Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
ПРИСТРІЙ МІКРОПРОЦЕСОРНОЇ ОБРОБКИ АНАЛОГОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра САПР
Інформація про роботу
Рік:
2006
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Комп'ютери та мікропроцесорні системи
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти та науки України
Національний університет “Львівська Політехніка”
Кафедра САПР
Курсова робота
З курсу “Комп’ютери та мікропроцесорні системи”
ПРИСТРІЙ МІКРОПРОЦЕСОРНОЇ ОБРОБКИ
АНАЛОГОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ
ЛЬВІВ-2006
Завдання
на курсову роботу студента
?????????????
Тема роботи: Мікропроцесорна обробка аналогової інформації.
Термін здачі студентом закінченої роботи 20.XII.2006р
Вихідні дані для роботи:
Функціональна залежність: .
Розрядність АЦП і ЦАП: 10.
Полярність вхідного сигналу: однополярний.
Організація обміну з АЦП: через переривання з RST6.Використати режим роботи КР580ВВ55 “1”.
Об’єм ОЗП і організація мікросхеми пам’яті: 1 К з організацією 1024х1.
Вид функціонального вузла: Буферний регістер КР580ИР82.
Постановка задачі:Розробити компоненти технічного і програмного забезпечення мікропроцесорного пристрою на базі МП КР580ВМ80, який включає аналогово-цифровий і цифро-аналоговий перетворювачі і виконує функцію цифрової обробки аналогової інформації. Обробка описується заданим пропорційно-інтегро-диференціальним рівнянням, що пов’язує аналогові сигнали x(t) на вході і y(t) на виході системи.
Анотація
Прізв і інціали
“Пристрій мікропроцесорнї обробки аналогової інформації”. Курсова робота. - НУ “Львівська політехніка”, каф.: САПР, дисципліна : “Комп’ютери і мікропроцесорні системи”, 2006.
Курсова робота складається з 35 сторінок, 14 таблиць, 14 схем, 1-го додатку.
В даній курсовій роботі розроблено компоненти апаратного і прогамного забезпечення мікропроцесорного пристрою, який включає аналого- і цифро-аналогові перетворювачі і виконує обробку за функціональною залежністю : аналогового сигналу. Дана робота охоплює ввід і первинну обробку аналогової інформації, подальшу цифрову обробку інформації за програмою і вхідними даними, а також вивід обробленої інформації в аналоговій формі для подальшого використання.
Зміст
Перелік умовних скорочень 5
Вступ 6
1. Синтез аналогової схеми фільтру 7
2. Синтез структурної схеми цифрового фільтру 9
3. Вибір і обґрунтування типу АЦП і ЦАП. 11
3.1 Вибір типу АЦП 11
3.2 Вибір типу ЦАП 15
3.3 Структура представлення даних 17
4.Структурна схема та алгоритм функціонування МПП 19
4.1 Опис структурної схеми МПП 19
4.3 Алгоритм функціонування МПП. 23
5. Загальна структура програми роботи МПП 26
5.1 Опис програм вводу,виводу. 29
5.2 Опис програм обробки інформації. 30
5.3 Оцінка верхної фінітної частоти вхідного аналогового сигналу 30
6. Опис функціонального вузла 32
Аналіз результатів та висновки 34
Список використаної літератури 35
Перелік умовних скорочень
АЦП
аналогово-цифровий перетворювач
ВІС
Велика інтегральна схема
ГТІ
генератор тактових імпульсів
ІС
інтегральна схема
КС
керуюче слово
МП
мікропроцесор
МПП
мікропроцесорний пристрій
МПС
мікропроцесорна система
МР
молодші розряди
ОЗП
оперативний запам`ятовуючий пристрій
ОП
операційний підсилювач
ПЗП
постійний запам`ятовуючий пристрій
ППІ
паралельний програмований інтерфейс
РКС
регістр керуючого слова
СК
системний контролер
СР
старші розряди
СШ
системана шина
ТГ
тактовий генератор
ТТЛ
транзисторно-транзисторна логіка
ЦАП
цифро-аналоговий перетворювач
ЦФ
цифровий фільтр
ЦІС
цифрова інтегральна схема
ША
шина адрес
ШД
шина даних
ШК
шина керування
КМОН
метал оксид напівпровідник – із комплементарною структурою
Вступ
За певний період часу складність апаратури зростає у 2 рази. Незважаючи на бурхливий розвиток мікропроцесорної техніки, є дуже багато задач, які можуть розв”язуватись за допомогою 8-ми бітних процесорів. Прикладом однієї з таких задач може бути задача проектування звукових карт, а також задача, спрощенням якої є завдання на курсову роботу. В даній курсовій роботі пов”язано ЦАП і АЦП з обробкою вхідного сигналу та видачею вихідного за допомогою мікропроцесорної системи на базі процесора КР580ВМ80.
МП виконує арифметичні та логічні операції, аналізує та приймає рішення , що міняють процес обрахунків, керує процесом вводу та виводу інформації. Цей процесор володіє досить широким набором інструкцій, але серед них відсутні операції множення не тільки чисел цілих, а й з плаваючою крапкою. Сукупність інтегральних схем, сумісних по конструктивно-технологічному виконанню і призначених для сумісного використання при побудові мікропроцесорних систем, називається мікропроцесорним комплексом.
Цифро-аналоговим перетворювачем (ЦАП) називають пристрій, що генерує вихідний аналоговий сигнал, який відповідає цифровому коду, що поступає на вхід перетворювача.
Аналогово-цифрові перетворювачі (АЦП) навпаки, перетворюють аналоговий сигнал, що поступає на вхід перетворювача, в відповідний цифровий код.
Швидкодія ЦАП і АЦП обмежується динамічними похибками, які виникають при квантуванні аналогової величини до часу. Динамічна похибка визначає час перетворення Tn . Для АЦП і ЦАП перетворення представляє собою часовий інтервал між моментом поступлення вхідного коду і моментом встановлення із заданою точністю вихідного сигналу . Час перетворення ЦАП в основному визначається частотними характеристиками ОП, включених на виході. Для АЦП важливим параметром є апертурний час. Це параметр часової невизначеності фіксації моменту отримання результатів перетворення на протязі часу Тn. Іншим параметром, що визначає швидкодію, є період квантування Тк , який представляє собою інтервал часу між двома послідовними перетвореннями. В ЦАП максимальна швидкість вхідного коду визначається часом встановлення вихідного сигналу їз заданою точністю.
ЦАП поділяються на послідовні і паралельні. Більшість ЦАП, які випускаються на сьогоднішній час у вигляді інтегральних мікросхем,- паралельного типу. Принцип дії паралельних ЦАП базується на сумуванні еталонних струмів (напруг), що відповідають вагам розрядів. Для перетворення послідовного коду в аналоговий сигнал використовують ЦАП послідовного типу. Найбільш поширеними ЦАП послідовного типу є ЦАП, які побудовані на основі пристроїв вибірки і зберігання.
1. Синтез аналогової схеми фільтру
Пристрій, що реалізує на основі певної функціональної залежності перетворення вхідного аналогово сигналу у аналоговий вихідний сигнал називають аналоговим фільтром. Передавальна характеристика аналогово фільтру забезпечує відповідні амплітудно-частотні та фазово частотні залежності, що визначає тип фільтру.
У відповідності до індивідуального завдання функціональна залежність виглядає наступним чином:
(1.1)
де x(t) – вхідний аналоговий сигнал; y(t) – вихідний аналоговий сигнал; ,(1, (2 – сталі величини.
Після розв’язання функціональної залежності ми отримаєм:
(1.2)
На Схемі 1. зображена функціональна схема аналогово фільтру.
Схема 1. Функціональна схема аналогово фільтра побудована на операційних підсилювачах
ОП1, ОП2 – інтегратори;
ОР3-інвертор;
ОР4 – суматор (схема додавання-віднімання).
(1.3)
Для побудови аналогового фільтру на пасивних елементах на потрібно для початкового рівняння виконати перетворення Лапласа. Отже післе перетворення Лапласа функціональна залежність буде мати наступний вигляд.
(1.4)
тоді відповідно
\ (1.5)
Схема 2. Функціональна схема аналогово фільтра побудована на пасивних елементах.
Технічні характеристики аналогових схем на практиці обмежені та потребують схем корекції від температурного дрейфу та інших зовнішніх впливів. Цифрові методи обробки інформації оминають ці недоліки і знайшли широке застосування з появою мікропроцесорних пристроїв. Мікропроцесорна обробка характеризується збільшенням точності функціонального перетворення, швидкістю та гнучкістю, що забезпечується цифровим програмуванням та можливістю фільтрації більшого числа аналогових сигналів.
2. Синтез структурної схеми цифрового фільтру
Технічні характеристики аналогових схем фільтрів на практиці обмежені та потребують схем корекції від температурного дрейфу та інших зовнішніх впливів. Цифрові методи обробки інформації оминаєть ці недоліки і знайшли широке застосування з появою мікропроцесорних пристроїв. Мікропроцесорна обробка характеризується збільшенням точності функціонального перетворення, швидкістю та гнучкістю, що забезпечується цифровим програмуванням та можливістю фільтрації більшого числа аналогових сигналів.
В лінійних системах вхідний х(t) та вихідний y(t) аналогові сигнали в загальному випадку зв’язані пропорційно-інтегро-диференціальним законом регулювання. Розглянемо перехід від пропорційно-інтегро-диференціальної функціональної залежності до її представлення в кінцево-різницевій формі.
Дискретизація аналогово рівня полягає в заміні безперервної величини її дискретними відліками ( x(t)(xn, y(t) (yn ) і відповідними перетвореннями похідних та інтегралів. Очевидна дискретизація першої похідної – її заміна першою скінченною різницею:
(2.1)
де (t –інтервал дискретизації.
Аналогічно скінченні різниці використовуються для дискретизації похідних вищих порядків. Так, наприклад, похідна другого порядку може бути замінена виразом:
(2.2)
Одним із способів дискретизації інтеграла полягає в його усунені шляхом диференціювання рівняння. Інший спосіб прямої дискретизації пов’язаний з такими перетвореннями:
(2.3)
В результаті часової дескретизації при заміні безперервної величини її дискретними відліками ( x(t)(xn, y(t) (yn ) для заданого рівняння отримаємо рівняння цифрового фільтру. Це рівняння в загальній формі при обробці інформації в реальному масштабі часу, має вигляд:
(2.4)
де m i k – кількість відліків, які обробляються цифовим фільтром в кожний момент часу ( додатні цілі числа ); ai , bj коефіцієнти, які визначають зарактеристики фільтра.
При наявності в правій частині рівняння членів виду yn-1 фільтр називається рекурсивним, при відсутності таких членів – нерекурсивним.
Розглянемо наступне рівняння:
(2.5)
Застосувавши до нього вищевказані заміни отримаємо:
(2.6)
(2.7)
(2.8)
Нехай:
(2.9)
Отже рівняння цифрового фільтру є рекурсивним і виглядатиме наступним чином:
(2.10)
Цифровий фільтр може бути реалізований як апаратурно, так і програмно. При апаратурній розробці необхідними схемними елементами є вузли, що реалізують перемножуючи, суматори і елементи затримки.На схемі 2 зображена структурна схема апаратної реалізації цифрового фільтра, який описується рівнянням (2.10).
3. Вибір і обґрунтування типу АЦП і ЦАП.
3.1 Вибір типу АЦП
Для вибору АЦП проведемо порівняння характеристик двох мікросхем: десятирозрядного К1113ПВ1 і дванадцятирозрядного К572ПВ1. Деякі параметри АЦП К1113ПВ1 та К572ПВ1 наведені в таблиці 3:
Таблиця 3.
Параметри
К1113ПВ1
К572ПВ1
Розрядність
10
12
Час перетворення,мкс
30
110
Похибка, зумовлена нелінійністю %
( 0,1
( 0,1
Кількість виводів мікросхеми
18
48
В результаті порівняння видно, що мікросхема К1113ПВ1 краща з точки зору швидкодії. Крім того, вона в своєму складі має власний генератор тактових імпульсів, компаратор напруг, чого немає в К572ПВ1, для якої потрібно встановлювати їх окремими мікросхемами додатково. Тому зупинимо свій вибір на ній.
Мікросхема К1113ПВ1 є функціонально закінченими 10-розрядними АЦП, що може бути спряженим з МП. Забезпечує перетворення як однополярної напруги (вивід 15 з’єднується з виводом 16) в діапазоні 0...9,95 В, так і біполярної напруги в діапазоні -4,975...+4,975 В в паралельний двійковий код. До складу ЦІС входять ЦАП, компаратор напруги, регістр послідовного наближення (РПН), джерело опорної напруги (ДОН), генератор тактових імпульсів, вихідний буферний регістр з трьома станами, схеми керування. Вихідні каскади з трьома станами дозволяють читати результат перетворення зразу на шину даних МП. В ЦІС вихідний струм ЦАП порівнюється зі струмом вхідного резистора від джерела сигналу і формується логічний сигнал РПН. Стабілізація розрядних струмів ЦАП здійснюється вбудованим ДОН. Синхронізація РПН забезпечується імпульсами вбудованого ГТІ з частотою 300...400 кГц. Встановлення РПН в вихідне положення і запуск його в режим перетворення здійснюється по зовнішньому сигналу "гасіння і перетворення". По закінченні перетворення АЦП виробляє сигнал "готовність даних" і інформація з РПН поступає на цифрові входи через каскади з трьома станами. Корпус К1113ПВ1(A-B) типу 2104.18-1, маса не більше 2,5г.
Схема. 3. Мікросхема К1113ПВ1
Опис виводів мікросхеми:
D1(D10 – цифрові виходи
U1 – напруга живлення
U2 – друга напруга живлення
ST – пуск АЦП
IN – аналоговий вхід
S0 – зсув нуля
RY – готовність даних
GA – аналогова земля
GD – цифрова земля
Електричні параметри АЦП приведені в таблиці 4.
Таблиця 4.
Електричні параметри
Значення
Номінальна напруга живлення Uж1
5 В ( 5%
Номінальна напруга живлення Uж2
-15 В ( 5%
Вихідна напруга низького рівня
не більше 0,4 В
Вихідна напруга високого рівня
не менше 2,4 В
Напруга зсуву нуля в однополярному і двополярному режимах від повної шкали
0,3%
Струм живлення від джерела Iж1
не більше 10 мА
Струм живлення від джерела Iж2
не більше 18 мА
Вхідний струм високого (низького) рівня
40 мкА
Струм втрати(утечки) на виході
40 мкА
Час перетворення
не більше 30 мкс
Нелінійність від повної шкали К1113ПВ1А
0,1%
Абсолютна похибка перетворення в кінцевій точці від повної шкали
0,4%
Роботу ІС демонструє часова діаграма.
Схема. 5. Часові діаграми роботи мікросхеми АЦП К1113ПВ1
Робота даного АЦП визначається відповідними керуючими сигналами. При встановленні на вході «гасіння перетворення» рівня 0, АЦП починає перетворювати вхідну інформацію. Через час потрібний для перетворення ((30мкс), на виході 17 з’являється сигнал з рівнем 0, на підставі якого дані з АЦП можуть бути введені мікропроцесором. Прийнявши дані МП встановлює на вході 11 гасіння перетворення рівень логічної 1-ці. За цим сигналом гаситься інформація в регістрі послідовного наближення і АЦП знову готовий до обробки і прийому даних. Цей АЦП може обробляти однополярний сигнал напругою до10,24В і двополярний ( 5,12В.
Підключення АЦП до МП в ржимі ППІ “1”
Для спряження АЦП і ЦАП з МП використаємо програмований паралельний інтерфейс (ППІ) КР580ВВ55. При програмному опитуванні АЦП можна використовувати режим 0 ППІ, а при вводі через переривання при використанні команди RST N – режим 0 або 1.
Режим роботи і напрям обміну з зовнішніми пристроями програмується керуючими словами. Керуюче слово режиму встановлює режими роботи груп А або B і режим вводу або виводу для кожного порту.
В першому режимі роботи здійснюється асинхронний обмін інформації між портом і периферією.
При цьому порти А В використовуються для передачі даних, а порт С – для керуючих сигналів. Призначення розрядів порту С в режимі вводу інформації наступне. Вхід STB використовується для прийому сигналу, стробуючого запис інформації в порт. IBF –інформує, про те, що вхідний буфер заповнений. INTR-використовується як запит на переривання для мікропроцесора. Для реалізації цього режиму тригери розрядів РС4 для порту А і РС2 для порту В повинні бути встановленими в “1”, якщо програміст дозволяє переривання.
Запуск АЦП (сигнал Запуск) здійснюється через паралельний інтерфейс КР580ВВ55 (розряд 7 каналу С). ППІ використовується в режимі 1, сигнал “Готовність” поступає на вхід ППІ (4 і 2 розряди порту С для каналів А і В відповідно). Коли на входи РС4 і РС2 приходить сигнал (готовність), ППІ виробляє сигнал IBF на входах РС1 і РС5, а вже відповідно до цих сигналів і внутрішнього тригера INTE ППІ виробляє сигнал INTR на виходах РС0 і РС3, один з яких і з’єднаний з виводом запиту переривання INT мікропроцесораКР580ВМ80. .
МП після запиту переривання встановлює INTE=0 і виконується машинний цикл переривання. На МП формується сигнал DBIN=1. Це означає, що МП читає з ШД деяку інформацію, яка не вибирається з пам’яті. В цей час на ШД поступає код команди RSTN з буфера даних, який “пропускає” дані, оскільки на системному контролері сигнал INTA=0. По цій команді МП переходить на команду обробки переривань, яка повинна бути розміщена в пам’яті за адресою 8*N.
Схема 6. Підключення АЦП до шин МПП
3.2 Вибір типу ЦАП
Відповідно до типу АЦП в системі необхідно застосувати 10-розрядний ЦАП. Тому, в якості мікросхеми ЦАП було вибрано мікросхему К572ПА1, керуючись такими критеріями: вихідна розрядність дорівнює розрядності АЦП (10 розрядів). Мікросхема ЦАП К572ПА1 призначена для перетворення 10-розрядного прямого паралельного двійкового коду на цифрових входах в струм на аналоговому виході, який пропорційний значеню кода і резисторної напруги. Для роботи в режимі з виходом по напрузі до ЦІС ЦАП К572ПА1 підключається зовнішній ДОН і операційний підсилювач (ОУ) з цілью створення від’ємного зворотнього зв’язку (ВЗЗ), працюючого в режимі сумування струму.
Електричні параметри даної мікросхеми наведені в таблиці 5.
Таблиця 5.
Електричні параметри К572ПА1
Параметри,
не менше
Диференційна нелінійність
0,1%
Абсолютна похибка перетворення в точці кінцевої шкали (Fa, МР
30
Напруга живлення
5 В ± 10%
Опорна напруга
10,24 В
Час перетворення
5 мкс
Схема. 7. Мікросхема К572ПА1
Позначення виводів:
1 – аналоговий вихід 1
2 – аналоговий вихід 2
3 – спільний вивід
4 – цифровой вхід 1 (СР)
5 – 12 – цифрові входи 2 – 9
13 – цифровой вхід 10 (МР)
14 – напруга джерела
15 – опорна напруга
16 – вивід резистора зворотньогозв’язку
Схема 8. Структурна схема підключення МП і ЦАП
3.3 Структура представлення даних
Структура представлення даних, які входять в рівняння цифрового фільтру, визначається виходом рівняння і розрядністю АЦП. При заданій розрядності АЦП –10 розрядів та вхідним додатнім двополярним сигналом, для представлення xn потрібно 10 розрядів, тобто xn повинний виражатись двобайтовим словом. Виходячи з цього, знайдемо, скільки розрядів займатиме результат yn .
Для заданого рівняння (дискретизованого) цифрового фільтру у вигляді:
(3.3.1)
тобто
(3.3.2)
коефіцієнти визначаються:
(3.3.3)
Тоді результат перетворення АЦП в залежності від вхідного сигналу подамо у вигляді таблиць.
Таблиця 6
Залежність вхідного сигналу і результату перетворення АЦП
Вхід
Код
+Uxmax
1023
+Uxmax/2
511
0
0
Таблиця 7
Залежність цифрового входу yn і виходу після перетворення ЦАП
Код
Вихід ЦАП
1023
+Uxmax
511
+Uxmax/2
0
0
З рівності просто визначити, що всі коефіцієнти будуть ,більші за одиницю. Тому відведемо по одному байту для представлення коефіцієнтів a0, a1, b1.
Відведемо по одному байту для представлення коефіцієнтів a0, a0, b1.
Отже для коефіцієнта a відводиться 8 розрядів. В свою чергу xn, xn-1 , yn-1 не можуть мати більше ніж 10 розрядів тому що така розрядність АЦП. Під добутки а0xn, а1xn-1, b1уn-1 відводимо по 18 розрядів тому що добуток 8-ми розрядного і 10-ти розрядного чисел не перевищує 18 розрядів.
Отже максимальне значення yn буде 19 розрядів, тому що елемент b відємний. Так як в нас ЦАП 10-ти розрядний то виводиться лише 10 старших розрядів, а решта 8 неінформативні. Це пов’язано з тим, що в процесі мікропроцесорної обробки накопичуються похибки квантування АЦП, похибки округлення арифметичних операцій, похибки трансформацій та інші, які не доцільно відтворювати на виході системи.
Схема. 9.Структура представлення даних
Для представлення хn, хn-1, yn-1 та yn використовуються 2-байтні комірки оскільки МП працює з даними, розмір яких є кратний 1 байту. Надлишкові розряди в подальшому не враховуються.
4.Структурна схема та алгоритм функціонування МПП
4.1 Опис структурної схеми МПП
Для мікропроцесорних пристроїв характерна шинна структура, під якою розуміється те, що всі компоненти МПП під’єднані до системної шини.
Структурна схема можливої реалізації проектованого МПП наступна:
Схема 10.Структурна схема мікропроцесорного пристрою
Як ми бачимо до складу МПП входять наступні елементи: МП, ПЗП, ТГ, СК, ОЗП, АЦП, ЦАП, СШ. Системна шина в свою чергу складається з ША, ШД та ШК. ША є 16-розрядною односпрямованою; ШД ( 8-розрядна двоспрямована; ШК ( набір окремих ліній, які мають свою напрямленість.
МП в складі МПП виконує наступні функції:
формує адреси команд;
зчитує інформацію з зовнішніх пристроїв та пам’яті;
виконує над нею арифметичні та логічні операції;
аналізує результати і записує дані в пам’ять і зовнішні пристрої, функціонуючи при цьому під управлінням команд з деякої фіксованої множини;
при необхідності записує результати в пам’ять;
реагує на зовнішні сигнали.
ТГ призначений для формування синхроімпульсів та приймає участь в прийомі та видачі керуючих сигналів забезпечуючи функціонування МП та інших МПП.
ПЗП служить для постійного зберігання незмінної інформації необхідної для функціонування МПП (програма функціонування ЦФ ).
ОЗП служить для тимчасового зберігання інформації, що використовується при розрахунках.
СК призначений для формування певних керуючих сигналів (MEMR, MEMW, I/OR, I/OW, INTA).
ППІ служить для обміну інформацією з зовнішніми пристроями (ЦАП і АЦП).
АЦП отримує на вході МПП аналоговий сигнал та перетворює його в цифровий код.
ЦАП здійснює зворотнє перетворення. Поступивший на його вхід двійковий код він перетворює у відповідний аналоговий сигнал.
Отже МПП працює за таким принципом: сигнал поступає на аналоговий вхід АЦП. АЦП перетворює сигнал в двійковий код звідки через ППІ поступає до МП, де він обробляється. МП звертається до пам’яті для отримання нових команд та тимчасового збереження результатів. Отримавши результат, МП посилає двійковий код через ППІ на ЦАП, де код перетворюється у відповідний аналоговий сигнал, що поступає на вихід МПП.
Крім того в склад МПП входять наступні допоміжні елементи:
буферний регістр для організації переривання RST6;
окремі логічні елементи;
дешифратори.
Таблиця 8.
Позначення
Опис
Мікросхема
МП
мікропроцесор
КР580ВМ80
ГТІ
генератор тактових імпульсів
КР580ГФ24
СК
системний контролер
КР580ВК28
ШФ
шинний формувач
КР580ВА86
ПЗП
постійно запам’ятовуючий пристрій
К573РФ21
ОЗП
оперативно запам’ятовуючий пристрій
КР132РУ4Бх8
ППІ
програмований паралельний інтерфейс
КР580ВВ55
АЦП
Аналогово-цифровий перетворювач
К1113ПВ1
ЦАП
Цифро-аналоговий перетворювач
К572ПА1
4.2 Розподіл адресного простору
В адресний простір МП КР580ВМ80 входить 64К адрес пам’яті, що визначається 16-розрядною адресною шиною.Мікропроцесор КР580ВМ80 може здійснювати синхронний і асинхроннай обмін інформацією за даними адресами з пам’ятю (ОЗП, ПЗП) та зовнішніми пристроями. При обробці інформації МП зчитує коди команд, операнди і записує одержаний вміст в регістри РЗК або виконує обмін інформації з пам’ятю та зовнішніми пристроями.
Можливі два підходи до організації звертання до пристроїв обміну інформації. Перший підхід використовує звертання до зовнішніх пристроїв, як до комірок пам’яті. Тобто, адресний простір, що відводиться для цих пристроїв включає 64К адрес. Однак, внаслідок повного вкладення адресного простору пристроїв вводу/виводу в простір адрес пам’яті, останнє пропорційно зменшується з збільшенням числа обслуговування зовнішних пристроїв вводу/виводу. До переваг даного підходу можна віднести можливість використання різноманітних команд пересилання даних.
Інший підхід використовує роздільне керування пам’ятю і зовнішніми пристроями.Лише дві команди IN і OUT, у випадку, призначені для обміну інформації з зовнішніми пристроями. Так, як для цих команд адреса для зовнішнього пристрою 8-ми розрядна, то МП КР580ВМ80 може звертатись до 256 пристроїв вводу і 256 пристроїв виводу. При цьому адрсний простір пам’яті буде максимальним (64К).
ПЗП
0000H jmp 0041H
0030H jmp 0200H
0041H Головна програма
0200H Обробник переривань
ОЗП
FС00H Xn
FС02H A0
FС03H А1
FС04H В1
FС05H Xn-1
FС07H Уn-1
FС09H Yn
FFFF SP
Схема 11 Розподіл простору адрес в МПП обробки аналогового сигналу.
Нижче приведені таблиці розподілу адресного простору схем пам’яті і зовнішніх пристроїв.
Таблиця 9
Адреси комірок пам’яті (ОЗП)
1111110000000000b
fс00h
Мінімальна адреса
1111111111111111b
ffffh
Максимальна адреса
Таблиця 10
Адреси комірок пам’яті (ПЗП)
0000000000000000b
0000h
Мінімальна адреса
0000001111111111b
03ffh
Максимальна адреса
Таблиця 11
Адреси портів ППІ (АЦП)
00000000b
00h
Порт А
00000001b
01h
Порт В
00000010b
02h
Порт С
00000011b
03h
РКС
Таблиця 12
Адреси портів ППІ (ЦАП)
11111100b
fch
Порт А
11111101b
fdh
Порт В
11111110b
feh
Порт С
11111111b
ffh
РКС
4.3 Алгоритм функціонування МПП.
Для всіх пристроїв існує режим початкового пуску. При одночасному включені живлення –5В, +5В і 12В (або послідовно у вказаному напрямку) і поступленні тактових імпульсів на мікропроцесор з генератора тактових імпульсів, всі регістри і прапорці МП встановлюються в довільні стани. Після цього подається з ГТІ на вхід RESET МП сигнал високого рівня тривалістю не менше 3 тактів – лічильник команд (РС), тригер дозволу переривання (вихід INTE), а також тригер підтвердження захоплення (вихід HLDA) скидаються, і мікропроцесор починає вибірку з пам’яті команд, розміщених з нульової адреси.
Алгоритм обробки інформації МПП наступний. Спочатку вхідний сигнал xn поступає на вхід АЦП. Цей сигнал читається через ППІ для подальшої обробки. Це здійснюється через переривання RST.
В процесі обробки запиту на переривання (яке здійснюється подачею на вхід INT МП логічної 1) МП сигналом INTE=0 забороняє всі можливі запити на переривання від інших пристроїв (для даного цифрового фільтра). Запит на переривання може бути тільки від одного пристрою. Потім виконується машинний цикл переривання, в якому виробляється керуюче слово з одиницями в INTA (підтвердження переривання), М1 (початок машинного циклу), W0 (запис або вивід), а MEMR=0 (читання з пам’яті). При цьому сигнал DBIN=1 (прийом інформації з ШД). Тобто МП читає з ШД деяку інформацію, яка не видається, а вибирається з пам’яті чи з портів. В цей момент на ШД повинен бути код команди RST N. В нашому випадку RST 6
11ККК111
Для RST6 код буде 11110111. Ця команда здійснює перехід на адресу 8*N. Для RST6 це дорівнює: 8*N=8*6=4810=30H=00110000В.
При переході на дану адресу в стек записується адреса повернення.
Необхідність в команді EI (дозвіл переривань) зумовлена тим, що вихід INTE в стан логічної 1 (дозвіл переривань) можна перевести тільки програмним способом, а в стан логічного 0 його можна встановити, як програмною командою DI, так і апаратним способом.
Блок-схеми алгоритмів функціонування МПП та підпрограми обробки переривання приведені в схемах 11 та 12
Схема 12 Алгоритм функціонування МП – пристрою
Схема 13 Алгоритм для програми обробки переривань.
5. Загальна структура програми роботи МПП
ORG 100H
mvi a,a0 ; занесення в пам’ять коефіцієнтів
sta FC02h
mvi a,а1
sta FC03h
mvi a,b1
sta FC04h
lxi sp,ffffh
lxi h,00h ;очищення комірок пам’яті для xn-1 та yn-1
shld FC05h
shld FC07h
mvi a,0beh ;ініціалізація ППІ (АЦП)
out 03h
mvi a,0a4h ;ініціалізація ППІ (ЦАП)
out ffh
ei ;дозвіл переривань
Work
5 mvi a,09h ; подача логічної одиниці в тригер 4-го біта порта С ( INTE )
10 out 03h ; тобто дозвіл переривань ( для 1-го режиму ППІ )
7 mvi a,0fh ;запуск АЦП
out 03h
;визначення xna
16 lhld FC00h
5 mov d,h
5 mov e,l
13 lda FC02h
17 call dmult
13 sta FC0bh
16 shld FC0ch
;визначення xn-1b
16 lhld FC05h
5 mov d,h
5 mov e,l
13 lda FC03h
17 call dmult
13 sta FC0eh
16 shld FC0fh
;визначення yn-1c
16 lhld FC07h
5 mov d,h
5 mov t,l
13 lda FC04
17 call dmult
13 sta FC11h
16 shld FC12h
;визначення yn
13 lda FC0ah
5 mov b,a
16 lhld FC0bh
5 mov c,h
5 mov d,l ;в регістрах ВСD- xna
13 lda FC0bh
5 mov e,a
16 lhld FC0eh
17 call plus
13 lda FC10h
5 mov e,a
16 lhld FC11h
17 call plus ; в регістрах ВСD- yn
5 mov a,b ;зсуваємо так щоб в регістрах ВС були 10 старших розрядів 4 rrc
5 mov b,a
5 mov a,c
4 rar
5 mov a,b ; занесення 10 старших розрядів результату в комірки для yn
13 sta FC09h
5 mov a,c
13 sta FC0ah
16 lhld FC00h
16 shld FC05h ;занесення xn в комірку для xn-1
16 lhld FC09h
16 shld FC07h ;занесення yn в комірку для yn-1
16 lhld FC09h
;Вивід результату на ЦАП
5 mov a,l
10 out fch ;записуємо 8 молодших розрядів в буферний регістр
5 mov a,h
5 xra 04h
10 out fdh ;вивід інформації з буферних регістрів на ЦАП
10 jmp Work ;перехід на початок
dmult: ;підпрограма множення
10 lxi h,0h
7 mvi c,8h
z3:
10 dad h
4 ral
10 jnc z4
10 dad d
z4:
7 aci 0
5 dcr c
10 jnz z3
ret
;підпрограма додавання BCD-1-й доданок, EHL- 2-й доданок
plus:
5 mov a,d
7 add l
5 mov d,a
5 mov a,c
7 adc h
5 mov c,a
5 mov a,b
7 adc e
5 mov b,a ;BCD- результат
10 ret
Основна програма, за алгоритмом, починається з ініціалізації мікросхеми K580ВВ55 для обміну з ЦАП і АЦП, після того АЦП встановлюється (після гасіння) в режим перетворення вхідного сигналу. Далі іде циклічний підрахунок і виведення результату.
Програма обробки переривань.
op:
4 di ;Заборона переривань
11 push psw
mvi 04h ;гасіння АЦП
10 out 02h
10 in 00h ;Зчитування з порту А 8розрядів
5 mov l,a ;і запис в регістр l
10 in 02h
5 mov h,a ;ще 2 біти з порту С(4-7) в регістер h
16 shld FC00h ;занесення в память xn
10 pop psw
4 ei ;дозвіл переривання
10 ret
5.1 Опис програм вводу,виводу.
Для організації обміну інформацією між МП та периферійними пристроями (в даному випадку ЦАП та АЦП) використовується ППІ КР580ВВ55. Отже щоб організувати і здійснити ввід і вивід потрібно задати режим роботи ІС КР580ВВ55 за допомогою керуючого слова.
Перед програмування ВІС КР580ВВ55, слід визначити адреси портів. Адреси портів ППІ визначені і приведені в розділі 4.3
Таким чином код програми, що ініціалізує ППІ, має такий вигляд:
mvi a,0beh ;ініціалізація ППІ (АЦП)
out 03h
mvi a,0a4h ;ініціалізація ППІ (ЦАП)
out ffh
Щоб запустити АЦП необхідно виконати наступну послідовність команд:
mvi a,09h ; подача логічної одиниці в тригер 4-го біта порта С ( INTE )
out 03h ; тобто дозвіл переривань ( для 1-го режиму ППІ )
mvi a,0fh ;запуск АЦП
out 03h
Після задання режиму роботи ППІ та ініціалізації АЦП можна приступити до зчитування значення xn з АЦП, це робиться в програмі обробки перериваня .Дані з виходу АЦП поступають в канал А (молодші 8 розрядів) та на старшу тетраду каналу В (старші 2 розряди). Запуск АЦП здійснюється третім розрядом каналу С.Отже фрагмент програми зчитування даних з АЦП
in 00h ;Зчитування з порту А 8розрядів
mov l,a ;і запис в регістр l
in 02h
mov h,a ;ще 2 біти з порту С(4-7) в регістер h
Вивід на ЦАП здійснюєтьса наступним чином.
mov a,l
out fch ;записуємо 8 молодших розрядів в буферний регістр
mov a,h
xra 04h
out fdh ;вивід інформації з буферних регістрів на ЦАП
5.2 Опис програм обробки інформації.
Як ми бачимо з блок-схеми алгоритму роботи МПП в процесі формування вихідного сигналу виконується ряд арифметичних операцій.
Підпрограма множення дво байтового числа на однобайтове без знаку.
Вхідні дані: регістер DE-множене; акамулятор A-множник.
Результат : регістри A, H, L-добуток(А-старші розряди L-молодші)
Програма використовує регістер С
dmult:
lxi h,0h
mvi c,8h
z3:
dad h
ral
jnc z4
dad d
z4:
aci 0
dcr c
jnz z3
ret
Програма віднімання BCD-зменшуване, EHL- від’ємник
minus:
5 mov a,d
7 sub l
5 mov d,a
5 mov a,c
7 sbb h
5 mov c,a
5 mov b,a
7 sbb e
5 mov b,a ;BCD- результат
10 ret
;підпрограма додавання BCD-1-й доданок, EHL- 2-й доданок
plus:
5 mov a,d
7 add l
5 mov d,a
5 mov a,c
7 adc h
5 mov c,a
5 mov a,b
7 adc e
5 mov b,a ;BCD- результат
10 ret
5.3 Оцінка верхної фінітної частоти вхідного аналогового сигналу
Оцінку верхньої граничної частоти фільтру проводимо з точки зору найнижчої швидкодії фільтру. Для визначення верхньої фінітної частоти фільтра необхідно вирахувати за скільки тактів виконається перетворення сигналу на вході АЦП в сигнал на виході ЦАП.
В процесі виконання програми виконуються:
підпрограма обробки переривань;
основна програма;
підпрограма множення;
підпрограма додавання.
Кількість тактів, за які виконуються дані фрагменти, приведені в таблиці:
Таблиця13
Назва програми
Кількість тактів необхідних для виконання програми
Число виконань даної програми за один цикл
Кількість тактів за цикл
Основна програма
609
1
612
підпрограма обробки переривань
112
1
112
підпрограма множення
475
3
1425
підпрограма додавання
61
2
122
Таким чином цикл перетворення відбувається за 2271 тактів. В такому випадку, частота видачі інформації при максимальній тактовій частоті процесора 2,5 Мгц рівна
fвид=2,5МГц/2271=1100 Гц
За теоремою Котельникова довільний сигнал, який має скінчений спектр, може бути точно перетворений в цифрову форму і потім відтворений за відліками цього дискретного сигналу при умові, що
,
де (t ( інтервал дискретизації, fверх ( верхня фінітна частота аналогового сигналу.
Оскільки
,
то ,
а отже верхня фінітна частота фільтра fверх=550 Гц.
6. Опис функціонального вузла
Згідно із завданням на курсову роботу в даному розділі потрібно описати буферний регістр КР580ИР82.
Буферний регістр серії КР580ИР82 призначений для фіксації інформації.
Електричні параметри:
Технологія – ТТЛШ
Кількість активних елементів в кристалі – 524
Тип корпуса – 2140.20-1
Кількість виводів в корпусі – 20
Час затримки розповсюдження інформаційного сигналу, відносно сигналу на вході, (Uжив = 5 В; С = 30 пФ; R = 52,7 Ом; Uсигн = 2,14 В), - ( 30 нс.
Напруга живлення – 5 В ( 5%
Струм споживання від джерела живлення – 160 мА
Потужність розсіювання – 1 Вт
Діапазон робочих температур – від –10 (С до +70 (С
Схема. 14. Умовне позначення буферного регістра КР580ИР82
Таблиця 14
. Призначення виводів мікросхеми КР580ИР82
Номер вивода
Позначення
Тип вивода
Функціональне значення
20
+5 В
-
Живлення
10
GND
-
Загальний
1 – 8
DI0 – DI7
Виходи
Сигнали, які подаються на виводи 1 – 8, поступають на входи D – тригерів буферного регістра
19 – 22
DI0 – DI7
Виходи з високоімпендантним станом
На 19 – 12 виводяться стани тригерів буферного регістра, якщо на вхід OE подано сигнал дозволу, в протилежному випадку виводи 19 –12 знаходяться у високоімпендантному стані
11
STB
Вхід
Строб. По сигналу високого рівня, який поступає на вивід 11, інформація, яка подається на входи DI0 – DI7, записується в тригери буфера
9
OE
Вхід
Дозвіл видачі вмісту буфера регістра. Сигнал низького рівня на вході 9 дозволяє видачу на виводи DO0 – DO7 вмісту буферного регістра, а сигнал високого рівня переводить ці виводи у високоімпендантний стан
Якщо на вхід OE поступає дозволяючий сигнал низького рівня, а на вхід STB – сигнал високого рівня, то інформація зі входів мікросхеми передаються на виходи. Після переходу сигнала на вході STB з високого рівня на низький інформація, записана в буферний регістр, зберігається до появи дозволяючого сигнала на вході STB. Сигнал високого рівня на вході OE переводить виводи DO0 – DO7 у високоімпендантний стан.
Аналіз результатів та висновки
В даній курсовій роботі нами був розроблений МП – пристрій автоматичної системи регулювання на основі КР580ВМ80. Як видно по результатам роботи (отриманий МПП має верхню граничну частоту зчитування вхідного сигналу рівну 550 Гц.) даний пристрій є досить швидкодіючим. Проблема в тому, що якщо даний МПП буде застосований при проведенні вимірювань частота коливання вхідної напруги яких є досить високою. Тоді частота зчитування вхідного сигналу даного пристрою виявиться замалою, щоб точно описати форму вхідного сигналу і відобразити залежність вихідного сигналу. Для підвищення швидкодії МП – пристрою слід або вдосконалювати алгоритм обробки інформації, або використовувати більш потужний мікропроцесор, в систему команд якого входить команда множення, яка часто використовується у нашому алгоритмі роботи пристрою. Може підійти дуже відомий процесор фірми Intel 8088 або Intel 8086.
Список використаної літератури
Алексенко А. Г., Галицин А. А., Иванников А. Д. Проектирование радиоелектронной апаратуры на микропроцессорах: програмирование, типовые решения, методы отладки. М.; Радио и связь, 1984.
Майоров В. Г., Гаврилов А. И. Практический курс программирования микропроцессорных систем. М.; Машиностроение, 1989.
Корячко В. П. Микропроцессоры и микроЭВМ в радиоэлектронных средствах; Учеб. Для вузов по спец. ‘Конструирование и технология радиоэлектронных средств.’ М.; Внеш. Шк, 1990.
Федорков Б. Г., Телец В. А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. М; Енергоатомиздат, 1990.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора