линейка светодиодов

4. 16 дискретных портов ввода-вывода.

Для программиста расширитель портов представлен в виде нескольких однобайтовых регистров, находящихся в начале восьмой страницы памяти данных.

1.3 Схема сброса

Схема сброса предназначена для формирования качественного сигнала RESET после отк…………..содержимому ОЗУ. Супервизор питания (U1) DS1813 обеспечивает формирование сигнала RESET на 150 мс, т.е. на время, достаточное для окончания всех переходных процессов, что исключает возможность такого некорректного использования.

1.4 Источник питания

Переменное (15..16В) или постоянное (9..10В) напряжение от внешнего источника питания попадает на диодный мост U15 через разъем J4. Сердцем встроенного в стенд источника питания является микросхема LM7805C. Эта микросхема является интегральным стабилитроном с защитой от перегрева и короткого замыкания. Выходное напряжение - 5В ± 2%, выходной ток до 1А.

Рисунок - схема источника питания

Стабилитрон D19 (1N4745A) предназначен для защиты LM7805C и электрических емкостей от превышения входного напряжения (напряжения пробоя стабилитрона - ………….. C40 и C37 необходимы для фильтрации высокочастотных помех, их использование …..

Напряжение 3,3В для питания ПЛИС формируется с помощью стабилитрона U10 (LD1117S)

1.5 Фильтрующие емкости

Фильтрующие емкости равномерно распределены по всей поверхности печатной платы. Каждый конденсатор соединяет плюс питания с корпусом. Фильтрующие емкости шунтируют высокочастотные помехи, возникающие в цепях питания 3,3 и 5В.

Рисунок - фильтрующие ёмкости в разрабатываемом устройстве

Шунтирование происходит из-за того, что активное сопротивление емкости тем мень……

1.6 Кварцевые резонаторы

Кварцевые резонаторы - устройства, использующие …….. применяются в генераторах опорных частот, в управляемых по частоте генераторах, селективных устройствах: фильтрах, частотных дискриминаторах и т.д.

1.7 Дискретные входы-выходы

Дискретные входы-выходы предназначены для ввода и вывода информации представленной в двоичном виде. Сигнал на входе или выходе дискретного порта может ……….. По умолчанию все входы притянуты к логической единице (через резисторы на +5В). При замыкании переключателя SW3 на выбранном входе появляется логический ноль.

Дискретные входы-выходы не имеют гальванической изоляции. Логическому нулю ….ы ADuC831 без каких-либо дополнительных усилителей.

1.8 Аналоговые входы-выходы

Микроконтроллер ADuC842 выпускаемый фирмой Analog Devices имеет в своем составе 8 быстродействующих 12-разрядных АЦП и 2 12-разрядных ЦАП (выход напряжения). Для коррекции зависимости параметров ЦАП и АЦП от температуры в ADuC842 встроен термодатчик. Все входы ЦАП и выходы АЦП выведены на разъем J1. Кроме того, выходы DAC0 и DAC1 можно замкнуть на входы ADC0 и ADC1 с помощью переключателя SW1.

1.9 Светодиодные индикаторы

Рисунок - светодиодные индикаторы

Светодиодные индикаторы подключены к расширителю портов ввода-вывода. Так как все катоды светодиодов подключены к корпусу, для зажигания .. светодиода. Если ток сделать очень большим, то порт ввода-вывода или светодиод могут выйти из строя.

1.10 Матричная клавиатура AK1604A-WWB

Клавиатура подключена через расширитель портов на ПЛИС:

Клавиатура организована в виде матрицы 4x4. Доступ к колонкам и рядам организован как чтение/…….. ноль. При нажатии на кнопку, происходит изменение значения сигнала на входе соответствующего ряда с единицы на ноль.

1.11 Последовательный канал

В разрабатываемом стенде последовательный канал гальванически развязан. Гальваническая изоляция или гальваническая развязка - разделение электрических цепей посредством непроводящего ток материала. Гальваническая изоляция позволяет .

........, что между двумя элементами оптрона нет никакой связи, кроме оптической …………… повторитель, сделанный на транзисторах Q1 и Q2. Сигнал TD снимается с эмиттеров ………….

2. Проектирование аппаратной части микропроцессорной системы

2.1 Разработка структуры микропроцессорной системы

Проектирование новой микро-ЭВМ обычно начинается с описания ее архитектуры, представляющей собой модель микро-ЭВМ с точки зрения программиста. …… взаимные связи необходимых ……. базовый МП комплект. Процессор микро-ЭВМ может быть реализован в виде одной (однокристальный микропроцессор) или нескольких БИС (……...

В соответствии с разработкой специализированных интегральных схем для различных блоков микро-ЭВМ структурная схема ее может быть представлена как …… информации осуществляет микропроцессор, синхронизируемый тактовыми …… шиной, шиной данных и управляющей шиной.

Рисунок 15 - Обобщенная структура микропроцессорной системы.

где ЦП - центральный процессор на основе микропроцессора;

ЗУ - полупроводниковая память (ОЗУ, ПЗУ);

МИП - модуль интерфейса пользователя;

МКН - модуль контроллеров прерываний и ПДП;

МИС - ………

…… информация, но при этом увеличивается время выполнения команды и усложняется организация обмена между узлами.

2.2 Выбор микропроцессора

Одним из основных критериев при выборе МП является быстродействие. Так как к проектируемой системе не предъявляются высокие требования, то можно выбрать микропроцессор со средним быстродействием. Выберем микропроцессор из серии МПК MicroConverter.

……. освоиться с работой других аналогичных МПК.

Микропроцессорный комплект стенда включает в себя микросхемы:

1) микроконтроллер ADuC842BS;

2) клавиатура AK1604A-WWB фирмы ACCORD;

3) 128К внешней ……………….

в двоичной и десятичной системах счисления, а также операций с двойной разрядностью (с 16-разрядными числами).

2.3 Разработка функциональной схемы центрального процессора

Основным элементом модуля центрального процессора является микропроцессор. .. тактам. Таким образом, необходимо устройство, которое генерирует эти такты с определенной частотой. Этим устройством является генератор тактовых импульсов (ГТИ).

Обмен информацией между МП и другими устройствами организуется с помощью трех …….. Таким образом, из полученных функциональных блоков можно составить функциональную схему центрального процессора.

2.4 Выбор элементной базы центрального процессора

Ранее в курсовом ……” в БИС МП.

Функциональное назначение выводов МП ADuC842 приведено в таблице 1.

Таблица 1 - функциональное назначение выводов МП ADuC842

Mnemonic	Type	Function
DVdd	P	Digital Positive Supply Voltage, 3 V or 5 V Nominal
AVdd	P	Analog Positive Supply Voltage, 3 V or 5 V Nominal
Cref	I	Decoupling Input for On-Chip Reference. Connect 0.1 |.iF between this pin and AGND.
Vref	I/O	Reference Input/Output. This pin is connected to the internal reference through a series resistor and is the reference source for the analog-to-digital convener. The nominal internal reference voltage is 2.5 V and this appears at the pin. This pin can be overdriven by an external reference.
AGND	G	Analog Ground. Ground reference point for the analog circuitry.
Pl.O-Pl.7	I	Port 1 is an 8-bit input port only. Unlike other ports, Port 1 defaults to Analog Input mode, to configure any of these Port Pins as a digital input, write a "0" to the port bit. Port 1 pins are multifunction and share the following functionality.
T2EX	I	Digital Input. Capture/Reload trigger for Counter 2 and also functions as an Up/Down control input for Counter 2.
SS	I	Slave Select Input for the SPI Interface
SDATA	I/O	User Selectable, I2C Compatible or SPI Data Input/Output Pin
SCLOCK	I/O	Serial Clock Pin for I2C Compatible or SPI Serial Interface Clock
MOSI	I/O	SPI Master Output/Slave Input Data I/O Pin for SPI Interface
MISO	I/O	SPI Master Input/Slave Output Data I/O Pin for SPI Serial Interface
DACO	O	Voltage Output from DACO
…..	…..	…….

2.5 Разработка принципиальной схемы модуля памяти

Прежде чем рассматривать внешние модули памяти необходимо определить карты распределения памяти в микроконтроллере и методы адресации памяти.. и для данных (смотри рисунок 17). Также на этом рисунке видно, что дополнительно доступно для использования 640 байт для памяти данных во внешней Flash/EE.

Рисунок 17 - Карты памяти программ и данных ADuC842.

….. блок бит адресуемого места памяти в битовые адреса от 00h до 7Fh.

Рисунок 18 - Нижние 128 байт внутренней ОЗУ.

Место блока регистров специальных функций нанесено на карту в верхних 128 байтах ….. через область блока регистров специальных функций, представлена на рисунке 19.

2.6 Проектирование модуля интерфейса пользователя

Согласно варианту задания необходимо разработать модуль интерфейса пользователя со следующими характеристиками:

· количество клавиш в клавиатуре - 16 (матричная 4x4);

· количество знакомест дисплея - 2 строки по 16 символов.

Модуль интерфейса пользователя должен обеспечивать ввод информации с ….. шиной, клавиатурой и дисплеем потребуются соответствующие буферные схемы.

В качестве ПИУ выступит микросхема ПЛИС MAX3064, которая входит в состав МПК.

3. Описание структуры разрабатываемого микропроцессорного комплекта

Описание структуры микропроцессорного комплекта (МПК) приведено на рисунке 21.

В состав разрабатываемого учебного стенда входят:

· микроконтроллер ADuC842BS;

o …….чателей;

· параллельный 16..20-ти разрядный порт;

· ОЗУ 256 байт IDATA + 2048 байт XDATA

· электрически стираемое программируемое ПЗУ (EEPROM) на кристалле ОКЭВМ ADuC842 (4 Кб);

Таким образом, … устройства, предназначенные для ввода, обработки и вывода дискретных и аналоговых данных

Основные параметры и характеристики основных элементов, входящих в МПК были рассмотрены ранее.

4. Описание принципиальной схемы разрабатываемого микропроцессорного комплекта

МК ADuC842 может обращаться к внешней памяти данных или какой-либо периферии. При доступе к внешней памяти программ используется сигнал . ………………..Q8. Активный уровень на входе CLR (логический «0») приводит к обнулению содержимого регистра-защелки. Регистры-защелки получают данные по сигналу ALE.

Таблица 2 - Таблица истинности 8-разрядного регистра-защелки 74HCT73W

INPUTS	OUTPUT
RESET (MR)	CLOCK CP	DATA Dn	Q
L	X	X	L
H	^	H	H
H	^	L	L
H	L	X	Qo

В U3 попадает младшая часть адреса (A0..A7), в U7 - старшие 4 бита адреса (A16..A19). Бит A19 . линии. Это не ошибка, а специальный прием, применяемый при проектировании печатных плат и позволяющий упростить разводку проводников.

При замыкании JP11 сигнал PSEN замыкается на корпус через резистор R22. Это переводит ADuC842 в режим загрузки ПО после аппаратного сброса… на разъем J1. Кроме того, выходы DAC0 и DAC1 можно замкнуть на входы ADC0 и ADC1 с помощью переключателя SW1.

5. Разработка программной части

Разработка программной части для реализации вывода на дисплей заданного ………. обеспечивающий вывод заданной последовательности символов, написанный на языке С.

Для трансляции . языке C, сохраняя ………ные в инструментальные средства Keil, обеспечивают полный доступ к ресурсам микроконтроллеров 8051.

Программный код:

#include «ADuC842.h»

#include «lcd.h»

#include «…………………………..

{

LCD_GotoXY(i,j);

LCD_Type("...SDK...");

i++;

if (i==15) i=0,j++;

if (j==2) j=0;

}

}

//----------------------------------

void SwitchCurPosControl(bit o)

{

……………………..

,c & 0xFE);

for (i=0;i<300;i++)continue;

}

//----------------------------------

void LCD_Clear(void)

{

int i;

WriteMax(DATA_IND, CLEAR);

Strobe(0x8);

cur_x = 0;

cur_.

...............................

x=0,cur_y=~cur_y;

}

WriteMax(DATA_IND,ch);

Strobe(0xC);

}

//----------------------------------

void LCD_GotoXY(unsigned char x,bit y)

{

……………………

while(*s)

LCD_Putch(*s++);

SwitchCurPosControl(t);

}

Алгоритм программы построен таким образом, что при необходимости может без внесения существенных изменений в код выводить на экран разрабатываемой ……………..). Этим обуславливается наличие переменной j, обозначающей номер строки.

В программном коде используются следующие процедуры:

· Main( ),

· SwitchCurPosControl ( ),

· LCD_......

· ( ),

· LCD_Type( ).

Main( ) - основная программа. Выполняет действия по алгоритму, указанному на блок-схеме (рисунок 23). Переменным i и j, определяющим положение курсора, присваиваются нулевые значения.

SwitchCurPosControl ( ) - процедура переключения позиции курсора. Используется процедурой вывода строки на дисплей.

LCD_Clear( ) - процедура очистки дисплея. Опрашивается значение флага BF. Записывается в DATA_IND код команды установки адреса DD RAM на 0x01. Устанавливается значение RS=0, R/W=0 и выставляется строб E. Для этого в ……………..

………… дисплея, процедура прекращается. В противном случае вызывается функция установки адреса DD RAM с соответствующими параметрами.

LCD_Type( ) - процедура вывода строки на дисплей. Процедура выводит на дисплей С строку, указатель на которую передаётся ей в качестве атрибута. В цикле осуществляется последовательный вывод символов строки.

Заключение

В рамках данного курсового проекта были изучены принципы построения ….. данном проекте разработана микропроцессорная система на базе микропроцессора ADuC842, включающая следующие модули:

· Микроконтроллер ADuC842BS выпускаемый фирмой Analog Devices и .ия и функциональных возможностей реализации алгоритма, а также с учетом простоты и меньших затрат.

· Клавиатура AK1604A-WWB фирмы ACCORD организованая в виде матрицы 4x4. …..).

· 128К внешней SRAM с возможностью расширения до 512К, имеющая ……. ADuC842, а остальные страницы доступны только для размещения данных.

· Дисплей WH1602B-YGK-CP фирмы Winstar Display. Модуль LCD встроен в . два 8-битовых регистра: регистр команд (IR) и регистр данных (DR).

· Интерфейс связи ….. ….., написанных на персональном компьютере

· Последовательный порт, …. оптронов - устройств состоящих из светодиода и фототранзистора.

· Набор сигнальных …………жигания светодиодов на них подается напряжение +5В

· Порты ввода-вывода данных. Дискретные, для ввода и вывода информации ……. или единицы, а так же аналоговые, для передачи непрерывного сигнала.

В соответствии с заданием был разработан алгоритм функционирования …………… проекта. Программа была отлажена и проверена на стенде.

Разработанная система …..ыстродействия, а также в системах обработки цифровых и аналоговых сигналов.

Разработка ………………. архитектуры отдельных микропроцессорных БИС , а также реализацией программного обеспечения.

Список использованных источников и литературы

Новиков, Ю. В. . Основы микропроцессорной техники / Ю.В. Новиков, П.К. Скоробогатов . - М.: ИНТУИТ, 2007. - 422 с.

Калабеков, Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы : учебник для техникумов связи / Б.А. Калабеков. - СПб. : Горячая линия -Телеком, 2005. - 336 с.

Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника / Е.П. Угрюмов. - СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2005. - 528 с.

Мокрецов В.П. Комбинационные схемы в МП системах: учебное пособие / В.П. Мокрецов. - Свердловск: УПИ, 2004. - 97 с.

Перлов, А.К. Микропроцессоры, архитектура и проектирование микро-ЭВМ. Организация вычислительных процессов. /А.К. Перлов - М.: Высшая школа, 2006.

Преснухин, Л.Н. Микропроцессоры. Средства сопряжения. Контролирующие и информационно-управляющие системы. / Под ред. Л.Н. Преснухина . - М.: Высшая школа, 2006.

Иванов, К.А. Микропроцессоры и микро-ЭВМ в системах автоматического управления: справочник/К.А. ИВанов - Л.: Машиностроение, 1987.

Шахнов, В.А. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем. Справочник. / Под ред. В.А. Шахнова . - М.: “ Радио и связь”, 2008.

Преснухин, Л.Н. Микропроцессоры. В 3-х книгах. Учеб. для ВТУЗов. / Под ред. Л.Н. Преснухина. М.: Высшая школа, 2006.

Бирюков, С.А. Цифровые устройства на интегральных микросхемах /С.А. Бирюков: Издательство «Радио и связь», 1984.

Уильямс, А. Применение интегральных схем. Книга 1 / Под ред. И.Н. Теплюка. Издательство «Мир», 1987.

Уильямс, А. Применение интегральных схем. Книга 2 / Под ред. И.Н. Теплюка. Издательство «Мир», 1987.

Куликовский, А.А. Справочник радиолюбителя, издание второе / А.А. Куликовский. «Государственное энергетическое издательство», 1958.

Гордонов, А.Ю. Полупроводниковые БИС запоминающих устройств / Под ред. А.Ю. Гордонова и Ю.Н. Дьякова. Издательство «Радио и связь», 1987.

Горошков, Б.И. Элементы радио-электронных устройств. Справочник / Б.И. Горошков, издательство «Радио и связь», 1988.

Батушёв, В.А. Микросхемы и их применение / В.А. Батушёв, издательство «Радио и связь», 1983.

Батушёв, В.А. Электронные приборы / В.А. Батушёв, издательство «Высшая школа», 1969.

Шило, В.Н. Популярные цифровые микросхемы / В.Н. Шило, издательство «Радио и связь», 1987.

Шило, В.Н. Популярные микросхемы КМОП / В.Н. Шило, издательство «Ягуар», 1993.

Ленк, Д. 500 практических схем на популярных ИС / Под ред. издательства «ДМК Пресс», 2001.

Ленк, Д. Справочник по проектированию электронных схем / Под ред. В.П. Сигорского, издательство «Техника», 1997.

Размещено на Allbest.ru

...