Программируемый контроллер

Программируемый контроллер

В состав однокристального микроконтроллера ВЕ51 входит 8-разрядный ЦП, управляющее ПЗУ, внутреннее ОЗУ данных, 32 линии прямого ввода-вывода, четыре тестируемых входа, канал последовательного ввода-вывода, два или три 16-разрядных таймера/счетчика и логика двухуровневой системы прерываний с пятью или шестью источниками запросов. Эти средства образуют резидентную часть МК, размещенную непосредственно на кристалле. Базовая организация предоставляет встроенные средства расширения своих ресурсов, которые предусматривают либо реализацию вне кристалла всей памяти программ, либо расширение памяти, имеющейся внутри кристалла до 64К байт. Имеется возможность подключения дополнительной внешней памяти данных в 64К байт. Дальнейшее расширение ресурсов может быть выполнено только с помощью внешних средств.

Для сокращения ширины физического интерфейса большинство логических линий совмещаются. Так, при обращениях к внешней памяти порт Р0 выполняет роль совмещенной шины адреса/данных, а Р2 — шины старшей части адреса. Все выводы порта Р3 выполняют роль линий управления и специального ввода-вывода.

Разрабатываемый контроллер может быть применен в различных областях промышленности, а также в железнодорожной отрасли — в схемах управления, автоматики, и связи.

1. Техническое задание

Разработать контроллер, связанный с управляющим компьютером с помощью параллельного интерфейса. Контроллер связан с объектом управления с помощью 4 однонаправленных 8-разрядных портов ввода (передача информации от объекта к контроллеру) и 1 однонаправленного 8-разрядного порта вывода (передача информации от контроллера к объекту). Контроллер должен быть построен на основе микроконтроллера К1816ВЕ31. Программа управления объектом должна передавать управление одной из 4 программ, которые находятся в ПЗУ контроллера.

Разрабатываемый контроллер должен иметь следующую память:

а) ПЗУ программы монитора;

б) ОЗУ данных программы управления объектом объемом 1K байт;

в) ПЗУ резидентных программ управления объектом объемом 4К байт. Адресное пространство указанного ПЗУ логически делится на 4 равные области, по 1К байт на каждую из 4 программ управления объектом.

Адреса 8-разрядных портов связи с объектом управления должны назначаться параллельно (без перерывов в адресном пространстве!) начиная с адреса FFE0H. При этом младшие адреса должны назначаться портам ввода, а следующие более старшие — портам вывода. (Перерыв в адресном пространстве между адресами портов ввода и адресами портов вывода также не допускается.)

Разрабатываемый контроллер получает от управляющего компьютера один байт. Управляющий компьютер передает программу управления объектом по параллельному интерфейсу. Содержимое двух младших бит в байте, умноженное на 1K, указывает на начало одной из 4 областей ПЗУ, в которой находится требуемая программа управления объектом. Таким образом, двоичный код 00 указывает на адрес 5000Н программы управления объектом, а двоичный код 11 указывает на адрес, больший 5000Н на величину С00Н.

В случае, если от управляющего компьютера началась передача данных, контроллер должен прервать исполнение текущей программы (если она выполнялась), принять данные от управляющего компьютера (байт или программу) и передать управление новой программе управления объектом.

Вариант задания:

Интерфейс — параллельный;

Портов ввода — 2;

Портов вывода — 5;

Тип процессора — К1816ВЕ31;

Тип памяти — ПЗУ;

ОЗУ данных — B400Н;

ПЗУ программ — 5000Н;

Порты — FFE0H.

2. Разработка архитектуры

2.1 Распределение адресного пространства

Разрабатываемый контроллер имеет следующую память:

а) ПЗУ программы — монитора;

б) ПЗУ резидентных программ управления объектом;

в) ОЗУ данных программы управления объектом.

Верхняя граница адресного пространства для ПЗУ программы — монитора 0000h. Нижняя граница адресного пространства для ПЗУ программы — монитора определяется объемом программы — монитора (2Kбайт) и равна 07ffh. Для построения ПЗУ программы — монитора используем БИС К573РФ5.

Для ПЗУ резидентных программ управления объектом должно быть выделено указанное в задании адресное пространство 5000h — 5FFFh (4K байт). Для построения ПЗУ резидентных программ управления объектом используем БИС К573РФ8.

Для ОЗУ данных программы управления объектом должно быть выделено адресное пространство — 8400h — 87FFh (1К байт). Для построения ОЗУ данных программы управления объектом используем БИС КР537РУ8А.

Таблица 1 Адресное пространство памяти программ

Таблица 2 Адресное пространство памяти данных

Рисунок 1. Распределение адресных пространств

3. Разработка схемы электрической структурной

Рисунок 2. Структурная схема

4. Разработка схемы электрической принципиальной

4.1 Реализация интерфейса связи с управляющим компьютером

микроконтроллер однокристальный программный схема Для реализации программируемого интерфейса в ПЛК используются микросхемы КР580ВВ55. Обмен информацией между магистралью данных системы и микросхемой KР580BB55A осуществляется через 8-разрядный двунаправленный канал данных (D). Для связи с периферийными устройствами используются 24 линии ввода/вывода, сгруппированные в три 8-разрядных канала PА, PВ и PС, режимы работы которых и направление передачи информации определяются программным способом.

Микросхема имеет три режима работы. В режиме 0 обеспечивается синхронная, программно-управляемая передача данных через два независимых 8-разрядных канала PА и PВ и два 4-разрядных канала PС.

В режиме 1 обеспечивается ввод или вывод информации «в» или «из» периферийного устройства через каналы PА и PВ по специальным сигналам. При этом линии канала PС используются для приема и выдачи сигналов управления обменом информацией.

В режиме 2 обеспечивается возможность обмена информацией с периферийными устройствами через двунаправленный 8-разрядный канал PА по специальным сигналам. Для передачи и приема сигналов управления обменом используются пять линий канала PС. Выбор соответствующего канала и направление передачи информации через канал определяется сигналами А0, А1.

В режиме 1 данные принимаются или передаются параллельно по линии RxD. Передача инициируется всякий раз, когда новые данные записываются в 0FFE8h. Признаком окончания передачи служит установка флага TI. Установка флага RI свидетельствует о готовности введенных данных для считывания из 0FFE8h. Подключен канал, А для управления, канал С отвечает за прерывание.

4.2 Построение дешифратора адреса

Дешифратор адреса используется для получения доступа к следующим элементам памяти:

а) ПЗУ программы — монитора;

б) ПЗУ резидентных программ управления объектом;

в) ОЗУ данных программы управления объектом;

г) Порты ввода-вывода.

Дешифратор адреса представляется в виде заранее запрограммированного ПЗУ, микропрограмма представлена в таблице 3.

Таблица 3

5. Разработка программного обеспечения

5.1 Функции разрабатываемой программы

Программа — монитор должна выполнять следующие действия:

1. Инициализировать внешние периферийные устройства (порты);

2. Инициализировать внутренние периферийные устройства;

3. Принять байт от параллельного порта;

4. После прерывания от параллельного порта передать управление программе управления объектом.

Рисунок 3. Блок-схема программы-монитора

1. Мамченко А. Е., Тельнов Г. Г. Архитектура микроконтроллеров MSC-51 и их применение в управляющих системах на железнодорожном транспорте: Учебное пособие. — М.: МИИТ, 2011. — 52 с.

2. Магда Ю. С. Микроконтроллеры серии 8051. Практический подход. — М.: ДМК-Пресс, 2008. — 228 с.

3. Ларина Т. Б. Программирование микроконтроллеров в системах управления на железнодорожном транспорте: Учебное пособие. — М.: МИИТ, 2004. — 114 с.

Приложение 1

Текст программы

234.asm 1 .aseg main,code

234.asm 2 0 22 800 jmp begin

234.asm 3 3 .org 0003h

234.asm 4 3 90E8FF mov dptr,#0FFE8h

234.asm 5 6 E0 movx A,@dptr

234.asm 6 7 D2D5 setb F0

234.asm 7 9 13 rrc A

234.asm 8 00A 400F jc m1

234.asm 9 00C 13 rrc A

234.asm 10 00D 4006 jc m2

234.asm 11 0 °F 900 050 mov dptr, #5000h

234.asm 12 12 22 700 jmp m4

234.asm 13 15 900 054 m2: mov dptr, #5400h

234.asm 14 18 22 700 jmp m4

234.asm 15 01B 13 m1: rrc A

234.asm 16 01C 4006 jc m3

234.asm 17 01E 900 058 mov dptr, #5800h

234.asm 18 21 22 700 jmp m4

234.asm 19 24 90005C m3: mov dptr, #5c00h

234.asm 20 27 32 m4: reti

234.asm 21

234.asm 22 28 begin:

234.asm 23 28 7480 mov A,#80h

234.asm 24 02A 90E6FF mov dptr, #0FFE6h

234.asm 25 02D F0 movx @dptr, A

234.asm 26

234.asm 27 02E 749B mov A,#9Bh

234.asm 28 30 90E7FF mov dptr,#0FFE7h

234.asm 29 33 F0 movx @dptr, A

234.asm 30

234.asm 31 34 74BB mov A,#0BBh

234.asm 32 36 90E8FF mov dptr, #0FFE8h

234.asm 33 39 F0 movx @dptr, A

234.asm 34

234.asm 35

234.asm 36 03A C2D5 clr F0

234.asm 37 03C D2AF setb EA

234.asm 38 03E D2A8 setb EX0

234.asm 39 40 30D5FD m6: jnb F0, m6

234.asm 40 43 C2D5 clr F0

234.asm 41 45 E4 clr A

234.asm 42 46 73 jmp @A+dptr

234.asm 43 .endseg

234.asm 44 .end

Приложение 2

Таблица 4 Перечень элементов