КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Микропроцессорные системы»
на тему
«Проектирование микропроцессорной системы управления объектом»
Выполнил:
Проверил: Ермакова О.П.
Москва 2015
Оглавление
1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ... 3
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.. 4
3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫМПС... 6
4. РАЗРАБОТКА БЛОК-СХЕМ АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММЫОБРАБОТКИ ДАННЫХ... 9
5 ЛИТЕРАТУРА... 20
Приложение. Листинг программы... 21
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Требуется разработать микропроцессорную систему управления объектом (МПС). Объект заданвидом и количеством данных поступающих с объекта, потребным ресурсом для обработки данных, видом и количеством управляющих сигналов.
Число каналов ввода и вывода информации МПС для взаимодействия с объектом управления определяется по последней цифре учебного шифра:
- число каналов ввода – 24;
- число каналов вывода – 12.
Объем внешней памяти программ (ПЗУ) и данных (ОЗУ) определяется по предпоследней цифре учебного шифра:
- объем ПЗУ, Кбайт – 16;
- объем ОЗУ, Кбайт – 2.
Блок-схема алгоритма обработки данных представлена на рисунке 1.
Рисунок 1- Блок-схема алгоритма обработки данных
Частота синхронизации МК-51, скорость передачи данных через последовательный порт, длительность импульса определяются по последней цифре учебного шифра:
- частота синхронизации МК-51, МГц – 6;
- скорость передачи данных через последовательный порт, бит/с – 1200;
- длительность импульса, мс -50.
Банк памяти, где будут располагаться регистры – счетчики и номер линии порта P3 определяются по предпоследней цифре учебного шифра:
номер банк памяти – 3
номер линии порта P3.1
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
В настоящее время в микропроцессорной технике выделился самостоятельный класс больших интегральных схем, называемых микроконтроллеры. Микроконтроллеры предназначены для построения "интеллектуального" оборудования различного назначения.
Микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде одной большой интегральной схемы и включающие в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации: процессор, оперативное запоминающее устройство данных, постоянное запоминающее устройство команд, внутренний генератор тактовых сигналов, а также программируемые периферийные схемы для связи с внешними устройствами.
Использование микроконтроллеров в системах управления и измерения обеспечивает исключительно высокие показатели эффективности при достаточно низкой стоимости. Низкая стоимость объясняется возможностью построения многих систем на одной большой интегральной схеме.
Микроконтроллеры обладают значительными функционально логическими возможностями и представляют собой эффективное средство автоматизации на основе применения цифровых средств и методов обработки данных и цифрового управления разнообразных объектов и процессов.
Часто микроконтроллеры называют однокристальными микро-ЭВМ. Это обосновывается тем, что такие микросхемы имеют ограниченный объем памяти для построения значительных контрольно-измерительных и вычислительных комплексов; логическое разделение адресного пространства памяти программ (ПЗУ) и памяти данных (ОЗУ); несколько упрощенную и ориентированную на задачи управления систему команди различные методы адресации команд и данных.
Специфическая организация ввода/вывода информации, структурная организация, набор команд микроконтроллеров лучше всего приспособлены для решения задач управления и регулирования в приборах, устройствах и системах автоматики.
Начало развитию семейства однокристальных микроконтроллеров положил выпуск фирмой INTEL микросхемы 8048, которая вначале восьмидесятых годов была заменена микросхемой 8051, положившей начало семейству MCS-51.
В настоящее время микроконтроллер устарел и вытеснен более современными устройствами совместимыми с 8051, производимыми более чем 20 независимыми производителями, такими как Atmel, Maxim IC (дочерняя компания DallasSemiconductor), NXP (ранее PhilipsSemiconductor), Winbond, SiliconLaboratories, TexasInstruments и CypressSemiconductor. При сохранении основной структуры 8-разрядного арифметико-логического устройства в системе команд произошли изменения, позволившие значительно повысить производительность микроконтроллера. Применение огромного количества битовых операций позволило говорить о реализации битового процессора. Увеличилось количество команд пересылки без участия аккумулятора, были введены команды умножения, деления и новые команды вычитания. Появились усовершенствования при работе со стеком.
Изменения в структуре временного цикла микроконтроллера привели к значительному ускорению работы с внешней памятью программ и данных. Было расширено адресное пространство внутренней памяти программ и увеличено пространство внешней памяти программ и данных до 64 Кбайт. 16-битные регистры счетчика команд и указателя данных позволили напрямую обращаться ко всему диапазону адресов, что дало возможность реализации быстрой обработки больших массивов данных. Все программно-доступные узлы микроконтроллера сведены в специальную область памяти данных (SFR - SpecialFunctionRegister), что позволило обращаться к ним как к обычным ячейкам резидентного ОЗУ.
Для расширения функциональных возможностей периферийных систем были введены:
- два 16-ти разрядных многофункциональных таймера/счетчика;
- последовательный порт с синхронным и асинхронным режимами передачи;
- 2-х уровневая система прерываний;
- четыре параллельных порта ввода-вывода.
При сохранении потребления кристаллов была значительно увеличена максимальная тактовая частота микроконтроллеров до 12-16 МГц.
Дальнейшее применение более совершенной и низко потребляющей CHMOS технологии позволило также снизить потребление кристаллов микроконтроллера.
Для реализации микропроцессорной системы заданной в курсовой работе используется МК КР1830ВЕ51 который содержит масочное ПЗУ, программируемое в процессе изготовления кристалла (память программ емкостью 4096 байт) и рассчитан на применение в массовой продукции. За счет использования внешних микросхем памяти общий объем памяти программ может быть расширен до 64 Кбайт.
Данные микроконтроллеры представляют собой восьмиразрядные высокопроизводительные однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ) семейства МК51 выполнены по высококачественной n-МОП технологий (серия 1816) и КМОП технологии (серия 1830).
РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫМПС
При включении микропроцессорной системы, происходит начальная установка микроконтроллера, в течение 3 - 4 циклов. После чего начинает выполняться микропрограмма.
Для синхронизации работы узлов используется генератор тактовых импульсов. Генератор формирует сигналы с заданной частотой.
Обмен информации с внешним ОЗУ и ПЗУ производится через порт P0 по общей шине. Для этого микроконтроллер вырабатывает управляющие сигналы RDи WR.При обращении к ВПП в МК51 формируется16-ти разрядный адрес, причем порт P0 используется в режиме временного мультиплексирования: в начале каждого машинного обращения к ВПП (фаза S2P1) через порт P0 выдается младший байт адреса, который должен быть записан во внешний регистр RG по отрицательному фронту сигнала ALE; низкий уровень сигнала PME, формируемый в течение фаз S3P1…S4P1 машинного цикла, разрешает выборку байта данных из ПЗУ, который затем поступает на линии порта P0 и вводится в микроконтроллер. Временная диаграмма работы с ВПП показана на рисунке 2.
Для работы с ВПД, также как и для работы с ВПП используется порт P0 для выдачи младшего байта адреса и порт P2 для выдачи старшего байта адреса.
Младший байт адреса должен быть зафиксирован во внешнем регистреRG по отрицательному фронту сигнала ALE. В дальнейшем линии порта P0 используются для чтения или записи информации в/из микроконтроллера. При этом чтение информации стробируется сигналом RD, формируемым МК51, а запись – сигналом WR. На рисунке 3 показана временная диаграмма работы МК51 в режиме обмена данными с ВПД
Ввод информации с датчиков осуществляется через мультиплексоры, подключенные к линиям порта P1.Мультиплексоры 4 в 1 могут передавать информацию от 16 двоичных датчиков на четыре линии порта Р1 (Р1.0...Р1.3) МК51. Выводы Р1.4 и Р1.5 используются для выбора группы, состоящей из 4 - х датчиков,
Для управления объектами используются линии порта P3. Расширениеканалов вывода осуществляется с помощью регистров, стробирование которых производится путем подачи тактовыхсигналов, вырабатываемых на выходах дешифратора 2 в 4, входными сигналами которого являются сигналы P1.6-P1.7.
Для организации временных интервалов при работе МПС используется встроенный в МК51 таймер счетчик Т/С1. Таймер/счетчик предназначен для подсчета внешних событий, для получения программно-управляемых временных задержек и выполнения времязадающих функций МК.
Код величины начального счета заносится в регистр Т/С1 программно. В процессе счета содержимое регистра Т/С1 инкрементируется. Признаком окончания счета является переполнение регистра Т/С1, т.е. переход его содержимого из состояния "все единицы" в состояние "все нули". Регистртаймер/счетчика доступен для чтения, и, при необходимости, контроль достижения требуемой величины счета может выполняться программно.
Режим работы микроконтроллера задается при начальной установке.
Функциональная схема МПС приведена на рисунке 4.
Рисунок 4 - Функциональная схема МПС