МУ КР МПС

Министерство образования Российской Федерации
Тверской государственный технический университет
Кафедра электронных вычислительных машин













МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ
Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Микропроцессорные системы» для студентов всех форм обучения специальности 220100.























Тверь 2009
В методических указаниях определены цели и задачи курсового проектирования, указываются разделы, подлежащие проработке, приводятся методические указания для их выполнения на основе примера разработки, содержатся рекомендации по оформлению проекта, и приводится перечень тем, которые могут быть выбраны для курсовых проектов
Методические указания утверждены на заседании кафедры ЭВМ и рекомендованы к печати (протокол № от ).
Составитель: П. В. Быков.








































(Тверской государственный
технический университет, 2009 г.



Оглавление
13 TOC \o "1-3" \h \z \u 1413 LINK \l "_Toc231105263" 14Цели и задачи курсового проектирования 13 PAGEREF _Toc231105263 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc231105264" 14Содержание курсовой работы. 13 PAGEREF _Toc231105264 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc231105265" 14Оформление пояснительной записки. 13 PAGEREF _Toc231105265 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc231105266" 14Основные этапы проектирования микропроцессорной системы 13 PAGEREF _Toc231105266 \h 1461515
13 LINK \l "_Toc231105267" 14Анализ задачи. 13 PAGEREF _Toc231105267 \h 1461515
13 LINK \l "_Toc231105268" 14Разработка функциональной и структурных схем. 13 PAGEREF _Toc231105268 \h 1481515
13 LINK \l "_Toc231105269" 14Функциональная схема. 13 PAGEREF _Toc231105269 \h 1481515
13 LINK \l "_Toc231105270" 14Структурная схема. 13 PAGEREF _Toc231105270 \h 1481515
13 LINK \l "_Toc231105271" 14Разработка принципиальной схемы устройства. 13 PAGEREF _Toc231105271 \h 1491515
13 LINK \l "_Toc231105272" 14Разработка алгоритмического обеспечения МПС. 13 PAGEREF _Toc231105272 \h 14111515
13 LINK \l "_Toc231105273" 14Пример разработки и представления алгоритмического обеспечения. 13 PAGEREF _Toc231105273 \h 14121515
13 LINK \l "_Toc231105274" 14Разработка программного обеспечения. 13 PAGEREF _Toc231105274 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc231105275" 14Описание сценариев развития событий в системе. 13 PAGEREF _Toc231105275 \h 14161515
13 LINK \l "_Toc231105276" 14Темы заданий*. 13 PAGEREF _Toc231105276 \h 14171515
13 LINK \l "_Toc231105277" 14Варианты технических средств: 13 PAGEREF _Toc231105277 \h 14181515
13 LINK \l "_Toc231105278" 14Список рекомендуемых источников. 13 PAGEREF _Toc231105278 \h 14191515
13 LINK \l "_Toc231105279" 14Приложение 1 13 PAGEREF _Toc231105279 \h 14211515
13 LINK \l "_Toc231105280" 14ГОСТы. Перечень основных стандартов 13 PAGEREF _Toc231105280 \h 14211515
15



Цели и задачи курсового проектирования
Самостоятельная работа студентов - важная часть процесса подготовки специалистов. Целью данной курсовой работы является освоение технологии проектных работ, выбор и обоснование технических решений, развитие навыков самостоятельной работы.
Курсовая работа предназначена для закрепления, расширения и практического применения знаний, полученных студентом за время обучения на конкретном примере проектирования микропроцессорного (микроконтроллерного) устройства или системы, выполняющих заданные функции.
При выполнении работы студент самостоятельно решает ряд задач:
выбор аппаратных средств реализации устройства (микропроцессор, вспомогательные БИС, логические ИС, датчики и др.);
разработка алгоритмов функционирования;
разработка и оформление функциональных и принципиальных электрических схем;
оформление пояснительной записки.
Руководитель дает оценку принимаемых решений, помогает методическими указаниями и контролирует сроки и объем выполняемой работы.
При выполнении курсовой работы студент должен научиться пользоваться справочной литературой, стандартами по вычислительной технике и получить представления о составе проектно - конструкторской документации в соответствии с действующими стандартами.
Содержание курсовой работы.
Основная задача курсового проектирования - самостоятельное решение комплекса вопросов, связанных с проектированием функционально законченного устройства, которое характеризуется относительно сложной логикой функционирования. В число этих вопросов входит:
анализ технических требований и разработка алгоритма, определяющего работу устройства;
синтез структурной схемы устройства;
обоснование и синтез электрической функциональной схемы устройства;
разработка логики программного управления (в форме алгоритмов, граф-схем, программ);
выбор элементной базы и разработка электрических принципиальных схем;
разработка временных диаграмм, отображающих логические значения входных, выходных и характерных внутренних сигналов во времени и их взаимное соответствие.
Курсовая работа может быть посвящена разработке универсальных и специализированных цифровых вычислительных машин, испытательной и контрольной аппаратуры для вычислительных устройств и машин, устройств программного управления в системах автоматического управления, устройств периферийного оборудования ЭВМ, устройств связи с объектом, устройств телекоммуникационной связи, микроконтроллеров и микропроцессорных систем.
Оформление пояснительной записки.
Курсовая работа содержит графическую часть на листах формата А1 или А3 и расчетно-пояснительную записку в объеме 25..30 страниц формата А4 с приложениями необходимых схем и алгоритмов.
Графическая часть проекта является технической документацией. Она по своему формату, условным обозначениям шрифтам и масштабам должна соответствовать требованиям действующих ГОСТ (ОСТ), ЕСКД и ЕСПД.
Перечень основных стандартов, используемых при проектировании, приведен в приложении 1.
Рекомендуются следующие нормы представления графического материала (в листах):
алгоритм функционирования 1л;
схема электрическая функциональная (или структурная) 0,5-1л;
схема электрическая принципиальная 1л;
диаграммы временные (или диаграммы состояний, диаграммы взаимодействия) 1-1,5л;
По согласованию с руководителем проекта допускается изменение норм представления материалов графической части, а также вынесение некоторых материалов (например, структурной схемы, временных диаграмм) в расчетно-пояснительную записку.

Оформление расчетно-пояснительной записки осуществляется в соответствии с ГОСТ 7.32-2001. Расчетно-пояснительная записка должна содержать:
титульный лист;
задание на проектирование;
реферат
содержание;
введение;
основную часть;
заключение;
список использованных источников;
приложения.

Титульный лист является началом пояснительной записки и выполняется согласно требованиям кафедры.
Задание на проектирование. Задание на курсовой проект составляется по установленной кафедрой форме, подписывается руководителем проекта, студентом и помещается за титульным листом.
Реферат должен содержать сведения об объеме отчета, количестве иллюстраций, таблиц, приложений, количестве использованных источников, а также описание объекта разработки, методологию проведения работы, результаты работы и основные характеристики системы.
Содержание. Содержание помещается в начале пояснительной записки, за листом реферата, наглядно характеризует последовательность разделов и их элементов в записке с указанием номеров страниц.
Введение. В этом разделе дается оценка современного состояния решаемой задачи проектирования, обосновывается актуальность темы (если необходимо). Объем введения - не более 2 страниц.
Основная часть должна содержать, главным образом, расчетный материал, посвященный обоснованию разработанных функциональных и принципиальных электрических схем (описание используемых БИС, описание технических решений, сценарии событий, временные диаграммы и т.д.). Основная часть должна быть иллюстрирована рисунками, таблицами, графиками, чертежами, а также ссылками на использованные источники с соблюдением требований ГОСТ (ЕСКД, ЕСПД) на техническую документацию. Объем основной части записки - 20.....25 страниц. Текст основной части записки делят на разделы, подразделы, пункты, которые обозначают арабскими цифрами, разделенными точками. Например: 2.3.1 .(первый пункт третьего подраздела второго раздела). Страницы записки нумеруют. Все формулы, таблицы, рисунки, схемы, диаграммы и т. д. в пояснительной записке должны иметь сквозную нумерацию или в пределах раздела.
В заключении делаются краткие выводы по результатам работы с указанием соответствия технических характеристик спроектированного изделия заданным в техническом задании. Здесь содержатся предложения по дальнейшему улучшению качества спроектированного устройства. Объем заключения - не более двух страниц.
Список использованных источников должен содержать перечень источников, расположенных в порядке их появления в тексте записки. Сведения об источниках необходимо давать по ГОСТ 7.1-2003. Например;
23. Балашов ЕЛ., Пузанков Д.В.. Микропроцессоры и микропроцессорные системы. -М.: Радио и связь, 1981 .-326с.
24. Борисов В.С. и др. Микропроцессорные комплекты интегральных схем:
Состав и структура: Справочник/Под ред. А А. Васенкова, В.А. Шахнова. М.: Радио и связь, 1982.-192 с.
Приложения включают материалы, которые по каким либо причинам не могут быть включены в основную часть: таблицы расчетов, промежуточные результаты или данные, вспомогательные функциональные, структурные и иные схемы устройства, тексты программ, вспомогательный иллюстративный материал и другие. Каждое приложение следует начинать с новой страницы с указанием в правом верхнем углу слова «Приложение» с порядковым номером.
По согласованию с руководителем графическая часть также может быть оформлена в виде приложений.
Основные этапы проектирования микропроцессорной системы
Провести анализ требований к системе, выработать общий алгоритм решения задачи и выбрать технические средства реализации (при необходимости);
Разработать функциональную (структурную) схему устройства, удовлетворяющую заданию;
Разработать принципиальную схему устройства, содержащую микропроцессор, память достаточного объема (ПЗУ + ОЗУ), специализированные БИС, обеспечивающие работу основных узлов и специализированные БИС, дополнительно необходимые для выполнения задания. Разработать карту памяти и устройств ввода – вывода МПС.
Разработать алгоритмическое обеспечение МПС, обеспечивающее выполнение задания. При выполнении данного пункта должна быть представлена исчерпывающая информация о поведении МПС в реальных условиях функционирования. При разработке могут использоваться различные нотации (правила) описания сущностей и поведения системы.
Проследить и смоделировать сценарии развития событий в системе (аппаратно – программных) и порядок (протоколы) взаимодействия используемых БИС (при необходимости представить временные диаграммы).
Разработка программного обеспечения МПС (наличие данного этапа регламентируется преподавателем).

Необходимо учитывать итерационность процесса разработки. Это означает, что в процессе разработки может возникнуть необходимость в возврате на предыдущие этапы проектирования, с целью корректировки исходных предположений, технических решений или алгоритмов функционирования!
Примечание: в случае использования микроконтроллеров при реализации задания – рассматривается взаимодействие подсистем микроконтроллера (вместо БИС).


Анализ задачи.
Реализацию целесообразно начать с анализа задачи.
В результате анализа можно определить:
требования к функциональности системы, методы взаимодействия МПС с внешними устройствами (датчики, исполнительные устройства, интерфейсы и т.д.);
требования к быстродействию результирующей МПС (время реакции на события, на его обработку)
способы взаимодействия МПС с устройствами ввода / вывода, типы интерфейсов
общую последовательность решения, т.е. представление об алгоритме выполнения задачи;
предварительно тип используемого микропроцессора, вспомогательных БИС, с помощью которых можно выполнить все операции с необходимым быстродействием.

По возможности выбор элементной базы необходимо осуществлять из числа стандартных промышленных изделий и компонентов.

Пример.
Предложено задание:
Разработать МПС, имеющую 8 цифровых входов и 8 цифровых выходов, реализующую некоторый алгоритм управления. Период цикла системы (опрос входов, отработка алгоритма управления и формирование выходов) - 100 мс. Система также имеет 6 семисегментных индикаторов, на которых может отображать различная информация. Для управления системой предусмотрено три управляющих кнопки.
Анализ задания показывает:
Через каждые 100 мс система должна вводить значения цифровых входов (параллельный ввод), передавать их в алгоритм управления, получать значения управляющих выходов и, затем, выдавать их на соответствующие выходы. Кроме того, периодически необходимо считывать состояние управляющих кнопок и обеспечивать выдачу информации (сформированной исходя из состояния управляющей программы) на семисегментные индикаторы.
Учитывая, что данная система относится к классу управляющих контроллеров, для которых характерен фиксированный по времени цикл управления [], отдельные фазы цикла управления должны быть распределены следующим образом:
ожидание завершения периода цикла (100 мс)
выдача управляющих сигналов предыдущего цикла
ввод сигналов с цифровых входов
выполнение алгоритма управления (состояния) для данного цикла (расчет значений выходов управления в зависимости от текущего состояния и значений входов)
обработка системных функций (считывание состояния кнопок управления, отображение информации на индикаторах)
Повторение, начиная с п. 1.

Необходимо учитывать, что в цикле управления не должно быть вложенных циклов и обработка шагов 2- 5 должна быть гарантированно закончена за время < 100 мс!
Ввод состояния управляющих кнопок, учитывая циклический характер основного алгоритма, целесообразно «привязать» к данному циклу. Правда, достаточно «редкий» по времени опрос приведет к некоторому ограничению: кнопка должна быть нажата не менее 100 мс. Учитывая инерционность процесса нажатия – отпускания кнопки человеком, а также область использования данных контроллеров, это несущественное ограничение.
Подсистема индикации, очевидно, может иметь 2 технических решения – статическая или динамическая индикация. Учитывая область применения контроллеров (детерминированный цикл управления), обычно не применяют прерывание программ – это приводит к усложнению контроля за поведением программы, а, самое главное, вносит непредсказуемость в ее поведение во времени. В то же время динамическая индикация обычно использует систему прерываний для управления переключением активных индикаторов. Поэтому выбор необходимо сделать в пользу статической индикации.
Мы же для данного примера в учебных целях выберем способ динамической индикации.
Таким образом, для МПС потребуется подсистема параллельного ввода – вывода (сопряжение с цифровыми входами – выходами и кнопками управления), подсистема индикации, которая будет взаимодействовать с МПС через параллельные порты ввода - вывода. Очевидно, также имеется необходимость в подсистеме реального времени (для отсчета и контроля интервалов по 100 мс). Также потребуется подсистема прерываний (для организации системы динамической индикации).
Учитывая невысокие требования к быстродействию системы, для ее реализации будет достаточным использование МП i8080 и специализированных БИС этого семейства, включая параллельные порты ввода – вывода, таймер и контроллер прерывания.

Разработка функциональных и структурных схем.
После проведения этапа анализа системы, целесообразно разработать функциональную и структурную схемы устройства. Они позволят наглядно представить структурные части МПС, их взаимодействие и служит подготовительным этапом для разработки принципиальной схемы и алгоритмического обеспечения разрабатываемой МПС.

Функциональная схема.
Функциональная схема показывает назначение основных узлов разрабатываемой МПС. Например, в системе индикации участвует блок формирования временных интервалов, который формирует прерывания МПС и вызывает программу управления индикацией, которая через блок связи с системой индикации непосредственно формирует изображение на семисегментных индикаторах.

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Структурная схема.
На структурной схеме отображаются все основные подсистемы МПС, используемые в разработке. При этом один структурный элемент может иметь совмещенную функциональность (например, может быть совмещен вывод информации на исполнительные механизмы с выдачей информации на индикацию в подсистеме параллельного вывода). Кроме того, на данном этапе может быть произведен выбор БИС для реализации этих подсистем. В нашем случае использованы БИС комплекта МП i8080.
Выбор объема памяти осуществляем, исходя из потребностей решаемых задач. Поскольку не всегда возможно точно оценить эти потребности, целесообразно объем памяти обеспечивать с запасом. В частности для ПЗУ, в котором обычно хранятся программы инициализации, загрузчики, тестирования достаточно в большинстве случаев для МП i8080 4 кБ. Объемы ОЗУ оценить проще. Поэтому можно точно рассчитать требуемый объем (обычно достаточно 1 кБ). Необходимо помнить, что для МП с большей разрядностью объемы памяти необходимо увеличивать!
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415


Разработка принципиальной схемы устройства.
Используя за основу структурную схему, разрабатывают принципиальную схему МПС. Обычно, используя стандартные БИС, применяют типовые схемы включения, приводимые в соответствующей справочной литературе. Все примененные схемные решения должны быть обоснованы, учтены временные и электрические параметры сопряжения элементов. При необходимости проводятся расчеты, обеспечивающие надежную работу элементов МПС в допустимых технологических режимах.

Рис. . Пример принципиальной схемы подсистемы индикации МПС

Кроме того, для дальнейшей работы над программой, необходимо изобразить карту памяти и портов ввода – вывода, с указанием функционального назначения отдельных портов (или БИС). Например, для нашего устройства карта может выглядеть следующим образом:
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Адрес порта
Назначение
Примечание

0
Порт ввода состояния датчиков (8 бит)
i8255 (1)

1
порт вывода на исполнительные устройства (8 бит)
i8255 (1)

2
не используется
i8255 (1)

3
РУС i8255 (1)
i8255 (1)

4
порт данных для семисегментных индикаторов
i8255 (2)

5
порт сканирования индикаторов (управление активным индикатором)
i8255 (2)

6
не используется
i8255 (2)

7
РУС i8255 (2)
i8255 (2)

8
Таймер интервалов для динамической индикации
i8254

9
Таймер времени цикла (100 мс)
i8254

0A
не используется
i8254

0B
не используется
i8254

0C
порт 0 контроллера прерываний
i8259А

0D
порт 1 контроллера прерываний
i8259А



Разработка алгоритмического обеспечения МПС.
На основании результатов анализа задачи и функциональной схемы МПС, можно выполнить:
разработку общей схемы алгоритма работы МПС в виде совокупности модулей программы;
разработку схемы продвижения данных в системе;
разработку детализированных схем отдельных процедур, выделенных на основании модульного принципа составления программ;
более детальную проработку алгоритма с учетом возможности реализации его на выбранном микропроцессоре (микроконтроллере);
внесение исправлений в общую схему и детализированные схемы алгоритмов;
распределение рабочих регистров, памяти и других компонентов микропроцессора (микроконтроллера).

Алгоритм – точно определенная процедура, предписывающая контроллеру однозначно определенные действия по преобразованию исходных данных в выходные данные. Поэтому разработка алгоритма требует точности и однозначности используемой атрибутики: символических имен переменных, подпрограмм, констант, портов ввода вывода и других элементов МПС. Используя метод декомпозиции, при котором вся задача последовательно разделяется на меньшие функциональные модули, каждый из модулей можно отдельно от других разрабатывать и отлаживать. Разработка схемы алгоритма функционального модуля программы может потребовать многократных проб, прежде чем будет определен алгоритм реализации правильной процедуры. Вне зависимости от назначения процедуры при ее разработке необходимо придерживаться следующей последовательности действий:
Определить операции, которые должен делать модуль.
Определить способ получения исходных данных модулем.
Определить необходимость в предварительной обработке исходных данных и определить метод их преобразования в выходные данные.
Провести анализ полученного результата и возможное возвращение к пункту 1 для итеративной корректировки схемы алгоритма.
Проверить работоспособность алгоритма на бумаге путем подстановки в него реальных данных.
Провести мысленный эксперимент по определению работоспособности алгоритма в реальном масштабе времени.

Разработанные алгоритмы необходимо прокомментировать и при необходимости указать нюансы функционирования, а также принятые решения в тексте пояснительной записки.

Пример разработки и представления алгоритмического обеспечения.
Общая схема алгоритма.
Общая схема позволяет в укрупненном виде представить основные компоненты алгоритмического обеспечения (модули). С ее помощью легко понять и проверить работоспособность принятых разработчиком решений. На данной схеме должны быть указаны основные события, которые определяют активизацию модулей алгоритма, а также периодичность и характер их появления. В нашем примере такими событиями являются метки времени длительности основного цикла и такты динамической индикации.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рис. . Общая схема алгоритма

Схема «продвижения» данных в системе.
Часто для лучшего понимания процессов в МПС используют схему продвижения данных. В данном случае используется диаграмма или схема, на которой указываются структурные элементы хранения данных в МПС и последовательность «продвижения» по ним обрабатываемых данных. Пример такой схемы для отображения данных на семисегментном дисплее представлен на рис.. На рис. представлена аналогичная схема при обработке данных, принимаемых по связному интерфейсу.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рис. . Пример схемы «продвижения» данных при использовании динамической индикации на семисегментном дисплее

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рис. . Пример схемы «продвижения» данных при получении данных по связному интерфейсу.

Использование графов (диаграмм) состояний.
Часто поведение системы удобно рассматривать и описывать с помощью диаграмм состояний. В этом случае применяются те же методики, что и при разработке управляющих автоматов. Необходимо указать возможные состояния автомата и условия переходов между ними. Применение таких диаграмм в нашем примере характерно для «алгоритма управления», где производятся расчеты управляющих сигналов в зависимости от текущего состояния автомата (управления) и совокупности входных сигналов. Это позволяет избежать циклов и получить детерминированную систему.
На рис. . показан пример отображения диаграммы состояний процедуры управления рычагами, имеющими два крайних положения «открыты» и «закрыты». Действия выполняются в зависимости от получаемых команд (или сигналов): «стоп», «открыть», «закрыть» и состояния концевых выключателей «закрыто», «открыто». Управление мотором привода производится с помощью двух реле: «направление» и «включить питание». Реле должны управляться с определенной временной задержкой (включаться и отключаться поочередно).
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Рис. . Диаграмма состояний процедуры управления рычагами (пояснения в тексте).


Детализованные схемы алгоритмов отдельных процедур.
Используя общий алгоритм, производят детализацию отдельных процедур. Это позволяет подготовить базу для разработки программного обеспечения МПС. Например, в нашем примере требуют детализации следующие процедуры:
инициализация подсистем МПС
обслуживание клавиатуры
формирование видеобуфера
управление динамической индикацией
Кроме того, необходимо детализировать функции чтения входной информации, вывода данных и ожидания 100 мс. Детализация в этом случае заключается в указании конкретных команд обращения к соответствующим портам МПС.

Пример детализации модуля «инициализация подсистем МПС».
При выполнении детализации модуля необходимо указать последовательность инициализации используемых БИС, с указанием конкретных адресов и значений слов инициализации. Например, в следующем виде:
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

Аналогичным образом производится детализация всех необходимых модулей.
Разработка программного обеспечения.
Преобразование схемы алгоритма в исходный текст программы для выбранного микроконтроллера осуществляется с использованием инструментальных средств разработки (IDE) на различных языках программирования (Ассемблер, С, С++, Basic и др.). В настоящее время для программирования и отладки программного обеспечения МП и микроконтроллеров используется большое количество разнообразных инструментальных средств.
Для МП платформы i86+ широко известны среды IDE от Microsoft и Borland.
В качестве примера IDE для микроконтроллеров можно указать AVR Studio (для контроллеров Atmel), IDE 8051 Pro View фирмы Franklin Software Inc. – интегрированная среда разработки программного обеспечения семейства микроконтроллеров Intel 8051 и их клонов, MPLAB - является свободно распространяемой программой для МК Microchip. Keil software также предоставляет IDE для разработки и отладки ПО под современные микроконтроллеры различных производителей с разными ядрами.
Широко также распространены свободно распространяемые компиляторы GNU GCC (http://gcc.gnu.org/). Многие IDE позволяют подключать такие компиляторы и использовать языки программирования C и C++ в разработке, не прибегая к платным версиям средств разработки.
Сайты: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Описание сценариев развития событий в системе.
Завершающим этапом разработки является описание основных (самых важных) сценариев развития событий в системе. Описание должно последовательно, в четком логическом порядке, давать представление о взаимосвязи событий, возникающих в системе и результирующих действий МПС.
Рассмотрим для примера описание сценария обработки события от таймера управления динамической индикации.
В соответствии с принципом организации динамической индикации (п. ) и алгоритмом ее реализации (п. ) в системе зарезервирован таймер на формирование интервалов длительностью мс. Выход данного таймера подключен к входу запроса прерывания IRQ ПКП i8259А. После инициализации всех подсистем МПС, таймер начинает отсчет интервалов и, работая в режиме, формирует одиночные запросы прерываний с периодом следования мс. Данный вектор прерывания связан с обработчиком, алгоритм работы которого представлен на рис При работе алгоритма производится выключение текущего индикатора, определение следующего активного индикатора, выборка соответствующего ему байта данных из видеобуфера и включение активного индикатора с индикацией выбранного символа. Время обработки прерывания составляет не более мкс, что не приводит к значительным задержкам в выполнении основного рабочего цикла системы
Темы заданий*.
Разработать МПС, позволяющую вводить значения аналогового сигнала с 2-х каналов АЦП в оперативную память с частотой 1 кГц.
Используется таймер для задания временного интервала.
Таймер опрашивается либо программно, либо через прерывание.
АЦП – произвольное.
Разработать МПС, имеющую 1 параллельный и 2 последовательных интерфейса связи. Разработать алгоритм передачи по параллельному каналу и приема по последовательному некоторого пакета данных. Для хранения отправляемых и получаемых данных используется ОЗУ.
Тип параллельного интерфейса – регистр или БИС i8255.
Последовательный интерфейс - БИС UART КР580ВВ51 или любой другой.
Передача данных – по произвольному событию.
Разработать МПС, осуществляющую контроль 16 дискретных датчиков, выполняющую некоторый алгоритм управления и выводящую управляющие воздействия через 8 дискретных выходов.
Тип параллельного интерфейса – регистр или БИС i8255.
Алгоритм – произвольный.
Разработать МПС, позволяющую вводить значения аналогового сигнала с АЦП в оперативную память через канал прямого доступа к памяти. Скорость оцифровки определяется возможностями АЦП.
Прямой доступ к памяти через КР580ВТ57, К1810ВТ57 (i8257) или аналогичные БИС.
АЦП – произвольное.
Разработать МПС, имеющую клавиатуру 4 х 4 и 4 семисегментных светодиодных индикатора. Разработать алгоритм отображения вводимой информации – символ нажатой клавиши выводится в правую позицию, предыдущая информация сдвигается влево.
Разработать МПС, позволяющую синтезировать аналоговый сигнал (мелодии или голос) и выводить его через ЦАП с частотой квантования 10 кГц.
Используется таймер для задания временного интервала.
Таймер опрашивается либо программно, либо через прерывание.
ЦАП – произвольное.
Мелодия хранится в формате готовых к выводу отсчетов.
Разработать МПС, позволяющую реагировать на 8 асинхронных внешних событий с выводом номера события на светодиодные индикаторы.
События контролируются контроллером прерываний.
На каждое событие используется собственный светодиод.
Разработать МПС, позволяющую выводить текущее время на семисегментные индикаторы и имеющую средства для установки времени (часы).
Используется таймер для задания тиков.
Индикаторы любого типа.
Разработать МПС, позволяющую по асинхронному событию (прерывание) вводить данные с АЦП в буфер памяти в ОЗУ.
Используется контроллер прерываний.
АЦП – произвольное.
Разработать МПС, имеющую 1 последовательный интерфейс связи RS 232. Разработать алгоритм приема команд и передачи ответов через данный интерфейс. Команда состоит минимум из 2-х байтов. Длина ответа произвольная. Представить пример 5 команд и ответов.
Последовательный интерфейс - БИС UART КР580ВВ51 или любой другой.



Варианты технических средств:
Микропроцессор КР580ВМ80А (i8080)
Микропроцессор КМ1810ВМ86 (i8086).
Микроконтроллеры Atmel, Microchip, Intel или любые другие.

Периферийные и вспомогательные БИС выбираются исходя из требований центрального процессора и темы задания.

* возможно расширение списка тем преподавателем, или использование индивидуальной темы студента, после согласования с руководителем.

Список рекомендуемых источников.

Микропроцессоры. В 3-х кн. Кн.1. Архитектура и проектирование микро-ЭВМ. Организация вычислительных процессов. Учебник для ВТУЗов. /П.В. Нестеров, В.Ф. Шаньгин, В.Л. Горбунов и др. Под ред. Л.Н. Преснухина. -М.: Высш. шк., 1986, -495с.
Коффрон Дж., Лонг В. Расширение микропроцессорных систем. Пер. с англ. Под ред. П.В. Нестерова. -М.; Машиностроение, 1987, -320с.
Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. -М.: Радио и связь, 1989, -288с.
Микропроцессорный комплект К1810: Структура, программирование, применение: Справочная книга. /Ю.М. Казаринов, В.Н. Номоконов, Г.С. Подклетнов, Ф.В. Филиппов; под ред. Ю.М. Казаринова. -М.: Высш. шк. 1990, 269с.
Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. -М.: Радио и связь, 1990, -160с.
Коффрон Дж. Технические средства микропроцессорных систем. Практический курс. Пер. с англ., -М.: Мир, 1983, -344с.
Проектирование микропроцессорной электронно-вычислительной аппаратуры: Справочник. /В.Г. Артюхов, А.А. Будняк, В.Ю. Лапий и др -К.: Техника, 1988, -263с.
Бродин В.Б. Микроконтроллеры. Архитектура, программирование, интерфейс / В.Б. Бродин, И.И. Шагурин. – М.: ЭКОМ, 1999. – 400 с.
Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах / В.В. Сташин [ и др.]. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 224 с.
Микропроцессороные системы : учебное пособие для вузов /под общ. ред. Д.В. Пузанкова. – СПб.: Политехника, 2002. – 935 с.
Евстифеев А.В. Микроконтроллеры Microchip: практическое руководство /А.В. Евстифеев. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 296 с.
Голубцов М.С. Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному /М.С. Голубцов. – М.: Солон Пресс, 2003. – 288 с.
Каспер Э. Программирование на языке Ассемблер для микроконтроллеров i8051 /Э Каспер. – М.: Горячая Линия – Телеком, 2003. – 191 с.
Пухальский Г.И. Проектирование микропроцессорных систем: учебное пособие / Г.И. Пухальский. – СПб.: Политехника, 2001. – 544 с.
Таверенье К. PIC-контроллеры. Практика применения: пер. с фр. /К.Таверенье. – М.: ДМК Пресс, 2003. – 272 с.
Самарин А.В. Жидкокристаллические дисплеи. Схемотехника, конструкция и применение /А.В. Самарин. – М.: СОЛОН – Р, 2002. – 304 с.
Кулаков В. Проектирование на аппаратном уровне: специальный справочник / В. Кулаков. – СПб.: Питер, 2001. – 588 с.
Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы: учебник для техникумов связи / Б.А. Калабеков. – СПб. : Горячая линия –Телеком, 2002. – 336 с.
Говоров А.А. Микропроцессорные контроллеры автоматических систем регулирования /А.А. Говоров. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 296 с.
Мокрецов В. П. Микропроцессоры и МПС. Ч.1 : учебное пособие / В.П. Мокрецов. – Екатеринбург: УГТУ, 1999. – 125 с.
Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC: практическое пособие / Ю.В. Новиков и др. – М.: Эком., 1997. – 224 с.
Ан П. Сопряжение ПК с внешними устройствами: пер. с англ. / П.Ан. – М.: ДМК Пресс, 2003. – 20 с.
Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры, Инженерные решения: справочник /Б.В. Шевкопляс. – М.: Радио и связь, 1990. – 512 с.
Применение микросхем памяти в электронных устройствах: справочное пособие /О.А. Лебедев [и др.]. – М.: Радио и связь, 1994. – 216 с.
Изделия электронной техники. Цифровые микросхемы. Микросхемы памяти. Микросхемы ЦАП и АЦП : справочник / О.А. Лебедев. [и др.]. – М.: Радио и связь, 1994. – 248 с.
Микросхемы памяти, ЦАП и АЦП : справочник. 2-е изд / О.Н. Лебедев [и др.]. – М.: КУбК-а, 1996. – 384 с.
Применение интегральных микросхем памяти: справочник / А. А. Дерюгин [и др.]. – М.: Радио и связь, 1994. – 232 с.
Бабин Н.П. Компьютерная схемотехника / Н.П. Бабин, И.А. Жуков. – Киев : МК Пресс, 2004. – 576 с.
Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования / Ю.В.Новиков. – М.: Мир, 2001. – 379 с.


Приложение 1
ГОСТы. Перечень основных стандартов

ГОСТ. ЕСКД. 2.001-93
Единая система конструкторской документации. Общие положения

ГОСТ. ЕСКД. 2.102-68
Виды и комплектность конструкторских документов

ГОСТ. ЕСКД. 2.702-75
Правила выполнения электрических схем.

ГОСТ. ЕСКД. 2.708-81
Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники.

ГОСТ. ЕСКД. 2.710-81
Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах.

ГОСТ. ЕСКД 2.728-74...
Условные изображения резисторов, конденсаторов, электровакуумных и полупроводниковых приборов.

ГОСТ. ЕСКД 2.743-82
Обозначения условные графические в схемах. Элементы цифровой техники.

ГОСТ. ЕСКД 2.751-73
Условные обозначения. Электрические связи, провода, кабели и шины.

ГОСТ. ЕСКД 19.002-80
Схемы алгоритмов и программ. Правила выполнения.

ГОСТ. ЕСКД 19.003-80
Схемы алгоритмов и программ. Обозначения условные графические

ГОСТ 7.1-2003
Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления

ГОСТ 7.9-77
Общие требования к реферату.

ГОСТ.ЕСКД 7.32-2001
Отчет о научно-исследовательской работе. Общие требования и правила оформления.












13PAGE 15


13PAGE 14115












таймер

Программа управления отображения видеобуфера

Видеобуфер в ОЗУ

Код символа индикатора 5

Код символа индикатора 4

Код символа индикатора 3

Код символа индикатора 2

Код символа индикатора 1










































































































ШУ

ША

ШД

Подсистема таймеров

Подсистема прерывания

Подсистема параллельного ввода / вывода

Подсистема памяти (ПЗУ 4кБ + ОЗУ 2кБ)

блок микропроцессора

Подсистема параллельного вывода

ввод с цифровых датчиков

цифровой вывод на ИМ

подсистема динамической индикации

управляющие кнопки

Подсистема параллельного ввода

i8259A

i8254

i8080

i8255

i8255

i8255

таймер интервала 100 мс

ввод сигналов датчиков

прерывание

ввод состояния управляющих кнопок

управление динамической индикацией

ввод данных

выдача данных

опрос 100 мс

Сигнал управления индикацией (период сканирования индикаторов)

формирование временных интервалов для динамической индикации

управляющие кнопки

Связь с управляющими кнопками

отображение информации

цифровой вывод на ИМ

сигналы цифровых датчиков

Связь с системой индикации

Подсистема прерываний

фиксация выводимых данных

программное обеспечение

блок МП

ПЗУ (4 кБ)

ОЗУ (2 кБ)

свободная (нераспределенная память)

0000h

1000h

1800h

17FFh

0FFFh

i8259А (контроллер прерываний)

08h

i8254 (таймер временных интервалов)

04h

00h

нераспределенные порты

i8255 (2) (вывод на индикацию, ввод с управляющих кнопок)

i8255 (1) (ввод с датчиков, вывод на ИМ)

оперативная память

порты ввода вывода

0Сh

2 х КР573РФ5
1 х К537РУ8

программа инициализации

Инициализация ПКП i8259А .

Инициализация таймера i8254 .

Инициализация i8255 (2):
Запись в порт 07h РУС = 1000 1001b
(порт А – режим 0 вывод, порт В – режим 0 вывод, порт С – режим 0 ввод (не используется))
Запись в порт 04h порт А = 0 (выключение индик.)
Запись в порт 05h порт В = 0 (выключение индик.)


Инициализация i8255 (1):
Запись в порт 03h РУС = 1001 1001b
(порт А – режим 0 ввод, порт В – режим 0 вывод, порт С – режим 0 ввод (не используется))
Запись в порт 01h порт А = 0 (ИМ = 0)


программа инициализации

M_STOP

включение реле направления на закрытие и запуск таймаута

команда на закрытие и рычаги не закрыты

Код символа индикатора 6

сброс задания «стоп» при входе в состояние

включение реле питания, сброс задания

истек таймаут

выключение реле питания и установка таймаута

команда «стоп» или «закрыть» или рычаги открылись

команда «стоп» или «открыть» или рычаги закрылись

включение реле питания, сброс задания

истек таймаут

истек таймаут

команда на открытие и рычаги не открыты

включение реле направления на открытие и запуск таймаута

M_OPEN

M_R_OPEN

M_CLOSE

M_R_CLOSE

M_R_OFF

формирует

Основная программа

Т индикатора

начало

Вывод данных и формирование воздействий (управление)

Обработка данных и событий (алгоритм управления)

Считывание входной информации (цифровые входы)

Обслуживание клавиатуры и формирование видеобуфера

алгоритм обработчика прерываний от таймера:

прерывание каждые 4 мс

выход из прерывания

управление динамической индикацией (выдача содержимого видеобуфера на индикаторы табло (посимвольно))

Инициализация подсистем МПС

Ожидание до фиксированного времени цикла (100 мс)

алгоритм основного цикла:

аппаратное прерывание на прием байта

считывание байта через обработку события

запись байта

обработчик принимаемых данных

кольцевой приемный буфер данных

обработчик прерывания на прием байтов интерфейса



Заголовок 1 Заголовок 2 Заголовок 3 Заголовок 415

Приложенные файлы

  • doc 8981821
    Размер файла: 296 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий