Разработка микропроцессорной системы для управления объектом (стр. 2 )

- адрес одноканального АЦП для ввода значений Х5, …, Х7;

- адреса выбора знакосинтезирующего индикатора;

- адреса дешифратора столбцов матрицы клавиатуры;

- адрес для обращения к формирователю аналогового ввода;

- адрес для обращения к регистру аналогового ввода;

- адреса для таймера - счётчика;

Для возможности подключения к МПС ещё каких-либо устройств оставлено свободным остальное адресное пространство, также остались незаняты адреса в промежутках между рассмотренными устройствами.

1.Статика

Микропроцессорный модуль в соответствии с заданием строится на базе микроконтроллера AT89S8252 фирмы Atmel. Схема модуля представлена на рис. 5.

1.Статика. Блок состоит из:

1. Микроконтроллер АТ89S8252.

Входы: INT1,INT2,INT3,X1-X4, SDA, STL,

Выходы:RESET, BUSY, PSEN, ALE,А0-А14, RAMCS, WR, RD

2. Схема на логических элементах для обработки прерываний.

3. Регистр адреса RGA.

Входы: A0-A7,ALE

Выходы: А0-А7

4. Дешифратор адреса DCA.

Входы: A12-A14,RAMCS

Выходы:ADCCS, INDCS, KBCS, FEZ, RGAICS, TIMCS

5. Программируемый таймер/счетчик для формирования сигналов Y2, Y3.

Входы:A0-A7,TIMSC, RD, WR, SCL

Выходы: Y2. Y3

Микроконтроллер AT89S8252 [ 2 ] имеет следующие особенности:

· центральный восьмиразрядный процессор;

· 8 Кбайт встроенной репрограммируемой загружаемой Flash памяти программ;

· последовательный SPI – совместимый интерфейс для загрузки программ;

· напряжение питания от 4 В до 6 В;

· встроенная ОЗУ памяти данных емкостью 256 байт;

· 32 программируемые линии ввода-вывода;

· три 16-битных многорежимных таймера-счетчика;

· систему прерываний с 6 векторами и двумя уровнями;

· последовательный SPI – совместимый интерфейс;

· программируемый последовательный канал UART;

· встроенный тактовый генератор.

Рис. 5. Схема электрическая принципиальная модуля MPM

2. Динамика. Блок работает следующим образом:

Обращение к памяти. Цикл обращения к внешней памяти выполняется за два машинных такта микроконтроллера. На первом такте на выходы порта P0

поступает младший байт адреса ячейки памяти. Одновременно на выходы порта Р2 поступает старший байт адреса. Адреса на выходах портов сохраняются до момента следующего обращения к этим портам. На втором машинном такте на выходы порта Р0 может поступить байт данных для записи в выбранную ячейку памяти (режим записи) или на входы порта Р0 подается байт данных, прочитанный из выбранной ячейки памяти (режим считывания). Это обращение к порту Р0 уничтожит младший байт адреса. Поэтому его необходимо сохранить в буферном регистре адреса. Для записи младшего байта адреса служит строб сигнал , вырабатываемый микроконтроллером.

В качестве буферного 8-разрядного регистра выбирается микросхема КР1554ИР22 [ 5 ]. В данной МПС нет необходимости переводить линии адреса на выходе регистра в третье состояние, т. к. микроконтроллер – единственное устройство, управляющее шиной адреса, поэтому вход регистра заземлен.

Вывод микроконтроллера подключается к питанию, т. к. внутренняя память программ (репрограммируемая Flash) будет использоваться. Сигнал с вывода используется в качестве сигнала чтения к внешней памяти программ.

Обработка прерываний. MPM осуществляет приём и обработку внешних сигналов прерываний а также сигнала , поступающего от оператора при нажатии кнопок ПУСК, ВВОД или МЕНЮ.

Так как микроконтроллер содержит только 2 внутренних обработчика внешних сигналов прерываний, сигналы прерывания и объединяются по И, после чего общий сигнал поступает на вход Р3.3 микроконтроллера. Таким образом, по приходу любого из сигналов прерываний или микроконтроллер начнет обработку прерывания. Сигнал прерывания заводится на порт Р3.0. Далее в программе анализируется значение этого порта. Если 1, то обработка прерывания , иначе .

Формирование сигналов Y2, Y3. Формирование осуществляется с помощью трехканального таймера/счетчик КР580ВИ53. Таймер может работать в шести режимах, в данной работе используется режим 1 (режим ждущего мультивибратора) для формирования сигнала Y2 и режим 3 (режим генератора меандра) для формирования пачки сигналов Y3. Выбор таймера осуществляется сигналом с дешифратора . По сигналу осуществляется ввод числа n, от которого зависит длительность выходных сигналов. На входы С0 и С1 подается сигнал SCL, используемый также в качестве синхросигнала в протоколе I2C. Этот сигнал формируется на выводе микроконтроллера Р3.4, и его частота зависит от того, где требуется этот сигнал. Для адресации канала используются два разряда шины адреса BA8, BA9.

Организация шины управления ВС. Выбор всех внешних устройств МПС производится на основе таблиц распределения адресов. Разрешение выхода на внешнем ПЗУ и выбор микросхемы внешнего ПЗУ происходит по сигналу , формируемому микроконтроллером при выборке очередной команды. Старший разряд адреса ВА15 используется для обращения к внешнему ОЗУ или к другим внешним устройствам. В частности, при ВА15=0 формируется сигнал обращения к ОЗУ, а при ВА15=1 с помощью инвертора формируется сигнал выбора дешифратора, управляющего обращением к остальным внешним устройствам.

Инверсные сигналы записи и чтения для всех внешних устройств формируются микроконтроллером на выходах Р3.6 и Р3.7.

Для реализации схемы управления обращением к внешним устройствам необходим дешифратор 3-8. В данной работе используется микросхема КР1554ИД7 [ 5 ], представляющая собой дешифратор/демультиплексор 3-8. Дешифратор выдает на выход активный сигнал (выбора внешнего устройства) только если ВА15=1. Следовательно, необходимо через инвертор КР1554ЛН1 [ 5 ] подать ВА15 на разрешающие входы дешифратора . Вход Е3 подключен к питанию. На адресные входы дешифратора подаются сигналы ВА12, ВА13, ВА14.

С выхода Р1.0 микроконтроллера на звуковой индикатор аварийной сигнализации поступает сигнал ALARM, формируемый внутренним таймером Т2, работающим в режиме генератора внешних тактовых сигналов с требуемой частотой 500 Гц.

На вход RST микроконтроллера поступает сигнал RESET от кнопки сброса на пульте управления.

C вывода таймера 0 Р3.4 микроконтроллера поступает сигнал синхронизации SCL на ЦАП. По заданию данные в ЦАП вводятся в соответствии с интерфейсом I2C. Выберем ЦАП, совместимый с этим интерфейсом. Второй сигнал, необходимый при вводе данных по I2С, SDA поступает с вывода Р3.1 микроконтроллера.

Сигнал разрешает отображение индикации. Сигнал управляют формирователем для запоминания двух старших разрядов, выходящих с АЦП. Также с дешифратора идет сигнал , управляющий регистром для принятия младшего байта с АЦП.

Все сигналы шины управления приведены в табл. 2.

Таблица 2

Сигналы шины управления.

Название сигнала	Назначение сигнала
	Выбор микросхемы внешнего ОЗУ
	Строб "Чтение из внешней памяти"
	Строб "Запись во внешнюю память"
	Разрешение внешней программной памяти
	Выбор АЦП
	Выбор схем управления индикацией
	Выбор регистра кода считывания клавиатуры
	Звуковой аварийный сигнал
	Сигнал сброса
	Прерывание от оператора
SDA, SCL	Сигналы, поступающие в ЦАП по I2C
	Сигнал выбора таймера/счетчика
	Управление третьим состоянием регистра блока AIOU, предназначенного для запоминания младшего байта с АЦП
	Управление третьим состоянием формирователя блока AIOU, предназначенного для запоминания двух старших разрядов с АЦП

Таким образом, микропроцессорная система содержит 16-разрядную шину адреса BA и 8-разрядную шину данных BD. Эти шины объединяют не только микропроцессор и внешнюю память, но и клавиатуру, блок индикации и блок ввода-вывода (рис. 1).

Для ввода цифровых сигналов Х1, Х2, Х3, Х4 в микроконтроллер от цифровых датчиков используются разряды Р1.4 – Р1.7 порта.

Для вывода цифровых управляющих сигналов Y1, Y2, Y3 используются разряды P1.1, P1.2 и P1.3 этого же порта.

Тактовый генератор. Частота синхронизации не должна превышать значение 12 МГц. Выберем частоту 6 МГц, что позволит использовать в качестве ПЗУ микросхему памяти M2764A-2F1 (аналог К573РФ6А) [ 2 ] с временем доступа 200 нс. Информация о микросхеме, необходимая в данной работе, представлена в Приложении Е «Основные параметры используемой микросхемы M2764-2F1». Используем в качестве ZQ1 кварцевый резонатор РК169МВ–6АП–6 МГц [ 3 ]. В цепь резонатора дополнительно включаются конденсаторы С1 и С2, емкостью 30 пФ каждый. Выберем в качестве С1, С2 конденсатор К пФ ± 20% [ 4 ].

Период тактовой частоты генератора равен Т ≈ 170 нс. Тогда длительность одного машинного цикла равна ТCY = 12*170 = 2 мкс (12 – это число периодов сигнала тактового генератора в машинном цикле).

Построение временной диаграммы работы МПС в режиме ввода Х1, …, Х4.

Временная диаграмма записи в ОЗУ (DS1) приведена на рис. 6. Перечень временных интервалов приведен в табл. 5.

Главное условие, при котором DS1225AB [6] может использоваться в качестве внешней памяти данных микроконтроллера АТ89S8252 [1] с тактовой частотой 6 МГц, является сопряжение по временным параметрам.