Розробка мікропроцесорного пристрою системи автоматичного регулювання

Міністерствоосвіти України

Державнийуніверситет
“Львівськаполітехніка”

Комп’ютернийфакультет

Кафедрасистем автоматизованогопроектування

ПОЯСНЮВАЛЬНАЗАПИСКА

докурсової роботи

з дисципліни“Електронніобчислювальнімашини
імікропроцесорнісистеми”

натему: Розробкамікропроцесорногопристрою
системиавтоматичногорегулювання

Допущенодо захисту:

Дата:

Виконав:

студенткагрупи ІСМ-41

ШаховськаН. Б.

Прийняв:

ТеслюкВ. М.

Оцінка:

Заліковакнижка № 9517007

Дата:

Львів

1998

Державнийуніверситет
“Львівськаполітехніка”

КафедраСАП

Дисципліна“Електронніобчислювальнімашини і мікропроцесорнісистеми”

Спеціальність“Інформаційнісистеми тамережі”

Курс IVГрупа ІСМ-41Семестр 7

Завдання

на курсовуроботу студента

ШаховськоїН. Б.

1. Темапроекту:“Розробкамікропроцесорногопристроюсистемиавтоматичногорегулювання”

2. Термінздачі проекту:16.12.1998

3. Вихіднідані для проекту.

Останніцифри заліковоїкниги: mn=07. Заформулою

визначаємо

k=18 l=8; рівняння–

k=3 l=1; розрядністьАЦП – 8;

k=2 l=1; вхіднийсигнал – однополярнийневід’ємний;

k=9 l=8; організаціяобміну з АЦП– через перериванняRST 7;

k=7 l=2; видфункціональноговузла – системнийконтролер звикористаннямКР580ВК28.

4.Зміст розрахунково-пояснювальноїзаписки:

1) Для заданогорівняння системв регулюванняздійснити йoгoчастковудискретизаціюі отримативідповіднерівняння цифровогофільтра (ЦФ).Побудуватианалоговусхему, яка описуєтьсязаданим рівнянням.

2) Скластиі детальноописати структурнусхему МПП зврахуваннямособливостейіндивідуальногозавдання.

3) Скластисхему алгоритмуфункціонуванняМПП. Вибратиструктурупредставленняданих при заданійрозрядностіАЦП, який здійснюєдискретизаціюі квантуваннявхідного сигналу.

4)У відповідностіз індивідуальнимзавданнямвибрати типиАЦП і ЦАП. Скластиі описати принциповісхеми підключенняАЦП і ЦАП доМПП. Нарисуватичасову діаграмуроботи АЦП.

5) Скластина мові асемблерумікропроцесораКР580ВМ80 програмувводу інформаціїчерез АЦП івиводу черезЦАП.

6) Скластипрограму відповідноїцифрової обробкиінформації.Оцінити верхнюграничну частотуЦФ.

7) Скластиі детальноописати фрагментпринциповоїсхеми реалізаціїфункціональноговузла, вказаногов індивідуальномузавданні.

5.Перелік графічногоматеріалу

Принциповасхема електричнаМПП

6. Датавидачі: 15.9.1998

Календарнийплан

№п/п	Назваетапів курсовогопроекту	Термінвиконанняетапів проекту	Примітки
1	Побудоварівняння цифровогофільтру	16.09 – 18.09
2	Побудовасхеми реалізаціїЦФ	19.09– 20.09
3	Побудовааналоговоїсхеми ЦФ	22.09– 28.09
4	ВизначенняструктуриМПС	30.10– 02.10
5	РозробкаалгоритмуфункціонуванняЦФ	05.09– 10.10
6	Визначенняструктурипредставленняданих	11.10– 12.10
7	ВибівАЦП	13.10– 16.10
8	Побудовасхеми підключенняАЦП	17.10– 19.10
9	Вибір ЦАП	20.10 – 21.10
10	Побудовасхеми підключенняЦАП	22.10– 25.10
11	Розробкапрограмипереривань	01.11– 02.11
12	Розробкаосновноїпрограми	05.11– 10.11
13	Визначенняверхньої граничноїчастоти ЦФ	13.11– 15.11
14	Побудовапринциповоїсхеми електричноїЦФ	20.11–27.11
15	Описпринциповоїсхеми СК	27.11– 30.11
16	Написаннята оформленняпояснювальноїзаписки	02.12– 06.12

Анотація

Виконанняданої курсовоїроботи присвяченерозробцімікропроцесорнихпристроївсистем автоматизованогопроектуваня.Загальний обсягроботи становить40 сторінки.В даній курсовійроботі є 14 рисунківта 5 таблиць.Для виконанняроботи викоритано9 літературнихджерел плюсметодичка пооформленнюкурсової роботи.За своєю структуроювона ділитьсяна 7 частин, кожназ яких відповідаєпевному завданню,що перерахованівище.

Виконаннякурсової роботиприсвяченедля реалізаціїнаступної мети:

поглибленнятеоретичнихзнань, технічнихі програмнихзасобів мікропроцесорнихпристроїв;
розвитокнавиків самостійноїрозробки загальноїструктури МППз аналогово-цифровимі цифро-анлоговимперетвореннямінформації,побудови принциповихсхем окремихвузлів принципів,розробки тавідлагодженняпрограмногозабезпеченняна мові асамблерумікропроцесораКР580ВМ;
набуттянавиків роботиз технічноюта довідниковоюлітературоюз питань реалізаціїряду вузлівМПП, виборуаналого-цифровогоі цифро-аналоговоперетворювачів(АЦП і ЦАП), використаннястандартнихпідпрограмз прикладногопрограмногозабезпеченняМП КР580ВМ80.

ЗМІСТ

Державнийуніверситет
“Львівськаполітехніка”2

Анотація4

ЗМІСТ5

специфікації6

ВСТУП7

1.ПОБУДОВА ЦИФРОВОГОФІЛЬТРА9

1.1Побудова аналоговоїсхеми10

2.Структурнасхема МП-пристрою13

3.АлгоритмфункціонуванняМП-пристрою15

3.1Схема алгоритмуфункціонуванняМПП
як цифровогофільтру, щовизначається
заданим рівнянням15

3.2Вибір структурипредставленняданих18

4.Вибір АЦП іЦАП20

4.1Вибір АЦП20

4.2Вибір ЦАП25

5.Програма вводуінформації
через АЦП івиводу черезЦАП28

6.Програма цифровоїобробки інформації.30

Основнапрограма:31

6.1Оцінка верхньоїграничноїчастоти фільтру32

7.Опис фрагментупринциповоїсхеми
реалізаціїсистемногоконтролера.33

висновок38

Списоклітератури39

додатки40

специфікації

Абревіатура

Значення

АЦП

БЕ

ВІС

ГТІ

ДШВ/В

ДШП

ДОН

ЗП

КН

МК

МП

МПП

МПС

ОЗП

ПЗП

ПІ

ПП

ППІ

РКС

РПН

СК

СШ

ТГ

ША

ШД

ШК

ШФ

ЦАП

ЦП

ЦФ

- аналогово-цифровийперетворювач

- буфернийелемент

- великаінтегральнасхема

- генератортактових імпульсів(див. ТГ)

- дешифраторканалів вводу/виводу

- дешифраторадрес пам’яті

- джерелоопорної напруги

- запам’ятовуючийпристрій

- компараторнапруги

- мікроконтролер

- мікропроцесор

- мікропроцесорнийпристрій

- мікропроцесорнасистема

- оперативнийзапам’ятовуючийпристрій

- постійнийзапам’ятовуючийпристрій

- підсилювач-інвертор

- підпрограма

- паралельнийпрограмованийінтерфейс

- регістркеруючогослова

- регістрпослідовнихнаближень

- системнийконтролер

- системнашина

- тактовийгенератор(див. ГТІ)

- шинаадрес

- шинаданих

- шинакерування

- шифратор

- цифро-аналоговийперетворювач

- центральнийпроцесор

- цифровийфільтр

ВСТУП

Термін“мікропроцесор”,звичайно, несепевну інформаціюпро пристрій,названий такиміменем. Це пристрійдля обробкиданих.

На відмінувід стандартногоЦП логічнісхеми МП реалізованіна одній абодекілька ВІС,а так як останнійтакож називаютьсямікросхемами,то стає зрозумілимпоходженнятерміна “мікропроцесор”.

Очевидно,що обробкаданих – однаіз головнихфункцій МП, якавключає як іманіпулюваннятак і обрахунокданих. Іншоюфункцією МПє управліннясистемою. Схемиуправліннядозволяютьдекодуватиі виконуватипрограми –набір команддля обробкиданих. Роботамікропроцесораскладаєтьсяз наступнихкроків: спочаткувибираєтьсякоманда, потімлогічна схемаїї декодує,після чогоздійснюєтьсявиконання цієїкоманди. Такожвідбуваєтьсяобмін інформацієюз зовнішнімипристроями,які під’єднанідо мікропроцесора.

Мікропроцесориявляють собоюцифрові великіінтегральнісхеми (ВІС),призначенідля виконанняпростих операцій,інакше названихкомандами, щозчитуютьсяі здійснюютьсяпослідовноз великою швидкістю.До числа внутрішніхсхем мікропроцесоравідносятьсябагаторозряднірегістри, рівнобіжнітракти даних,буфери дляпідключеннязовнішніхпристроїв,багатофункціональнісхеми, логічнісхеми синхронізаціїі керування.Багатофункціональнісхеми придназначенідля реалізаціїпростих арифметичнихі логічних дійнад двійковимичислами, щознаходятьсяв регістрахпроцесора, іпересилок данихяк усерединіпроцесора, такі між ним ізовнішнімипристроями.Схеми синхронізаціїі керуваннязадають порядокдій процесора,для виконанняфункцій синхронізаціїїм необхіднітактові імпульси,що постійнопоступають.

Розвитокінтегральноїтехнологіїі схемотехнікицифрових електроннихсхем призвівдо появи інтегральнихмікросхем ізвеликою і дужевеликою ступенямиінтеграції(ВІС і ДВІС), щомістять наоднім кристалі(в однім корпусі)декілька десятківтисяч, а в останніхрозробках сотнітисяч елементарнихтранзисторів.На основі такихсхем в останніроки вдалосястворитимікропроцесорифункціональнозакінчені, щоуправляютьсязбереженоюв пам'яті програмою(здебільшогомалорозрядні)пристрої опрацюванняцифрової інформації,виконані у видіоднієї абодекількох ВІСабо ДВІС.

Мікропроцесорнізасоби використовуютьсяу виді мікропроцесорнихкомплектівінтегральнихмікросхем, щомають єдинеконструктивно-технологічневиконання іпризначенихдля спільногозастосування.Мікропроцесорнийкомплект крімсамого мікропроцесорамістить мікросхеми,що підтримуютьфункціонуваннямікропроцесораі розширюютьйого логічніможливості.

Мікроконтролерявляє собоюлогічний автоматз високим ступенемдетермінованості,який допускаєнебагато варіантівв його системномувключенні.

В пристрояхуправлінняоб’єктамимікроконтролерирозглядаютьсяу вигляді сукупностіапаратно-програмнихзасобів. Припроектуваннімікроконтролерівтреба вирішуватиодну з найскладнішихзадач розробки:задачу оптимальногорозподілуфункцій міжапаратнимизасобами іпрограмнимзабезпеченням.Рішення такоїзадачі ускладнюєтьсятим, що взаємоз’язокі взаємодіяміж апаратнимиі програмнимизасобами динамічнозмінюються.

В данийчас розповсюдженатака методологія,при якій весьцикл розробкимікроконтролераподіляють натри фази:

1)аналіз задачіі вибір апратнихзасобів;

2)розробка прикладногопрограмногозабезпечення;

3)комплексуванняапаратнихзасобів і програмногозабезпечення;

Цифро-аналоговимперетворювачем(ЦАП) називаютьпристрій, щогенеруютьвихідну аналоговувеличину, якавідповідаєцифровому коду,що поступаєна вхід перетворювача.Цифро-аналоговіперетворювачівикористовуютьсядля узгодженняЕОМ з аналоговимипристроями.

Данакурсова роботаприсвяченарозробці ЦФпо заданомурівнянню. Їївиконанняподілено наетапи, коженз яких висвітлюєту частинуреалізації,яка описується.

1. ПОБУДОВАЦИФРОВОГОФІЛЬТРА

Кожнийнеперервнийсигнал, щопредставляєтьсязмінною в часінапругою,характеризуєтьсясвоїм спектромчастот. Будь-якачастота абополоса частотможе бути посилена,послаблена,виключена абовиділена фільтрацією.Фільтрація– це процесзміни спектрачастот сигнала.Прикладомфільтраціїсигналів можеслужити виключенняшумів, визванихнедосконалістюканалів передачі,розділеннядвох або більшесигналів, спеціальнозмішаних длязбільшенняпропускноїздатностіканала зв’язку,демодуляціясигналів. Будь-якийнеперервнийсигнал, спектрякого обмеженийверхніми частотами,може бутипредставленийу виглядіпослідовностісвоїх значень,що розділеніодин від одногопроміжкамичасу

Цифровийфільтр – пристрій,який дозволяєперетворитидискретизованийсигнал x(t) у іншийy(t). Це цифровасхема для зміничастотногоспектра дискретнихсигналів. Цифровийфільтр можебути реалізованийяк апаратурно,так і програмно.При апаратурнійреалізаціїнеобхіднимисхемними елементамиє перемножувачі,суматори іелементи затримки[1].

Заданорівнянняавтоматичногорегулюваннявхідного x(t) тавихідного y(t)сигналів:

(1.1).

У даномурівнянні x(t) –вхідний сигнал,який є відхиленнямвід еталонногосигналу, y(t) –керуючий сигнал,який подаєтьсяз системи регулюванняна об’єкт керування,

– стала часу,

– частота.

Дискретизаціяаналоговогорівняння полягаєв заміні безперервноївеличини їїдискретнимивідліками

(1.2) і відповіднимиперетвореннямипохідних.

Дискретизаціяпершої похідної:

(1.3).

Дискретизаціядругої похідної:

(1.4).

Звідсивипливає:

.(1.5).

Спростимовираз:

(1.6)

Здійснимозаміну:

(1.7).

Тоді:

(1.8)

при

(1.9).

Данерівняння єрекурсивнимфільтром, оскількиприсутні члениy_n-1та y_n-2.

Звідси,структурнасхема реалізаціїцифровогофільтру зображенана рис.1.1.

Рис1.1 Структурнасхема реалізаціїцифровогофільтра;

ХУ – елементимноження, DL –елементи затримки,

– суматор.

Недолікамицифрових фільтрів,які реалізованіна основі МП(наприклад,серія КР580, якавикористовується),є обмеженашвидкодія.

1.1 Побудовааналоговоїсхеми

При побудовіаналоговоїсхеми, яка відповідаєзаданомупропорційно-диференційномурівнянню (1.8)

використовуємоперетворенняЛапласа [9]:

(1.10)

Коефіцієнтпри х(р) має виддробово-раціональноговиразу, в якомузнаменник єсумою зображеньза Лапласомопорів резистора,конденсатората індуктивності( в залежностівід порядкузаданого рівняння),а чисельникє частиною цієїсуми. Вид цьогодробово-раціональноговиразу визначаєаналоговусхему.

Підставимоу рівнянняперетворенняЛапласа:

(1.11)

Отриманеалгебраїчнерівняння розв’яжемовідносно у(р):

.(1.12)

Домножимочисельник ізнаменник на

.Отримаємо:

(1.13).

А цееквівалентнорівнянню Г-подібногофільтра з Г-подібнимвходом з рівнянням

(1.14)

із відомоюсхемою (рис.1.2):

рис.1.2 Схема Г-подібногофільтру з Г-подібнимвходом

В отриманомунами виразізнаменник являєсобою опірпослідовногоколивальногокола з втратами,а чисельникє опором конденсатора,тобто аналоговасхема являєсобою послідовнез’єднаннярезистора,індуктивностіта ємності,причому вихіднанапруга знімаєтьсяз конденсатора.

Тому Z₁= Z_R+ Z_L; Z₂= Z_C(1.15),

де

(1.16).

Тут k –довільна стала.

обтосхема реалізаціїданого фільтрумає такий вигляд:

рис.1.3 Аналоговасхема, яка описуєтьсязаданим рівнянням

2. Структурнасхема МП-пристрою

Мікропроцесорнийпристій –функціональноі конструктивнозакінченийпристрій, якийпредставляєсобою схемно-конструктивнез’єднаннядекількох схем,який включаєодин або декількамікропроцесорів,призначенийдля отримання,обробки, передачі,перетвореннята керуванняінформацією.

Длямікропроцесорнихпристроївхарактернашинна структура,під якою розумієтьсяте, що всі компонентиМП - пристроюпід’єднанідо так званоїсистемної шини– набору ліній,що з’єднуютьелементи системи[1].

Структурнасхема можливоїреалізаціїпроектованогоМП-пристроюнаступна (рис.2.1).

рис.2.1 Структурнасхема МПП

де:

МП– мікропроцесор;
ПЗП– постійнийзапам’ятовуючийпристрій;
ТГ– тактовийгенератор;
ОЗП– оперативнийзапам’ятовуючийпристрій;
СК– системнийконтролер;
АЦП– аналого-цифровийперетворювач;
ЦАП– цифро - аналоговийперетворювач;
ДШП– дешифраторадрес пам’яті;
ДШВ/В– дешифраторадрес вводу/виводу.

Системнашина розділяєтьсяна три окремішини:

ШД– шина даних;
ША– шина адрес;
ШК– шина керування.

Лініїсистемної шинихарактеризуєтьсяспрямованістю(тобто хто зпристроїв євизначальнимза рівнем сигналу).Тут ШД – двоспрямована;ША – односпрямована;ШК – набір окремихліній, що маютьсвій напрям.За рахуноктого, що виводивсіх компонентМП - пристроюпід’єднанідо СШ, вони повиннімати крім станів,що забезпечуютьлогічний 0 чи1 на виході третійстан, стан звисоким вихіднимопором.

Опишемоскладові МПС.

Мікропроцесорв складі МП-пристроювиконує функції:

формуєадреси команд,
видаєкоманди з пам’яті,
їхдешифрує,
видаєдля них командипотрібні адреси,виконує надними опереції– передбаченікоманди, принеодхідностізаписує результатв пам’ять,
формуєкеруючі сигналидля обміну,реагує на можливізовнішні сигнали.

Тактовийгенераторпризначенийдля формуваннясинхроімпульсівдля роботи МПі інших пристроївМП. Синхроімпульсимають амплітуду12B, але відрізняютьсяодин від одногощільністю іє зсунуті. Крімтого мікросхемаКР580ГФ24, яка виконуєфункцію ТГ,приймає участьв прийомі тавидачі керучихсигналів СШ.

ПЗП служитьдля постійногозберіганняпотрібних данихі програм. Увипадку даногоцифровогофільтру вінзберігає програму,за якою працюєцифровий фільтр,а також постійнікоефіціенти.

ОЗП служитьдля тимчасовогозберіганняінформації,потрібної длярозрахунків.

СК виконує3 функції:

фіксаціяслова станупроцесора;
формуваннячастини сигналів,які належатьшині керуванняМПС;
буферизаціяшини даних.

Він формуєкеруючі сигналипо сигналамстану МП призверненні доЗП: RD i WR, при зверненнідо ПВВ: RDIO, WRIO, INTA. А такожзабезпечуєприйом і передачу8-розрядноїінформаціїміж каналомданихМП повиходам D7 – D0 ісистемнимканалом поDB7–DB0. Він складаєтьсяз двонаправленоїбуферної схемиданих, регістрівстану і дешифраторівкеруючих сигналів.

ППІ вданому МП-пристроїслужить дляобміну інформацієюміж МП і зовнішнімипристроямиАЦП і ЦАП. Крімтого, в складМП-пристроювходять такідопоміжніелементи, якбуферний регістрдля організаціїперериваньRST 7, окремі логічніелементи,дешифратори.

3. АлгоритмфункціонуванняМП-пристрою

3.1 СхемаалгоритмуфункціонуванняМПП
як цифровогофільтру, щовизначається
заданимрівнянням

Системаперериваньпризначенадля прийому,пріоритетноіобробки іобслуговуваннязапитів переривань.В загальномувипадку запитиперериваньможуть формуватисяпо командахпрограми, внутрішніхабо зовнішніхджерелах. Прийомі обробку програмнихі внутрішніхперериваньвиконуютьвнутрішнізасоби процесора.При проектуваннісистеми дляобробки цихперериваньнеобхіднорозробитипрограми обробкипереривань.

Реалізаціяперериваннявиконуєтьсяза допомогоюкоманди
RST N. Джерелазапитів перериваньідентифікуютьсядвома способами:

послідовнеопитування;
векторнийспосіб.

Адресикоманд JМР INТІ у таблиціпереходів длякожного запитуперериваньвизначаютьсяна основі коду,що ідентифікуєзапит, ККК укомандах RSТ Nабо САLL ADRК, щоформуютьсяджерелом запитупереривання.По команді RSТN адреси в таблиціпереходівприймаютьзначення 0000 000, 00КК, К000. Таким чином,таблицю переходіврозташовуютьз адреси 0000₁₆по адресу 003F₁₆з інтервалому 8 адрес. Привикористаннікоманди САLLADRV адреси в таблиціпереходівзадаютьсябезпосередньоадресною частиноюкоманди САLL,тому таблицяможе розташовуватисяв довільномумісці ЗП. Дляформуваннякоманд RSТ N абоСАLL ADRV V необходимизовнішньогозасоби, сопрягаемиез МП через системнушину [3].

Для прийомузапитів перериванняі формуваннясигналу перериванняМП потребуєлише регістрзапитів перериваньіз буферомсистемної шиниі схеми логічногооб'єднаннявхідних запитівпереривань.Програма опитуваннязчитує вмістрегістра запитівпереривань,опитує коженйого розряді передає керуванняпрограмамобслуговуванняпереривань.

Такийзасіб побудовисистеми перериваньдоцільний приневеличкомучислі обслуговуючихзапитів переривань,тому що засібопитуваннняпри великомучислі запитівпотребує значнихвитрат часув порівнянніз векторним.

Для реалізаціїцифровогофільтру зфункціональноюзалежністю(1.1):

(3.1)

якe врезультатідискретизаціїнабрало вигляду(1.8):

(3.2)

з вводомзначень x_n черезперериванняз RST N може бутизапропонованийнаведений нижчеалгортм.

Рис3.1 АлгоритмфункціонуванняМП – пристрою

Рис3.2 Алгоритм дляпрограми обробкипереривань

В процесіобробки запитуна переривання(яке здійснюєтьсяподачею на вхідINT мікропроцесоралогічної 1)мікропроцесорсигналом INTE=0забороняє(ігнорує) всіможливі запитита перериваннявід інших пристроїв( для даногоцифровогофільтру). Запитна перериванняможе бути тількивід одногопристрою івиконуєтьсямашинний циклпереривання,в якому виробляєтьсякеруюче словоз одиницямив INTA (підтвердженяпереривання),MI (початок машинногоциклу). W0 (записабо вивід), аMEMR=0 (читання зпам’яті). Прицьому сигналDBIN=1 (прийом інформаціїз ШД). Тобто МПчитає з ШД деякуінформацію,яка не видається,а вибираєтьсяз пам’яті чипортів. В цеймомент на ШДповинен бутикод командиRST N (для даногозавдання RST 7):

11ККК111

Для RST 7 кодбуде 111111111. Ця командаздійснює перехідна адресу 8*N. ДляRST7 це дорівнює:8*N=8*7=56₁₀=38H=00111000В.

У процесорах,побудованихна основі ВІСКР580ВК28 (КР580ВК38),можна формуватикоманду RST 7 (11111111)шляхом підключеннявиходу підтвердженняперериванняINТА ВІС до джерела+12В, що дозволяєзвертатисядо таблиціпереходів заадресою 38₁₆,по якій розміщаютьпрограмуідентифікаціїзапитів віддекількохджерел опитуванння.

При переходіна дану адресув стек записуєтьсяадреса повернення.

Необхідністьв команді EI (дозвілпереривань)зумовлена тим,що вихід INTE в станлогічної 1 (дозвілпереривань)можна перевеститільки програмнимспособом, а встан логічного0 його можнавстановити,як програмноюкомандою DI, такі апаратнимспособом.

3.2 Вибірструктурипредставленняданих

Структурапредставленняданих, які входятьв рівнянняцифровогофільтру, визначаєтьсявиходом рівнянняі розрядністюАЦП. При заданійрозрядностіАЦП – 8 розрядівта вхіднимдодатнім однополярнимсигналом, дляпредставленняx_n потрібно8 розрядів, тобтоx_n повиннийвиражатисьоднобайтовимсловом. Виходячиз цього, знайдемо,скільки розрядівзайматимерезультат y_nта y_n-1 .

Для заданогорівняння(дискретизованого)цифровогофільтру у вигляді:

коефіцієнтивизначаються:

(3.3);

(3.4)

(3.5).

Припустимо,що для констант

відведемо потри біта накожну. Їх максимальнезначення прицьому (найгіршийваріант) будедорівнювати7. Звідси, посилаючисьна (3.3) – (3.5), а₀=0,4969,b₀=0,50020, c₀=-0,006134. Мінімальнедробове числов двійковійформі, яке можерозміститисьу восьми розрядах– 2^-8₁₀=0,00290625. Якбачимо, всікоефіцієнтибільші цьогочисла, але меншіза одиницю.Візьмемо дляїх представленняодин байт (накожного).

Теперзнайдемо, скількирозрядів потрібнодля представленняy_n та у_n-1.

Так яквхідний сигналоднополярний,то нам не потрібновідводитирозряд підзнак.

Розрядністьдобутків а₀х_n,b₀y_n, c₀y_n-1 небуде перевищувати8 біт, так яккоефіцієнтиа₀, b₀, c₀ є меншіпо модулю заодиницю. Їхсума теж неперевищує 255,так як

,а с₀ менше нуля.Тоді розрядністьy_n буде дорівнюватирозрядностіx_n, тобто 8 біт.

Як буловже визначено,структурапредставленняданих буденаступною: а₀,b₀, c₀ – числаз фіксованоюдесятковоюкрапкою передстаршим розрядом,y_n ,y_n-1 та y_n-₂– цілі числаз фіксованоюдесятковоюкрапкою післямолодшогорозряду з розрядністю1 байт, х_n – цілечисло з фіксованоюдесятковоюкрапкою післямолодшогорозряду з розрядністю1 байт.

х_n

a₀

b₀

1байт

₀

y_n

y_n-1

y_n-2

Рис3.3 Структурапредставленняданих в МПП

Даніпредставлятимутьсяу вигляді масивув оперативнійпам’яті. Післяобчисленнявеличина y_nзаміщує величинуy_n-1, y_n_-1– величину
y_n-₂,а значення x_nвводиться відАЦП. Адресатаблиці – 500H. Числарозміщені упорядку наростаннязначення адреси.

4. ВибірАЦП і ЦАП

У відповідностіз критеріямиданої роботирозрядністьАЦП має бути8 біт, а ЦАП ізвизначеноговище – 8 біт.Критеріємвибору АЦП іЦАП (крім розрядності)можуть бутинаступні параметри:

часперетворення– визначаєтьсяінтерваломчасу від моментудосягненнявихідногосигналу домоменту подачіцифровогосигналу домоменту досягненнявихідним сигналомвстановленогозначення;
похибкаперетворення– найбільшезначення відхиленнязначення аналоговогосигналу відрозрахункового;
нелінійність– максимальневідхиленнялінійно наростаючоїнапруги відпрямої лінії,яка з’єднуєточкунуля і максимальноговихідногосигналу.

4.1Вибір АЦП

Перетворенняаналоговогосигналу в цифровийздійснюєтьсяза допомогоюАЦП і представляєсобою вимірювальнийпроцес, якийполягає в порівнянніаналоговогосигналу з еталонноюнапругою, значенняякої відомонаперед з великоюточністю. Врезультатіцього непнрервнезначення сигналузамінюєтьсянайближчиметалоннимзначення напруги,іншими словами,відбуваєтьсяпроцес квантуванняпо рівню.

Відомостіпро АЦП, якіможуть бутивикористанів даній курсовійроботі, зведенів таблиці 4.1:

Таблиця4.1

Мікросхема

Видперетвореня

Часпере
тво-рення,

t,мкс

К-тьвихо-дів

Похиб
канеліній-ності,%

Диф.неліній-ність,

Абс.похибка перетво-рень,%

Розрядність

К572ПВ3

К1107ПВ4

К1107ПВ2

К1113ПВ1

Послідовнихнаближень

Однократнийвідлік

Послідовнихнаближень

7,5

100

0,5;0,5

-1;1

0,1;0,1

0,75;0,75

1;1

-1;1

-0,1;0,1

-3;3

-0,1;0,1

-3;3

-0,4;0,4

[4, ст.142]

З вищенаведенихпараметрівАЦП, ми бачимо,що АЦП К1113ПВ1 маєнайменшу величинупохибок. Крімтого, це є єдиназ приведенихмікросхемфункціональнозавершена ВІС,яка міститьу своєму складікомпараторнапруг, ЦАП,РПН, джерелоопорної напруги,ГТІ, вихіднийбуферний регістрз трьома станамиа також логічнісхеми керування,чого нема уінших мікросхем,тобто її використаннядозволяє максимальноспроститисхему. Це єпослідовнийз накопиченнямАЦП послідовнихнаближень.Мікросхемапризначенадля перетворенняоднополярногоабо двополярноговхідного сигналуз представленнямрезультатівперетворенняу паралельномудвійковомукоді. Для їїексплуатаціїнеобхіднітільки дваджерела живленняі регулювальнірезистори.Виготовляєтьсяпо біполярнійтехнології,що модифікованадля суміщеногоформуванняна кристалібіполярнихтранзисторів,а також елементівінжекційноїлогіки і тонкоплівковихпрецезійнихрезисторів.Технологіядозволяє розміститив одній ВІСвелике числоцифрових елементіві виконуватианалогові вузлиз високим рівнемпараметрів.МікросхемаК1113ПВ1 випускаєтьсяу 18-виводномугерметичномуметалокерамічномукорпусі типу238.18-1 з вертикальнимрозташуваннямвиводів.

Нумераціяі призначеннявиводів:

1-9 – цифровівиходи 2-10;

10 – напругаджерела живленняU_CC1;

11 – гашенняі перетворення;

12 – напругаджерела живленняU_CC2;

13 – аналоговийвхід;

14 – аналоговаземля;

15 – керуваннязсувом нуля;

16 – цифроваземля;

17 – готовністьданих;

18 – цифровийвихід 1.

Номінальнінапруги джерелживлення: U_CC1=5Ві U_CC2=-15В.

Як і будь-якийАЦП послідовнихнаближень, данамікросхемамає наступнийпринцип роботи:після подачісигналу “Пуск”на виході найстаршогорозряду РПНз’являєтьсялогічна одиниця.На виході ЦАПз’являєтьсявідповіднанапруга. Якщоця напругаменша U_вх, то включаєтьсялогічна одиницяна виході наступногорозряду регістра,інакше ця напругазнімається.Таким методомспроб перебираютьсявсі розрядидо наймолодшого.

У ВІСК1113ПВ1 вихіднийструм ЦАПпорівнюєтьсяз струмом, якийпротікає черезвхідний резисторвід джереласигналу. Тимсамим формуєтьсялогічний сигналкерування РПН.Стабілізаціярозряднихструмів ЦАПздійснюєтьсявбудованимДОН на основістабілітронаіз закритоюструктурою.

ВключенняАЦП в режиміроботи з уніполярноювхідною напругоюпередбачаєпід’єднаннявиводу 15 до цифровоїземлі (вивід16). При цьому навиході вбудованогоЦАП задаєтьсяструм, якийдорівнює струмуцифровоговиводу 1, алемає протилежнуполярність[4,ст.150].

При роботіз уніполярноювхідною напругоюїї величинарівна 0…+10 В.

ВстановленняРПН у вихіднийстан і запускйого в режимперетворенняпроводитьсяпо зовнішньомусигналу“Гашення/перетворення”.По закінченнюперетворенняАЦП видає сигнал“Готовністьданих”, і інформаціяз РПН поступаєна цифровівиходи черезкаскади з трьомастанами.

Часовідіаграми вхіднихі вихіднихсигналів зображеніна рис. 4.1 [4]:

рис.4.1 Часові діаграмивхідних і вихіднихсигналів АЦП

Для спряженняАЦП і ЦАП з МПвикористаємопрограмованийпаралельнийінтерфейс (ППІ)КР580ВВ55. При програмномуопитуванніАЦП можнавикористовуватирежим 0 ППІ, апри вводі черезперериванняпри використаннікоманди RST N – режим0 або 1.

Режимроботи і напрямобміну з зовнішнімипристроямипрограмуєтьсякеруючимисловами. Керуючеслово режимувстановлюєрежими роботигруп А або B ірежим вводуабо виводу длякожного порта.Керуюче словопорозрядноговстановленняабо скиданняпорту С використовуєтьсядля порозрядноговводу інформаціїі для початковоговстановленнястанів окремихрозрядів портуС при йоговикористаннідля керуванняобміном в режимах1, 2.[8].

Рис4.2 Два способиреалізаціїкоманди RST 7

ЗапускАЦП (сигнал П)здійснюєтьсячерез паралельнийінтерфейсКР580ВВ55 (розряд4 каналу С). ППІвикористовуєтьсяв режимі 0, сигналГТ після інвертуванняпоступає навхід синхронізаціїтригера К155ТМ2.Коли на вході“С” відбуваєтьсяперехід відрівня логічногонуля до рівнялогічної одиниці,дані з входуD (тобто логічна“1”) передаютьсяна вхід Q, якийз’єднаний звиводом запитуперериванняINT мікропроцесораКР580ВМ80. Очевидно,що ця змінастану тригеравідбуваєтьсялише тоді, колина вході R (виводіINTE) сигнал маєрівень логічної“1”, тобто перериваннядозволено.

При виконаннімашинного циклу“Підтвердженняпереривання”в керуючомуслові, яке напочатку машинногоциклу записуєтьсяв системнийконтролер (СК),розряд INTA є рівнимодиниці, щообумовлюєформуванняодноіменногосигналу керування.Цей сигналчерез інвертор(якщо він є H –активним і безінвертора приL – активномусигналі) поступаєна вхід дозволу

буферногоелемента (БЕ)з трьома вихіднимистанами (логічні“0” та “1” і високоговихідногоопору). При

виходи БЕ повторюютьлогічні рівніна входах 0 –7. Як БЕ можутьбути використанідві мікросхемиК155ЛП11, кожна зяких має пошість входів/виходівбез інвертора.

Формуваннялогічних рівнівна входах БЕвизначаєтьсяномером N з командиRST N. Для реалізаціїкоду командиRST 7 на вході 6 повиненбути встановленийрівень логічного“0”, а на всіхінших входах– рівень логічної“1”. Цей код командиМП читає не зпам’яті, абезпосередньоз МП, в результатіякої МП переходитьдо підпрограмиобробки переривань,яка повиннабути розміщенав пам’яті адресою8*7. Крім того, привиконаннікоманди RST N навиході INTE встановлюєтьсярівень логічного“0”, який “скидає”за допомогоютригера К155ТМ2сигнал INT. Встановитисигнал INTE=1 можналише програмноза допомогоюкоманди EI (дозвілпереривання),якою повинназавершуватисьпідпрограмаобробки переривань.

При такомувикористанніБЕ реалізуєтьсялише один запитна переривання.Для реалізаціївосьмирозрядноївекторноїсистеми потрібновикористовуватишифратор (ШФ)з вісьмомавходами і трьомавиводами (КМ155ИВ1).Для простотивикористаємоперший варіантреалізації.

ПідключенняАЦП до шин МППв режимі вводуінформаціїчерез перериванняпри використаннікоманди RST 7 показанена рис. 4.3.

Рис.4.3 ПідключенняАЦП до шин МППв режимі вводуінформаціїчерез перериванняпри використаннікоманди RST 7.

4.2Вибір ЦАП

В ЦАПцифрова інформаціявводиться увигдяді паралельногоцифрового кодуперетворюваногочисла, а аналоговийсигнал на виходіє носієм інформації.

Будь-якийЦАП складаєтьсяз суматора ірезистивноїсхеми. Резистивнасхема може бутиреалізованадвояко:

наоснові зваженихрезисторів;
наоснові матриціR-2R.

Приведемопорівняльнухарактеристикудеяких восьмирозряднихЦАП (так якрозрядністьвихідногосигналу y(t) – 8біт):

Таблиця4.2

Мікросхема

Абс.похибка перетворен-ня,%

Нелінійність,%

Часвстановленнявихідногоструму, нс

К-тьвиво-дів

Часзатримкирозповсюдження

К1118ПА1

К1118ПА3

-5;5

-2;2

-0,5;0,5

-0.195;0,195

—

[4, ст. 110]

Цих двіВІС сумісніз логікою ЕСЛ.Для того, щобне ускладнюватисхему для узгодженняз ТТЛ-логікою,я використаю10-розрядну ЦАП,а лишні виводизаземлю.

ОпишемошвидкодіючийЦАП К572ПА1, якийпризначенийдля перетвореннядвійковогокоду у струм,містить 10 розряднихструмовихперемикачіві генераторструмів і побудованийна основі матриціR-2R. Ця мікросхемахарактеризуєтьсямалою споживаноюпотужністюі достатньоювихідною швидкодією(час перетвореннястановить 5мкс). К572ПА1 – ЦАПперемножуючоготипу. Поставляєтьсяв герметичномукорпусі типу201.16-8. Корпусметалокерамічний;містить 16 виводів(двохряднерозміщеннявиводів). Виконаннана КМОН – технологіїз полікремнієвимзатвором. Всклад ЦАП-авходитьпрецезійнаполікремнієварезистивнаматриця типуR-2R, підсилювачі-інвертори(ПІ) для керуванняключами, струмовідвохполярніключі, виконаніна КМОН транзисторах.

Для роботиЦАП в режиміз виходом понапрузі до ІСпідключаєтьсяДОН і операційнийпідсилювачз колом зворотньогозв’язку,яке працює врежимі з сумуваннямструмів.

Методперетворення,що використовуєтьсяв ІС К572ПА1, передбачаєсумування увідповідностідо заданогозначення двійковогокоду всіх розряднихструмів, якіє зваженимипо двійковомузаконі і пропорційнихзначенню опорноїнапруги навиводі 15.

Нумераціяі призначеннявиводів мікросхеми:

1-2 – аналоговівиходи;

3 – земля;

4-13 – цифровівходи;

14 – напругаживлення;

15 – опорнанапруга U_REF;

16 – вивідрезисторазворотньогозв’язку;

U_cc=-5,2В,U_REF=-15В, струмспоживання– 2мА.

Значенняструмів навиводах 1 і 2 врезультатіцифро-аналоговогоперетвореннявизначаютьсяза формулами:

(4.1)

,(4.2)

де

– значеннядвійковогорозряду нацифровомувиводі

- інверснезначення,

U_R– значенняопрної напруги.

Двійковийзакон розподіленняструмів зберігаєтьсяпри умові рівностівиходів 1 і 2. Цезабезпечуєпідключеннювиводу 1 доінвертованоговходу ОП, якийвключений уланцюг зворотньогозв’язку.Неінвертованийвхід ОП з’єднуєтьсяз виходом 2 ізшиною аналоговоїземлі. При цьомуздійснюєтьсяперетворенняструму на виході1 на пропорційнуйому напругуна виході ОП.Резистор зворотньогозв’язкувизначає значеннякоефіцієнтазначення перетворенняі напругу укінцевій точцішкали.[4, ст.50]

При появіна одному звиходів ЦАПнапруги високогорівня струмвідповідноїгілки резистивноїматриці поступаєна вихід 1, а приподачі низькогорівня – на вихід2. Для досягненнястабільностіосновних параметрівперетворенняпри впливізовнішніхдестабілізуючихфакторів домікросхемипідключаютьрезистор зворотньогозв’язку.В ЦАП КР580ПА1 вінможе бути розміщенийвсерединімікросхемиабо підключатисяззовні,

При вживанніджерела опорноїнапруги

з використанняпідключеннярезисторазворотньогозв’язку,розміщеногона кристалі,крок квантуваннямікросхемискладає 10мВ. Врежимі однополярногосигналу вихіднанапруга визначаєтьсяза формулою:

,тобто зв’язокміж вихідноюнапругою ідвійковим кодомє таким:

000…000

000…012^-8U_REF

100…002^-1U_REF

111…11(1-2^-8)U_REF_.

U_REFпо окремихгілках задаєзначення струму.

Варіантсхеми підімкненняЦАП до МП пристрою,який забезпечуєуніполярнийвихід, зображенийна малюнку:

Рис.4.4 Схема підімкненняЦАП до МПП

В данійсхемі конденсаториС1, С2, С3 використовуютьсядля знищеннязавад у ланцюгах.В якості С2 іС3 можуть виступати
К520-24, а в якостіС1 – КМ-56-П33. Длязахисту виводів1 і 2 ЦАП від випадковогопопаданнявід’ємноїнапруги їхпідключаютьчерез обмежувачіна діодах Шоткі(наприклад, цеможе бути мікросхемаКД514А).

Для нормальноїроботи ЦАПвикористовуютьзовнішні елементи:ІОН, струмозадаючийрезистор, конденсаторчастотноїкорекції, резисторкомпенсаціїзміщення нуля.

5. Програмавводу інформації
через АЦПі виводу черезЦАП

Для спряженняАЦП і ЦАП з МПдоцільно використатипрограмованийпаралельнийінтерфейс (ППІ)КР580ВВ55. При програмномуопитуванніАЦП можна використатирежим 0 ППІ, апри вводі черезпереривання- режим 0 або 1. Взалежностівід значеньрозрядів керуючогослова 4, 3, 1, 0 можливі16 різних комбінаційсхем вводу/виводу.При вводі інформаціявід зовнішніхпристроїв незапам’ятовуєтьсяв регістраїпортів, а передаєтьсябезпосередньона шину данихпо сигналучитання навході

.Інформаціяна входах портівповинна бутивстановленадо появи сигналучитання і зберігатисьпісля йогозакінчення.ППІ в режимі0 використовуєтьсядля побудовипрограмнихканалів вводу/виводуз обслуговуваннямпо програмі.[8]

Так якввід/вивідздійснюєтьсяза допомогоюпаралельногоінтерфейсу,то для проведенняданої операціїтреба ініціалізуватиКР580ВВ55. Керуючеслово виглядаєтак:

Рис.5.1 Керуюче словоініціалізаціїППІ

Виберемонаступні адресипортів:

А – А0Н;

В – A1H;

С – A2H;

РКС –A3H.

Керуючеслово заноситьсяв РКС такоюпослідовністюкоманд:

MVI A, 90H

OUT 0A3H

Операціявводу:

IN 0A0H; ввідз каналу А

STA 500Н; вивідпо адресі XN значенняx_n

Операціявиводу:

LDA 504Н;ввідв акумулятор8-розрядів Yn зкомірки YN

OUT 0А1H;вивідв канал В;

Розряд4 каналу С керуєроботою АЦП(до нього підключенийвивід АЦП“гашення/перетворення”).

Тодігашення програмуєтьсятак:

MVI A ,9H ;вивідв С4 одиниці

OUT 0A2H

Перетворенняпрограмуєтьсятак:

MVI А, 8H ;вивідв C4 нуля

OUT 0A2H

Як вжебуло зазначено,коефіцієнтиа₀, b₀, C₀ тазмінні x_n, y_n-1,y_n-2, y_n представляютьсяу пам’яті увигляді таблиціз початковоюадресою 500H.

Програмноце реалізованотак:

ORG 100H

MVI A, 90H

OUT 0A0H

MVI A, a0

STA 501H

MVI A, b0

STA 502H

MVI A, c0

STA 503H

LXI SP, 4FFH

;занесеннякоефіцієнтуа₀

;занесеннякоефіцієнтуb₀

;занесеннякоефіцієнтуc₀

6. Програмацифрової обробкиінформації.

АналізуючиалгоритмфункціонуванняМП–пристрою,ми бачимо, щонам потрібновикористовуватитакі операції:

множенняоднобайтовогослова на однобайтове;
додованняоднобайтовихслів (цеможна здійснитиза допомогоюкоманди ADD).

В [2] наведеніготові програмидля здійсненняцих операцій.

1. Множенняоднобайтовихчисел без знаку:

	B
*
	A


H	L

MULL88:

Z1:

Z2:

LXIH, 0

MVID, 0

MVIC, 8

DADH

RLC

JNCZ2

DADD

DCRC

JNZZ1

RET

Коефіцієнтиа₀, b₀, c₀в пам'ятізберігаютьсяу вигляді модуля.

Основнапрограма враховує,що c₀ є від'ємний.

Користуючисьалгоритмомпрограми обробкиперериванняі вищесказаним,програма обробкиперериванняна мові асемблерубуде (воназберігаєтьсяза адресою8*7)[8]:

OP:

PUSHH

PUSHPSW

IN0A0H

LDA500H

SHLDXNI

MVIA, 9H

OUT0A2H

POPPSW

POPH

RET

;заборонапереривань

;Ввідв програмурозрядів X0

;гашеннярезультату

;Дозвілпереривання

Основнапрограма, заалгоритмом,починаєтьсяз ініціалізаціїмікросхемиK580ВВ55 для обмінуз ЦАП і АЦП, післятого АЦПвстановлюється(після гасіння)в режим перетвореннявхідного сигналу.Далі іде циклічнийпідрахунокі виведеннярезультату.

Основнапрограма:

START:

ORG100,H

MVIA, a0

STA501H

MVIA, b0

STA502H

MVIA, c0

STA503H

LXISP, 4FFH

MVIA, 90H

OUT0A3H

MVIA, 9H

OUT0A2H

MVIA, 8H

OUT0A2H

LDA500H

MOVB, A

LDA501H

CALLMULL88

STA504H

LDA505H

MOVB, A

LDA502H

CALLMULL88

LDA504H

ADDH

STA504H

LDA503H

MOVB, A

LDA506H

CALLMULL88

LDA504H

SUBH

STA504 H

LDA505H

STA506H

LDA504H

STA505H

LDA504H

OUT0A1H

MOVA, 8H

OUT0A3H

JMPSTART

HLT

; занесенняв пам’ятькоефіцієнтів

; ініціалізаціяППІ

; запускАЦП

;занесенняв програмуx_n

; занесеннякоефіцієнтуа₀

; визначенняa₀*x_n

; занесенняв комірку дляy_n

; занесенняв програмузначення y_n-1

; занесеннякоефіцієнтуb₀

; визначенняb₀*y_n-1

; додаванняb₀*y_n-1 іа₀*х_n

; занесенняв комірку дляy_n

; занесеннякоефіцієнтус₀

; занесенняв програмузначення y_n-2

; визначенняс₀*y_n-2

; визначенняb₀*y_n-1 + а₀*х_n- с₀*y_n-2

; занесенняв комірку дляy_n

; занесенняy_n-1 в коміркудля y_n-2

; занесенняy_n в коміркудля y_n-1

; вивідрезультату

; вивідлогічного 0в розряд С4 для
; дозволуперетворенняАЦП

; перехідна початок

6.1 Оцінкаверхньої граничноїчастоти фільтру

Оцінкупроводимо зточки зорунайнижчоїшвидкодіїфільтру. В процесівиконанняпрограми виконується:

підпрограмаобробки переривань(ОР)
підпрограмамноження (3 рази)(MULL88)

Кількістьтактів, за яківиконуєтьсяпрограма, зведенів таблицю:

Таблиця6.1

Назва програми	Кількістьтактів, необхіднихдля виконнаняпрограми	Числовиконань даноїпрограми заодин цикл	Кількістьтактів, за циклвиконанняпрограми
Основнапрограма	400	1	400
MULL88	95	3	285
OP	108	1	108

Кількістьтактів длявиконаннякожної командивзято з [6].

Формулюваннятеореми Котельникова:

будь-якийсигнал, якиймає скінченийспектр, можебути без втратперетворенийу цифрову формуі потім відтворенийза відлікамицього дискретногосигналу приумові:

(6.1)

Для виконанняпрограми необхідновсього тактівN=793. Для максимальноїчастоти f=2.5МГцдля МП KР580ВМ80,частота видачіінформаціїf_вид=2,5МГц/793=3152,6Гц

За теоремоюКотельникова,верхня граничначастота дляфільтра складає

f_верхнє= f_вид /2=3152,6/2=1576,3Гц(6.2)

7.Опис фрагментупринциповоїсхеми
реалізаціїсистемногоконтролера.

СистемнийконтролерКР580ВВ28 виконуєтри функції:

фіксаціяслова станупроцесора;
буферизаціяшини даних;
формуваннячастини сигналів,які належатьшині керуванняМПС (при зверненідо ЗП –

і
,при зверненідо пристроїввводу/виводу-
і
,
).

Системнийконтролерскладаєтьсяз двонаправленоїбуферної схемиданих, регістрастану, і декодуючоїсхеми.

Восьмирозряднапаралельнатристабільнабуферна схемаданих приймаєінформаціюз канала данихМП по виводамD7 – D0 і передаєв регістр стануінформаціюстану, на системнийканал данихпо виводам DB7– DB0 видає даніу циклі записупо сигналу

.В циклі читанняпо сигналу

запереченнябуферна схемаприймає даніз системногоканалу по виводамDB7 – DB0 і передаєпо виводам D7 –D0 на канал данихмікропроцесору.

Регістрстану по вхідномусигналу

фіксує інформаціюстану МП в тактіТ1 кожного машинногоциклу МП.

Декодуючасхема формуєодин з вищепереліченихсигналів керування.Асинхроннийсигнал

керує видачеюданих з буферноїсхеми і керуючихсигналів здешифратора:при наявностінизького рівняна вході

буферна схемапередає даніі формує одинз керуючихсигналів; принапрузі високогорівня всі виходимікросхемипереходятьу високоімпенданснийстан. Напругависокого рівняна вході

переводитьвиходи

у пасивний стан(напругу високогорівня) і блокуєпередачу інформаціїчерез буфернусхему даних.

Керуючісинали

формуютьсяв циклі записупо сигналу

При роботіз МП КР580ВМ80Асистемнийконтролер уциклі підтвердженнязапиту перериванняформує трисигнали

для прийомутрьох байтівкоманди CALL відконтролераперериваньКР580ВН59 [7].

В невеликихмікропроцесорнихсистемах вихід

мікросхемиКР580ВК28 можнапід’єднатидо напруги +12Вчерез резисторопору
1 кОм. Підчас дії сигналаRC буфернасхема данихмікросхемиформує кодкоманди RST7 і передає наканал данихМП. Таким чином,мікромхемазабезпечуєєдиний векторперериваньз номером 7 бездодатковихкомпонентів.

Основніпараметримікросхемизведені у таблицю:

Таблиця7.1 ПараметриКР580ВК28

Параметр

Значення

Вихіднийструм високогорівня

Вихіднанапруга високогорівня на виходахD0-D7

Струмспоживання

Вхіднаємність

Довжинасигналу

Часвстановленнясигналів

відносно сигналаRC

Час затримкиінформаціїна виходахDB0-DB7

Часзбереженняінформаціїна виходахDB0-DB7

Часвстановленняінформаціїна виходахDB0-DB7

Часвстановленнявхідноїінформаціїна виходахD0-D7 відносно RCв режимі читання

-10мкА

3,6В

140мА

12пФ

22нс

40нс

30нс

20нс

30нс

45нс

Структурнасхема системногоконтролеразображена нарис. 7.1.

Рис.7.1Структурнасхема системногоконтролераКР580ВВ28

Рис.7.2 Схема підкдюченняКР580ВВ28 до МПКР580ВМ80А

Описвиводів мікросхеми:

Таблиця7.2

Вивід

Позначення

Типвиводу

Функціональнепризначення

5,7,

9,11,

13,16,

18,20

6,8, 10,

12,15, 17,

19,21

DB4,DB7,

DB3,DB2,

DB0,DB1,

DB5,DB6

D4,D7, D3,

D2,D0, D1,

D5,D6

GND

U_cc

вхід

вихід/

вхід

вхід/

вихід

—

вхід

вихід

вхід

Стробуючийсигнал стану

Підтвердженнязахвату

Видачаінформації

Прийомінформації

Каналданих системи

Каналданих мікропроцесора

Загальний

Управлінняпередачеюданих і видачеюсигналів

Підтвердженнязапиту переривання

Читанняз ЗП

Читанняз ПВВ

Записв ЗП

Записв ПВВ

Напругаживлення +5В

висновок

Отже,цифровіфільтри маютьряд перевагнад аналоговими:

1)нечуттєвістьхарактеристикфільтра дорозкидуванняпараметрівелементів, щоу нього входять,їх часових татемпературнихдрейфів;

2) малірозміри і високанадійністьфільтрів, пов’язаніз використаннямВІС;

3) легкістьзміни параметріві характеристикцифровогофільтру черезмодифікаціюпрограми ікоефіцієнтів;

4) можливістьреалізаціїфільтрів іззмінними впроцесі роботипараметрами.

Рівнянняданого цифровогофільтру є дужепросте якдля розв’язку,так і для реалізації.Проте, яквидно з приведеноїоцінки верхньоїграничноїчастоти фільтру,вона не єдостатньовисокою.На неї впливає,по-перше, низькатактова частотаМП КР580ВМ80,а, по-друге, великакількістьрядків програми.Це частковопояснюєтьсявідсутністюоперації множенняв МП КР580ВМ80.

Крімтого, недолікомЦФ є те, що кінцевийчас перетвореннясигналу задопомогою АЦПі ЦАП і особливочас, який необхіднийдля програмиобчислення

,обмежують знизуперіод

між сусіднімизамірами вхідногосигналу і значеннямивихідного. Цев свою чергуобмежує верхнюграничну частотусигналу

,фільтраціяякого може бутипроведена.

Такяк задана розрядність(8) дорівнюєрозрядностіМП КР580ВМ80,то це не створюєніяких ускладненьдля розв’язкупоставленогозавдання.

Списоклітератури

АлексенкоА. Г., ГалицинА. А., ИванниковА. Д. Проектированиерадиоелектроннойапаратуры намикропроцессорах:програмирование,типовые решения,методы отладки.М.; Радио и связь,1984.
МайоровВ. Г., ГавриловА. И. Практическийкурс программированиямикропроцессорныхсистем. М.;Машиностроение,1989.
КорячкоВ. П. Микропроцессорыи микроЭВМ врадиоэлектронныхсредствах;Учеб. Для вузовпо спец. ‘Конструированиеи технологиярадиоэлектронныхсредств.’ М.;Внеш. Шк, 1990.
ФедорковБ. Г., Телец В. А.МикросхемыЦАП и АЦП:функционирование,параметры,применение.М; Енергоатомиздат,1990.
КоффонД. Техническиесредствамикропроцессорныхсистем; Практическийкурс. Пер. с англ.М.; Мир, 1983.
Програмноеобеспечениемикропроцессорныхсистем. СправочникС.Д. Погорелый,Т.Ф.Слободянюк,Києв, “Техника”,1989.
ПолупроводниковыеБИС запоминающихустройств;СправочникВ. В. Баранов,Н. И. Бекин, А. Ю.Гордунов идр.: Под ред. А.Ю. Гордоноваи Ю. Н. Дьякова.М.; Радио и связь,1987.
Проектированиемикропроцессорнойэлектронно-вычислительнойаппаратуры:справочникВ. Г. Артюхов,А. А. Будняк, В.Ю. Лапий и др.К.; Техника, 1988.
Г.Деч Руководствопо практическомуприменениюпреобразованийЛапласа, М. 1964.

додатки

MVIA ,91H - вивідв С4 одиниці

OUTFBH - вивідв С4 одиниці

MVIА, 8H вивід в C4 нуля

OUTFBH вивід в C4 нуля

Післяцього АЦП приступивдо перетвореннявхідного сигналув цифровий код.По закінченні

перетворенняМП переходитьдо програмиобробки перетворешія.в якій послідовновводиться 2байти Хn;

INF8H;ввідз каналу А

STAXNL;вивідпо адресіXNL - молодшогобайту Хn

INFAH;ввідз каналу С

ANI03Н

STAXNH;вивід по адресіXNH - адреси старшоюбайту Хn

операціявиводу виглядаєпростіше:

LDAYN1; ввід в акумулятор8-розрядів Yn зкоміркиYN1

OUTF9H; вивід в каналВ;

LDAYN2; ввід вакумулятор2-х молодшихрозірядівYN3,YN2

;(iншiзанулені крімС4) OUT FBH

Передача(двох) 2-х молодшихрозрядів Yn,окремо зумовленатим, щоб буланайменша похибкау вихідномусигналі оскилькиAЦП виводитьінформаціюшвидко. Передача2-х. старшихрозрядівYn окремо викликалаб (значну похи6ку)стрибок вихідноюсигналу.

6.Програмацифрової обробкиінформації.

Яквидно зі схемиалгоритмифункціонуванняNМП-пристрою,програма цифровоїоброб-ки iнформаціїповинна неодноразововиконуватитакі операціїяк :

1)множення 2-байтвохчисел на однобайтові;

2)додавання 2-хбайтових чисел.

Дляцього можнавикористатиготові програми[2] ПП множенняцилих чиселбез •знаку 16*8:

D		E
*
		A


A	H	I

DMULT:

NXBIT:

NOADD:

LXI Н, 0H

MVI С, 08Н

DAD H

RAL

JNC NOADD

DAD D

AСІ 0

DCR С

JNZ NXBIT

RET

ППдодаваннядвобайтовихчисел:

	B	С
+
	адрHL+1	адрHL


	адрHL+1	адрHL

PLUS:

MOV A, C

ADD M

MOV M, A

MOV А, В

INX H

ADC M

MOV M, A

DCX H

RET

Виходячи,що з умови завданнявхідний сигнал- двополярний.то потрібноорганізуватиоперацію множення2-го числа наоднобайтовезі знаком. Оскількивхідний сигналпредставле-нийяк 10-ти розряднийзі знаком, а єможливістьвикористатиПП множенняDMULT чисел16*8 біт знаку,то при множеннібудемо подаватияк ціле додатнєчисло, за модулемрівне. В па-м'ятібудемо зберігатив такому форматі:

байтXNH												байтXNL
D₁₅							D₈	D₇								D₀
	0	0	1	0	0	0	.	.	.	.	.		.	.	.	.

модульX_n

(адр.XNH=адр.XNH1)

ЗАЦП X_nподається утакому вигляді:

111…11+U_max

100…000

000…00-U_max

Дляприведенняцього форматупотрібно:

1)коли X₉=0то проінвестуватирозряди X₀

X₉;D₁₅=1

2)коли X₉=1то D₁₅=0;X₉=0

Користуючисьалгоритмомпрограми обробкиперериванняі вищесказаним,програма обробкиперериванняна мові асемблерубуде:

OP:

M1:

M2:

PUSH H

PUSH PSW

LHLD XNL

SHLD XNLP

IN F8H

MOV L, A

IN FAH

ANI 03H

MOV H, A

ANI 02H

JZ M1

MOV A, H

ANI 010

MOV H, A

JMP M2

MOV A, L

CMA

MOV L, A

MOV A, H

CMA

MOV H, A

SHLD XNI

MVI A, 9H

OUT FBH

POP PSW

POP H

RET

Занесенняколишньогозначення X_nв комірку пам’ятідля X_n-1

Ввід в програмурозрядів X0

Ввід з каналуCрозрядів
X₈,X₉числаX_n

Визначенняумови:
чи X₉=0

Корекціястаршогобайту
додатковогоX_n

Корекціявід’ємногоX_nдо прийнятогоформулою X_n

Запис Xnу комірку пам’ятіXNI і XNH

Вивід уканал CрозрядC4=1 длягашення результату

Дозвілпереривання

Основнапрограма повиннафункціонуватипо алгоритму,наведеномувище. Виникаєтільки проблемаузгодженняінформації(кодів) представленнячисел з АЦП впам'яті длявиводу на АЦП(а вони всі різні).Для представленняY_n в пам'яті,виберемо тойже формат, щоі для Х_n (таксамо і Х_n-1).Коефіцієнтиа₀, а₁, b₁ впам'яті зберігаютьсяу вигляді модуля.

Основнапрограма враховує,шо а1, є від'ємний.В основнійпрограми будутьвикористаніще дві програми:

1) ППпереводу 2-хбайтового числав доповненийкод (для спрощенняоперації додавання)

DOP:

MOV A, H

СМA

MOV H, А

MOV A, І

СМА

MOV L, A

INX H

RET

2)ПП множеннячисел зiзнаком, якавикористовуєПП DMULT (множеннячисел без знака)

MOV C, A

MOV A, H

JP ML

MVI B, 1H

ANI 7FH

MOV H, A

JMP MM

MVI B, 0H

XCHG MM

MOV A, C

CALL DMULT

MOV L, H

MOV H, A

MOV A, B

RET

Множникз регістру Азаноситьсяв
регістр Сдля зберігання

Чи виконуєтьсяумова, що множене
в(HL)є позитивнечисло

B=1означає щомножене (в HL)є від’ємне

Корекціямноженого домодуля

Числа

B=0 означає,що множене(в HL)є додатнє

Обмін DEHL

Занесенняв регістр Амножника зрегістру С

Множеннячисел без знаку(16*8)

Корекціярезультату(добутку)
доцілого числа

Ознаказнаку множеногов А=1 – від’ємне
А=0додатнє

Основнапрограма починаєтьсяз ініціалізаціїмікросхемиK580ВВ55 для обмінуз ЦАП і АЦП, післятогоАЦП встановлюється(післягасіння) врежим іперетвореннявхідного сигналу.Далі іде циклічнийпідрахунокі виведеннярезультату.

Основна програма.

M00

MVI A, 91H

OUT FBH

MVIA, 9H

OUTFBH

MviA, 8H

OUTFBH

LHLDXNPL

LDAAl

CALLMN

JNZM3

CALLDOP

SHLDAXNP

LHLDYNPL

LDAB1

CALLMN

JZM4

CALLDOP

SHLDBYNP

LHLD XNL

LDA A0

CALL MN

JZ M5

CALL DOP

MOV B, H

MOV C, L

I.XI H, AXNP

CALL PLUS

LDA BYNP

MOV C, A

LDA BYNP+ 1

MOV B, A

CALL PLUS

LHLD AXNP

MOV A, H

ANI 7FH

CMA

MOV H, A

MOV A, L

CMA

MOVL, A

ініціалзаціяВВ355

запускАЦП

занесенняв HL значенняX_n-1в коміркупам’яті

занесенняв аккумуляторбайту а₁з пост. комірки

множенняа₁* X_n-1

перевіркачи X_n-1був від’ємним

перетворенняа₁* X_n-1в доповнюючийкод

записдобутку а₁* X_n-1в пам’ятьдля зберігання

занесенняв HL значенняY_n-1в пам’ять

занесенняв регістр Абайту числоb1з пам’яті

множенняb1*Y_n-1

перевіркачи Y_n-1було додатнє

перетворенняb1*Y_n-1в доповнюючийкод

запис добуткуb1*Y_n-1в пам’ятьдля зберігання

записв HL значенняX_nз коміркипам’яті

запис ваккумуляторбайт коеф.

множенняа₀*X_n

перевіркачи X_nбув додатній

перетворенняв доповнюючийкод

значеннядобутку а₀*X_nв доповнюючому
кодів регістровупару BC

занесенняв HL, добуткуа₁*X_n-1в доп. Коді

а₀*X_n+ а₁*X_n-1результат вМ; М+1

занесенняв регістровупару BC b₁*Y_n-1

додаванняb₁*Y_n-1результатуY_nв доп. Коді

Y_nHL (результатбув в комірцідля а₁*X_n-1)

ПеретворенняY_n(який знаходитьсяв доп. Коді)

в код длявиводу на ЦАП

M15

M16

M10

M11

M12

LDAAXNP+l

JP M15

MOV B, H

MOV C, L

JMP M16

LDA AXNP

MOV C, A

LDA AXNP+l

MOV B, A

MOV A, C

STA YNPL

MOV A, B

STA YPPH

MOV A, L

ANI 01H

JzM7

MVI A, 07H

JMP M8

MVI A, 0CH

OUT FBH

MOV A, L

ANI 02H

JZ M9

MVI A, 0FH

JMP M10

MVI A, 0EH

OUT FBH

MOV A, L

ANI FCH

MOV L, A

MOV A, H

ANI 01H

ADD L

MOV L, A

MOV A, H

JM M 11

MVI A, 02H

ADD L

JMP M12

MOV A, L

0UT F9H

MVI A, 08H

OUT FB

JMPM0

ПеретворенняY_nв код у якомузначення Y_nзберігаєтьсяв пам’яті

Занесеннязначення Y_nв коміркупам’ятідля Y_n-1

Вивід врозряд C6каналуС молодшогорозряду Y₀результатуY_n

Вивід врозряд C7каналуС молодшогорозряду Y₁результатуY_ni

Вивід вканал BрозрядівY₂…Y₉результатунаступнимчином

Y₈B0

Y₉B1

Y₂B2

Y₃B3

………………

Y₇B7

Вивід логічного0 розряд С4 каналуС для дозволуперетворенняАЦП

перехідна початок

Множенняоднобайтовихчисел

MULL88:

NXBIT:

NOADD:

MVI B, 0

MVI E, 8

MOV A, C

RAR

MOV A, C

DCR E

MOV A, B

JNC NOADD

ADD D

RAR

MOV B, A

JMP NXBIT

Додаванняцілих 8-розряднихзі знаком [2,222]

ADSIG

M2:

MUSIG

MVI C, 02H

MOV A, D

ANA A

JM M1

DCR C

MOV B, A

MOV A, E

ANA A

JM M1

ADD B

JM M4

MOV A, C

XRA D

ANI 80H

PUSH PSW

MOV A, C

ANI 7FH

MOV C, A

MOV A, D

ANI 7FH

MOV D, A

CALL MUL88

POP PSW

ORA B

RET

Перевіду доповнюючийкод (в DE)

CMPL

MOV A, D

CMA

MOV D, A

MOV A, E

CMA

MOV E, A

INX D

RET

В силунаведенихпорівнянь мибачимо, що мікросхемаК572ПВ3 краща зточки зорушвидкодії.Тому ми будемвикористовуватидану мікросхему.К572ПВ3 виконанапо технологіїКМОН, випускаєтьсяу 18-вивідномукорпусі звертикальнимрозміщеннямвиводів. Крімтого, дана АЦПмістить у своємускладі ГТІ,компараторнапруг, буфернийрегістр з трьмастанами (0, 1, високийімпенданс),РПП, ЦАП, логічнісхеми керуванняі синхронізації,чого немаютьу своєму скдадіінші перерахованімікросхеми.Вона побудованатаким чином,що АЦП забезпечуєосновні умовиспряження зМП:

довжинацифровогослова на виходіперетворювачавідповідаєдовжині словабазових типівВІС МП;
керуванняйого роботоюздійснюєтьсябезпосередньосигналами відМП з мінімальнимиапаратнимиі програмнимизатратами;
часовіхарактеристикиАЦП добреспівпадаютьз часовимихарактеристикамибільшостівВІС МП;
цифровівиходи перетворювачадопускаютьпряме підключеннядо вхіднихпортів і шиниданих МП.

Логічнісхеми керуванняі синхронізаціїрегламентуютьвесь процесперетворенняі узгодженняАЦП з зовнішнімипристроями.ГТ обслуговуєпроцес перетворенняі обміну даними.Ддя роботи АЦПпотрібно ІОН,однополярнеживлення тадекільна регістрів.

U_cc=4,75-5,25.Робоча тактовачастота генератора500 кГц задаєтьсязовнішнімиRC елементами.

Номераціяі опис виводів:

1-3 – цифровівиводи 4-2;

4 –цифровийвивід 1;

5 – вивідстану

;

6 – вхідкеоування

;

8 – вхідтактуванняCLK;

9 – цифроваземля DGND;

10 –напругаджерела живленняU_cc;

11 –опорнанапруга U_REF;

12 – вхідзміщенняхарактеристикBOFS;

13 – аналоговийвхід U_LEF;

14– аналоговаземля AGND;

15 – цифровийвхід 8;

16-18 – цифровівиходи 7-5.

МікросхемаАЦП здатнапрацювати звнутрішнімтак і зовнішнімГТІ.

АлгоритмперетворенняАЦП реалізуєтьсяза допомогоюрегістра послідовнихнаближень, якийвключає регістерзсувів і регістрапам’яті наRS-тригерах. Вньому виконуєтьсяоперація порозрядногозсуву логічноїодиниці у напрямкувід старшихрозрядів домолодших, збереженнярезультатуперетворенняі порозрядногозапису стануКН припорівняннівхідної аналоговоїнапруги АЦПз напругою навиході ЦАП.

Логічнісхеми керуванняі синхронізаціїрегламентуютьвест процесперетворенняі узгодженняАЦП з зовнішнімипристроямиз їх допомогоюпри появі зовнішніхсигналів

формуютьсясигнали внутрішньогокеруваня: скидання,початок перетворення,управліннябуферним регістромі вихіднимсигналом

По сигналускидання АЦПвстановлюєтьсяу вихіднийстан, при якомув РПП записанийкод 10…00. По сигналупочатку перетвореннязапускаєтьсявнутрішнійасинхроннийГТІ, який обслуговуєпроце перетворенняі обміну даними.

При часовомуспівпадіннівище перерахованихсигналів формуєтьсясигнал керуваннярегістром злогікою на тристани.

ВнутрішнєГТІ побудованетаким чином,що по сигналузапуска першийвід’ємнийперепад тактовогоімпульса встановлюєстарший розряду відповіднийстан, післячого без додатковихчасових витратпочинаєтьсяобробка інформаціїу другому розрядіі т.д..

ЧасовіхарактеристикиІС:

часвстановленняАЦП у початковийстан – 2 мкс;
часзатримки зчитуванняданих – 120 нс;
часзатримки скидуванняданих – 80 нс.

7 10 7 10 7 10 16 13 17 17 16 16 13 17 17 16 16 13 17 17 5 5 10 17 13 5 13 5 17 16 5 7 4 5 5 4 5	M00: M0: M3: M4: M5:	MVI A,90H OUT0A3H MVI A,9H OUT0A3H Mvi A,8H OUT0A3H LHLDYNP2 LDA C0 CALLMULL88 CALLCMP SHLDCYNP LHLDYNPL LDA B0 CALLMULL88 CALLCMP SHLDBYNP LHLDXNL LDA A0 CALLMULL88 CALLCMP MOV B,H MOV C,L LXI H,CYNP CALLADSIG LDABYNP MOV C,A LDABYNP + 1 MOV B,A CALLADSIG LHLDCYNP MOV A,H ANI7FH CMA MOV H,A MOV A,L CMA MOV L, A		;ініціалзаціяВВ355 ;запускАЦП ;занесенняв HL значенняY_n-2 в коміркупам’яті ;занесенняв аккумуляторбайту а₁ зпост. Комірки ;множенняc₀ * Y_n-2 ;перетворенняc₀ * Y_n-2 в доповнюючийкод ;записдобутку c₀ Y_n-2 в пам’ятьдля зберігання ;занесенняв HL значенняY_n-1 в пам’ять ;занесенняв регістр Абайту числоb0 з пам’яті ;множенняb0Y_n-1 ;перетворенняb0Y_n-1 в доповнюючийкод ;записдобутку b0Y_n-1в пам’ять длязберігання ;записв HL значенняX_n з коміркипам’яті ;записв аккумуляторбайт коеф. ;множенняа₀X_n ;перетворенняв доповнюючийкод ;значеннядобутку а₀X_nв доповнюючому ;кодів регістровупару BC ;занесенняв HL, добуткуc₀Y_n-2 в доп. коді ;а₀X_n+ c₀Y_n-2 результатв М ;занесенняв регістровупару BC b₀Y_n-1 ;додаванняb₀Y_n-1 результатуY_n в доп. коді ;Y_n HL (результатбув в комірцідля c₀Y_n-2) ;ПеретворенняY_n (який знаходитьсяв доп. коді) ;вкод для виводуна ЦАП
13 10 5 5 10 13 5 13 5 5 13 5 13 5 7 10 7 10 7 10 7 10 5 7 5 5 7 4 5 5 10 7 4 10 5 10 7 10 10	M15: M16: M7: M10: M11: M12:	LDAAXNP+l JP M15 MOV B,H MOV C,L JMPM16 LDACYNP MOV C,A LDACYNP+l MOV B,A MOV A,C STAYNPL MOV A,B STAYPPH MOV A,L ANI01H JZ M7 MVI A,07H JMP M8 MVI A,0CH JMPM10 MVI A,0EH OUT0A3H MOV A,L ANIFCH MOV L,A MOV A,H ANI01H ADD L MOV L,A MOV A,H JM M11 MVI A,02H ADD L JMPM12 MOV A,L 0UT0A2H MVI A,08H OUT0A3H JMP M0		;ПеретворенняY_n в код у якомузначення Y_n;зберігаєтьсяв пам’яті ;Занесеннязначення Y_nв комірку пам’ятідля Y_n-1 ;Вивідв розряд C6 каналуС молодшогорозряду Y₀;результатуY_n ;Вивідв канал B розрядівY₂…Y₉ результату;наступнимчином ;Y₀ B0 ;Y₁ B1 ;Y₂ B2 ;Y₃ B3 ;……………… ;Y₇ B7 ;Вивідлогічного 0розряд С4 каналуС для дозволу;перетворенняАЦП ;перехідна початок
Назва програми			Кількістьтактів, необхіднихдля виконнаняпрограми		Числовиконань даноїпрограми заодин цикл	Кількістьтактів, за циклвиконанняпрограми
Основнапрограма			717		1	717
MULL88			95		3	285
OP			108		1	108

МЕТАРОБОТИ

Виконаннякурсової роботимає замету;

• поглибленнятеоретичнихзнань технічнихі програмнихзасобів мікропроцесорнихпристроїв(МПП);

• розвитокнавиків самостійноїрозробки загальноїструктури МППз аналого-цифровимі цифро-аналоговимперетвореннямінформації,побудови принциповихсхем окремихвузлів пристрою,розробки тавідлагодженняпрограмногозабезпеченняна мові асемблерумікропроцесора(МП) КР580ВМ;

• набуттянавиків роботиз технічноюта довідниковоюлітературоюз питань реалізаціїряду вузлівМПП, виборуаналого-цифровогоі цифро-аналоговогоперетворювачів(АЦП і ЦАП), використаннястандартнихпідпрограмз прикладногопрограмногозабезпеченняМП КР580ВМ80,

Курсоваробота повиннасприяти закріпленнюі узагальненнюзнань, отриманихстудентом налекційних ілабораторнихзаняттях,застосуваннюцих знань докомплексноговирішенняконкретноїінженерноїзадачі.

Однієюз основнихвимог до темикурсової роботиє її комплексність,тобто розв'язаннявзаємно зв'язанихміж собою питань.Разом з тим ряддеяких питаньтеми повиннібути розробленібільш детальнона основі загальноговирішеннязадачі.

ЗАВДАННЯДО КУРСОВОЇРОБОТИ

Розробитикомпонентитехнічногоі програмногозабезпеченнямікропроцесорногопристрою, якийвключає аналогово-цифровийі цифро-аналоговийперетворювачіі виконує функціюлінійної системиавтоматизованогорегулювання.Системи описуєтьсязаданимпропорційно-інтегро-диференціальнимрівнянням, якезв'язує аналоговісигнали х (t)на вході і у(t) на виходісистеми, МППповинен бутипобудованийна МП КР580ВМ80.Курсова роботаповинна включатитакі етапи:

1. Длязаданого рівняннясистем в регулюванняздійснитийoгo частковудискретизаціюі отримативідповіднерівняння цифровогофільтра (ЦФ).Побудуватианалоговусхему, яка описуєтьсязаданим рівнянням.

2. Скластиі детальноописати структурнусхему МПП зврахуваннямособливостейіндивідуальногозавдання.

3. Скластисхему алгоритмуфункціонуванняМПП. Вибратиструктурупредставленняданих при заданійрозрядностіАЦП, який здійснюєдискретизаціюі квантуваннявхідного сигналу.

4. У відповідностіз індивідуальнимзавданнямвибрати типиАЦП і ЦАП. Скластиі описати принциповісхеми підключенняАЦП і ЦАП доМПП. Нарисуватичасову діаграмуроботи АЦП.

5. Скластина мові асемблерумікропроцесораКР580ВМ80 програмувводу інформаціїчерез АЦП івиводу черезЦАП.

6. Скластипрограму відповідноїцифрової обробкиінформації.Оцінити верхню

граничнучастоту ЦФ. 7.Скласти і детальноописати фрагментпринциповоїсхеми реалізації

функціональноговузла, вказаногов індивідуальномузавданні. Окреміпункти завданнядля курсовоїроботи за погодженнямз викладачемможуть бутиуточнені абозамінені впроцесі виконанняроботи.

ВКАЗІВКИДО КУРСОВОЇРОБОТИ

Пояснювальназаписка докурсової роботиповинна матитаку структуру.

1. Титульнийлист.

2. Завданнядо курсовоїроботи.

3. Зміст.

4. Вступ.

5-n. Основначастина, яка.відповідаєпунктам завдання.

n+1. Заключення.

n+2.Список літератури.

Пояснювальназаписка повиннабути написанана листах форматуAll. Рисунки можутьбути нарисованіна міліметровомупапері. Принциповісхеми повиннібути нарисованіз дотриманнямвимог ЄСКД, йсхеми алгоритмів- вимог ЄСПД.

Привиконаннікурсової роботиможна керуватисятакими методичнимивказівкамита інформацією(у відповідностіз нумерацієюетапів).

1. В лінійнихсистемахавтоматичногорегулюваннявхідний х(t)та вихіднийу(t) сигналив загальномувипадку зв'язаніпропорційно-інтегро-диференціальнимзаконом регулювання[1]. Прикладомтакого рівняннязі всіма трьоматипами членівє таке:

де x (t)- вхідний сигнал,який і відхиленнямвід еталонногосигналу,k - коефіцієнтпередачі;

Т1 і Т2- сталі часу; у(t) - керуючийсигнал, якийподається зсистеми регулюванняна об'єкт керування.

Дискретизаціяаналоговогорівняння полягаєв заміні безперервноївеличний їїдискретнимивідліками(x(t)х_n,у(t)y_n)і відповіднимиперетвореннямипохідних та

інтегралів.Очевиднадискретизаціяпершої похідної- її заміна першоюскінченноюрізницею:

де

t- інтервалдискретизації.

Аналогічніскінченнірізниці використовуютьсяпри дискретизаціїпохідних вищихпорядків. Так,наприклад,похідна другогопорядку можебути заміненавиразом:

Одинзі способівдискретизаціїінтегралаполягає в йогоусуненні шляхомдиференціюваннярівняння Іншийспосіб прямоїдискретизаціїзв'язаний зтакими перетвореннями:

В результатічасової дискретизаціїзаданого рівнянняотримаєморівняння цифровогофільтра. Церівняння взагальній форміпри обробціінформаціїв реальномумасштабі часумає вигляд:

де m іk - кількістьвідліків, якіобробляютьсяцифровим фільтромв кожний моментчасу (додатніцілі числа);a_j, b_j- коефіцієнти,які визначаютьхарактеристикифільтра.

Принаявності вправій частинірівняння членіввиду Y_n-jфільтр називається

рекурсивним,при відсутностітаких членів- нерекурсивним.

Цифровийфільтр можебути реалізованийяк апаратурно,так і програмно.При апаратурнійреалізаціїнеобхіднимисхемними елементамиє перемножувачі,суматори іелементи затримки.На рис. 1 зображенаструктурнасхема апаратноїреалізаціїцифровогофільтра, якийописуєтьсярівнянням:

Y_n= a₀x_n+a₁x_n-1+b₁y_n-1+b₂y_n-2

Рис.Структурнасхема реалізаціїцифровогофільтра;

XY -елемент множення;ВД - елементзатримки;- суматор .

Припобудові аналоговоїсхеми, яка відповідаєзаданомупропорційно-інтегро-диференціальномурівнянню, варіантирівнянь можнарозділити надві групи. Дляваріантів 14-18вихідний сигналу (t) заданий явночерез вхіднийсигнал х (t).його похідніабо інтеграл.Такий чином,аналогова схемадля цих варіантівбуде складатисяз суматора,пропорційногоелемента,диференціаторівта інтегратора.Кожний з цихелементів можебути побудованийна основіопераційногопідсилювача[6].

На рис.2 зображенааналоговасхема, яка відповідаєрівнянню варіант14. На основіопераційногопідсилювачаОПІ зібранасхема диференціатора,а на ОП2 - схемадодавання-віднімання.Сигнал на виходіОПІ визначаєтьсяспіввідношенням:

z(t)=-R1*

*dx(t)/dt

Рис.2. Аналоговасхема, яка описуєтьсязаданим рівнянням.

Сигнална виході ОП2:

y(t)=-R4/R2*z(t)+R5/RЗ*x(t)

причомуповинно виконуватисьспіввідношення:R4 / R2 = R5 / R3Виходячи ззаданого рівнянняпараметриелементів,схеми повинназадовільнититакі умови:

R5=R3; R4=R2; R1*C=

Дляваріантів 1- ІЗаналогові схемитеж можуть бутипобудованіаналогічнимчином, але їмвідповідаютьтакож значнопростіші схеми,які являютьсобою RC-, LC-або RLC-ланкиВихідна напругазнімаєтьсяз якого-небудьодного або двохпослідовноз'єднаних елементів.

Дляваріантів 1-13аналогова схемаможе бути побудованатаким чином.До заданогорівняннязастосовуєтьсяперетворенняЛапласа. Отриманеалгебраїчнерівняннярозв'язуєтьсявідносно у(р).Коефіцієнтпри х(р) має виддробово-раціональноговиразу, в якомузнаменник єсумою зображеньза Лапласомопорів резистора,конденсатората індуктивності( в залежностівід порядкузаданого рівняння),а чисельникє частиною цієїсуми. Вид цьогодробово-раціональноговиразу визначаєаналоговусхему. Наприклад,для варіантаІ отримаємо:

На рис.4зображенофрагмент структурноїсхеми підключення8-розрядних АЦП(в режимі програмногоопитування)і ЦАП до МППчерез КР580ВВ55.

Нааналоговихвхід АЦП, подаєтьсясигнал х (t)через резисторR, який визначаємасштаб перетворення.Цифрові виходиР (1-8) АЦП підключенідо каналу АППІ. Виводи, щовідповідаютьсигналам П(пуск) і ГТ (готовність),підключенівідповіднодо розрядів0 і 4 каналу С.Цифрові входиЦАП підключенідо каналу В. Навиході блокуЦАП (з відповіднимиелементами)формуєтьсяаналоговийсигнал у(t).Обмін між ППІі МП здійснюєтьсячерез виводиD (0-7), які підключенідо шини даних.Канал А і половинаканалу С (розряди4-7) ППІ повиннібути запрограмованіна ввід інформації,канал В і другаполовина каналуС (розряди 0-3) - навивід.

На рис.5,азображенофрагмент схемипідключенихАЦП до шин МППв режимі вводуінформаціїчерез перериванняпри використаннікомандиRSTN (рестарт).

ЗапускАЦП (сигнал П),як і в режиміпрограмногоопитування,здійснюєтьсячерез паралельнийінтерфейсКР580ВВ55 (розряд0 каналу С). ППІвикористовуєтьсяв режимі 0, сигналГТ після інвертуванняпоступає, навхід синхронізаціїтригера К155ТМ2.Коли на вході"С" відбуваєтьсяперехід відрівня логічного0 до рівня логічної1, дані з входуD (тобто логічна1) передаютьсяна вихідQ, який з'єднанийз виводом запитуперериванняINT мікропроцесораКР580ВМ80. Очевидно,що ця змінастану тригеравідбуваєтьсялише тоді, колина вході"R" (виводіINТЕ) сигналмає рівеньлогічної 1, тобтоперериваннядозволено.

Привиконаннімашинного циклу"Підтвердженняпереривання"в керуючомуслові, яке напочатку машинногоциклу записуєтьсяв системнийконтролер (СК),розряд INTA=l,що обумовлюєформуванняоднойменногосигналу керування.Цей сигналчерез інвертор(якщо він є Н -активним і безінвентора приL - активномусигналі) поступаєна вхід дозволу"Е" буферногоелемента (БЕ)з трьома вихіднимистанами (логічних0 та 1 і високоговихідногоопору). При Е=1 виходи БЕ, якіпідключенідо шини даних,не впливаютьна логічнірівні на цихлініях, а приЕ=0 виходи БЕповторюютьлогічні рівніна входах 0-7. ЯкБЕ можуть бутивикористані,наприклад, двімікросхемиК155ЛП11, кожна зяких мас по бвходів/виходів.

Формуваннялогічних рівнівна входах БЕвизнаначаєтьсяномером N з командиRSTN. Так, наприклад,для реалізаціїкоду командиRST 5 на вході 4повинен бутивстановленийрівень логічного0, а на всіх іншихвходах - логічної1. Цей код командиМП читає не зпам'яті, а безпосередньоз МП, в результатівиконання якоїМП переходитьдо підпрограмиобробки переривання,яка повиннабути розміщенав пам'яті з адреси8х5. Крім того,при виконаннікоманди RSTN навиході INTEвстановлюєтьсярівень логічного0, який "скидає"за допомогоютригера К155ТМ2сигнал INT.Встановитисигнал ІNТЕ=1можна лишепрограмно задопомогоюкоманди ЕІ (дозвіл переривання),якою повинназавершуватися.