Разработка устройства технологического контроля с применением микроконтроллера

По заданию устройства ввода/вывода должны располагаться в зоне адресов ввода/вывода 10h — 40h. Используя дешифратор К555ИД7 нам нужно сформировать сигналы, , .

Начало зоны допустимых адресов имеет вид:

10h -> 0000 0000 0001 0000b

Конец зоны допустимых адресов имеет вид:

40h -> 0000 0000 0100 0000b

Для получения первого адреса для модуля связи с оператором, нужно два младших разряда обнулить, а к третьему добавить 1. Для получения последнего адреса нужно два младших разряда сделать единицами. Аналогичные процедуры проделаем с таймером и модулем связи с объектом. В заданном диапазоне можно несколько вариантов адресов устройств. Наиболее удобными для дешифрации адресами являются:

Модуль связи с оператором: 0001 0100b — 0001 0111b (14h — 17h)

Модуль связи с объектом: 0001 1000b — 0001 1011b (18h -1Bh)

Таймер: 0001 1100b — 0001 1111b (1Ch — 1Fh)

Составим уравнения сигналов выбора МС таймера (), ППИ связи с объектом (), ППИ связи с оператором () — на основе их адресов в адресном пространстве.

7.

2.Схема дешифратора адреса Схема дешифрации адресов внешних устройств изображена на рис.

Рис. 21 Дешифратор адресов УВВ

8 КАРТА ПАМЯТИ / УВВ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ

8.1 Карта памяти В разрабатываемой системе используется раздельная карта памяти, которая имеет вид изображенный на Рис. 22

Рис. № 22 Карта памяти и УВВ

8.2 Программное обеспечение системы Разрабатываемая система управления с микропроцессором оборудована блоком связи с оператором, который позволяет осуществлять ввод и индикацию данных, а также вызов на исполнение набора управляющих функциональных задач. Задачи запускаются в работу с помощью соответствующих функциональных клавиш. Следовательно, система является обслуживаемой оператором и должна быть воспринимать управляющие действия оператора и реагировать на них. В таких системах возможно несколько вариантов организации реакции системы на воздействия оператора: программный, по прерыванию и комбинированный.

При программном способе организации связи с оператором программа постоянно производит ввод состояния клавиш клавиатуры, определяет событие нажатия и код нажатой клавиши. В зависимости от кода клавиши осуществляется переход на соответствующий программный модуль, который выполняет возложенные на него функции.

При работе по прерываниям. Сигнал сообщает процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается, и управление передаётся обработчику прерывания, который реагирует на событие и обслуживает его, после чего возвращает управление в прерванный код.

При комбинированном способе реакция на нажатие ряда клавиш может приводить к возникновению прерывания, а другие опрашиваются в программном режиме.

В задании на разработку системы указано, что система прерываний не разрабатывается и в проектируемой части системы не используется, поэтому мы используем программный способ организации.

При программной организации взаимодействия с оператором эта функция возлагается на программу-оболочку, которую обычно называют монитором. Монитор осуществляет ввод состояния клавиш и дальнейшие действия соответствующие нажатой клавише. Типовая блок-схема алгоритма монитора при программной связи с оператором приведена на Рис. 23.

Рис. 22 Блок схема алгоритма программы монитор.

Работа ЭВМ после включения питания или Сброса оператором начинается с ячейки памяти с адресом 93FFh. Так как ЭВМ содержит программируемый устройства, через которые осуществляется ввод/вывод, то необходимо выполнить программирование этих устройств. Кроме того, для работы с подпрограммами, обслуживания прерываний и решения других задач, где может использоваться стек, нужно выполнить инициализацию стека. Эти функции возлагаются на подпрограмму инициализации системы.

В разработанной системе это программа выполняет действия, перечисленные в блок-схеме алгоритма этой подпрограммы, который изображен на Рис. 24 .

Рис. 24 Алгоритм подпрограммы инициализации Текст программы инициализации системы на языке ассемблера МП КР580ВМ 80.

INIT: LXI SP, 93FF h

Подпрограмма инициализации ППИ

DI; запрет прерываний

MVI A, B0; УС= B0hАк

OUT 7Bh; УС-РУС[7B]

EI; Разрешение прерываний

Подпрограмма инициализации ПДП

DI; запрет прерывания

MVI A, 00; мл. РА1 = 00h -> А

OUT 42; мл. РА1 -> КПДП

MVI A, 30; ст. РА1 = 30h -> А

OUT 42; ст. РА1 -> КПДП

MVI A, DВ; мл. (РУ+РЦ)1 = 43h -> А

OUT 43; мл. (РУ+РЦ)1 -> КПДП

MVI A, 85; ст. (РУ+РЦ)1 = 85h -> А

OUT 43; ст. (РУ+РЦ)1 -> КПДП

MVI A, 42; РР = 42h -> А

OUT 48; А=РР -> КПДП

EI; разрешение прерываний

Подпрограмма инициализации ПКП

MVI A, 12; УСИ1 — ПКП

OUT 22h MVI A, 36h; УСИ2 — ПКП

OUT 23h

EI; Разрешение прерываний

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В курсовом проекте по дисциплине Микропроцессорные системы управления разработана общая архитектура и упрощенные принципиальные схемы блоков системы управления объектом дискретно-логического типа с помощью микропроцессора. Разработанная система полностью соответствует заданию. В качестве базы построения системы по заданию принята микропроцессорная серия КР580.

В частности в курсовом проекте решены следующие задачи:

разработана схема процессорного модуля;

разработан модуль памяти и схема дешифрации адресов;

для связи с оператором служит разработанный в проекте дисплей и клавиатура модуль реализована схема связи с оператором через УВВ для формирования заданного управляющего сигнала использован таймер КР580ВИ53, выбраны режимы его работы и схема соединений;

разработанный модуль связи с объектом включает реализацию заданных характеристик блока таймера, подключение датчиков состояния объекта, подключение исполнительного устройства и схему модуля связи с объектом и его подключение к магистралям.

1. Конспект лекций по предмету: Микропроцессоры в системах управления. — Семидетнов Н.В.

2. Хвощ С. Т., Варлинский Н. Н. Попов Е.А. «Микропроцессоры и микро

ЭВМ в системах автоматического управления" справочник, 1987

3. Лебедев О. Н., Мирошниченко А. И., Телец В. А. «Изделия электронной техники. Микросхемы памяти. ЦАП И АЦП».М., «Радио и связь», 1994

4. Иванов В. И., Аксенов А. И., Юшин А. М., «Полупроводниковые оптоэлектронные приборы», справочник, М., «Энергоатомиздат», 1988

ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1.

Микропроцессорный комплект БИС серии КР580 предназначен для создания широкого класса средств вычислительной техники и обработки информации. На основе комплекса строятся микро

ЭВМ контрольно — измерительных систем, микро

ЭВМ для управления технологическими процессорами, контроллеры периферийных устройств, бытовых приборов и игровых автоматов. МПК КР580 выполнен по n-МОП технологии и по напряжениям логических уровней согласуется с ИС ТТЛ.

Состав серии:

8-разрядный параллельный центральный процессор КР580ИК80А; программируемый последовательный интерфейс КР580ИК51; программируемый таймер КР580ВИ53; программируемый параллельный интерфейс КР580ВВ55; программируемый контроллер прямого доступа к памяти КР580ВТ57; программируемый контроллер прерываний КР580ВН59.

Эффективность систем обработки информации на основе МПК КР580 может быть увеличена за счет использования систем контроллеров КР580ВГ28 и КР580ВГ38; контроллеров периферических устройств — -клавиатуры и индикации КР580ВВ79, электронно-лучевой трубки КР580ВГ75; микросхем биполярного обрамления — буферных регистров КР580ИР82, КР580ИР83, шинных формирователей КР580ВА86, КР580ВА87, тактовых генераторов КР580ГФ24.

Нагрузочная способность каждого выхода БИС достаточна для подключения одного входа ТТЛ схем (≥ 1.6 мА). Выходная емкость информационных и управляющих выводов БИС не более 100 пФ. Температурный диапазон работы от — 10 до + 70 °C.

Приложение 2.

Шинные формирователи КР580ВА86 и 87 представляют 8-разрядные параллельные приемопередатчики с тристабильными выходами. Они используются для реализации различных буферных схем в микропроцессорных системах на базе МП К580ИК80А и К1810ВМ86. На выходах микросхемы КР580ВА86 генерируются неинвертированные выходные данные, а на выходах микросхемы КР580ВА87 — инвертированные.

При Н-уровне сигнала на входе T и L-уровне сигнала на входе OE информация с выводов, А (7 — 0) передается на выводы В (7 — 0). При L-уровне сигнала на входе T и Lуровне сигнала на входе OE информация с выводов В (7 — 0) передается на выводы, А (7 — 0). При H-уровне сигнала на входе OE шинные формирователи переходят в высокоимпедансное состояние.

Описание выводов шинных формирователей Таблица 7

Обозначение вывода Номер контакта Название вывода A (7 — 0) 8; 7; 6; 5; 4; 3; 2; 1 Выводы данных для локальной шины МП B (7 — 0) 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19 Вывода данных для системной шины T 11 Вход управления направлением передачи OE 9 Вход разрешения передачи 20 Напряжение питания (+5 В) GND 10 Напряжение питания (0 В) Основные Электрические параметры микросхем К580ВА86 и К580ВА87:

Выходное напряжение логического нуля В:

Для А-выводов<0.5

Для В-выводов<0.5

Выходное напряжение логической единицы В:

Для А-выводов>2.4

Для В-выводов>2.4

Ток потребления от источника питания, мА:

Для К580ВА86<135

Для К580ВА87<95

Время задержки, мА:

С инвертированием<30

Без инвертирования<35.

Приложение 3.

Микросхема К555ИД7 — дешифратор, имеющий три адресных входа A0, A1, A2, три входа стробирования S, два из которых инверсные, и восемь инверсных выходов. Лог. «0» на одном из выходов может появиться лишь при единственном разрешающем сочетании сигналов на входах стробирования S — на инверсных входах должен быть лог. «

0″, на прямом — лог. «1». При всех других сочетаниях сигналов на входах S на всех выходах микросхемы лог. «1». Сигнал лог.

" 0″ при разрешающем сочетании на входах появится на том выходе дешифратора, номер которого соответствует десятичному эквиваленту кода, поданному на адресные входы A0, A1, A2. Наличие трех входов стробирования позволяет простыми средствами объединять микросхемы для наращивания разрядности дешифратора.

Параметры К555ИД7.

Таблица 8

Параметр Название Значение Режим измерения U0вых Выходное напряжение низкого уровня не более 0,5 В T=-10, +25, +70°C, Uи п = 4,75 В,

I0вых = 8 мА U1вых Выходное напряжение высокого уровня не менее 2,7 В T=-10, +25, +70°C, Uи п = 4,75 В,

I1вых = -0,4 мА I0вх Входной ток низкого уровня не более -0,36 мА T=-10, +25°C, Uи п = 5,25 В,

U0вх = 0,4 В на проверяемом входе, на остальных U1вх = 2,7 В I1вх Входной ток высокого уровня не более 0,02 мА T=+25, +70°C, Uи п = 5,25 В,

U1вх = 2,7 В на проверяемом входе, на остальных U0вх = 0 Iпот Ток потребления не более 10 мА T = +25°C, Uи п = 5,25 В,

U0вх = 0 на всех входах Pпот ср Средняя потребляемая статическая мощность 55 мВт ———;

Приложение 4.

Микросхема КР580ВВ55А предназначена для параллельной передачи информации между микропроцессором и периферийными устройствами и содержит три 8-разрядных канала ввода/вывода А, В, С.

Канал С может быть представлен в виде двух 4-разрядных каналов ввода/вывода, доступ к которым производится как к отдельным независимым каналам. Периферийные устройства подключаются к каналам А, В, С, а связь с микропроцессором осуществляется с помощью шины D через буфер данных. Каждый из каналов А, В, С состоит из 8-разрядного регистра и двунаправленных формирователей, имеющих на выходе состояние «Выключено». Устройство управления содержит регистр управляющего слова (РУС), в который предварительно производится запись информации, определяющей режим работы каналов, и формирует сигналы выбора канала и управления каналом С.

Микросхема может работать в одном из трех режимов: режим 0 — простой ввод/вывод; режим 1 — стробируемый ввод/вывод; режим 2 — двунаправленный канал. Режим работы каналов можно изменять как в начале, так и в процессе выполнения программы, что позволяет обслуживать различные периферийные устройства в определенном порядке с помощью одной микросхемы КР580ВВ55А. Каналы, А и В могут работать в различных режимах, а работа канала С зависит от режимов работы каналов, А и В, Комбинируя режимы работы каналов, можно обеспечить работу микросхемы почти с любым периферийным устройством.

В режиме 0 осуществляется простой ввод/вывод данных по трем 8-разрядным каналам, причем канал С может использоваться как два 4-разрядных канала. Каждый из каналов может использоваться отдельно для ввода или вывода информации. В режиме 0 входная информация не запоминается, а выходная хранится в выходных регистрах до записи новой информации в канал или до записи нового режима.

В режиме 1 передача данных осуществляется только через каналы, А и В, а линии канала С служат для приема и выдачи сигналов управления. Каждый из каналов, А и В независимо друг от друга может использоваться для ввода или вывода 8-разрядных данных, причем входные и выходные данные фиксируются в регистрах каналов. В режиме 2 для канала, А обеспечивается возможность обмена информацией о периферийными устройствами по 8-разрядному двунаправленному каналу. Для организации обмена используются пять линий канала С. В режиме 2 входные и выходные данные фиксируются во входном и выходном регистрах соответственно.

Комбинации на младших разрядах адресной шины могут быть следующие:

A1 = 0, А0 = 0 — при обращении к каналу А;

A1 = 0, А0 = 1 — при обращении к каналу В;

A1 = 1, А0 = 0 — при обращении к каналу С;

A1 = 1, А0 = 1 — при обращении к регистру управляющего слова.

Приложение 5.

Микросхема КР580ВИ53 может использоваться как источник внешних событий, программируемый делитель частоты, одновибратор с программируемой длительностью импульса, формирователь строба с программно-управляемой задержкой. Микросхема содержит три канала, которые работают и программируются независимо друг от друга. Работа каждого канала может управляться внешним управляющим сигналом. Таймер микросхемы содержит буфер данных, общий узел управления и три канала (0, 1, 2). Каждый канал содержит 16-разрядный счетчик, 6-разрядный регистр режима и схему управления и синхронизации в канале.

Счетчики каналов работают в режиме вычитания в двоичном или двоично-десятичном коде. Начальные значения счетчиков (1 или 2 байта) загружаются через 8-разрядную шину данных ЩД и буфер данных. Режимы работы счетчиков задаются путем занесения управляющих слов в регистры режима (РР) каналов. Счетные импульсы тактового генератора или от внешних устройств поступают на входы С0, Cl, С2, Разрешение счета производится при наличии сигнала «1» на разрешающих входах CE0, CE1, СЕ2. При равенстве 0 содержимого какого-либо счетчика вырабатывается один из выходных сигналов конца счета OUT0, OUT1, OUT2. В процессе работы счетчиков их содержимое может быть считано на шину данных МП-системы. Считывание содержимого регистров режима невозможно. Адресация счетчиков и регистра управления осуществляется с помощью 2-разрядного кода, поступающего по линиям А0, А1 адресной магистрали системы на входы А0, А1 микросхемы. Режим обращения к выбранному устройству устанавливается сигналами на инверсных входах записи WR/ и чтения RD/ (табл.

1). Обычно таймер подключается к адресной магистрали МП-системы как внешнее устройство. В этом случае для выбора микросхемы используется инверсный вход CS/, на который поступает сигнал с дешифратора старших разрядов 8-разрядного адреса (А2…А7)

Таблица 9 — Назначение выводов БИС КР580ВИ53

Таблица 9

Сигнал Назначение CLK0 — CLK2 Входы тактовых сигналов. Подключены к выходу Ф1 тактового генератора. GATE 0 — GATE2 Входы разрешения или запуска счёта.

Если GATE=1, то счёт разрешён. Эти входы подключены к +5 В. А0-А1 Адресация регистров БИС. Подключены к младшим разрядам шины адреса. CS Выбор БИС. RD Чтение регистров. Подключен к сигналу MEMR шины управления.

WR Запись в регистры. Подключен к сигналу MEMW шины управления. D

0-D7 Информационные входы/выходы. Подключаются к шине данных. OUT 0 — OUT2 Выходы таймера.

На них появляются сигналы, формируемые таймером. Режимы работы каналов. Каждый канал таймера может работать в одном из 6-и режимов:

— режим 0 (программируемая задержка);

— режим 1 (программируемый ждущий мультивибратор);

— режим 2 (программируемый генератор тактовых сигналов);

— режим 3 (генератор прямоугольных сигналов);

— режим 4 (программно управляемый строб);

— режим 5 (аппаратно-управляемый строб).

В режиме 0 счётчик функционирует как программируемый таймер. Сразу после занесения управляющего слова на выходе канала OUT появляется сигнал «О», который сохраняется после загрузки в счетчик начального значения и в процессе уменьшения содержимого счетчика до тех пор, пока его содержимое не равно 0. Вычитание в счетчике происходит под действием импульсов, поступающих на вход С при наличии разрешающего сигнала «1» на входе СЕ. В дальнейшем уровень «1» на выходе канала сохраняется до тех пор, пока канал не будет перезагружен управляющим словом или значением счетчика. Если занесение в счетчик нового значения производится во время счёта, то после занесения первого байта счет останавливается, а после занесения второго байта счёт возобновляется с нового начального значения.

В режиме 1 счётчик функционирует как программируемый одновибратор. Сигнал на выходе канала принимает значение «0» после первого импульса, следующего за фронтом разрешающего сигнала. По окончании счета на выходе устанавливается уровень «1». Таким образом, длительность формируемого импульса на выходе t=nT, где n — число, занесенное в счетчик; Т — период тактовых импульсов. Занесение в счётчик нового начального значения после прихода фронта разрешающего сигнала не влияет на длительность отрабатываемого импульса на выходе. Если во время счёта на разрешающий вход поступит фронт сигнала, то счёт будет начат сначала.

В режиме 2 счётчик работает как делитель частоты, вырабатывая на выходе отрицательные импульсы длительностью Т и периодом следования nТ, где nчисло, занесенное в счётчик. При занесении в счётчик нового начального значения отрабатываемый период не изменяется, но последующие периоды будут иметь новое значение. При подаче на разрешающий вход сигнала «0» счёт прекращается, а при восстановлении уровня «1» возобновляется сначала. Таким образом, сигнал на входе СЕ можно использовать для синхронизации работы счетчика.

В режиме 3 сигнал на выходе в течении одной половины заданного интервала времени nТ (Т — период тактовых импульсов, n — чётное число) имеет уровень «1», в течение другой половины — уровень «0». Если n — нечётное число, то уровень «1» на выходе будет в течение (n+1)/2 тактов, уровень «0» — в течение (n-1)/2 тактов. При n=3 режим не выполняется. Сигнал на входе СЕ как и в режиме 2, может использоваться для синхронизации.

Режим 4 служит для формирования программно-управляемого строба. После загрузки управляющего слова на выходе появляется уровень «1». После занесения в счётчик начального значения при наличии сигнала «1» на разрешающем входе начинается счёт. По окончании счёта на выходе появляется сигнал «О» длительностью в один период входных импульсов. Для формирования следующего импульса необходимо снова перезагрузить канал. Перезагрузка счётчика во время счёта приводит к следующему: загрузка младшего байта не влияет на текущий счёт, загрузка старшего байта запускает новый цикл счёта.

В режиме 5 на выходе канала формируется сигнал «О», длительностью в один период входных сигналов по окончании счёта. Каждый положительный сигнал СЕ запускает счётчик или перезапускает его, если счёт не завершен. Перезагрузка счётчика новым числом во время счёта не влияет на длительность текущего цикла, но следующий цикл уже будет иным.

Управляющее слово для заданного счётчика устанавливает режим работы, запись и считывание одного или двух байтов, составляющих содержимое счётчика, счёт в двоичной или двоично-десятичной системе счисления. Вслед за управляющим словом заносится начальное значение указанного счётчика. При записи обоих байтов они заносятся последовательно с помощью двух команд при одинаковом адресе на входах АО, А1. Вначале загружается младший байт, а затем старший байт.

Считывание содержимого любого счётчика может быть выполнено двумя способами. В первом случае считывание осуществляется одной или двумя командами ввода (IN) в зависимости от значений разрядов D4, D5 управляющего слова. В этом случае необходимо приостановить счёт на время чтения путем подачи сигнала «О на вход СЕ (кроме режима 1), либо с помощью дополнительных логических схем блокировать поступление тактовых сигналов на вход канала. Во втором случае чтение осуществляется без останова работы счётчика, чтение «на лету». Для этого в таймер заносится управляющее слово с разрядами D4=D5=0. Значения разрядов D0… D3 при этом несущественны. Содержимое заданного счётчика копируется в специальный буфер, откуда считывается обычным путем. В любом случае операция считывания (1 или 2 байта) должна быть проведена полностью.