Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Розробка обчислювальної системи 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:
2009
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Архітектура комп'ютерів
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти та науки України
Національний університет “Львівська Політехніка”
Кафедра САПР
Курсова робота
З курсу “архітектура комп’ютерів”
Розробка обчислювальної системи обробки
аналогової інформації
ЛЬВІВ-2009
Завдання
до курсової роботи студентки
Тема роботи: Розробка обчислювальної системи обробки аналогової інформації
Термін здачі студентом закінченої роботи 15.02.2009р.
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 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.
Анотація
Студентка: Іващук Т.О.
“ Розробка обчислювальної системи обробки аналогової інформації ”. Курсова робота. - НУ “Львівська політехніка”, каф.: САПР, дисципліна : “Архітектура комп’ютерів”, 2009.
Курсова робота складається з 33 сторінок, 14 таблиць, 14 схем, 1-го додатку.
В даній курсовій роботі розроблено компоненти апаратного і прогамного забезпечення обчислювальної системи на базі мікропроцесорного пристрою (МП КР580ВМ80), яка 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 13
3.3 Структура представлення даних 15
4.Структурна схема та алгоритм функціонування МПП 17
4.1 Опис структурної схеми МПП 17
4.3 Алгоритм функціонування МПП. 21
5. Загальна структура програми роботи МПП 24
5.1 Опис програм вводу,виводу. 27
5.2 Опис програм обробки інформації. 28
5.3 Оцінка верхної фінітної частоти вхідного аналогового сигналу 29
6. Опис функціонального вузла 30
Аналіз результатів та висновки 32
Список використаної літератури 33
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 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).
2. 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.
3. ВИБІР АЦП І ЦАП.
3.1. Вибір АЦП.
Перетворення аналогового сигналу в цифровий здійснюється за допомогою АЦП і представляє собою вимірювальний процес, який полягає в порівнянні аналогового сигналу з еталонною напругою, значення якої відомо наперед з великою точністю. В результаті цього неперервне значення сигналу замінюється найближчим еталонним значенням напруги, тобто відбувається процес квантування по рівню. Відомості про АЦП, які можуть бути використані в даній курсовій роботі, зведені в таблиці 3.1.1.:
Табл. 3.1.1.
АЦП з розрядністю 12.
Мікросхема
Вид перетворення
Розрядність, n
tпер, мкс
К-ть виходів, m
К572ПВ1
(КР572ПВ1)
Послідовне наближення
12
110
48
( 40 )
К1108ПВ2
Послідовне наближення
12
2
40
Аналізуючи параметри вище наведених мікросхем та керуючись критерієм часу перетворення сигналу в АЦП вибираємо АЦП К1108ПВ2. Даний АЦП призначений для перетворення вхідної напруги в діапазоні від 0 до 5В чи від -2,5 до +2,5В в прямий двійковий код. Цифрові виходи АЦП мають логічні рівні ТТЛ-логіки і допускають пряме підключення до каналів МПС. Нумерація і призначення виводів мікросхеми К1108ПВ2:
1,2 – внутрішні і зовнішні тактові входи С;
3 – вхід запуску ;
4 – дозвіл зчитування ;
5 – вихід розряду переповнення FS;
6 – цифровий вихід 1 (СР);
7-16 – цифрові виходи 2-11;
17 – цифровий вихід 12(МР);
18 – вихід готовності даних ;
19 – напруга джерела живлення Ucc1 (цифрова частина);
20 – напруга джерела живлення Ucc2 (цифрова частина);
21 – напруга джерела живлення Ucc2 (аналогова частина);
22,24 – корекція ИОН FC2;
26 – вихід внутрішнього ИОН;
27 – напруга UREF;
28 – корекція ОУ FC1;
29,30 – загальний (аналогова земля), інверсний вихід ЦАП;
31 – аналоговий вхід (струму);
32 – аналоговий вхід (напруги);
33 – резистор біполярного зміщення;
34 – корекція КН FC3;
35 – напруга джерела живлення Ucc1 (аналогова частина);
40 – загальний (цифрова земля);
23,25,36 – незадіяні виводи.
Основні електричні параметри мікросхеми при температурі навколишнього середовища 25 ( 10 (С наведені в таблиці 3.1.2.
Табл. 3.1.2.
Основні електричні параметри.
Електричні параметри
Мінімально доп. знач.
Максимально доп. знач.
Число розрядів b
12
12
Не лінійність δL, МР
- 2,0
2,0
Диференціальна не лінійність δLD, МР
-1,0
1,0
Похибка перетворення в кінцевій точці шкали δFS, МР:
уніполярний режим
біполярний режим
- 10
- 10
10
10
Напруга зміщення нуля на вході UIO, мВ:
уніполярний режим
біполярний режим
- 10
- 10
10
10
Время преобразования tc, мкс
-
2,0
Напруга внутрішнього ИОН UOREF, В
2,4
2,6
Вихідна напруга низького рівня UOL, В
-
0,4
Вихідна напруга високого рівня UOН,, В
2,4
-
Вхідний струм на вході 32 в процесі перетворення IIRNC, мА
-
8
Вхідний струм низького рівня на виводах 2-4 IIL, мА
-
2,5
Вхідний струм високого рівня на виводах 2-4 IIH, мА
-
0,4
Вихідна напруга низького рівня на виводах 5-18 UOL
(при IH = 3,2 мА), В
-
0,4
Вихідна напруга високого рівня на виводах 5-18 UOH
(при IL = 0,1 мА), В
2,4
-
Струм виводів 5-17 IOLK1 (високий імпеданс), мА
-
0,1
Струм споживання від джерела живлення Icc1, мА
-
80
Струм споживання від джерела живлення Icc2, мА
-
150
Таблиця 3.1.3.
Гранично допустимі значення електричних параметрів експлуатації.
Допустимі значення електричних режимів експлуатації
Мінімально доп. знач.
Максимально доп. знач.
Діапазон вхідної напруги UIRN, В
- 3,5
5,5
Напруга на виходах 23 і 33 U1REF , В
2,0
4,0
Напруга високого рівня на виходах керування 2 - 4 UHy, В
2,28
4,75
Напруга низького рівня на виходах управління 2 - 4 ULy, B
- 0,1
0,45
Вхідний струм високого рівня на виходах 5 – 18 I1H, mA
0
0,1
Вхідний струм низького рівня на виходах 5 – 18 I1L, mA
0
3,2
Рис. 3.1.1. Принципова електрична схема підключення АЦП К1108ПВ2.
Рис. 3.1.2. Схема підключення АЦП до МП.
3.2. Вибір ЦАП.
Згідно завдання, необхідно використати 12-ти розрядний ЦАП.
Таблиця 3.2.1.
Основні параметри 12-ти розрядних ЦАП.
Мікросхема
N
tпер, мкс
m
К572ПА2
12
15
48
К594ПА1
12
3,5
24
К1108ПА1
12
0,4 - 0,7
24
Серед мікросхем ЦАП, які найбільш прийнятні за швидкістю перетворення інформації, виберемо мікросхему К1108ПА1.
Мікросхема 12-розрядного ЦАП типу К1108ПА1 призначена для складання блоків аналогового вводу-виводу з підвищеною швидкодією. Мікросхема К1108ПА1 конструктивно оформлена в 24-виводному герметичному металокерамічному корпусі типу 210Б.24-1 з вертикальним розміщенням виводів.
Нумерація і призначення виводів мікросхеми К1108ПА1:
1 – напруга джерела живлення Ucc1;
2 – напруга джерела живлення Ucc2;
3 – вихід ОУ компенсації;
4 – опорна напруга UREF;
5 – вивід резистора;
6 – загальний вивід матриці R-2R;
7 – вивід резистора;
8 – аналоговий вихід;
9 – вивід резистора зворотного зв’язку Ro.c1;
10 – вивід резистора зворотного зв’язку Ro.c2;
11 – вхід ОУ компенсації;
12 – загальний;
13 – цифровий вхід 1 (СР);
14-23 – цифрові входи 2-11;
24 – цифровий вхід 12 (МР);
Основні електричні параметри мікросхеми при температурі навколишнього середовища 25 ( 10 (С наведені в таблиці 3.2.1.
Таблиця 3.2.1.
Основні електричні параметри IC К1108ПА1.
Основні електричні параметри
Мінімально доп. знач.
Макс. доп. знач.
Число розрядів b
12
-
Диференційна не лінійність δLD, %
0,024
0,024
Абсолютна похибка перетворення в кінцевій точці шкали δFS,МР
-30
30
Час встановлення вихідного струму ts1, мкс
-
400
Струм споживання Icc1, мA
15
15
Струм споживання Icc2, мA
46
46
Рис. 3.2.1. Принципова електрична схема підключення ЦАП 1108ПА1.
Рис. 3.2.2. Схема підключення ЦАП до МПП.
3.3. Структура представлення даних.
Структура даних, які входять в рівняння цифрового фільтра, визначається коефіцієнтами рівняння і заданою розрядністю АЦП.
Оскільки вхідний сигнал є уніполярний, розрядність АЦП дорівнює 12, то результат перетворення АЦП в залежності від вхідного сигналу подамо у вигляді таблиць:
Таблиця 3.3.1.
Відповідність вхідного цифрового та аналогового сигналу.
Вхід
Код
+Uxmax
4095
+Uxmax/2
2047
0
0
Результат перетворення 12-ти розрядного блоку ЦАП в залежності від цифрового коду yn вихідної напруги Uyn подано у вигляді таблиці.
Таблиця 3.3.2.
Відповідність вихідного цифрового та аналогового сигналу.
Код
Вихід ЦАП
212-1
+Uymax
211
+Uxmax/2
0
0
Підставимо залежності у рівняння ЦФ :
Uymax∙yn/212 = a∙Uxmax∙xn/212 + b∙Uxmax∙xn-1/212 + с∙Uymax∙yn-1/212,
(Uymax/Uxmax)∙yn = a∙xn + b∙xn-1 + c∙yn-1,
yn = a∙(Uxmax/Uymax)∙xn + b∙(Uxmax/Uymax)xn-1 + с∙(Uxmax/Uymax)yn-1.
Коефіцієнти ЦФ при xn, xn-1, yn-1 залежать від співвідношення напруг (Uymax/Uxmax) на вході АЦП і виході ЦАП даного МПП. Тому при аналізі структури даних ми вибрали перетворювачі з електричними параметрами (Uymax/Uxmax) = 1.
Згідно завдання, розрядність вхідного сигналу є рівною 12, тобто для представлення xn і xn-1 потрібно 2 байти. Для представлення вихідного сигналу yn та yn-1 також потрібно по 2 байти, оскільки розрядність вихідного сигналу рівна 12. Для розміщення коефіцієнтів a, b та с достатньо одного байта. Отже, структура представлення даних набуде наступного вигляду.
Таблиця 3.3.3.
Структура представлення даних.
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
а
b
с
xn
xn-1
yn
yn-1
Зазначена в таблиці 3.3.3. структура представлення даних визначає формати виконання арифметичних операцій обчислення вихідного значення цифрового фільтра.
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