Материал: Разработка микропроцессорного устройства на базе 8 разрядного микропроцессора

Разработка микропроцессорного устройства на базе 8 разрядного микропроцессора

Содержание

Введение

Техническое задание

1 Выбор и обоснование блок-схемы МПУ

2 Разработка принципиальной схемы МПУ

3 Описание работы МПУ

4 Разработка блок-схемы и программы работы МПУ на языке C

Заключение

Список литературы

Введение

Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно-технического прогресса.Использование микроэлектронных средств в изделиях производственного и культурно-бытового назначения не только приводит к повышению технико-экономических показателей изделий (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и позволяет многократно сократить сроки разработки и отодвинуть сроки «морального старения» и «физического старения» изделий, но и придает им принципиально новые потребительские качества (расширенные функциональные возможности, модифицируемость, адаптивность и т.д.).

Микропроцессоры и ЭВМ это достаточно сложные устройства, хотя диапазон их использования очень широк. Главные достоинства микропроцессорной техники это компактность, экономичность, универсальность невысокая стоимость, массовость применения. Благодаря своим свойствам микропроцессоры нашли применение как в системе управления космическими полетами, так и в детских игрушках; ОЭВМ используются для управления бытовыми приборами и роботами, станками с числовым программным управлением и т.п.

Поэтому тема «Разработка микропроцессорного устройства на базе 8 разрядного микропроцессора» курсового проекта является актуальной и микропроцессорное устройство может использоваться в области телемеханики.

микропроцессор двоичный код программа

Техническое задание

Разработать МПУ для контроля и индикации параметров, изменяющихся по случайному закону 8-разрядного двоичного кода. Результаты контроля должны выводиться на индикатор. Скорость изменения кода 25000 ед/с; пределы изменения числового кода 00000000-11111111; время контроля, Т, 0,1с; контролируемый параметр К - значение кода с чётным числом единиц за время 0,05-0,1с.

1 Выбор и обоснование блок-схемы микропроцессорного устройства

Любое микропроцессорное устройство (МПУ) должно содержать в себе следующие блоки: генератор тактовых импульсов (ГТИ); микропроцессор (МП);; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); оперативное запоминающее устройство (ОЗУ); шина адреса (ША); шина данных (ШД); шина управления (ШУ); датчик (Д); устройство ввода информации (УВв); параллельный программируемый интерфейс (ППИ); блок индикации (БИ); таймер (Т) ; счётчик команд (СК). Блок-схема МПУ приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1

Исходя из технического задания, МПУ должно выполнять контроль количества единиц в 8-разрядном двоичном коде. Формирование двоичного кода, имеющего случайную последовательность, можно выполнить с помощью блока формирования случайных чисел (БФСЧ). Поэтому датчик, устройство ввода информации и параллельный программированный интерфейс заменяют блоком формирования случайных чисел.

При разработке данного устройства был выбран микропроцессор PIC16F877. Так как в нём уже есть встроенные ОЗУ, таймер, ПЗУ, ГТИ, СК, то использовать эти блоки в дальнейшем нецелесообразно.

МП служит для управления внешними по отношению к себе устройствами. Исходя из условия МП 8-разрядный.

БИ служит для вывода количества единиц в 8-разрядном двоичном коде с интервалом 1с.

ША полудуплексная, ШД дуплексная, ШУ симплексная.

Дуплексная передача - передача данных в двух направлениях по одному каналу. Существуют полный дуплекс и полудуплекс. Полный дуплекс - одновременная двухсторонняя передача данных. Полудуплекс - передача данных, когда данные могут передаваться в обоих направлениях, но поочерёдно. Симплексная передача - передача данных по физическому соединению только в одном направлении.

Разработанная блок-схема представлена на рисунке 1.2.

БФСЧ - блок формирования случайных чисел; БИ - блок индикации.

Рисунок 1.2 - Блок-схема микропроцессорного устройства

2 Разработка принципиальной схемы

Обоснование выбора конденсатора

Исходными данными для выбора конденсаторов являются:

номинальная величина ёмкости, указанная на схеме и допуск на величину ёмкости;

назначение цепи, в которой стоит конденсатор;

режим цепи/постоянный ток, переменный ток или импульсный режим, и соответственно, сила тока, частота, параметры импульсов;

условия эксплуатации прибора, указанные в техническом задании на разработку прибора, температура, влажность, давление воздуха, механические нагрузки;

желательно конструктивное оформление конденсатора.

Для данной схемы можно использовать бумажные, плёночные и керамические конденсаторы, поскольку они имеют минимальные габариты.

В качестве керамических конденсаторов можно использовать: К10-7, К10-9, К10-12, К10-17, К10-29, но выбирается конденсатор К10-17, так как он имеет относительно большую реактивную мощность, малые потери, высокое сопротивление изоляции, широкий диапазон температурной стабильности [5].

Секции конденсаторов К10-7в такого зазора не имеют, что позволяет увеличить их удельную емкость за счет более полного использования поверхности пластины. Толщина пластин 0,18-0,22 мм. Так как промежутки между обкладками из-за отсутствия зазоров равны толщине пластины, номинальное напряжение конденсаторов К10-7в не превышает 50 В.

Условно-графическое изображение конденсатора представлено на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1

Обоснование выбора резисторов

При выборе постоянных резисторов исходными данными являются:

номинальная величина сопротивления, указанная на схеме и допуск на величину сопротивления;

мощность рассеивания;

назначение цепи, в которой установлен резистор;

сила тока, частота и параметры импульсов;

конструктивное оформление резистора.

В данном устройстве используются непроволочные резисторы, так как они имеют меньший вес, стоимость, габариты и паразитные параметры.

Непроволочные резисторы бывают: углеродистые тонкослойные, металлодиэлектрические тонкослойные, композиционные объёмные.

Из всех резисторов выбираются металлодиэлектрические, потому что они обладают большей стабильностью при циклическом воздействии температуры, механических нагрузках по сравнению с углеродистыми, меньшая зависимость значения сопротивления от приложенного напряжения, меньше ЭДС шумов по сравнению с композиционными [5].

В данной схеме можно использовать резисторы: С2-13, С2-14, С2-22, С2-23, С2-31, С2-34. Из перечисленных резисторов выбирается С2-23, так как при малых габаритах они имеют наивысшую надёжность.

Диапазон выпускаемых номиналов - от 1 Ом до 1 МОм (зависит от допустимой мощности)

Максимально допустимая рассеиваемая мощность - 0,25 0,5 и 1 Вт (С2-14 выпускались также на 0,125 и 2 Вт)

Допускаемое отклонение от номинального сопротивления +0,1% +0,2% +0,5% +1% и +2%

ЭДС шумов не более 1 мкВ/В

По ТКС эти резисторы делились на пять групп, от А до Д, с суммарным диапазоном значений от +0,0025 до +0,06 1/°С

Сопротивление изоляции не менее 1011 Ом (для С2-13 и С2-15)

Минимальная наработка 15000ч (С2-13), 20000ч (С2-14); затем для всех типов была доведена до 30000ч

Работа в импульсных режимах допускается при длительности импульсов не более 500 мкс и частоте повторения более 20 кГц

Условно-графическое обозначение резистора представлено на рисунке 3.3

Рисунок 3.3

Обоснование выбора кварцевых резонаторов

Для выбора кварцевых резонаторов главным критерием является интервал формируемых частот.

Рассмотрим следующие кварцевые резонаторы: RV-26, RV-38, RV-49. RV-26 имеет интервал частот (3,5..20) МГц; RV-38 - (18..40) МГц; RV-49 - (32,768) МГц.

Для реализации МПУ необходима частота 2 МГц, исходя из этого, можно сделать вывод, что единственным вариантом для реализации МПУ является кварцевый резонатор RV-26 [5].

Колебания кварцевого генератора характеризуются высокой стабильностью частоты (10−5 ÷ 10−12), что обусловлено высокой добротностью кварцевого резонатора (104 ÷ 105).

Уровень фазовых шумов

У лучших генераторов спектральная плотность мощности фазовых шумов может быть менее −100 дБн/Гц на отстройке 1 Гц и менее −150 дБн/Гц на отстройке 1 кГц при выходной частоте 10 МГц.

Тип выходного сигнала

Генераторы могут изготавливаться как в модификации с синусоидальным выходным сигналом, так и с сигналом прямоугольной формы, совместимым по логическим уровням с одним из стандартов (TTL, CMOS, LVCMOS, LVDS и т. д.).

Условно-графическое изображение кварцевого резонатора представлено на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2

Рисунок 3.4

Для данного устройства был выбран процессор PIC16F877 [4], так как в нём уже есть встроенные ОЗУ, ПЗУ и таймер, что значительно упрощает схему устройства рис.3.4.

Вывода и их назначение указанны в таблице 1.

Таблица 1

Для реализации блока индикации можно использовать следующие типы индикаторов: АЛС362А, АЛС362Д, АЛС362Н. Эти индикаторы имеют разный цвет свечения: красный, жёлтый и зелёный соответственно. Лучше использовать индикатор красного свечения, так как даже при солнечном свете он даёт чёткое изображение. Исходя из этого, выбираем индикатор АЛС362А [2]. Условно-графическое изображение этого индикатора представлено на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6

Рисунок 3.7

- вход D1, 2 - вход D2, 3 - вход ED1 - контроль индикатора

- вход CO, 5 - вход ED0\ - гашение незначащих нулей

- вход D3, 7 - вход D4, 8 - выход сегмент Е, 9 - выход сегмент D

- выход сегмент С, 11 - выход сегмент B, 12 - выход сегмент A

- выход сегмент G, 14 - выход сегмент F, 15 - питание (+5в)

Рисунок 3.8

Назначение выводов буферного регистра КМ1821ИР82 указаны в таблице 2

Таблица 2

В качестве генератора случайных чисел был использован 8-разрядный буферный регистр КМ1821ИР82 [2], так как при увеличении его рабочей частоты, на его выходах появляются непредсказуемые значения. Условно-графическое обозначение регистра приведено на рисунке 3.8.3 Описание работы микропроцессорного устройства

Разработанное микропроцессорное устройство (МПУ) состоит из больших интегральных схем (БИС) и интегральных схем (ИС). МПУ работает следующим образом: на процессор DD3 подаётся питание на входы VDD и VSS, на всю цепь подаётся сбросовый сигнал.

Разработка блок-схемы и программы работы МПУ на языке C

В ходе курсового проекта разработан алгоритм работы программы. Алгоритм представлен на рисунке 4.1.

Исходя из представленного алгоритма, разработана программа, выполняющая выше описанные действия.

Рисунок 4.1

#include <PIC16F877.INC>

{запуск программы} EQU 0x30; запись во флаг

ORG 0; помещение в банк

bsf STATUS,RP0

clrf TRISB

GOTO START запуск программы

bcf STATUS,RP04;;:

{ввод данных}B; 0.05; запуск таймера с 0.05 секунд

MOD B,2; если число чётное то выводим число, если нет переходим на метку

MOVLW PORTB;

MOVWF PORTС; вывод числа в порт С

GOTO label1;

BTFSS TIME, 0,1; если время 0.1 секунда то программу завершается

GOTO label1;

END

Заключение

Курсовой проект выполнен в полном объёме, в соответствии с техническим заданием.

В результате разработано микропроцессорное устройство, исходя из типовой блок-схемы. Было выполнено обоснование блок-схемы, описаны выбор элементной базы и работа микропроцессорного устройства, разработана принципиальная схема в САПР P-CAD, разработаны алгоритм и программа работы микропроцессорного устройства на языке C.

Это устройство можно использовать в источниках бесперебойного питания.

Список литературы

1 Колабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение: уч. Пособие/ Б.А. Колабеков. - М.: Радио и связь, 2008. - 386с.

Шаханова Е.Д. МП и МП комплекты интегральных микросхем: справочник/Е.Д. Шаханова. - М.: Радио и связь, 2009. - 435с.

Новиков Ю.В. Основы микропроцессорной техники: уч. Пособие/Ю.В. Новиков. - М.: Радио и связь, 2012. - 440с.

Жидков Ю.Б. 8-разрядные процессоры фирмы PIC: справочник/Ю.Б. Жидков. - М.: Радио и связь, 2008. - 91с.

Нестеренко И. И. Радиоэлектронные компоненты: Карманный справочник/И.И. Нестеренко. - М.: СОЛОН-Пресс 2010. - 164 с.