Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Обчислювальна система 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:
2008
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Архітектура комп'ютерів
Група:
КН-313
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Мiністерство освiти та науки України
Нацiональний унiверситет "Львiвська політехніка"
Кафедра САПР
Курсова робота
з курсу "Архітектура комп’ютерів"
для студентів базового напрямку 6.08.04 “Комп’ютерні науки”
Обчислювальна система обробки аналогової інформації
Львів – 2008
Завдання до курсової роботи
з дисципліни “Архітектура комп’ютерів”
студента групи КН-313
Завдання: Розробити компоненти апаратного і програмного забезпечення обчислювальної системи на базі мікропроцесорного пристрою (МП КР580ВМ80), яка включає аналогово-цифровий і цифро-аналоговий перетворювачі і виконує функцію цифрової обробки аналогової інформації. Обробка описується заданим пропорційно-інтегро-диференціальним рівнянням y(t)=f(x), що пов’язує аналогові сигнали x(t) на вході і y(t) на виході системи.
Тема: “Обчислювальна система обробки аналогової інформації”
Термін здачі проекту: __________
Початкові дані:
Останні дві цифри залікової книжки nm=81
За формулою li={([mn/ki]+[mn/ki])/ki}+1 одержано такі результати:
k1=19 l1=10 Рівняння:
k2=3 l2=1 Розрядність АЦП: 8.
k3=2 l3=2 Полярність вхідного сигналу: двополярний.
k4=17 l4=1 Організація обміну МП з АЦП: через переривання контролера КР580ВН59 за адресою 00Е4 h.
k5=9 l5=1 Вид функціонального вузла: тактовий генератор (ГФ24).
Анотація.
Пушкар І. М. “Обчислювальна система обробки аналогової інформації”. Курсова робота. – НУ „Львівська політехніка”, каф.: САПР, дисципліна: “Архітектура комп’ютерів”, 2008.
Курсова робота складається з 45 сторінок, 13 таблиць, 16 рисунків, 1 додатка.
В даній курсовій роботі розроблено компоненти апаратного і програмного забезпечення обчислювальної системи, яка включає мікропроцесорний пристрій, аналогово- і цифро-аналогові перетворювачі і виконує обробку за функціональною залежністю аналогового сигналу. мікропроцесорного пристрою. Він включає аналогово-цифровий і цифро-аналоговий 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………………………………………………………...…….16
3.3. Структура представлення даних……………………………………...……..20
4. Структурна схема та алгоритм функціонування МПП…………………………….21
4.1. Опис структурної схеми МПП………………………………………………21
4.2. Розподіл адресного простору………………………...…………………...…24
4.3. Алгоритм функціонування МПП…………………………………...……….25
5. Загальна структура програми роботи МПП…………………………………………29
5.1. Опис програм вводу, виводу. ……………………………………………….31
5.2. Опис програми обробки інформації……………………………………...…35
5.3. Оцінка верхньої фінітної частоти вхідного аналогового сигналу………...39
6. Опис функціонального вузла…………………………….……………………….….41
Аналіз результатів та висновки…………………………….…………………….…....44
Список використаної літератури……………………….…………………….…….....45
Додаток ............................................................................................................................46
Перелік умовних скорочень.
АЦП – аналогово-цифровий перетворювач;
БЕ – буферний елемент;
БР – буферний регістр;
ГТІ – генератор тактових імпульсів;
ДОН – джерело опорної напруги;
ДШВ/В – дешифратор каналів вводу/виводу;
ІС – інтегральна схема;
МП – мікропроцесор;
МПП – мікропроцесорний пристрій;
МПС – мікропроцесорна система;
МР – молодший розряд;
ОЗП – оперативний запам’ятовуючий пристрій;
ОП – операційний підсилювач;
ПЗП – постійний запам’ятовуючий пристрій;
ППІ – паралельний програмований інтерфейс;
РКС – регістр керуючого слова;
РЗП – регістр загального призначення;
СК – системний контролер;
СР – старший розряд;
СШ – системна шина;
ТГ – тактовий генератор;
ТТЛ – транзисторно–транзисторна логіка;
ЦАП – цифрово-аналоговий перетворювач;
ЦФ – цифровий фільтр;
ША – шина адрес;
ШД – шина даних;
ШК – шина керування;
ШФ – шинний формувач.
Вступ.
У даній курсовій роботі розглядається синтез пристрою обробки аналогової інформації за допомогою мікропроцесорного комплекту КР580. Обробка полягає в тому, щоб перевести деякий початковий вхідний аналоговий сигнал у цифрову форму, перетворити його відповідно до функціональної залежності , а потім перевести кінцеве значення у аналогову форму. Зазвичай сигнал, що видається джерелом має аналогову форму, яка описується неперервною в часі функцією з миттєвими значеннями на певному інтервалі. Хоча передавання і обробка таких сигналів може здійснюватись у аналоговій формі, проте на сьогоднішній день широке застосування отримали системи передачі і обробки, в яких вхідні аналогові сигнали переводяться в цифрову форму, отримані цифрові сигнали передаються чи обробляються, на виході системи відбувається зворотне перетворення сигналів з цифрової в аналогову форму.
Цифрова форма представлення сигналів може забезпечити вищу завадостійкість, стабільність параметрів обробки при обробці сигналів, можливість побудови апаратури з використанням останніх досягнень мікроелектроніки.
Основні завдання при виконанні курсової роботи :
Поглиблення теоретичних знань в сфері технічних і програмних засобів пристроїв мікропроцесорних систем.
Набуття навичок роботи з технічною та довідниковою літературою із вибору АЦП і ЦАП.
Використання стандартних підпрограм з прикладного програмного забезпечення МП КР580ВМ80А.
4. Набуття навичок по розробці загальної структури МПП та по відлагодженню програмного забезпечення на мові Асемблер МП КР580ВМ80А.
Синтез аналогової схеми фільтру.
Пристрій, що реалізує на основі певної функціональної залежності перетворення вхідного аналогового сигналу у відповідний вихідний аналоговий сигнал називають аналоговим фільтром. Аналоговий фільтр може бути пасивним або активним. Активним називається фільтр, що побудований на основі операційних підсилювачів, пасивним – фільтр на R, L,C елементах, що утворюють RC-, LC- або RLC- ланки.
Основними елеметами активних аналогових фільтрів є інтергатор, диференціатор, інвертор та суматор.
Для синтезу аналогової схеми фільтру, згідно заданої функціональної залежності на основі операційних підсилювачів, розподілимо її на елементарні частини.
Рівняння функціональної залежності:
реалізуємо за допомогою наступної функціональної залежності на ОП: , де (інвертор).
2. реалізуємо за допомогою наступної функціональної залежності на ОП:
, де (інтегратор).
3.Для реалізації суми попередніх елементів використаємо таку схему:
, де (суматор).
Аналогова схема фільтру матиме вигляд:
2. Синтез структурної схеми цифрового фільтру.
Вхідний аналоговий сигнал повинен бути перетворений у відповідний цифровий код. Але, розглянувши рівняння, ми бачимо, що воно призначене для обробки неперервного сигналу. Таким чином, необхідним є перетворення вхідного рівняння у такий вигляд, де значення аргументу та функції були б представлені у вигляді дискретних одиниць. Дискретизована відповідним чином інформація може бути оброблена пристроєм цифрової обробки – цифровим фільтром.
Задана функціональна залежність:
Для часової дискретизації використовуємо наближені рівності:
Виконаємо підстановку цих величин:
Внесемо в дужки ( і просумуємо спільні множники:
Виконаємо заміну:
Нехай, , ,
Тоді рівняння цифрового фільтру набуде вигляду:
Здійснимо перетворення:
, тоді
Оцінивши коефіцієнти, ми бачимо, що всі коефіцієнт є додатніми.
Рис. 2.1. Структурна схема реалізації цифрового фільтра, де: Д-елемент затримки, Х-елемент множення, -суматор.
3. Вибір і обгрунтування типу АЦП і ЦАП
3.1. Вибір АЦП
До найважливіших параметрів та характеристик АЦП належать:
- діапазон перетворення - різниця між максимальним та мінімальним значеннями вхідної напруги Uвх;
- нелінійність - похибка, зумовлена відхиленням статичної характеристики АЦП від лінійної; диференційна нелінійність визначає, наскільки більша або менша реальна сходинка між сусідніми кодами характеристики від ідеальної;
- час перетворення - інтервал часу від моменту заданої зміни напруги сигналом на вході АЦП до появи на його виході відповідного стійкого коду;
- розрізняльна здатність - значення одиниці МР n- розрядного АЦП; вона визначається як відношення максимального значення вхідного сигналу Uвх max до числа квантованих рівнів 2n.
АЦП послідовного наближення будують на основі ЦАП і логічної схеми, яка ним керує. Принцип роботи такого АЦП полягає у послідовному порівнянні з допомогою компаратора вхідної напруги з вихідною напругою ЦАП.
Таблиця 3.1.1.
Мікросхеми АЦП.
Мікросхема
К1107ПВ2
К1107ПВ4
К572ПВ3
Вид перетвореня
Однократний відлік
Однократний відлік
Послідовних наближень
Час пер., t, мкс
0,1
0,03
7,5
К-ть вих.
64
64
18
Нелінійність (L
-0,5; 0,5
-1; 1
-0,5; 0,5
Абс. Похибка перетворень, %
-3;3
-0,1;0,1
-3;3
Розрядність
8
8
8
В результаті аналізу вище наведеної таблиці видно, що мікросхема К572ПВ3 є гіршою з точки зору швидкодії, проте задовольняє вимоги швидкодії і похибки перетворення для даної роботи, крім того, мікросхема в своєму складі має власний генератор тактових імпульсів. Мікросхема являє собою АЦП послідовного наближення, виконаний по технології КМОП. Кількість виводів – 18. Преваги даного АЦП над іншими:
- довжина слова рівна 8 біт, що співпадає з довжиною слова основних типів ВІС МП;
- управління його роботою здійснюється від МП з мінімальними затратами;
- часові характеристики співпадають з часовими характеристиками більшості ВІС МП;
- цифрові виходи дозволяють пряме підключення до вхідних портів і шин даних МП.
Алгоритм перетворення АЦП реалізується за допомогою регістра послідовних наближень, що включає зсувний регістр, і регістр пам'яті на RS-тригерах. В ньому виконується операція порозрядного зсуву логічної 1 по напрямку від старших розрядів до молодших, зберігання результату перетворення і порозрядному запису станів КН при зрівнянні вхідного аналогової напруги АЦП і напруги на виході ЦАП.
Логічні схеми управління і синхронізації регламентують весь процес взаємодії АЦП із зовнішніми пристроями. Для роботи потрібно подати сигнал , . Після скидання на виході формується сигнал 10000000. По сигналу початку перетворення запускається внутрішній асинхронний ГТІ, обслуговуючий обчислювальний процес і обмін даними. В своєму складі АЦП містить ЦАП, буферний регістр пам'яті з трьома станами, логічні схеми управління та синхронізації, підсилювач, регістр послідовного наближення.
Рис. 3.1.1. Умовне позначення АЦП К572ПВ3
Виводи мікросхеми:
1-3 –цифрові виходи 4-2;
4 –цифровий вихід 1 (MP);
5 – вихід стану;
6 – вхід управління;
7 – вхід управління ;
8 – вхід тактування CLK;
9 –цифрова земля;
10 –напруга джерела живлення UЖИВ;
11 –опорна напруга UОПР;
12 –вхід зміщення характеристики BOFS;
13 –аналоговий вхід;
14 –аналогова земля;
15 –цифровий вихід 8 (CP);
16-18 –цифрові виходи 7-5.
Рис. 3.1.2. Типова схема включення АЦП К572ПВ3.
Основні електричні параметри при температурі навколишнього середовища 25±10(С та максимально допустимі режими експлуатації наведено в таблиці 3.1.2.
Таблиця 3.1.2.
Електричні параметри К572ПВ3.
Параметр
Не менше
Не більше
Число розрядів b
8
-
Нелінійність (L, MP
-0.5
0.5
Диференціальна не лінійність (LD, MP
-0.75
0.75
Абсолютна похибка перетворення в кінцевій точці шкали (Fs, (MP)
-3
3
Вихідна напруга високого рівня , В
4
0
Вихідна напруга низького рівня , В
-
0.4
Напруга джерела живлення UЖИВ, В
4,75
5,25
Напруга опору UОПР , В
-10,5
-9,8
Напруга зміщення нуля на виході UI0, мВ
-30
30
Час перетворення tc, мкс
-
7.5
Струми споживання Iжив, мА
-
4
Рис. 3.1.3 Часові діаграми роботи мікросхеми в трьох режимах.
Рис. 3.1.4. Структурна схема підключення АЦП до шини МПС.
3.2 Вибір типу ЦАП.
Основне призначення ЦАП – автоматичне перетворення (декодування) двійкових кодів на еквівалентні їм значення будь-якої фізичної величини (напруги або струму). В ЦАП цифрова інформація вводиться у вигляді паралельного коду перетворюваного числа, а аналогова інформація на виході представлена у вигляді одного сигналу, який є носієм інформації.
Для вибору ЦАП розглянемо наступні мікросхеми: К1118ПА1, К1118ПА3.
Таблиця 3.2.1.
Основні параметри мікросхем ЦАП.
Параметри
К1118ПА1
К1118ПА3
Кількість розрядів
8
8
Час перетворення, мкс
0.04
0.01
Кількість виводів
16
24
Для побудови МПС мною було обрано мікросхему ЦАП К1118ПА3 (рис. 3.2.1). Дана мікросхема має кращі характеристики часу перетворення цифрової інформації, тобто є більш швидкодіючою.
Метод перетворення, що використовується в ЦАП К1118ПА3, передбачає сумування у відповідності з заданим значенням двійкового коду всіх розрядних струмів, що зважені за двійковим законом та пропорційні значенню опорної напруги.
Рис. 3.2.1 Умовне позначення мікросхеми ЦАП К1118ПА3
Таблиця 3.2.2.
Основні електричні параметри при температурі навколишнього середовища 25±10(С.
Характеристика
Не менше
Не більше
Число розрядів b
8
-
Час встановлення вихідного струму tsI, мкс
-
0.01
Диференціальна не лінійність (LD, %
-0.195
0.195
Абсолютна похибка перетворення в кінцевій точці шкали (Fs, (MP)
-2
2
Вихідний струм зміщення нуля IO0, мВ
-
200
Струми споживання Icc, мА
-
2
Рис. 3.2.2 Типова схема включення мікросхеми ЦАП К1118ПА3
Опис виводів:
1-цифровий вхід 1(СР);
2-7 – цифрові входи 2-7;
8 – цифровий вхід 8 (МР);
12 – напруга живлення - UЖИВ1;
13 - напруга живлення - UЖИВ2;
16 – спільна цифрова шина;
17 – спільна аналогова шина;
18 – прямий аналоговий вихід;
19 – інверсний аналоговий вихід;
21 – вхід опорної напруги –Uопр
22 – інверсний вхід ОП;
23 – корекція;
24 – неінвертуючий вхід ОП;
Інші виходи не використовуються.
Рис. 3.2.3 Структурна схема підключення мікросхеми ЦАП до МПС
3.3 Структура представлення даних
Структура представлення даних, які входять в рівняння цифрового фільтру, визначається виходом рівняння і розрядністю АЦП. При заданій розрядності АЦП – 8 розрядів та вхідним додатнім двополярним сигналом, для представлення xn потрібно 8 розрядів, тобто xn повинний виражатись одним байтом. Виходячи з цього, знайдемо, скільки розрядів займатиме результат yn.
Для заданого рівняння (дискретизованого) цифрового фільтру у вигляді:
коефіцієнти визначаються:
Припустимо, що , а , – це постійна величини, - інтервал дискретизації, мала величина.
Підставимо заміни у рівняння, і отримаємо:
Проаналізуємо отриманий результат. Легко побачити, що . Але, згідно умови, розрядність є 8, то розрядність залишаємо такою ж.
Тоді структура представлення даних набуде наступного вигляду:
7
6
5
4
3
2
1
0
7
6
5
4
3
2
1
0
знак
Одержана структура представлення даних визначає формати виконання арифметичних операцій обчислення вихідного значення цифрового фільтра.
4. Структурна схема МПС і алгоритм його функціонування.
4.1. Структурна схема МПС.
Дана МПС призначена для фільтрації вхідного аналогового сигналу. Вона складається із набору певним чином об’єднаних мікросхем і програми обробки інформації. Для створення принципової електричної схеми та синтезу програмного забезпечення створимо попередньо структурну схему для МПС та алгоритм його функціонування.
Отже, мікропроцесорна система складатиметься із таких компонентів:
Таблиця 4.1.1.
Позначення
Опис
Мікросхема
МП
Мікропроцесор
КР580ВМ80А
ГТІ
генератор тактових імпульсів
КР580ГФ24
СК
системний контролер
КР580ВК28
ШФ
Шинний формувач
К589АП26
АЦП
аналогово-цифровий перетворювач, 8 розрядів
К572ПВ3
ЦАП
цифро-аналоговий перетворювач, 8 розрядів
К1118ПА3
ППІ
паралельний програмований інтерфейс
КР580ВВ55
БР
буферний регістр
КР580ИР82
Мікропроцесор (МП) – центральний елемент, призначений для обробки інформації, а також для керування системою. МПП виконує функції: формує адреси команд, видає команди з пам’яті, їх дешифрує, видає для команд потрібні адреси, виконує над даними операції, передбачені командами, при необхідності записує результат в пам’ять, формує керуючі сигнали для обміну, реагує на можливі зовнішні сигнали;
Системний контролер (СК) являє собою посередника між МП і рештою компонентів МПС, призначеного для зв’язку МП із ШД, а також для формування керуючих сигналів;
Шинний формувач (ШФ) призначений для обміну інформацією між МП і системною шиною, дозволяє підвищити навантажувальну здатність МПС;
Генератор тактових імпульсів (ГТІ) призначений для формування тактових синхроімпульсів, F1, F2 для синхронізації роботи МП. Крім того мікросхема формує ще сигнали Reset, Ready, F2ttl, які використовуються для синхронізації зовнішніх пристроїв вводу/виводу та пам’яті. ГТІ також виробляє сигнал STSTB, який поступає на вхід системного контролера і за яким системний контролер фіксує слово стану процесора.
Буферний регістр (БР) призначений для буферизації даних, він дає можливість працювати із 10-ти та 12-ти розрядними даними;
Паралельний програмований інтерфейс (ППІ) призначений для обміну між МПС та мікросхемами АЦП/ЦАП, тобто для вводу/виводу даних;
Мікросхема АЦП отримує на вході МПП аналоговий сигнал та перетворює його в цифрову форму.
Мікросхема ЦАП здійснює зворотне перетворення - двійковий код, який поступив на його вхід, перетворюється у відповідний аналоговий сигнал.
В МПП використовуються також логічні елементи, на яких побудовані дешифратори адрес.
Запам’ятовуючі пристрої призначені для постійного (ПЗП) і тимчасового (ОЗП) зберігання даних і програми;
Схема дешифрування призначена для декодування адрес пам’яті і зовнішніх пристроїв.
Зв’язок між окремими елементами МПС відбувається за допомогою системної шини (СШ), яка поділяється на три магістралі – шину адрес (ША), шину даних (ШД) і шину керування (ШК).
Схема роботи МПС: одразу після ввімкнення ГТІ видає сигнал RESET, що скидає всі мікросхеми та встановлює лічильник команд у 0. Крім цього, за допомогою цього ж сигналу відбувається передача коду команди ПКП за адресою ЕС00 h у тригери БР.
МП починає зчитувати команди із ПЗП, першою з яких є перехід на програму обробки інформації. В програмі виконуються початкові установки (програмування ППІ, видача керуючих сигналів, дозвіл переривань), після чого процесор зупиняється та чекає переривання. В цей час АЦП виконує перетворення сигналу в цифровий код та видає сигнал готовності даних. Коли процесор видасть черговий сигнал SYNC на ГТІ, він сформує строб STSTB, за яким СК зчитає слово стану МП та сформує сигнал дозволу переривання INTA. Цей сигнал подається на БР, що викличе видачу на ШД коду команди RST, де записаний перехід на обробник переривання. В обробнику переривань відбувається зчитування значення аргументу, а також заборона переривань.
Далі відбувається повернення у головну програму, де обчислюється значення функції, після чого воно виводиться на ЦАП. Після формування даних для наступної ітерації програмний цикл повторюється.
Рис. 4.1.1. Структурна схема МПП.
4.2. Розподіл адресного простору.
В адресний простір МП КР580ВМ80 входить 64К адрес пам’яті (216), що визначається 16 - розрядною адресною шиною. Мікропроцесор КР580ВМ80 може здійснювати обмін інформацією за даними адресами з пам’яттю (ПЗП, ОЗП) та зовнішніми пристроями. В цьому адресному просторі необхідно розмістити адреси ПЗП та ОЗП. Під величини a 0, a 1, k, d, x n, x n-1, x n-2,y n виділимо 2Кб в ОЗП. Програму обробки інформації та обробник переривань зберігатимемо в ПЗП, розміром 62Кб.
Розподіл адресного простору
Таблиця 4.2.1.
ПЗП
0000h
jmp MAIN (100h)
…………..…………..
0020h
jmp INTER (300h)
…………..…………..
300h
Обробник переривань
…………..…………..
400h
Додаткові процедури
…F7FFh
………..
ОЗП
F800h ( a0
F801h ( a1
F802h ( k
F803h ( d
F804h ( xn
F805h ( xn-1
F806h ( xn-2
F807h ( zn-1
F809h ( zn-2
F80Bh ( yn
F810h…
Проміжні дані
…………..
…………
FF00h
FFFFh
Стек
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. До переваг даного підходу можна віднести можливість використання різноманітних команд пересилання даних.
Інший підхід використовує роздільне керування пам’яттю і зовнішніми пристроями. Лише тільки дві команди (IN і OUT), в цьому випадку, призначені для обміну інформації з зовнішніми пристроями. Так, як для цих команд адрес для зовнішнього пристрою 8-ми розрядний, то МП КР580ВМ80 може звертатись до 256 пристроїв вводу і 256 пристроїв виводу. При цьому адресний простір пам’яті буде максимальним (64К).
У нашій МПС є ППІ КР580ВВ55. Для звертання до каналів вводу і каналів виводу їм необхідно також присвоїти конкретні адреси. У МПС на основі МП КР580ВМ80 для зовнішніх пристроїв виділено 256 адрес. Виходячи з цього, канали вводу/виводу, а також регістри керуючих слів матимуть наступні адреси:
Адреса ППІ КР580ВВ55
Таблиця 4.2.2.
КР580ВВ55
Адреса
Значення
С0h
Канал А
С1h
Канал В
С2h
Канал С
С3h
РКС
Адреси портів ПКП КР580ВН59
Таблиця 4.2.4
Порти
Адреса
0 (А0=0)
1 (А0=1)
7eh
7fh
4.3. Алгоритм функціонування МПП.
1. Після запуску системи 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 (PC), 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.
2. Програмування ППІ і початкове обнулення змінних, введення констант. ППІ програмується на режим роботи 0, порт А– на ввід, порт В– на вивід. Крім цього ми будемо оперувати окремими виводами порту С для керування зчитуванням даних з АЦП і передачею їх на ЦАП.
3. Ввід інформації з АЦП здійснюється в режимі переривань. При готовності даних формується сигнал переривання і подається на контролер переривань КР580ВН59 за адресою 00ЕСh, після чого відбувається перехід на підпрограму обробки переривання.
4. Обробка отриманої інформації і вивід її на ЦАП. Обробка включає перемноження і сумування елементів у відповідності до рівняння цифрового фільтру, тобто знаходження кінцевої вихідної величини , яка і виводиться на ЦАП.
5. Функціонування МПП припиняється після вимкнення живлення.
Після виконання дискретизації було отримане рівняння вигляду:
, де ,
Для реалізації обчислення функції і обміну МПС з АЦП (і ЦАП) запропонуємо такі алгоритми:
Рис. 4.3.1. Алгоритм функціонування МПП.
Рис. 4.3.2. Алгоритм підпрограми – обробника переривань.
.
5. Загальна структура програми роботи МПП.
Структура асемблерної програми для МПС на базі МП КР580ВМ80 визначається на основі блок-схеми алгоритму функціонування МПП. Вона містить ініціалізацію мікросхем КР580ВВ55, введення початкових констант, запуск АЦП, ввід даних при обробці переривань і обчислення рівняння ЦФ, і передачу обрахованого на ЦАП для переведення в аналогову форму. Вхідні сигнали і при першому обрахунку приймаємо 0 і записуємо за відповідними адресами в ОЗП. Також обнулимо початкові значення та .
Мнемоніка команди Коментар Такти Байти
MAIN: DI ; заборонити усі переривання 4 1
MVI A,a0 7 2
STA F800h ; занести а0 в ОЗП 13 3
MVI A,a1 7 2
STA F801h ; занести а1 в ОЗП 13 3
MVI A,k 7 2
STA F802h ; занести k в ОЗП 13 3
MVI A,d 7 2
STA F803h ; занести d в ОЗП 13 3
MVI A,0 ; обнулення Xn-1
STA F805h
MVI A,0 ; обнулення Xn-2
STA F806h
LXI H,0 ; обнулення Zn-1 10 3
SHLD F807h 16 3
LXI H,0 ; обнулення Zn-2 10 3
SHLD F809h 16 3
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
MVI A,10010000B ; режим 0, А – ввід, В – вивід, 7 2
; порт С – вивід
OUT 0С3H ; програмування ППІ 10 2
mvi A, 11110110b - ICW1 для ПКП 7 2
out 7Eh - адреса порту ПКП A0=0 10 2
mvi A, 0 - ICW1 для ПКП 7 2
out 7Fh - адреса порту ПКП A0=1 10 2
CALL DІGIT 17 3
END
Головна програма MAIN виконується за 239 тактів та займає 54 байти у пам’яті.
5.1. Опис програм вводу/виводу.
Зв'язок між АЦП і ЦАП з однієї сторони та МП з іншої здійснюється через ППІ. Для організації вводу/виводу треба задати режим роботи самої ІС КР580ВВ55.
Згідно завдання нам необхідно вводити 10 біт і виводити 10 біт даних. Для виконання вводу і виводу даних використаємо ППІ, при чому запрограмуємо його на 0-ий режим роботи. Керуюче слово для програмування ППІ зображено на рис. 5.1.1.
Рис 5.1.1. Структура керуючого слова ППІ.
Рис 5.1.2. Структура керуючого слова для оперування бітами ППІ.
Таким чином, наступний фрагмент програми ініціалізує ППІ.
Мнемоніка команди Коментар Такти Байти
MVI A,10010000B ; режим 0, А – ввід, В – вивід, 7 2
; порт С – вивід
OUT 0С3H ; програмування ППІ 10 2
Наступним кроком для зчитування інформації буде ініціалізація АЦП та «запуск перетворення». Для цього необхідно на вхід «Гашення/Перетворення» АЦП подати спочатку логічну одиницю, а потім – логічний нуль. Вхід «Гашення/Перетворення» підключений до розряду PC7 порту С ППІ. Щоб подати на відповідний розряд порту С потрібне значення будемо оперувати певними бітами цього порту, як показано на рис. 5.1.2.
Мнемоніка команди Коментарі Такти Байти
MVI A,00000100B ; видача «1» на РС2 – заборонити 7 2
OUT 0C3H ; перетворення на АЦП 10 2
MVI A,00000101B ; видача «0» на РС2 – дозволити 7 2
OUT 0C3H ; перетворення на АЦП 10 2
Після задання режиму роботи ППІ та ініціалізації АЦП можна приступити до зчитування значення із АЦП. Дані з виходу АЦП поступають в канал А та старшу тетраду каналу С. Програмна реалізація вводу відбувається в підпрограмі INTER і має такий вигляд:
Мнемоніка команди Коментарі Такти Байти
IN 0C0H ;прочитати з каналу А молодший байт Xn 10 2
MOV L,A ;занести його в L 5 1
IN 0C2H ;прочитати старший байт з РС6-РС7 10 2
RLC 4 1
RLC ;сформувати розряди в перших двох бітах 4 1
MOV H,A ;занести байт в Н 5 1
SHLD F80AH ;зберегти Xn в ОЗП 16 3
Вивід результату на ЦАП виконується через канал A та МР каналу С і програмується так:
Мнемоніка команди Коментарі Такти Байти
MOV A,L ; вивести результати 5 1
OUT 0C1H ; порт В 10 2
MOV A,H 5 1
OUT 0C2H ; молодша тетрада порту С 10 2
MVI A,00001000B ; дозволити видачу даних на ЦАП 7 2
OUT 0C3H ; видача «0» на РС4 – дозволити 10 2
Програма у МПС повинна бути організована таким чином, щоб виконуватися без переривань від моменту початку чергової ітерації і аж до виведення даних на ЦАП. Але, сигнал зовні неперервний, тому АЦП може неперервно виконувати перетворення його в цифрову форму. Отже, необхідним є організація переривання для уможливлення введення чергових значень аргументу для обчислення значення функції.
Підпрограма обробки переривань.
Мнемоніка команди Коментарі Такти Байти
INTER:
PUSH B 11 1
PUSH D 11 1
PUSH H 11 1
PUSH PSW ; зберегти значення акумулятора, прапорців і РЗК 11 1
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
IN 0C0H ; прочитати з каналу А Xn 10 2
LDA F804H ; зберегти Xn в ОЗП 16 3
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
DI ; заборонити подальші переривання 4 1
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
POP PSW 10 1
POP H 10 1
POP D 10 1
POP B ; відновити збережені в стеку дані 10 1
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
RET ; повернутися до програми обробки інформації 10 1
Підпрограма INTER виконується за 124 тактів та займає 15 байт у пам’яті.
5.2. Опис програми обробки інформації.
Підпрограма обробки інформації має назву DIGIT здійснює обчислення за одержаним рівнянням ЦФ, тобто необхідно провести обчислення значення за заданими значеннями , , та постійними коефіцієнтами. Ці всі параметри мають свої конкретні адреси в пам’яті. При цьому, необхідно виконати операції множення та додавання, які виконуються за допомогою відповідних підпрограм. Результатом виконання підпрограми є числове значення сигналу . Програма обробки інформації є підпрограмою головної програми.
Мнемоніка команди Коментарі Такти Байти
DIGIT:
LDA 0F805H 13 3
MOV B,A 5 1
LDA 0F804H 13 3
ADD B ;A=Xn-1+Xn-2 4 1
MOV E,A ;D=A 5 1
LDA 0F803H ;A=d 13 3
CALL MULTAE ;HL=A*E 17 3
XCHG ;HL<=>DE 4 1
LHLD 0F809H ;HL=Zn-2 16 3
DAD D ;HL=HL+DE 10 1
SHLD 0F807H ;Zn-1 => F807H 16 3
LDA 0F808H 13 3
LXI H,0F810H 10 3
CALL CHECK 17 3
LDA 0F810H 13 3
ORI 00000000B 7 2
CNZ CONVERT 11 3
MOV E,A 5 1
LDA 0F802H 13 3
CALL MULTAE 17 3
LDA 0F810H 13 3
ORI 00000000B 7 2
CNZ CONVERTHL 11 3
SHLD 0F820H ;k*Zn-1 => F820H 16 3
LDA 0F804H ;A=Xn 13 3
LXI H,0F810H 10 3
CALL CHECK 17 3
LDA 0F810H 13 3
ORI 00000000B 7 2
CNZ CONVERT 11 3
MOV E,A 5 1
LDA 0F800H 13 3
CALL MULTAE 17 3
LDA 0F810H 13 3
ORI 00000000B 7 2
CNZ CONVERTHL 11 3
SHLD 0F822H ;a0*Xn => F822H 16 3
LDA 0F805H ;A=Xn-1 13 3
LXI H,0F810H 10 3
CALL CHECK 17 3
LDA 0F810H 13 3
ORI 00000000B 7 2
CNZ CONVERT 11 3
MOV E,A 5 1
LDA 0F801H 13 3
CALL MULTAE 17 3
LDA 0F810H 5 1
ORI 00000000B 7 2
CNZ CONVERTHL 11 3
SHLD 0F824H ;a1*Xn-1 => F824H 16 3
LHLD 0F820H 16 3
XCHG 4 1
LHLD 0F822H 16 3
DAD D 10 1
XCHG 4 1
LHLD 0F824H 16 3
DAD D 10 1
SHLD 0F80B ;Yn => F80BH 16 3
;-----------------Підготовка до наступної ітерації
LDA 0F805H 13 3
STA 0F806H ;Xn-2=Xn-1 13 3
LDA 0F805H 13 3
STA 0F806H ;Xn-1=Xn 13 3
LHLD 0F807H 16 3
SHLD 0F809H ;Zn-2=Zn-1 16 3
;-------------------------------------------------------------
JMP DIGIT 10 3
Підпрограма DIGIT виконується за 753 тактів та займає 142 байти у пам’яті.
Підпрограма переводу двобайтового числа в доповнюючий код.
Мнемоніка команди Коментар Такти Байти
CONVERTHL: ;Перетворення вмісту HL у доповнюючий код
PUSH PSW 11 1
MOV A,H 5 1
XRI 11111111B 7 2
MOV H,A 5 1
MOV A,L 5 1
XRI 11111111B 7 2
MOV L,A 5 1
INX H 5 1
POP PSW 10 1
RET 10 1
Процедура CDOP виконується за 70 тактів і займає 12 байтів у пам’яті.
Підпрограма множення двобайтового числа на однобайтове без знаку.
Вхідними даними для неї є множники, розміщені в регістровій парі DE і акумуляторі. Процедура повертає добуток в парі НL. Текст цієї процедури:
Мнемоніка команди Коментар Такти Байти
MULTAE: LXI H,0 ;Беззнакове множення А на Е. Результат в HL 10 3
MVI D,0 7 2
LOOP:
ORA A 4 1
JZ EXIT 10 3
RAR 4 1
JNC NOADD 10 3 DAD D 10 1
NOADD: XCHG 4 1
DAD H 10 1 XCHG 4 1
JMP LOOP 10 3
EXIT:
RET 10 1
CHECK: PUSH PSW ;Перевірка знаку акумулятора. Знак зберігажться в пам"яті за адресою в HL 11 1
ANI 10000000B 7 2
MOV M,A 7 1
POP PSW 10 1
RET 10 1
Процедура DMULT виконується за 138 такти і займає 27 байт пам’яті.
5.3. Оцінка верхньої фінітної частоти вхідного аналогового сигналу.
Для визначення верхньої фінітної частоти необхідно порахувати максимальну кількість тактів при виконанні обміну і обробці інформації. Запишемо ці значення у табл. 5.3.1.
Таблиця 5.3.1.
Кількість тактів, що виконуються основним циклом програми.
Програми
Кількість тактів
Кількість виконань
Кількість тактів
Головна програма (MAIN)
239
1
239
Підпрограма обробки переривань (INTER)
124
1
124
Підпрограма обробки інформації (DIGIT)
753
1
753
Процедура переводу в доповнюючий код (CONVERTHL)
70
6
70
Процедура беззнакового множення (MULTAE)
93
4
465
Загальна кількість тактів
1908
На основі теореми про вибірки (дискретизації) визначимо фінітну частоту роботи МПП. Дана теорема в ряді випадків називається теоремою Котельникова, Шеннона або Уіттекера. Теорема стверджує можливість представлення аналогового сигналу дискретним рядом, отриманим з АЦП, у випадку виконання умови
, де - частота дискретизації; - фінітна частота аналогового сигналу.
При тактовій частоці роботи МП КР580ВМ80 рівній 2,5 МГц отримаємо тривалість виконання основного циклу програми.
, де - загальна кількість тактів роботи програми.
Загальна кількість тактів роботи програми.
0,0007632 c
Частота обміну і обробки інформації в МПП:
Гц .
За теоремою Котельнікова фінітна частота вхідного аналогового сигналу буде вдвічі менша від fΔt :
Гц
Отже МПП ефективно з великою достовірністю проводить перетворення за функціональною залежністю аналогові сигнали з верхньою обмежуючою частотою рівною значенню Гц.
6. Опис функціонального вузла.
КР580ГФ24 - мікросхема генератора тактових сигналів, які використовуютсься для синхронізації роботи мікропроцесора KP580BM80A. Генератор формує дві фази С1 и С2 з імпульсами додатньої полярності, амплітудої 12 В і частотою 0,5-3,0 МГц. Крім цього, генератор видає тактові сигнали опорной частоти з амплітудою близько 5 В (рівень мікросхем ТТЛ), стробуючий сигнал стану STB і тактові сигнали С, які синхронізуються з фазою С2 з амплітудою ТТЛ. Генератор синхронізує сигнали RDYIN і RESLN фазою С2. Умовні графічні позначення мікросхеми і її структурна схема показані на Рис 6.1 і 6.2. В таблиці 6.1 приведені позначення її виводів.
Мал 6.1,6.2.
Вивід
Позначення
Тип виводу
Функциональное назначение выводов
1
SR
Вихід
Встановлення в початковий стан мікропроцесора і системи
2
RESIN
Вхід
Встановлення 0
3
RDYIN
Вхід
Сигнал "Готовність"
4
RDY
Вихід
Сигнал "Готовність"
5
SYN
Вхід
Сигнал синхронізації
6
C
Вихід
Тактовий сигнал, синхронний з фазою С2
7
STB
Вихід
Стробуючий сигнал стану
8
GND
-
Загальний
9
Ucc2
Вхід
Напруга живлення +12В
10
C2
Вихід
Тактові сигнали –фази С2
11
C1
Вихід
Тактові сигнали –фази С1
12
OSC
Вихід
Тактові сигнали опорної частоти
13
TANK
Вхід
Вивід для підключення коливального контуру
14, 15
XTAL1, XTAL2
Вхід
Виходи для підключення резонатора
16
Ucc1
Вхід
Напруга живлення +5В
Таблиця 6.1
Генератор тактових сигналів складається з генератора опорної частоти, лічильника-дільника на 9, формувача фаз С1 і С2 і логічних схем. Для стабілізації тактових сигналів опорної частоти до входів XTA1L1 і ХТА1L2 генератора підключається кварцевий резонатор, частота якого повинна бути в 9 раз більшою частоти вихідних сигналів С1 і С2. В радіолюбительській практиці найчастіше використовуються кварцеві резонатори 15 - 20 МГц. Якщо частота кварцевого резонатора більше 10 МГц, то послідовно з ним необходно включити конденсатор ємністю 3 - 10 пФ. Вихід TANK застосовується для подключення коливального контуру, який працює на вищих гармоніках резонатора. Контур стабилізує тактові сигнали опорной частоти.
Тактові сигнали, синхронні з сигналами опорної частоти, з виходу OSC використовуються в тому випадку, якщо в мікропроцесорній системі встановлені декілька генераторів і потрібно синхронізувати їх роботу.
Стробируючий сигнал стану STB формується при наявності на вході SYN напруги високого рівня, який поступає з виходу мікропроцесора KP580ВM80A на початку кожного машинного циклу. Сигнал STB використовує для занесення інформації стан мікропроцесора в мікросхему КР580ВК28 чи КР580ВК38 для формування ними управляючих сигналів.
Для синхронізаціх роботи мікропроцесора КР580ВМ80А з іншими пристроями сигнал RDYIN синхронізується по фазі С1 на виході RDY генератора. Вихідний сигнал SR використовують для повернення в початкове положення мікропроцесора і інших мікросхем в системі.
Аналіз результатів та висновки
У процесі виконання курсового проекту були розроблені апаратні та програмні компоненти мікропроцесорного пристрою, що реалізують поставлену задачу цифрової обробки аналогової інформації.
При обробці інформації був застосований апаратно-програмний підхід. Відповідно до цього підходу складові вхідного сигналу надходили у АЦП (аналогово-цифровий перетворювач), на виході із якого вони уже були представлені у цифровій формі. Далі над оцифрованими складовими вхідного сигналу здійснювалися відповідні математичні операції, в результаті яких отримувалися складові вихідного сигналу, представлені у цифровій формі, які відразу ж направлялись в ЦАП (цифрово-аналоговий перетворювач), на виході із якого був отриманий вихідний аналоговий сигнал.
Такий підхід надзвичайно гнучкий і дозволяю значно розширити можливості даного мікропроцесорного пристрою, адже для того, щоб обробити вхідний сигнал іншим чином (тобто, згідно іншої функціональної залежності), достатньо лише змінити код програми, апаратна ж частина залишається сталою, адже вона є «кістяком» мікропроцесорного пристрою.
Але у результаті оцінки верхньої фінітної частоти вхідного аналогового сигналу виявилося, що даний мікропроцесорний пристрій є досить повільним. Це пояснюється тим, що для обробки вхідного сигналу використовувалися підпрограми, написані на мові асемблера МП КР580ВА80, адже у даному мікропроцесорі відсутні вбудовані команди для множення та ділення. Крім того, вхідний сигнал був двополярний, тобто слід було передбачити випадки для роботи із від’ємними числами (а не тільки із додатніми), що значно збільшило код програми. Все це і призвело до уповільнення роботи мікропроцесорного пристрою.
Таким чином, синтезована система, маючи такі явні переваги, як гнучкість та зручність у використанні, має низьку швидкодію, що може бути збільшена шляхом використання новішого мікропроцесорного комплекту.
Список використаної літератури.
1. Харченко В. С., Основи цифрових систем. Харків, 2002.
2. Якименко Ю. І., Терещенко Т. О., Мікропроцесорна техніка. Київ; «Кондор», 2004.
3. Алексенко А.Г., Галицин А.А., Иванников А.Д. Проектирование радиоелектронной апаратуры на микропроцессорах: Программирование, типовые решения, методы отладки. -М.: Радио и связь, 1984.
4. Самофалов К.Г., Викторов О.В., Микропроцессоры. Библиотека инженера.-К.: Техніка,1989.
5. Федорков Б.Г., Телец В.А, Микросхемы ЦАП и АЦП: функциование, параметры, применение. -М.: Энергоатомиздат, 1990.
6. Баранов В.В. и др. Полупроводниковые БИС запоминающих устройств. -М.: Радио и связь, 1987.
7. Майоров В.Г., Гаврилов А.И., Практический курс программирования микропроцессорных систем. -М.:Машиностроение, 1989.
8. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги. Справочник. Перельман Б.Л., Шевелев В.И. “НТЦ Микротех”, 1998г., 376 с. - ISBN-5-85823-006-7.
9. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник. Том 8. А. В. Нефедов. - М.:ИП РадиоСофт, 1998г. - 640с. :ил.
10. Рицар Б. Є. Цифрова техніка. Київ НМК ВО, 1991.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора