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:
2010
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Архітектура комп'ютерів
Група:
КН-34
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет “Львівська Політехніка”
Кафедра САПР
Курсова робота
з курсу“ Архітектура комп’ютерів”
На тему:
“ РОЗРОБКА ОБЧИСЛЮВАЛЬНОЇ СИСТЕМИ ОБРОБКИ
АНАЛОГОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ ”
Керівник:
Львів – 2010 р.
З а в д а н н я
на курсову роботу з дисципліни
„ Архітектура комп’ютерів ”
студенту групи КН-34 Побережник В.В.
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 х(t) на вході і у(t) на виході системи.
Тема: „ Обчислювальна система обробки аналогової інформації ”
Термін здачі проекту: 20.1 .2010 р.
Початкові дані: Останні дві цифри залікової книжки mn = 96.
За формулою li={([mn/ki]+{mn/ki})/ki}+1
і одержано такі результати:
k1 = 19 l1 = 7 рівняння
k2 = 3 l2 = 3 розрядність АЦП – 12
k3 = 2 l3 = 1 полярність вхідного сигналу – однополярний (невід’ємний)
k4 = 17 l4 = 17 організація обміну МП з АЦП – через КПДП КР580ВТ57
k5 = 8 l5 = 5 Шинні формувачі з використанням КР580ВА87.
Анотація
Побережник В. В.
“ Розробка обчислювальної системи обробки аналогової інформації ”. Курсова робота. - НУ “Львівська політехніка”, каф.: САПР, дисципліна: “ Архітектура комп’ютерів ”, 2010 р.
Курсова робота складається з 35 сторінок, 6 таблиць, 11 схем, 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 інформації 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………………………………………………...…..ст.5
Вступ……………………………………………………………………………ст.6
Синтез аналогової схеми фільтру……………………………………….…..ст.7
Синтез структурної схеми цифрового фільтру…………………….………ст.8
Вибір і обгрунтування типу АЦП і ЦАП…………………………….….….ст.11
Вибір типу АЦП……………………………………………………….…….ст.11
Вибір типу ЦАП………………………………………………………….…ст.14
Структура представлення даних…………………………………………...ст.16
Структурна схема та алгоритм функціонування МПП………………..…..ст.17
Опис структурної схеми МПП…………………………………………..….ст.17
4.2 Розподіл адресного простору…………………………………………..…...ст.19
4.3 Алгоритм функціонування МПП………………………………………..….ст.21
Загальна структура програми роботи МПП…………………………..…….ст.24
Опис програм вводу, виводу……………………………………………..…ст.25
Опис програми обробки інформації………………………………….……ст.26
Оцінка верхньої фінітної частоти вхідного аналогового сигналу…….....ст.28
Опис функціонального вузла……………………………………………..…ст.29
Аналіз результатів та висновки…………………………………………..…ст.30
Список використаної літератури…………………………………………..…ст.31
Додаток 1…………………………………………………………………...….ст.32
Перелік умовних скорочень
Скорочення
Пояснення
МП
мікропроцесор;
ОП
операційний підсилювач;
ГТІ
генератор тактових імпульсів;
ТІ
тактові імпульси;
ШК
шина керування;
ШД
шина даних;
ША
шина адрес;
ППІ
програмований паралельний інтерфейс;
РЗК
регістри загального користування;
РКС
регістр керуючого слова;
ЦІС
цифрові інтегральні мікросхеми;
ІС
інтетегральна схема;
ТТЛ
транзисторно транзисторна логіка;
АЦП
аналогово-цифровий перетворювач;
ЦАП
цифро-аналоговий перетворювач;
ВІС
велика інтегральна схема;
ЕОМ
електронно-обчислювальні машини;
ОЗП
оперативний запам’ятовуючий пристрій;
ПЗП
постійний запам’ятовуючий пристрій;
КМОН
комплементарний метал оксид напівпровідник.
Вступ
Метою даної курсової роботи є синтез пристрою обробки аналогової інформації за допомогою мікропроцесора. Ця задача на сьогодні є досить актуальною, оскільки з швидким розвитком цифрової техніки і дуже широкого поширення інформації власне у аналоговій формі постає задача обробки цієї інформації цифровими методами.
Перспективи застосування таких пристроїв є дуже широкими. Вже зараз існує безліч приладів, апаратів, засобів техніки, що використовують в більшій чи меншій мірі саме такі прилади. Також вони мають вузько спеціалізоване застосування в галузі науки, освіти, медицини, бізнесі, військовій справі, побуті, тощо.
Виконання курсової роботи має за мету:
поглиблення теоретичних знань з технічних і програмних засобів мікропроцесорних пристроїв;
розвиток навиків самостійної розробки загальної структури МПП з аналого-цифровим і цифро-аналоговим перетворенням інформації, побудови принципових схем окремих вузлів, розробки та відлагодження програмного забезпечення на мові Асемблера мікропроцесора (МП) КР580ВМ80;
набуття навиків роботи з технічною та довідниковою літературою по вибору аналого-цифрового і цифро-аналогового перетворювачів (АЦП і ЦАП), використання стандартних підпрограм з прикладного програмного забезпечення МП КР580ВМ80.
Розв’язок поставленої задачі базується на синтезі такого функціонального вузла, щоб практично реалізував необхідну функціональну залежність. Причому реалізація залежності виконується МПП, в який через АЦП подається вхідна інформація в аналоговій формі, і з якого після обробки і через ЦАП подається вихідна інформація в тій же формі.
Синтез аналогової схеми фільтру
Обробка сигналу виконується за заданою пропорційно-інтегро-диференціальною залежністю, що пов’язує аналогові сигнали х(t), у(t) на вході та на виході системи.
, де x(t) - вхідний аналоговий сигнал; y(t) - вихідний аналоговий сигнал. Виразивши y(t) - отримаємо: , де
ω=2π/T - кругова частота з інтервалом дискретизації T; ( - стала безрозмірна величина.
На схемі 1 зображена функціональна схема аналогово фільтру. На основі ОП1,ОП3, зібрано схему інвертування, на ОП2 – схема інтегратора, на ОП4 – схема диференціатора на, ОП5 – схема додавання.. За функціональною схемою 1: , , .
Схема 1. Функціональна схема аналогового фільтра
2. Синтез структурної схеми цифрового фільтру
В лінійних системах вхідний x(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. Прикладом такого рівняння з усіма трьома типами членів є наступне:
,
де x(t) - вхідний аналоговий сигнал; k - коефіцієнт передачі; і - сталі часу; y(t) - вихідний сигнал, що необхідно сформувати на виході системи.
Дискретизація аналогового рівняння полягає в заміні безперервної величини її дискретними відліками і відповідними перетвореннями похідних та інтегралів. Очевидна дискретизація першої похідної - її заміна першою скінченою різницею:
,
де t - інтервал дискретизації.
Аналогічні скінченні різниці використовуються при дискретизації похідних вищих порядків. Так, наприклад, похідна другого порядку може бути замінена виразом:
.
Один з способів дискретизації інтеграла полягає в його усуненні шляхом диференціювання рівняння. Інший спосіб прямої дискретизації пов’язаний з такими перетвореннями:
.
В результаті часової дискретизації при заміні безперервної величини її дискретними відліками для заданого рівняння отримаємо рівняння цифрового фільтра. Це рівняння в загальній формі при обробці інформації в реальному масштабі часу, має вигляд:
,
де m i k -кількість відліків, які обробляються цифровим фільтром в кожний момент часу (додатні цілі числа); - коефіцієнти, які визначають характеристики фільтра.
При наявності в правій частині рівняння членів виду фільтр називається рекурсивним, при відсутності таких членів - не рекурсивним.
Цифровий фільтр може бути реалізований як апаратурно, так і програмно. При апаратурній розробці необхідними схемними елементами є вузли, що реалізують перемножувачі, суматори і елементи затримки
Розглянемо наступне рівняння:
;
Застосувавши до нього вищевказані заміни отримаємо:
Остаточне рівнняня буде виглядати таким чином:
; 2.1
Цифровий фільтр може бути реалізований як апаратурно, так і програмно. При апаратурній розробці необхідними схемними елементами є вузли, що реалізують перемножувачі, суматори і елементи затримки.На схемі 2 зображена структурна схема апаратної реалізації цифрового фільтра, який описується рівнянням (2.1).
Дана структурна схема складається з суматора, який об’єднує чотири складові, враховуючи рекурсивну.
Схема 2. Структурна схема реалізації рівняння цифрового фільтра.
3. Вибір і обгрунтування типу АЦП і ЦАП
В цьому розділі я описую конкретні АЦП і ЦАП, що повинні використовуватися в моєму пристрої, та наводжу їхні характеристики (тип, розрядність, структурні схеми, призначення та опис виводів, електричні параметри тощо).
3.1 Вибір типу 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.:
Таблиця 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.
Умовне позначення мікросхеми наведено на рис 1.
Рис. 1.
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 3.2.
Таблиця 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.
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
Схема 3. Принципова електрична схема підключення АЦП К1108ПВ2.
Схема 3. Схема підключення АЦП до МП.
3.2 Вибір типу ЦАП
В ЦАП цифрова інформація вводиться у вигляді паралельного цифрового коду перетворюваного числа, а аналоговий сигнал на виході є носієм інформації.
Проаналізувавши запропоновані мікросхеми ЦАП, зокрема К572ПА2 (КР572ПА2), К1108ПА2 і К594ПА1 я дійшов висновку що найкраще вище перерахованим критеріям відповідає ВІС ЦАП К594ПА1. Дамо коротку характеристику цій мікросхемі.
Мікросхема типу К594ПА1 являє собою паралельний ЦАП з сумуванням струмів, комбінованою матрицею (зважених і R-2R резисторів), використовується для перетворення двійкового 12 розрядного коду в струм та працює зі стандартними рівнями сигналів від ТТЛ та КМОН ЦІС. Конструктивно ЦАП створений на двох кристалах, які знаходяться в металокерамічному корпусі. Мікросхема створена по біполярній планарно-епітаксіальній технології з p-n-p та n-p-n транзисторами.
Таблиця 4
Основні електричні параметри при температурі навколишнього середовища 25+(-)10С:
Не менше
Не більше
Число розрядів
12
Диференціальна нелінійність δ(%)
-0,012
0,012
Діапазон вихідних струмів Iorn (мА):
Уніполярний
1,8
2,2
Біполярний
0,9
1,1
Струм втрат на виході (мкА)
0,7
Вхідна напруга низького рівня (В), про роботі з :
ТТЛ
0,8
КМОН
0,3
Вхідна напруга низького рівня (В), про роботі з :
ТТЛ
2,0
КМОН
0,7Ucc1
Струм живлення Icc1(мА)
25
Струм живлення Icc2(мА)
35
Вихідний струм Io(М)
2,2
Час встановлення вихідного струму (при зміні коду від 00...00 до 11...11)(мкс)
3,5
Таблиця 5
Гранично допустимі значення електричних режимів експлуатації:
Не менше
Не більше
Напруга джерела живлення Ucc1(В)
6,0
Напруга джерела живлення Ucc2(В)
-18
Напруга опорного джерела Uref(В)
9,0
11,0
Вхідна напруга високого рівня (В)
2,0
6,0
Вхідна напруга низького рівня (В)
0
1,0
Типові залежності електричних параметрів ЦАП від зміни напруги джерел живлення та температури навколишнього середовища:
Схема 4.типові залежності не лінійності
та диференціальної не лінійності від напруг джерел живлення.
Схема 5. типові залежності не лінійності
і часу встановлення від температури навколишнього середовища.
:
Схема 6. типова залежність часу встановлення ІС від ємності навантаження
Таблиця 6
Нумерація та призначення виводів мікросхеми:
1
вхід зсуву вихідного рівня;
2
вихід зсуву вихідного рівня;
3
вихід;
4
зворотній зв’язок Uorn=10B;
5
зворотній зв’язок Uorn=20B;
6
загальний;
7
цифровий вхід 12 (МР);
8-17
цифрові входи 11-2;
18
цифровий вхід 1 (СР);
19
напруга джерела живлення Ucc1;
20
керування логічним порогом;
21
інвертуючий вхід ОУ;
23
вхід джерела опорної напруги Uref;
24
напруга джерела живлення Ucc2;
Мікросхема К594ПА1 експлуатується без додаткового тепло відводу. При температурі навколишнього середовища 85 С та більше поверхню ІС необхідно охолоджувати повітрям зі швидкістю 3 м/с. Забороняється подавати які-небудь електричні сигнали на поверхню кришки корпусу і незадіяні виводу ІС.
Номінальні значення ємності навантаження ІС 10 пФ. Загальна ємність навантаження може перевищувати номінальне значення, але при цьому норми на часові параметри ЦАП не гарантуються.
В режимі роботи ЦАП з струмовим виходом допускається підключення джерела опорного навантаження до виводу 22 ІС . При цьому вихідного струму перетворювача буде залежати від стабільності підключеного резистору.
Мікросхема К594ПА1 забезпечує норми на електричні параметри, при номінальному значенні Uref=10,24B з допустимими відхиленнями +(-) 3% і стабільності підтримки напруги 0,005%. Амплітудні значення пульсацій Джерела опорної напруги можуть досягати 150 мкВ, але значення напруг перехідних і паразитних сигналів не повинні перевищувати 200 мкВ при тривалій дії не більше 0,3 мкс.
Джерело стабілізаційної опорної напруги для ІС реалізується на ІС 140УД6А, мікросхеми К594ПА1 завдяки високій температурній стабільності основних електричних параметрів, добрим динамічним характеристикам, можливості роботи зв біполярному включенні були задіяні в пристроях спряження з ЕОМ, та вимірювальну апаратуру. Умовне позначення ЦАП К594ПА1 приведено в схемі 10.
Схема 7. Позначення на схемах ЦАП К594ПА1
Рекомендована схема підключення ЦАП К594ПА1 показана нижче, штриховою лінією показано з’єднання виводів для роботи з КМОН ЦІС. Підключення джерел опорної напруг до виводу 23 ІС виконується за допомогою настоюваного резистору 100 Ом або без нього.
Для підключення ЦАП до МПП використовується буферний регістр КР580ИР82 для того щоб забезпечити одночасно подавання дванадцятьох розрядів з ППІ. З початку з порту А в буферний регістр записується 8 розрядів, а потім використовуємо режим 1 ППІ. Коли буфер порту В готовий видати інформацію РС1(OBF) встановлюється в нуль його ми і використовуємо щоб одночасно видати інформацію з буферного регістру і порту В на ЦАП. Підключення АЦП до МПП в уніполярному режимі приведено в схемі8.
Схема 8. Структурна 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 7.
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 8.
Відповідність вихідного цифрового та аналогового сигналу.
Код
Вихід ЦАП
212-1
+Uymax
211
+Uxmax/2
0
0
При заданій розрядності АЦП - 12 розрядів для представлення вхідних даних необхідно 12 розрядів. Виходячи з цього, потрібно знайти скільки розрядів потрібно виділити для вихідних даних.
Рівняння цифрового фільтру має вигляд:
;
Причому по заданому рівнянні можна замітити , що коефіцієнти не перевищують 1 при максимальних значеннях, тож можна прийняти , що yn max=12b.
0 < а0, а1, b, c < 1
Вхідні дані не мають знаку, і коефіцієнти не мають знаку. Коефіцієнти а0, а1, b, с є менші 1, тому на них виділяємо по 1 байту тільки для зручності , бо менше не можна.
Таблиця 9.
Структура представлення даних.
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
а0
а1
b
с
xn
xn-1
yn
yn-1
Zn
Zn-1
Зазначена в таблиці 9. 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
Мікропроцесорний пристій – функціонально і конструктивно закінчений пристрій, який представляє собою схемно-конструктивне з’єднання декількох схем, який включає один або декілька мікропроцесорів, призначений для отримання, обробки, передачі, перетворення та керування інформацією.
Для мікропроцесорних пристроїв характерна шинна структура, під якою розуміється те, що всі компоненти МП - пристрою під’єднані до так званої системної шини – набору ліній, що з’єднують елементи системи [1].
Структурна схема можливої реалізації проектованого МП-пристрою наступна (Схема 9).
Схема 9. Структурна схема МПП
де:
МП – мікропроцесор;
ПЗП – постійний запам’ятовуючий пристрій;
ТГ – тактовий генератор;
ОЗП – оперативний запам’ятовуючий пристрій;
СК – системний контролер;
КПДП – контролер прямого доступу до пам’яті.
АЦП – аналого-цифровий перетворювач;
ЦАП – цифро - аналоговий перетворювач;
ДШП – дешифратор адрес пам’яті;
ДШВ/В – дешифратор адрес вводу/виводу.
Системна шина розділяється на три окремі шини:
ШД – шина даних;
ША – шина адрес;
ШК – шина керування.
Лінії системної шини характеризується спрямованістю (тобто хто з пристроїв є визначальним за рівнем сигналу). Тут ШД – двоспрямована; ША – односпрямована; ШК – набір окремих ліній, що мають свій напрям. За рахунок того, що виводи всіх компонент МП - пристрою під’єднані до СШ, вони повинні мати крім станів, що забезпечують логічний 0 чи 1 на виході третій стан, стан з високим вихідним опором.
Опишемо складові МПС.
Мікропроцесор в складі МП-пристрою виконує функції:
формує адреси команд,
видає команди з пам’яті,
їх дешифрує,
видає для них команди потрібні адреси, виконує над ними опереції – передбачені команди, при неодхідності записує результат в пам’ять,
формує керуючі сигнали для обміну, реагує на можливі зовнішні сигнали.
Тактовий генератор призначений для формування синхроімпульсів для роботи МП і інших пристроїв МП. Синхроімпульси мають амплітуду 12B, але відрізняються один від одного щільністю і є зсунуті. Крім того мікросхема КР580ГФ24, яка виконує функцію ТГ, приймає участь в прийомі та видачі керучих сигналів СШ.
ПЗП служить для постійного зберігання потрібних даних і програм. У випадку даного цифрового фільтру він зберігає програму, за якою працює цифровий фільтр, а також постійні коефіціенти.
ОЗП служить для тимчасового зберігання інформації, потрібної для розрахунків.
СК виконує 3 функції:
фіксація слова стану процесора;
формування частини сигналів, які належать шині керування МПС;
буферизація шини даних.
Він формує керуючі сигнали по сигналам стану МП при зверненні до ЗП: RD i WR, при зверненні до ПВВ: RDIO, WRIO, INTA. А також забезпечує прийом і передачу 8-розрядної інформації між каналом данихМП по виходам D7 – D0 і системним каналом по DB7–DB0. Він складається з двонаправленої буферної схеми даних, регістрів стану і дешифраторів керуючих сигналів.
КПДП тут служить для зчитування даних з АЦП і запис їх в оперативну пам’ять, так і для зчитування даних із пам’яті і їх видачу в ЦАП. Так як АЦП і ЦАП ми використовуємо не пристосовані для роботи з КПДП, а тим більше , що вони у нас 10 розрядні в той час як ШД має тільки 8 розрядів, нам прийшлось апаратно і програмно їх узгоджувати, а саме використовувати буферні регістри, та спеціальні сигнали запуску організовані через ША, на основі 8 розрядних дешифраторів.
4.2 Розподіл адресного простору
В адресний простір МП КР580ВМ80 входить 64К адрес пам’яті ( 216 ), що визначається 16-ти розрядною адресною шиною. МП КР580ВМ80 може здійснювати синхронний і асинхронний обмін інформацією за даними адресами з пам’яттю ( ПЗП, ОЗП ) та зовнішніми пристроями. При обробці інформації МП зчитує коди команд, операнди і записує одержаний вміст в РЗК або виконує обмін інформації з пам’яттю 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.
Інший підхід використовує роздільне керування пам’яттю і зовнішніми пристроями. Лиш 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.
Організація адресного простору пам’яті наступна:
Таблиця 11.
Вид пам’яті
Мінімальна. комірка пам’яті
Максимальна. Комірка пам’яті
Об’єм
ПЗП
ОЗП
0000h
0400h
03FFh
FFFFh
1 Кб
63 Кб
Розподіл адресного простору для зовнішніх пристроїв:
1.Для контролера прямого доступу до пам’яті.
Таблиця 12.
контролер
Адреси
РА0
РЧЦ0
РА1
РЧЦ1
РУC
F0h
F1h
F2h
F3h
F8h
Де РА – регістр адреса, РЧЦ – регістр числа циклів, РУС – регістр управляючого слова.
2.Для допоміжних сигналів керування.
Таблиця 13.
Назва
Адрес
Запуск АЦП
Запуск ЦАП
Генерування псевдозапуску переривання виводу даних на ЦАП
00h
01h
02h
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. Коли АЦП перетворить аналоговий сигнал на цифровий то видає сигнал “готовність”, який поступає на вхід DRQ КПДП .Тоді КПДП сигналом HOLD переводить МП в стан захвату, і після підтвердження захвату , який приймає на вхід HLDA знімає з виходів АЦП двійковий код і записує за адресою яка записана в регістрі адрес. ПДП працює в режимах ТС-стоп і Автозагрузка тому відразу зчитує з пам’яті результат опрацювання (в першому циклі ще результату немає) і подає на входи ЦАП.
Після цього МП зчитує з пам’яті і опрацьовує цю інформацію і записує її в іншу комірку, з якої вже в наступному циклі КПДП зчитає з пам’яті результат опрацювання і подасть на входи ЦАП. Блок-схема алгоритму функціонування МПП приведена в схемі 10.
Схема 10. Алгоритм функціонування МПП 5. Загальна структура програми роботи МПП
Структура програмного забезпечення для МПП включає в себе:
головну програму, з якої викликаються підпрограми: ініціалізації, обробки інформації, виводу інформації на ЦАП. В свою чергу підпрограма обробки інформації звертається до підпрограми множення.
програму обробки переривання.
; Головна програма
MAIN: LXI H,FFFFh ;встановлення вказівника стеку на кінець ОЗП,
SPHL ;оскільки в програмі використовується стек
CALL INIT ; виклик підпрограми ініціалізації
START: OUT 00H ;тобто подача сигналу “Запуск” для АЦП
WAIT: EI ; дозвіл переривань
DI ; перевірка не повинна перериватися
LDA 406H ; Цикл очікування готовності АЦП
MVI B,10h ; запис в рег. В 4 для індикації чи відбулось переривання.
ANA B ;перевірка 4 біта старшого байту xn (“індикатора”) на наявність.
JZ WAIT ; (чи відбулось переривання?), якщо ні, то продовжити цикл
DI ; програма не повинна перериватися
CALL PERETVOR ; Викликати підпрограму обробки інформації
OUT 02H ;тобто подача сигналу псевдопереривання на КПДП
NOP ; трохи почекаємо
NOP
NOP
OUT 01H ; подача сигналу дозволу виводу інформації з буферу і читання ЦАП
JMP START ; перехід на наступний робочий цикл
; Підпрограма ініціалізації
INIT: DI ; Ініціалізація не повинна перериватися
MVI A,05H ; Програмування нульового каналу КПДП на запис двох
OUT F0H ; байт з буферу АЦП в комірки пам’яті, починаючи з
MVI A,04H ; 405h.
OUT F0H
MVI A,01H ; Кількість байт зменшене на одиницю.
OUT F1h ; запис в РЧЦ0.
MVI A,40H ; задання напрямку з зовнішнього пристрою в ОЗП.
OUT F1h ; запис в РЧЦ0 старшого байту.
MVI A,0FH ; Програмування першого каналу КПДП на запис двох
OUT F2H ; байт з комірки пам’яті в буфер ЦАП , починаючи з
MVI A,04H ; 40Fh.
OUT F2H
MVI A,01H ; Кількість байт зменшене на одиницю.
OUT F3h ; запис в РЧЦ1.
MVI A,80H ; задання напрямку з ОЗП в зовнішній пристрій.
OUT F3h ; запис в РЧЦ1 старшого байту.
MVI A,13H ; задання керуючого слова режиму, на циклічний зсув
OUT F8h ; пріоритетів. Та запис в КПДП.
LXI H,400H ; Встановлення адреси на початок ОЗП
MVI M,а0 ; Запис в пам’ять коефіцієнту а 0
INX H ; Перехід на наступну комірку пам’яті
MVI M,а1 ; Запис в пам’ять коефіцієнту а 1
INX H ; Перехід на наступну комірку пам’яті
MVI M,b ; Запис в пам’ять коефіцієнту b
INX H ; Перехід на наступну комірку пам’яті
MVI M,c ; Запис в пам’ять коефіцієнту c
INX H ; Перехід на наступну комірку пам’яті
MVI M,d ; Запис в пам’ять коефіцієнту d
LXI H,0000H ; Встановлення „0” для xn,
SHLD 405H ; Встановлення „0” для xn.
SHLD 407H ; Встановлення „0” для xn-1.
SHLD 409H ; Встановлення „0” для xn-2.
SHLD 40BH ; Встановлення „0” для zn-1.
SHLD 40DH ; Встановлення „0” для zn-2.
SHLD 411H ; Встановлення „0” для yn-1.
EI ; дозвіл переривань
RET ; повернення в головну програму
5.1 Опис програми вводу, виводу
Так , як в цій курсовій використовується КПДП, тобто програм вводу і виводу не буде, отже максимум, що можна тут представити, це саме програмування КПДП, бо саме він виконує
Ці функції.
ПРОГРАМУВАННЯ КПДП:
MVI A,05H ; Програмування нульового каналу КПДП на запис двох
OUT F0H ; байт з буферу АЦП в комірки пам’яті, починаючи з
MVI A,04H ; 405h.
OUT F0H
MVI A,01H ; Кількість байт зменшене на одиницю.
OUT F1h ; запис в РЧЦ0.
MVI A,40H ; задання напрямку з зовнішнього пристрою в ОЗП.
OUT F1h ; запис в РЧЦ0 старшого байту.
MVI A,0FH ; Програмування першого каналу КПДП на запис двох
OUT F2H ; байт з комірки пам’яті в буфер ЦАП , починаючи з
MVI A,04H ; 40Fh.
OUT F2H
MVI A,01H ; Кількість байт зменшене на одиницю.
OUT F3h ; запис в РЧЦ1.
MVI A,80H ; задання напрямку з ОЗП в зовнішній пристрій.
OUT F3h ; запис в РЧЦ1 старшого байту.
MVI A,13H ; задання керуючого слова режиму, на циклічний зсув
OUT F8h ; пріоритетів. Та запис в КПДП.
5.2 Опис програми обробки інформації
Підпрограмам цифрової обробки інформації здійснює обчислення за одержаним рівнянням цифрового фільтру, тобто необхідно провести обчислення значення yn за відомими значеннями xn, xn-1, yn-1, та постійними коефіцієнтами.
; Підпрограма обробки інформації.
PERETVOR: LHLD 405H ; Завантаження з пам’яті значення xn
MOV C,L ; Перепис даних з HL в BC (специфіка MNOZENNYA )
MOV B,H
LDA 400H ; Завантаження в акумулятор коефіцієнту а0
CALL MNOZENNYA ; Множення xn з a0. Результат в HL
PUSH H ; Збереження результату в стек.
LHLD 407H ; Завантаження з пам’яті значення xn-1
MOV C,L ; Перепис даних з HL в BC (специфіка MNOZENNYA )
MOV B,H
LDA 401H ; Завантаження в акумулятор коефіцієнту а1
CALL MNOZENNYA ; Множення xn-1 з a1. Результат в HL
POP D ; Відновлення результату зі стеку тобто (xn*a0)
DAD D ; Виконання операції HL=DE+HL, тобто (xn*a0)+ (xn-1*a1)
PUSH H ; Збереження результату в стек.
LHLD 411H ; Завантаження з пам’яті значення yn-1
MOV C,L ; Перепис даних з HL в BC (специфіка MNOZENNYA )
MOV B,H
LDA 402H ; Завантаження в акумулятор коефіцієнту b
CALL MNOZENNYA ; Множення yn-1 з b. Результат в HL
POP D ; Відновлення результату (xn*a0)+ (xn-1*a1)
DAD D ; Виконання HL=DE+HL,(xn*a0)+ (xn-1*a1) + (yn-1*b)
PUSH H ; Збереження результату в стек.
LHLD 409h ; Завантаження з пам’яті xn-2
PUSH H ; Збереження результату в стек.
POP D ; Відновлення
LHLD 407h ; Завантаження з xn-1
DAD D ; Виконання операції HL=DE+HL, тобто (xn-1+ xn-2)
MOV C,L ; Перепис даних з HL в BC (специфіка MNOZENNYA )
MOV B,H
LDA 404h ; Завантаження в акумулятор коефіцієнту d.
CALL MNOZENNYA ; Множення (xn+ xn-1) з d. Результат в HL
PUSH H ; Збереження результату в стек.
POP D ; Відновлення
LHLD 40Dh ; Завантаження з пам’яті значення zn-2
DAD D ; Виконання операції HL=DE+HL, тобто zn-2+(xn-2+ xn-1)*d
SHLD 40Bh ; Збереження в пам’яті змінної zn-1
LHLD 40BH ; Завантаження з пам’яті значення zn-1
MOV C,L ; Перепис даних з HL в BC (специфіка MNOZENNYA )
MOV B,H
LDA 403H ; Завантаження в акумулятор коефіцієнту c
CALL MNOZENNYA ; Множення zn-1 з b1. Результат в HL
POP D ; Відновлення (xn*a0) + (xn-1*a1) + (yn-1*b)
DAD D ; HL=HL+DE, тобто кінцевий результат.
MOV A,H
ANI F0h
JZ KONEZ ; якщо результат 12 розрядів.
LXI A,00FFH ; інакше присвоюємо йому верхню межу виводу на ЦАП ( 255 )
KONEZ: SHLD 40FH ; Запис результату в пам’ять
LHLD 407H ; Переписати значення xn-1 на місце xn-2
SHLD 409H
LHLD 405H ; Переписати значення xn на місце xn-1
SHLD 407H
LHLD 40BH ; Переписати значення zn-1 на місце zn-2
SHLD 40DH
LHLD 40FH ; Переписати значення yn на місце yn-1
SHLD 411H
RET ; Повернення в головну програму
; Підпрограма множення (спеціалізована). Вхід: BC-множене, A- множник. Вихід: HL- результат
MNOZENNYA:PUSH D ; Збереження в стеку регістрів DE
LXI H,0
MVI E,8
Z1: DAD H
RAL
JNC Z2
DAD B
Z2: ACI 0
DCR E
JNZ Z1
MOV L,H ; Зсув результату на 8 розрядів вправо (Це пов’язано із
MOV H,A ; специфікою формату представлення даних ).
POP D ; Відновлення зі стеку регістрів DE
RET ; Повернення в підпрограму обробки інформації
5.3 Оцінка верхньої фінітної частоти вхідного аналогово сигналу
Для визначення верхньої фінітної частоти, тобто значення максимальної частоти, що може міститися в аналоговому вхідному сигналі, необхідно порахувати максимальну кількість тактів при виконані обміну і обробки інформації.
Таблиця 9. Кількість тактів, що виконуються основним циклом програми
Частина програми
Кількість
тактів
Число виконань
за основний цикл
Кількість тактів
Основна
147
1
147
Підпрограма ініціалізації
357
1
357
Підпрограма множення
506
5
2530
Підпрограма обробки інформації
679
1
679
Разом
3713
Кількість тактів в циклі очікування головної програми розраховується у відповідності з tпер АЦП.
Отже загальна кількість тактів основного циклу програми: N= 3713.
На основі теореми про вибірки ( дискретизації ) визначимо фінітну частоту роботи МПП. Дана теорема в ряді випадків називається теоремою Котельникова, Шеннона або Уіттекера – на честь вчених, що її сформували і довели незалежно один від одного. Теорема стверджує можливість представлення аналогово сигналу дискретним рядом, отриманим з АЦП, у випадку виконання умови:
де f(t – частота дискретизації; fmax – фінітна частота вхідного аналогово сигналу.
При тактовій частоті роботи МП КР580ВМ80 рівній 2,5 МГц отримаємо тривалість виконання основного циклу програми:
що відповідає частоті обміну і обробки інформації в МПП, яка рівна:
За теоремою про вибірки фінітна частота вхідного аналогово сигналу має бути вдвічі менша f(t, тобто
Отже, МПП ефективно з великою достовірністю проводить перетворення за функціональною залежністю аналогових сигналів з верхньою обмежувальною частотою 336,65 Гц.
6.Опис функціонального вузла
Опис реалізації шинного формувача КР580ВА87
При використанні мікропроцесорів в реальних пристроях часто буває так, що до них підключається велика кількість периферійних пристроїв. Це може викликати перевантаження шини, внаслідок чого пристрій буде працювати погано.
Також часто буває небхідно від‘є днати мікропроцесор від шини.
Для розв‘язання цих проблем можна використати шинний формувач КР580ВА87.
Схема 14. Умовне позначення КР580ВА87
Призначення виводів КР580ВА86:
1..8 - А0..А7 - вхід/вихід А
9- - дозвіл передачі (0 – дозволено, 1- заборонено)
10 – GND -земля
11 – Т – напрямок передачі (0 – А-В, 1- В-А)
12..19 – .. - вхід/вихід В, інвертований.
20 - +5В – живлення
Необхідно використати два КР580ВА87, тому що шина адрес 16-розрядна.
Оскільки шина адрес напрямлена від мікропроцесора, то шинний формувач буде працювати в напрямку передачі від А до В
По сигналу шинний формувач відключить мікропроцесор від шини адрес.
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 505 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.
Можна також взагалі замінити мікропроцесор на набір інтегральних схем, що має суттєво вплинути на швидкодію роботи пристрою.
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.; Высшая Школа, 1990.
Федорков Б. Г., Телец В. А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. М; Енергоатомиздат, 1990.
25.03.2012 13:03-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора