Микропроцессорная система управления на базе интерфейсов персонального компьютера

Министерство транспорта РФ федеральное агентство железнодорожного транспорта ГОУ ВПО «ДВГУПС»

Кафедра «Автоматика и телемеханика»

Курсовая работа

" Микропроцессорная система управления на базе интерфейсов персонального компьютера"

Выполнил: Цевелёв Г. А.

220 группа Проверил: Меркулов А.В.

Хабаровск 2008 г.

• Введение
• Исходные данные
• Функциональная схема устройства управления
• Подбор элементной базы
• Разработка принципиальной схемы
• Разработка программного обеспечения
• Построение селектора адреса для Системного интерфейса ISA
• Список литературы

Интерфейс — это аппаратное и программное обеспечение (элементы соединения и вспомогательные схемы управления, их физические, электрические и логические параметры), предназначенное для сопряжения систем или частей системы (программ или устройств). Под сопряжением подразумеваются следующие функции:

· выдача и прием информации;

· управление передачей данных;

· согласование источника и приемника информации.

По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные. В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) выставляются и передаются по соответствующим параллельно идущим проводам одновременно. В PC традиционно используется параллельный интерфейс Centronics, реализуемый LPT-портами, шины ATA, SCSI и все шины расширения. В последовательном интерфейсе биты передаются друг за другом, обычно по одной (возможно, и двухпроводной) линии. Эта линия может быть как однонаправленной (например, в RS-232C, реализуемой СОМ-портом, шине Fire Wire, SPI, JTAG), так и двунаправленной (USB).

Важное значение имеют также следующие технические характеристики интерфейсов:

· вместимость (максимально возможное количество абонентов, одновременно подключаемых к контроллеру интерфейса без расширителей);

· пропускная способность или скорость передачи (длительность выполнения операций установления и разъединения связи и степень совмещения процессов передачи данных);

· максимальная длина линии связи;

· разрядность;

· топология соединения.

Трудно найти область человеческой деятельности, где бы не использовались, в той или иной форме, микропроцессоры и разнообразные устройства на их основе: начиная от сложнейших систем автоматического управления вплоть до простейших датчиков. Системы на их основе представляют собой автоматизированные микропроцессорные комплексы управления и контроля. Они разрабатываются и применяются в программных комплексах диагностики, контроля и управления в различных отраслях. Программно-технический комплекс диагностики и контроля позволяет получать исчерпывающую информацию о состоянии устройств, подключенных к микропроцессорной системе и выдавать управляющие сигналы. В последние годы промышленностью налажен выпуск программного обеспечения и специальных сменных плат, позволяющих превращать компьютер в высококачественную измерительную и испытательную систему. Компьютеры, оснащенные подобным образом, могут использоваться в качестве запоминающих цифровых осциллографов, устройств сбора данных, многоцелевых измерительных приборов. Применение компьютеров в качестве контрольно-измерительных приборов более эффективно, чем выпуск в ограниченных количествах специализированных приборов с вычислительными блоками.

Исходные данные

№ п/п — номер варианта — 44;

— количество дискретных или аналоговых объектов управления;

— количество двухпозиционных объектов контроля (кнопок или пар контактов) или объектов измерения (аналоговых);

— максимальный ток, потребляемый дискретным объектом управления;

— напряжение включения объекта управления (напряжение срабатывания реле, питания ламп или других источников нагрузки);

— максимальный потребляемый ток аналогового источника нагрузки,;

— диапазон напряжений для аналоговых объектов управления;

— допустимая абсолютная погрешность по управлению;

— диапазон измеряемых напряжений для аналоговых объектов контроля;

— допустимая абсолютная погрешность по контролю;

Порт — необходимость применения интерфейса с указанным в этом поле портом;

Примеч. — дополнительные условия по использованию определенной элементной базы при создании УСО;

Базовый адрес порта ввода — вывода для варианта № 44 определяется следующим образом:

44*8+300Н = 352(160Н)+768(300Н)=460Н В двоичной системе исчисления: 10 001 100 000

Функциональная схема устройства управления

Функционально УС состоит из следующих основных компонентов:

· Шина данных (ШД): 8-ми разрядная, однонаправленная (от ПК к УСО)

· Шина управления (ШУ): 5-ти разрядная, однонаправленная (от ПК к УСО)

· Канал входной информации (КВИ): 5-ти разрядный, однонаправленный (от УСО к ПК)

· Блока питания 5V для питания интерфейсных схем;

· Источник питания 24V для обеспечения индикации.

Функциональная схема работы устройства сопряжения компьютера через стандартный периферийный параллельный порт обеспечивает передачу данных на устройство сопряжения по трем шинам:

шина данных (ШД)-8 разрядная однонаправленная (от ПК к УСО);

шина управления (ШУ) — 4 разрядная однонаправленная (от ПК к УСО);

канал входной информации (КВИ) — 5 разрядный однонаправленный (от УСО к ПК).

сигналы по шинам данных поступают на интерфейсную плату, которая обеспечивает взаимодействие с платами управления индикацией.

Подбор элементной базы

Для построения принципиальной схемы необходимо подобрать элементную базу и сформировать основные узлы устройства

1. К555АП6

Микросхема представляет собой восьмиразрядный двунаправленный приемопередатчик с тремя состояниями на выходе и без инверсии входной информации, применяется в качестве интерфейсной схемы в системах с магистральной организацией обмена информации, в системах цифровой автоматики и микропроцессорных устройствах Режим работы определяется комбинацией сигналов на двух входах управления — Е и SED0. При низком уровне напряжения на входе управления третьим состоянием Е, направление передачи определяется логическим уровнем на входе SED, а при высоком уровне напряжения на входе Е выходы микросхемы переводятся в высокоимпедансное состояние.

В разрабатываемой схеме микросхема будет использоваться в качестве шинного формирователя, задача которого — обеспечение необходимого уровня мощности сигналов, а также для защиты интерфейса LPT от высокого потенциала в случае пробоя одного из транзисторов схемы управления индикацией.

2. К155ИР13

Микросхема представляет собой универсальный восьмиразрядный сдвиговый регистр с выходом на три состояния и может применяться в качестве буферного запоминающего устройства для временного хранения данных, для преобразования данных из параллельной формы в последовательную и наоборот или для задержки информационных сигналов Возможны 4 режима работы: параллельная загрузка, сдвиги вправо (от D1 к D8) и влево (от D8 к D1), блокировка.

Примечание: 0 — низкий уровень, 1 — Высокий уровень, х — любое состояние, ^ - положительный перепад. Qnп — предыдущее значение n выхода.

3. К155ИД3

Микросхема представляет собой дешифратор четырехзначного двоичного кода. По входам Е0 и Е1 подаются сигналы разрешения выходов, чтобы устранять текущие выбросы, которыми сопровождается дешифрация кодов, появляющихся не строго синхронно (например, поступающих от счетчика пульсации). Чтобы разрешить прохождение данных на выходы, на входы Е0 и Е1 следует дать напряжение низкого уровня. Когда на входах Е0 и Е1 присутствуют напряжения высокого уровня, то на выходах 0−15 появляются также высокие уровни.

Дешифратор К155ИДЗ потребляет ток 56 мА. Время задержки распространения сигнала для цепи «вход, А — выход» составляет 36 нс. Внешний вид и обозначения контактов приведены на рис. 4.5.

Разработка принципиальной схемы

С компьютера необходимые данные, сформированные программным путем, посылаются в порт на 8- разрядную шину данных D0-D7. Через интерфейсный кабель они попадают на микросхему DD1 — шинный формирователь, выполняющий 2 функции усиление сигнала, защиту LPT порта от высокого потенциала в случае пробоя одного из транзисторов.

С выхода DD1 усиленный по уровню сигнал подается на микросхему DD4 — регистр данных, куда они записываются по управляющему сигналу (С1) из порта и хранятся до подачи нового управляющего сигнала. С выхода DD4 данные поступают прямиком на регистры DD5-DD6 данных выбранной группы устройств.

Программа формирует следующий пакет данных, отвечающих за выбор микросхемы на платах управления, в которую будут записаны переданные ранее данные. Снова происходит посылка в порт, и данные через DD1 попадают одновременно на входы регистра данных DD4, по управляющему сигналу (С0) данные записываются в регистр. Регистр DD4 разрешает запись в один из двух регистров данных (DD5-DD6), которые идут с регистра DD4.

Информация с регистров DD5 — DD6 подается на транзисторы VT1-VT16. При подаче на эти транзисторы напряжения высокого уровня они открываются.

При контроле состояния объектов данные, сформированные компьютером, поступают через порт на DD1 — шинный формирователь, а с него на дешифраторы DD7-DD8, которые подключены к горизонтальным линейкам матрицы объектов. Вертикали подключены к шинному формирователю DD3 (через который осуществляется контроль) с одной стороны, а с другой стороны на них подается +5 В (логическая 1).

Разработка программного обеспечения

Для разработки программного обеспечения для обеспечения функций управления и контроля воспользуемся средой Delphi. В среде разработки создадим форму и добавим на неё 3 объекта типа TEdit и 2 объекта типа TButton:

Для управления регистрами LPT порта будем использовать библиотеку inpout32.dll. Необходимо в заголовке программы, в секции uses поместить прототипы функций Out32 и Inp32 со специальной директивой компилятора external, говорящей откуда нужно эти функции брать:

function Inp32(PortAdr: word): byte; stdcall; external 'inpout32.dll';

function Out32(PortAdr: word; Data: byte): byte; stdcall; external 'inpout32.dll';

Создадим обработчик кнопки «Считать», код которого будет реализовывать считывание данных по адресу, указанному в поле Edit1 и вывод считанных данных в поле Edit2:

procedure TForm1. Button1Click (Sender: TObject);

var

Data: Byte;

i: integer;

begin

Out32($ 37A, 12); //разрешаем дешифрацию DD7

for i:=0 to 3 do

begin

out32($ 378,i); //записываем в регистр данных

Data:= Inp32($ 379); //считываем с регистра управления

Edit2.Text:=IntToStr (Data);

end;

Out32($ 37A, 4); //запрещяем выполнение каких-либой действий

end;

Создадим обработчик кнопки «Записать», код которого будет реализовывать запись указанных данных (0−255) по указанному адресу (0−15):

procedure TForm1. Button2Click (Sender: TObject);

var

data:string;

adress:string;

begin

adress:=edit3.Text;

data:=edit4.Text;

Out32($ 378, StrtoInt (data)); //Записываем в регистр DD5

Out32($ 37A, 6); //разрешаем запись в DD5

Out32($ 37A, 4); //запрещяем выполнение каких-либой действий

Out32($ 378, StrtoInt (adress)); //Записываем в регистр DD4

Out32($ 37A, 5); //разрешаем запись DD4

Out32($ 37A, 4); //запрещяем выполнение каких-либой действий

Out32($ 37A, 0); //разрешаем дешифрацию DD6

Out32($ 37A, 4); //запрещяем выполнение каких-либой действий

end;

Построение селектора адреса для Системного интерфейса ISA

Расчет базового адреса порта

44*8+300Н = 352(160Н)+768(300Н)= 460Н В двоичной системе исчисления: 0000 0100 0110 0000

A0 — 0

A1 — 0

A2 — 0

A3 — 0

A4 — 0

A5 — 1

A6 — 1

A7 — 0

A8 — 0

A9 — 0

A10 — 1

A11 — 0

А12 — 0

А13 — 0

А14 — 0

А15 — 0

1.Меркулов, А. В., Микропроцессорная система управления на базе интерфейсов персонального компьютера[Текст]:: Учеб. пособие. — Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. — 70 с.: ил.

2. Программирование LPT портов на Delphi Электронный ресурс]. — Электрон.дан. .- Режим доступа: http://radiolomaster.net

3. Якубовсий, С. В. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы[Текст]: Справочник / С. В. Якубовский, Л. И. Ниссельсон, В. И. Кулешова и др. — М.: Радио и связь, 1089. — 496 с.

4. «Интегральные микросхемы: Справочник» / Б. В. Тарабин, Л. Ф. Лунин, Ю. Н. Смирнов и др.; под ред. Б. В. Тарабрина. — М.: Радио и связь, 1984 — 528с., ил.

5. Работа с LPT под Win 2000, XP: библиотека inpout32. dll[Электронный ресурс]. — Электрон.дан. .- Режим доступа: http://www.pcports.ru/articles/2.php