Методические пособия по курсу "Микропроцессорные системы"

Методические пособия по курсу

"МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ"

C. М.Крылов

Содержание

1. Классическая структура микропроцессорных систем

2. Микропроцессоры с совмещенной шиной адреса-данных

3. Переход от двух-шинной к трех-шинной структуре

4. Подключение простейших датчиков информации (кнопок)

к микропроцессорным системам

5. Подключение клавиатуры

6. Подключение простейших индикаторов информации

(светодиодов) к МПС

7. Подключение матричных светодиодных индикаторов

8. Подключение ЦАП

9. Подключение АЦП

10.Подключение реле и сопряжение с силовым оборудованием

11.Проектирование и расчет блоков памяти

11.1.Проектирование блоков ПЗУ/ППЗУ

11.2.Проектирование блоков ОЗУ

12.Подключение спецконтроллеров.

13.Разработка принципиальных схем процессоров МПС

14.Тенденции развития современной вычислительной техники

15.Процессор Intel 8086

15.1. Сопроцессор Intel 8087.

16.Процессор Pentium

17.Представление о транспьтере

18.Представление о нейрокомпьютере

19.Примеры микропроцессорных систем

19.1.Система управления светофором

19.2.Система измерения температуры

1. Классическая структура микропроцессорных систем

Cм. [5, c.8-11].

2. Микропроцессоры с совмещенной шиной адреса-данных

Cм. [8, с.42-44, 5, c.8-11].

3. Переход от двух-шинной к трех-шинной структуре

Курс лекций, [8, c.151-153, 5, c.8-11]

4. Подключение простейших датчиков информации (кнопок)

к микропроцессорным системам

Cм. [5, c.22-26].

5. Подключение клавиатуры

Cм. лекции, [5, c.22-26].

6. Подключение простейших индикаторов информации

(светодиодов) к МПС

Простейшими индикаторными устройствами для сигнализации о состоянии,

режиме, этапе выполнения решаемой микропроцессорной системой задачи в нас-

тоящее время являются светодиодные индикаторы. Они же могут информировать

оператора и о состоянии объекта, которым управляет или который контролирует

микропроцессорная система, причем в данном случае имеется ввиду опосредова-

нный характер информации о состоянии объекта контроля или управления, то

есть "пропущенный" через управляющую микроЭВМ, а не полученный непосредст-

венно техническими средствами, обслуживающими управляемый объект незавасимо

от микропроцессорной системы (если таковые имеются).

Различают два основных варианта включения светодиодных индикаторов -

на шину положительного питания (как правило, +5 вольт), и на землю. Поско-

льку сигнал с управляющего порта параллельного ввода-вывода типа КР580ВВ55

недостаточен для возбуждения режима свечения светодиода, то между ним и

светодиодом ставиться усилитель мощности, в качестве которого удобно испо-

льзовать практически любую логическую микросхему ТТЛ-типа, способную выра-

батывать выходной ток в состоянии "лог.0" и/или "лог.1" в несколько десят-

ков миллиампер. Такой нагрузочной способностью обладают практически все ло-

гические элементы серий К(Р)155, К555, КР1533. На рис.1 показа вариант под-

ключения выхода порта ввода-вывода типа КР580ВВ55 к индикаторному светодио-

ду с использованием первого варианта включения, то есть на шину питнаия +5В,

а на рис.2 - с использованием второго.

┌────┬───┬───┐ D1.1

┤D0-7│IOP│PA0├ ┌───┐ R1

├────┤ │PA1├──────┤ 1 0────██████────┤───── +5 В

┤A0-1│ │PA2├ └───┘ VD1

├────┤ │ │

┤-WR │ │ │

┤-RD │ │ │

┤-CS │ │ │

┤RES │ │ │

└────┴───┴───┘

Рис.1. Вариант подключения светодиода VD1 к управляю-

щему порту через усилитель, в качестве которого испо-

льзуется ТТЛ-инвертор, и резистор, ограничивающий ток

через светодиод. Внимание! Из-за ограничений на текс-

товую компьютерную графику условные обозначения инве-

ртора, резистора и светодиода не совсем корректны. Бо-

лее точные условные графические обозначения приведены

в [2].

Расчет параметров резистора R1 в схеме рис.1 проводят, исходя из ра-

бочего тока светодиода VD1, падения напряжения на нем в этом режиме и вы -

ходного напряжения "лог.0" микросхемы D1.1 (например, КР1533ЛН1). Светоди-

од зажигается при единичном состоянии выхода порта PA1, и гасится - при

нулевом.

┌────┬───┬───┐ D2.1

┤D0-7│IOP│PA0├ ┌───┐

├────┤ │PA1├──────┤& ├──────├─────┤

┤A0-1│ │PA2├ ──┤ │ VD1

├────┤ │ │ └───┘

┤-WR │ │ │

┤-RD │ │ │

┤-CS │ │ │

┤RES │ │ │

└────┴───┴───┘

Рис.2. Вариант подключения светодиода VD1 к управляю-

щему порту через усилитель на землю и без резистора,

поскольку в качестве усилителя D2.1 использована мик-

росхема, которая сама ограничивает выходной ток "лог.1"

на землю на уровне 20-30 мА, достаточном для яркого

свечения светодиода VD1. Внимание! Из-за ограничений

на текстовую компьютерную графику условные обозначения

инвертора, резистора и светодиода не совсем корректны.

Более точные условные графические обозначения приведе-

ны в [2].

В качестве усилителя мощности в данной схеме использован вентиль ти-

па "2И" ТТЛ-логики. Неподключенный ни к чему второй вход вентиля обеспечи-

вает такое его состояние, которое соответствует уровню "лог.1". Таким обра-

зом, сигнал на выходе вентиля D2.1 полностью зависит только от состояния пе-

рвого входа, подключенного к выходу порта PA1. Нетрудно убедиться, что све-

тодиод VD1 также будет светиться при единичном состоянии выхода порта PA1

и не будет - при нулевом.

Режим работы каждого из каналов ППИ программируется с помощью уп-

равляющего слова, задающего один из трех режимов: основной режим ввода/вы-

вода (режим 0), стробируемый ввод/вывод (режим 1), режим двунаправленной

передачи информации (режим 2). Одним управляющим словом можно установить

различные режимы работы для каждого из каналов. Формат управляющего слова

представлен в табл.3 [1].

Канал А может работать в любом из трех режимов, канал В - в режи-

мах 0 и 1. Канал С может быть использован для передачи только в режиме

0, а в остальных режимах он служит для передачи управляющих сигналов, со-

провождающих процесс обмена по каналам А и В.

Разряд D7 управляющего слова (табл.1) определяет либо установку режимов

работы каналов (D7 = 1), либо работу ППИ в режиме сброса/установки отдель-

ных разрядов канала С (D7 = 0). При D7 = 0 разряды D3-D1 определяют номер

модифицируемого разряда канала С, а разряд D0 задает либо сброс (D0 =0),

либо установку (D0 =1) модифицируемого разряда; разряды D6-D4 не использу-

ются.

Таблица 3. Формат управляющего слова ППИ

┌─────────┬────────────┬───────────────────────────────────────────────┐

│ Разряды │ Записанная │ Функциональное назначение │

│ │ цифра │ │

├─────────┼────────────┼───────────────────────────────────────────────┤

│ DО │ 1/0 │ Ввод/вывод PC(3-0) │

│ D1 │ 1/0 │ Ввод/вывод PB(7-0) │

│ D2 │ 0/1 │ Режимы 0/1 для портов группы В │

│ D3 │ 1/0 │ Ввод/вывод РС(7-4) │

│ D4 │ 1/0 │ Ввод/вывод РА(7-0) │

│ D6, D5 │ 00/01/10 │ Режимы 0/1/2 для портов группы А │

│ D7 │ 1/0 │ Установка режимов работы каналов либо работа │

│ │ │ ППИ в режиме сброса/установки отдельных раз - │

│ │ │ рядов канала С │

└─────────┴────────────┴───────────────────────────────────────────────┘

7. Подключение матричных светодиодных индикаторов

Для отображения цифровой и простейшей символьной информации в микро-

процессорных системах используются светодиодные сборки, сконструированные

таким образом, что светящиеся части светодиодов располагаются в форме циф-

ры 8, причем каждый светодиод (или группа светодиодов) обеспечивает свече-

ние только одной горизонтальной или вертикальной полоски, из которых состо-

ит изображение цифры "восемь". Зажигая определенные комбинации таких поло-

сок можно создать стилизованное изображение любой цифры от 0 до 9 плюс не-

сколько простейших символов - например, символ "-" (зажигается только сред-

няя горизонтальная полоска) или символ "F", и т. д. Всего таких полосок, как

нетрудно убедиться, в стилизованном изображении цифры восемь может быть ми-

нимум семь (три горизонтальных и четыре вертикальных), поэтому часто такие

сборки называют семисегментными индикаторами, по числу полосок-сегментов.

Тем не менее большинство семисегментных индикаторов снабжены еще одним -

дополнительным - сегментом, отвечающим за точку (или запятую) в позиции

цифры и располагающемся как правило справа внизу от изображения самой циф-

ры - см. рис.1.

┌────────────┐

│ A OA│ OA-общий анод всех светодиодов

├───┬────┬───┤

│ F │ │ B │

├───┴────┴───┤

│ G │

├───┬────┬───┤

│ E │ │ C │

├───┴────┴───┤ ┌─┐

│ D │ │H│

└────────────┘ └─┘

Рис.1. Примерная схема расположения

светодиодных сегментов на семисегме-

нтном индикаторе и их традиционное

обозначение. Cм. также [2].

Если число отображаемых цифр невелико - например, одна или две, то

каждый светодиод (сегмент) может подключаться к микроЭВМ через один разряд

порта вывода аналогично схемам рис.2 или рис.3:

┌────┬───┬───┐ D1.1

┤D0-7│IOP│PA0├ ┌───┐ R1

├────┤ │PA1├──────┤ 1 0────██████────┤───── +5 В

┤A0-1│ │PA2├ └───┘ VD1

├────┤ │ │

┤-WR │ │ │

┤-RD │ │ │

┤-CS │ │ │

┤RES │ │ │

└────┴───┴───┘

Рис.2. Вариант подключения светодиода VD1 к управляю-

щему порту через усилитель, в качестве которого испо-

льзуется ТТЛ-инвертор, и резистор, ограничивающий ток

через светодиод. Внимание! Из-за ограничений на текс-

товую компьютерную графику условные обозначения инве-

ртора, резистора и светодиода не совсем корректны. Бо-

лее точные условные графические обозначения приведены

в [2].

┌────┬───┬───┐ D2.1

┤D0-7│IOP│PA0├ ┌───┐

├────┤ │PA1├──────┤& ├──────├─────┤

┤A0-1│ │PA2├ ──┤ │ VD1

├────┤ │ │ └───┘

┤-WR │ │ │

┤-RD │ │ │

┤-CS │ │ │

┤RES │ │ │

└────┴───┴───┘

Рис.3. Вариант подключения светодиода VD1 к управляю-

щему порту через усилитель на землю и без резистора,

поскольку в качестве усилителя D2.1 использована мик-

росхема, которая сама ограничивает выходной ток "лог.1"

на землю на уровне 20-30 мА, достаточном для яркого

свечения светодиода VD1. Внимание! Из-за ограничений

на текстовую компьютерную графику условные обозначения

инвертора, резистора и светодиода не совсем корректны.

Более точные условные графические обозначения приведе-

ны в [2].

8. Подключение ЦАП

Курс лекций.

9. Подключение АЦП

Курс лекций, [4, c.226-234]

10.Подключение реле и сопряжение с силовым оборудованием

На рис.1 изображена схема управления спиралью электронагревателя,

питающегся от сети переменного тока 220 вольт и включающегося с по-

мощью контактов SW1 реле Relay1. Amp - усилитель сигнала управления пор-

та А (разряд 0) для реле.

┌────┬───┬───┐ ┌─────┐ ┌──────┐

┤D0-7│IOP│PA0├────┤ Amp ├───┤Relay1├─+5в ┌────┐ ┌───┐

├────┤ ├───┤ └─────┘ └──────┘ │ █ ███ ███ █ └─>

┤A0-1│ │ PB│ ┌─────┐ │ █ █ █ █ █ █ ў220 V

├────┤ ├───┤ ┌─┤ SW1 ├──────┘ ███ ███ ███ ┌─>

┤CNTR│ │ PC│ │ └─────┘ Нагреватель │

└────┴───┴───┘ └─────────────────────────────────┘

Рис.1

11.Проектирование и расчет блоков памяти

Курс лекций, [5, c.13-22, 8, c.37-42]

11.1.Проектирование блоков ПЗУ/ППЗУ

Курс лекций, [5, c.13-22, 8, c.37-42]

11.2.Проектирование блоков ОЗУ

Курс лекций, [5, c.13-22, 8, c.37-42]

12.Подключение спецконтроллеров.

Cм. [1, c.64-152]

13.Разработка принципиальных схем процессоров МПС

Cм. [1, c.64-152]

14.Тенденции развития современной вычислительной техники

Курс лекций, [7, c.7-11, 6, c.7-11]

15.Процессор Intel 8086

Cм. [8, c.14-23, 7, c.12-23]

15.1. Сопроцессор Intel 8087.

Cм. [8, c.77-86, 7, c.23-27]

16.Процессор Pentium

Cм. [7, c.145-160]

17.Представление о транспьютере

Cм. [6, c.18-24]

18.Представление о нейрокомпьютере

19.Примеры микропроцессорных систем

19.1.Система управления светофором

Любая микропроцессорная система в обязательном порядке должна содер-

жать следующие структурные блоки:

- центральный процессор (в современных системах обычно реализуется в

виде микропроцессора);

- блок памяти (в современных системах обычно содеожит два подблока:

постоянную память - обычно в виде ПЗУ, и оперативную память - ОЗУ);

- устройства ввода-вывода для сопряжения с внешней средой, в том чи-

сле для сопряжения с различными датчиками и исполнительными механизмами.

Чтобы реализовать на базе такой "первоначальной" конфигурации конк-

ретную систему управления, контроля или диагностики для работы с конкрет-

ными объектами, необходимо, во-первых, ПОДКЛЮЧИТЬ НУЖНЫЕ ДАТЧИКИ И ИСПОЛ-

НИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ, и, во-вторых - РАЗРАБОТАТЬ (И ОТЛАДИТЬ) НУЖНУЮ ПРОГ-

РАММУ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ.

Система управления светофором - один из простейших вариантов специ-

ализированных микропроцессорных систем. Помимо перечисленных выше основных

блоков самой микропроцессорной системы она может (а в некоторых случаях -

должна) содержать следующие дополнительные блоки и устройства:

Датчик интервалов времени - для привязки процессов переключения ог-

ней светофора к реальному времени. В большинстве микропроцессорных систем

подобные задачи решаются с помощью таймера. Поэтому целесообразно ввести

блок счетчиков-таймеров в структуру соответствующей микропроцессорной сис-

темы. В качестве примера микросхемы счетчика-таймера на 3 16-разрядных ка-

нала можно привести БИС КР580ВИ53(А).

Исполнительные устройства - лампы (светильники, прожекторы) красного,

желтого и зеленого цветов (иногда необходимы и другие). Поскольку лампы пи-

таются, как правило, от промышленной электросети, то для управления ими от

микропроцессорной системы в ее структуру необходимо ввести:

Устройства сопряжения, выполняющие функцию согласования слабых управ-

ляющих сигналов (как правило, ТТЛ-уровня) с цепями управления функциониро-

ванием исполнительных устройств (в данном случае - ламп). Для управления

силовыми электрическими цепями могут использоваться реле с дополнительными

усилителями мощности, так как обмотки большинства типов реле требуют для ра-

боты более мощных сигналов, чем сигналы, генерируемые выходными схемами ми-

кропроцессорных систем. Непосредственно сигналы управления на устройства со-

пряжения подаются обычно с выходов специальных устройств ввода-вывода цифро-

вой информации, которые называются:

Порты параллельного ввода-вывода. В качестве примера таких портов мож-

но привести БИС портов параллельного ввода-вывода типа КР580ВВ55(А). Помимо

выдачи управляющей информации на устройства сопряжения с исполнительными ор-

ганами порты могут также использоваться для опроса состояния датчиков интер-

валов времени, то есть состояния выходного сигнала счетчика-таймера в дан-

ном конкретном случае.

Ниже на рис.1 приведен немного упрощенный пример структуры микропро-

цессорной системы для управления светофором.

УС1..3

┌──────────┐ ШУ ША ШД ┌────────┐ ┌────┐ ┌─────┐

│ ЦП │<═══════║═══║═>║<══════>│ ПОРТЫ ├───>│1___├──>│Крас.│

RESET─>│(Микропро-│════════║══>╠══║═══════>│ ВВ/ВЫВ ├───>│2___├──>│Желт.│

│ цессор) │<══════>╠═══║══║═══════>│ ├───>│3 ├──>│Зел. │

└──────────┘ ║ ║ ║ └────────┘<──┐└────┘ └─────┘

┌──────────┐ ║ ║ ║ ┌────────┐ │ Светофор

│ │<═══════╬═══║══║═══════>│СЧЕТЧИК-├───┘

│ ПЗУ │<═══════║═══╬══║═══════>│ ТАЙМЕР │

│ │════════║═══║═>║<══════>│ │<──┐

└──────────┘ ║ ║ ║ └────────┘ │

┌──────────┐ ║ ║ ║ ┌────────┐ │

│ │<═══════╣ ║ ║ │ OUT├───┘

│ ОЗУ │<═══════║═══╣ ║ │ ГИ │

│ │<═══════║═══║═>║ │ │

└──────────┘ ║ ║ ║ └────────┘

Рис.1. Структурная схема микропроцессорной системы

управления светофором.

В качестве усилителей сигналов управления лампами светофора могут ис-

пользоваться двухкаскадные усилители, первый каскад которых реализован на

логических микросхемах с мощным выходом, а в качестве второго используются

либо достаточно мощные реле, либо тиристорные оптоэлектронные ключи, вклю-

чающие лампы светофора нужного цвета. Для простоты такие усилители на стру-

ктурной схеме условно показаны в виде единого блока УС1..3.

Счетчик-таймер служит для отсчета временных интервалов, в течение ко-

торых светятся лампы светофора. Для этого в счетчик загружается коэффициент

деления, обеспечивающий на выходе OUT соответствующего канала появление им-

пульсов заданной частоты, которые анализируются по одному из входов порта

ввода-вывода, настроенного на ввод информации. Выделение переднего фронта

импульса на выходе OUT может выполняться, например, с помощью следующей по-

следовательности команд ассемблера (используется разряд 2 порта ввода 400h,

предварительно настроенного на ввод):

...

MOV DX,400H ;адрес порта ввода в DX

1: IN AL, DX ;ввести информацию с входов порта

TEST AL,2 ;проверить состояние разряда D2

JNZ 1 ;если единица - ждать ноль

2: IN AL, DX

TEST AL,2

JZ 2 ;если ноль - ждать единицу: это и есть

;фронт!

...

Затем должен идти соответствующий участок программы, включающий нужную лам-

пу или их комбинацию.

Для настройки систему управления светофором необходима информация о

режимах работы портов программируемого параллельного интерфейса (ППИ) типа

КР580ВВ55 и таймеров-счтчиков КР580ВТ53, которая приведена ниже:

Режим работы каждого из каналов ППИ программируется с помощью уп-

равляющего слова, задающего один из трех режимов: основной режим ввода/вы-

вода (режим 0), стробируемый ввод/вывод (режим 1), режим двунаправленной

передачи информации (режим 2). Одним управляющим словом можно установить

различные режимы работы для каждого из каналов. Формат управляющего слова

представлен в табл.3.

Другие варианты подключения датчиков к микропроцессорным системам на

основе компьютеров IBM PC cм. в [4].

БИС программируемого таймера КР580ВИ53 предназначена для формирова-

ния цифровых импульсных сигналов с различными временными и частотными ха-

рактеристиками.

Программируемый таймер (ПТ) имеет три независимых канала, каждый из

которых содержит 16-разрядный вычитающий счетчик. Счетчики могут работать

в двоичном и двоично-десятичном коде, с однобайтными или двухбайтными чис-

лами. Скорость счета программно изменяется от 0 до 2 МГц.

Упрощенная структурная схема ПТ изображена на рис.2. В состав БИС

входят: буфер данных (ВD), предназначенный для обмена данными и управляю-

щими словами между МП и ПТ; схема управления чтением/записью (RWCU), обес-

печивающая выполнение операций ввода-вывода информации в ПТ; регистр упра-

вляющего слова (RCR), предназначенный для записи управляющих слов, задаю-

щих режим работы счетчиков; счетчики каналов (СOUNT0..2).

┌──────────┐ ║ ┌────────┐

│ │ ║ ┌──>│ COUNT │─────> OUT0

D(0-7)<══>│ BD │<══>║<╪══>│ 0 │<───── GATE0

│ │ ║ │ │ │<───── CLK0

└──────────┘ ║ │ └────────┘<─┐

║ │ ┌────────┐ │

┌────────┐ ║ ├──>│ COUNT │──┼──> OUT1

│ │ ║ │ │ 1 │<─┼─── GATE1

- RD────>│ │ ║<╪══>│ │<─┼─── CLK1

- WR────>│ │ ║ │ └────────┘<─┤

A1─────>│ RWCU │───────────────╫─┤ ┌────────┐ │

A0─────>├────────┤<══════════════╣ └──>│ COUNT │──┼──> OUT2

- CS────>│ RCR ├─┐ ║<═══>│ 2 │<─┼─── GATE2

│ │ │ │ │<─┼─── CLK2

└────────┘ │ └────────┘<─┤

└───────────────────────────────┘

Ucc────────>

GND────────>

Рис.2. Структурная схема КР580ВT53

Назначение входных, выходных и управляющих сигналов ПТ указано при

описании выводов микросхемы в табл.2.

Таблица 2. Описание выводов ПТ.

┌───────────┬──────────────────────────────────────────────────────────┐

│Обозначение│ Назначение вывода │

│ вывода │ │

├───────────┼──────────────────────────────────────────────────────────┤

│ D(0-7) │ Вход/выход шины данных (разряды 0...7) │

│ - RD │ Чтение; L-уровень сигнала разрешает считывание информации│

│ │ из счетчика, адресуемого по входам АО, А1 на шину D(0-7).│

│ - WR │ Запись; L-уровень сигнала разрешает запись информации с │

│ │ шины D(0-7) в регистр или счетчик, адресуемый по входам │

│ │ АО, A1 │

│ A0, A1 │ Входы для адресации каналов ПТ. │

│ - CS │ Выбор микросхемы: L-уровень сигнала подключает ПТ к сис - │

│ │ темной шине. Обычно этот вход подключается к выходу деши-│

│ │ фратора устройств ввода/вывода. │

│ CLK0-CLK2 │ Счетные входы счетчиков. │

│GATE0-GATE2│ Входы разрешения работы счетчиков. │

│ OUT0-OUT2 │ Выходные сигналы счетчиков. │

│ Ucc │ Напряжение питания (+5 в) │

│ GND │ Напряжение питания (0 в) │

└───────────┴──────────────────────────────────────────────────────────┘

Таблица 1. Операции обмена информацией между ПТ и микропроцессором.

┌─────────────────────────────────────────────┬────────────────────────┐

│ │ Сигналы управления │

│ Операции ├────┬────┬────┬────┬────┤

│ │ CS │ RD │ WR │ A1 │ A0 │

├─────────────────────────────────────────────┼────┼────┼────┼────┼────┤

│ Запись управляющего слова │ 0 │ 1 │ 0 │ 1 │ 1 │

│ Запись в канал 0 │ 0 │ 1 │ 0 │ 0 │ 0 │

│ Запись в канал 1 │ 0 │ 1 │ 0 │ 0 │ 1 │

│ Запись в канал 2 │ 0 │ 1 │ 0 │ 1 │ 0 │

│ Чтение из канала 0 │ 0 │ 0 │ 1 │ 0 │ 0 │

│ Чтение из канала 1 │ 0 │ 0 │ 1 │ 0 │ 1 │

│ Чтение из канала 2 │ 0 │ 0 │ 1 │ 1 │ 0 │

│ Отключение ПТ от D0...D7 │ 1 │ 0 │ 0 │ 1 │ 1 │

│ - // - │ 1 │ 1 │ 1 │ Х │ Х │

└─────────────────────────────────────────────┴────┴────┴────┴────┴────┘

Х - безразличное состояние сигнала

Операции обмена информацией между ПТ и МТ, задаваемые сигналами уп-

равления и адресными входами, приведены в табл.1. Установка режима работы

каждого канала ПТ производится программно путем записи управляющего слова

и начального значения содержимого счетчика (N) с помощью каманд вывода

(OUT). Формат управляющего слова и назначение отдельных разрядов представ-

лены в табл.4. Управляющее слово задает номер счетчика (разряды D7, D6),

последовательность записи и считывания содержимого счетчика (разряды D5,

D4), режим работы(разряды D3-D1) и вид используемого кода (разряд D0).

Таблица 4. Формат управляющих слов ПТ.

┌─────────┬────────────┬───────────────────────────────────────────────┐

│ Разряды │ Записанный │ Функциональное назначение │

│ │ код │ │

├─────────┼────────────┼───────────────────────────────────────────────┤

│ DО │ 0/1 │ Двоичный/двоично-десятичный код счетчиков │

│ D3...D1 │ 000...101 │ Режимы 0..5 счетчиков │

│ D5,D4 │ 00..11 │ Защелкивание (00) или задание последовательно-│

│ │ │ сти записи/чтения содержимого счетчика: 01 - │

│ │ │ младший байт; 10 - старший байт; 11 - два бай-│

│ │ │ та подряд: сначала младший, затем старший │

│ D7,D6 │ 00..10 │ Номер счетчика, для которого выполняется опе - │

│ │ │ рация: 00 - сч-к 0, 01 - сч-к 1, 10 - сч-к 2 │

└─────────┴────────────┴───────────────────────────────────────────────┘

В процессе работы ПТ содержимое любого из счетчиков можно прочитать

двумя способами:

1) приостановив работу счетчика подачей соответствующего сигнала

GATE L-уровня или блокировкой тактовых импульсов; прочитав содержимое сче-

тчика, начиная с младшего байта, с помощью двух команд ввода (IN), если за-

программировано чтение двух байтов;

2) записав в ПТ управляющее слово, содержащее нули в разрядах D4, D5,

(табл.3); нули в этих разрядах указывают на выполнение операции "защелкива-

ния" счета в момент чтения; прочитав содержимое с помощью команд ввода.

Каждый их счетчиков ПТ может работать в одном из шести режимов: в

режиме 0 - программируемая задержка; в режиме 1 - программируемый ждущий

мультивибратор; в режиме 2 - программируемый генератор тактовых сигналов;

в режиме 3 - генератор прямоугольных импульсов; в режиме 4 - программно-

управляемый строб; в режиме 5 - аппаратно-управляемый строб. Воздействие

сигнала GATE на соответствующий счетчик зависит от режима работы.

В режиме 0 после занесения управляющего слова на выходе OUT устанав-

ливается L-уровень. Уменьшение содержимого счетчика начинается при H-уровне

сигнала GATE. После окончания счета на выходе OUT устанавливается напряжение

H-уровня. Загрузка в счетчик нового значения младшего байта в процессе счета

останавливает счет, а загрузка нового значения старшего байта начинает новый

цикл счета.

В режиме 1 при H-уровне сигнала GATE на выходе OUT формируется отри-

цательный импульс длительностью N периодов тактовых импульсов CLK. Загрузка

в процессе счета нового значения N не изменяет текущего режима счета. Имп-

ульс новой длительности формируется при следующем нарастании фронта сигнала

GATE.

В режиме 2 ПТ генерирует периодический сигнал с частотой, в N раз ме-

ньшей частоты тактовых импульсов СLK. Выходной сигнал L-уровня устанавливае-

тся на последнем такте периодаю. Загрузка счетчика новым значением N в про-

цессе счета приводит к изменению значения следующего периода. Сигнал GATE

можно использовать для внешней синхронизации ПТ, так как L-уровень сигнала

GATE запрещает счет, устанавливая H-уровень сигнала OUT, а H-уровень сигнала

GATE начинает счет сигнала.

Режим 3 отличается от режима 2 тем, что при четном значении N на вы-

ходе счетчика генерируется сигнал H-уровня в течение первой половины периода

и сигнал L-уровня в течение другой половины. При нечетном N длительность си-

гнала H-уровня на один такт больше, чем для сигнала L-уровня. ( В режиме 3

число N=3 нельзя загружать в счетчик).

В режиме 4 генерируется выходной сигнал H-уровня длительностью N пе-

риодов тактового сиогнала CLK. После завершения счета устанавливается выход-

ной сигнал L-уровня на один период сигнала CLK. Перезагрузка младшего байта

в процессе счета не влияет на текущий счет, а загрузка старшего байта начи-

нает новый цикл счета.

Режим 5 аналогичен режиму 4.Запуск счетчика производится положитель-

ным фронтом сигнала GATE. Загрузка счетчика новым значением числа N в проце-

ссе счета не влияет на длительность текущего цикла, но следующий цикл счета

будет соответствовать новому значению N.

Управляющие слова могут быть записаны в ПТ в произвольном порядке. В

любой последующий момент времени записываются начальные коды счетчиков в со-

ответствии с со значениями разрядов D5, D4 управляющих слов.

19.2 Cистема измерения температуры.

Пример подключения датчика на основе терморезистора.

Система измерения температуры может использоваться как подсистема

для различных АСУТП, автоматических терморегуляторов и других автоматизи-

рованных микропроцессорных систем контроля и/или диагностики, в которых

необходимо следить за температурой.

Обязательным компонентом такой системы должен быть датчик температу-

ры, в качестве которого могут использоваться различные элементы, например-

термопары, контактные термометры, терморезисторы. Рассмотрим последний ва-

риант, как один из наиболее удобных для микропроцессорной реализации.

Терморезистор с системотехнической точки зрения можно определить как

устройство, сопротивление которого зависит от температуры. Идеальным для

большинства приложений была бы линейная зависимость сопротивления от тем-

пературы:

R = k*T; (1)

где R - текущая величина сопротивления, T - температура терморезистора (в

градусах Цельсия или Кельвина и т. д.), k - коэффициент пропорциональности.

Однако большинство термосопротивлений имеют нелинейную зависимость. Тем не

менее в первом приближении (в достаточно узком дмапазоне измеряемых темпе-

ратур) можно считать формулу (1) справедливой.

Для измерения величины термосопротивления можно использовать либо спе-

циальные аналоговые устройства (аналоговые спецпроцессоры), выдающие на вы-

ходе электрический сигнал, пропорциональный величине термосопротивления, ли-

бо подключить термосопротивление к стабильному источнику тока и измерять (с

помощью АЦП) падение напряжения на этом термосопротивлении, которое, соглас-

но закону Ома, будет пропорционально текущей величине сопротивления:

Ur = I*R(t); (2)

где R(t) - текущая величина сопротивления как функция температуры t, Ur -

падение напряжения на термосопротивлении при протекании через него стабиль-

ного тока I.

На рис.1 приведена структурно-функциональная схема микропроцессорной

системы для измерения температуры с использованием преобразователя код-ток

(DAC D/I) и измерителя напряжения - АЦП типа напряжение-код (ADC U/D). Для

вывода измеренных значений температуры используются два семисегментных ин-

дикатора L1 и L2, подключенных к выходам портов A и B соответственно. Адрес

порта A - 1B08H.

┌───────┬──────┐ ┌────┬───┬───┐ Ur

│ │DATBUS├──┬────────┬─┤DATA│ADC│AIN├─────────*─────────┐

│ МИКРО-├──────┤ │ │ ├────┤U/D│ │ ├─────┐ 1

│ │ADDBUS├─┬┼───────┬┼─┤ADDR│ │ │ │ │

│ ЭВМ ├──────┤ ││ ││ ├────┤ │ │ ┌────┬───┬────┐ │I │I

│ │CNTBUS├┬┼┼──────┬┼┼─┤CNTR│ │ │┌──┤DATA│DAC│IOUT├─┘ │

│ │ GND├┼┼┼───┐ │││ └────┴───┴───┘│ ├────┤D/I│ │ ┌┴┐

└───────┴──────┘│││ │ ││└───────────────┘┌─┤ADDR│ │ │ │ │R(t)

┌───────────────┘││ │ │└─────────────────┘ ├────┤ │ │ └┬┘

│┌───────────────┘│ │ └────────────────────┤CNTR│ │ │ │

││┌───────────────┘ │ └────┴───┴────┘ │

│││┌────┬───┬───┐ └───────────────────────────────────────┐ │

││└┤D0-7│IOP│ PA├───┐ ┌─────┐ ┌─────┐ Индикаторы └─────┤ 2

││ ├────┤ ├───┤ └───┤ L1 │ │ L2 ├┐ ─┴─

│└─┤A0-1│ │ PB├──┐ │ │ │ ││

│ ├────┤ ├───┤ │ │ │ │ ││

└──┤CNTR│ │ PC│ │ └─────┘ └─────┘│

└────┴───┴───┘ └─────────────────────┘

Рис. 1. AIN - вход напряжения АЦП,

IOUT - выход программируемого исто-

чника тока (ЦАП типа код-ток).

Для простоты шина данных системы обозначена как DATBUS, шина адреса -

ADDBUS, шина управления CNTBUS без уточнения разрядности и числа сигнало в

шинах.

Для удобства составления программы (на ассемблере) процессы обращения

к АЦП и ЦАП оформлены в виде подпрограмм, вызываемых стандартными средства-

ми ассемблера - то есть командами CALL. Имя подпрограммы преобразования ко-

да в ток - CDAC, код преобразования (со знаком) перед вызовом подпрограммы

помещается в AX, разрядность преобразовадв. разрядов, включая знак.

Вес е. м.з. р. ЦАП типа код-ток - 2,25 мка.

Имя подпрограммы АЦП - VADC, подпрограмма возвращает результат преоб-

разования в регистре AX (12 дв. разрядов, включая знак, тип результата - це-

лое со знаком).

Ток в терморезистор рекомендуется задавать в диапазоне -2...-4 мА (то

есть -2000...-4000 мкА). Для калибровки системы подключите терморезистор к

круглому разъему на кабеле, подключенном к выходному разъему платы ДАП, с

помощью штеккера с двумя зажимами типа "крокодил", запрограммируйте нужный

стабильный ток и с помощью АЦП измерьте величину падения напряжения на ре-

зисторе. Сделайте несколько измерений в течение 10-15 минут и запишите пока-

зания. Это значение соответствует комнатной температуре терморезистора. За-

тем, нагревая терморезистор пальцами рук, снова сделайте несколько измерений

после того, как показания АЦП перестанут заметно меняться. Эта величина соот-

ветствует примерно 30-32 градусам Цельсия. Определите разрешающую способность

измерительного тракта Вашей системы, разделив разность показаний АЦП на раз-

ность температур (комнатную можно принять равной 18-20 градусам Цельсия). Ра-

зработайте программу циклического измерения температуры, преобразования полу-

ченного двоичного кода в двоично-десятичный и вывода результатов измерений в

цифровой форме (в градусах) на индикаторы. Для упрощения программы можно ис-

пользовать подпрограмму преобразования двоично-десятичного кода в код семисе-

гментных индикаторов (нулевой разряд - сегмент A,... седьмой разряд - сегмент

H). Имя подпрограммы - ICOD, преобразуемая двоично-десятичная цифра - в реги-

стре AL, результат (код для непосредственной загрузки в порты управления се-

мисегментными индикаторами) - также в регистре AL.

Литература:

1. , , Попов и микро-ЭВМ

в системах автоматического управления. Справочник. - Ленинград:

"Машиностроение" (Ленингр. отделение), 1987, с.85-90.

2. , , Юшин оптоэлектро-

нные приборы. Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

3. Персональные ЭВМ IBM PC и XT. Программирование на языке

ассемблера. М.: "Радио и связь", 1991, с.78-82 (система команд),

с.87 (ввод-вывод).

4. Cопpяжение датчиков и устpойств ввода-вывода с компьютеами IBM PC.

Под pед. У.Томпкинса и Дж. Уэбстеpа. Пеp. с англ. - М.: Миp, 1992.

5. Крылов указания к дипломному и курсовому проек-

тированию. "Расчет и проектирование микропроцессорных систем."

Куйбышев: КПтИ, 1988г.

6. Транспьютеры. Архитектура и программное обеспечение. Под ред.

Г. Харпа. Пер с англ. - М.: Радио и связь, 1993.

7. Процессоры Intel: от 8086 до Pentium II. - СПб: Питер,

1997.-224с.

8. Микропроцессорный комплект К1810. Структура, программирование,

применение. Справочная книга. Под ред. . - М.: Вы-

сшая шкода, 1990.

9. , Шагурин i486. Архитектура, про-

граммирование, интерфейс. М.: Диалог-МИФИ, 1993.

Литература для выполнения курсового проекта (кроме перечисленной

выше):

1. , , Терехова электричес-

ких схем по ЕСКД. Справочник. - М.: Изд-во Стандартов, 1989.

2. Цифровые интегральные схемы. Справочник. / и др.-М.:

Радио и связь, 1994.

Курсовой проект должен содержать в обязательном порядке следующие

разделы (в пояснительной записке):

1.Задание и его номер.

2.Описание структурной схемы с обоснованием.

3.Описание принципиальной схемы с обоснованием.

4.Расчеты резисторов и прочих элементов, если необходимо, а также

расчет суммарной потребляемой мощности [5, c.26-31].

5.Текст программы инициализации оборудования на ассемблере с коммен-

тариями.

6.Список использованной литературы.

7.Приложение с графическими листами на миллиметровке:

- структурная схема

- принципиальная схема

- перечень элементов.

Чертежи выполняются согласно ГОСТам карандашом на подходящем формате

А1-А4.

Первым листом пояснительной записки проекта должен быть титульный

лист.