Разработка генератора шума с возможностью управления от ЭВМ по порту RS-232 с индикацией амплитуды выходного сигнала

Содержание

1. Техническое задание. 3

2. Анализ технического задания. 4

3. Распределение адресного пространства. 6

4. Описание принципиальной схемы.. 7

5. Перечень элементов. 10

6. Программа. 12

7. Алгоритм работы программы.. 17

8. Список литературы.. 19

1. Техническое задание

          Разработать генератор шума с возвожностью управления от ЭВМ по порту RS-232 с индикацией амплитуды выходного сигнала, со следующими параметрами:

          - Диапазон выходного напряжения от 0,5 до 8 В с шагом 0,1 В;

          - Закон распределения нормальный с нулевым мат. Ожиданием (белый шум);

          - Задание амплитуды с клавиатуры или с персонального компьютера.

2. Анализ технического задания

По техническому заданию данного курсового проекта будет спроектирован генератор шума на основе микропроцессора К1810ВМ86. Выбор этой ИС обусловлен высокой производительностью и функциональностью процессора для решения подобных задач.

Напряжение на выходе генератора шума, должно изменяться в пределах от 0.5B до 8 В. Следовательно ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) должен обеспечивать выходное напряжение в пределах от 0,5В до 8 В. Изменение величины выходного напряжения будет осуществляться с помощью цифровых клавиш, нажатия которых будут обрабатываться контроллером клавиатуры и индикации КР1810ВВ79. Этот же контроллер будет управлять выводом значения амплитуды выходного напряжения на индикаторы. Для реализации возможности задания амплитуды выходного напряжения по порту RS-232 будет использоваться контроллер последовательного интерфейса КР580ВВ51А. Обработка событий от ВВ51 и ВВ79 будет реализована по опросу. Для этого воспользуемся таймером К1810ВИ54, который будет с определенной периодичностью заставлять процессор опрашивать указанные устройства. Хранение временных значений переменных будет осуществлять ОЗУ. Программа, вектор прерывания и некоторые константы будут находиться в ПЗУ. Шум будет формировать  шумящий датчик, сигнал которого будет усиливаться и подаваться на АЦП (аналогово-цифровой преобразователь). В результате схема генератора будет включать в себя:

1)  Микропроцессор (МП) К1810ВМ86;

2)  Тактовый генератор К1810ГФ84;

3)  ОЗУ К537РУ9А х 2;

4)  ПЗУ К573РФ2 х 2;

5)  Буферные регистры;

6)  Шинные формирователи;

7)  Таймер К1810ВИ54;

8)  Контроллер последовательного интерфейса КР580ВВ51А;

9)  Контроллер клавиатуры и индикации К1810ВВ79;

10)  АЦП TDA8714/4;

11)  ЦАП DAC813;

3. Распределение адресного пространства

В данной МПС выберем совмещенную адресацию памяти и внешних устройств. Выбор одного из устройств будет осуществляться дешифрацией выводов А15, А14, А13 шины адреса (ША). Диапазоны адресов памяти и внешних устройств приведены в таблице 1.

Таблица 1

4. Описание принципиальной схемы

Разрабатываемая микропроцессорная система является однопроцессорной: МП работает в минимальном режиме. Система имеет небольшое число ИС и ВУ,  то есть все необходимые сигналы управления периферийными устройствами  вырабатываются на основе управляющих сигналов МП: #WR и #RD (символ # означает инверсный сигнал).

Демультиплексирование (разделение) ША и ШД обеспечивается с помощью буферных регистров и шинных формирователей.

Восьмиразрядные буферные регистры КР580ИР82 используются в качестве однонаправленных шинных формирователей (адресных защелок) для формирования ША. Защелкивание адреса осуществляется перепадом 0-1 на входе STB.

ШД организуется с помощью двунаправленных восьмиразрядных шинных формирователей КР580ВА86, режим работы которых определяется управляющими сигналами, поступающими с МП: #ОЕ (разрешение передачи) и Т(направление передачи).

Дешифрация адресов производится микросхемой КР531ИД7. Адресные входы А0-А2 дешифратора подключены к разрядам А13-А15 ША.

ПЗУ представлено двумя микросхемами К573РФ2 по 2КБ каждая. В нем будет записана программа управления МПС, таблица индикаторных кодов и  вектор обработки прерывания.

В ОЗУ будут храниться некоторые переменные и адрес возврата из подпрограммы обработки прерывания. ОЗУ будет организовано двумя микросхемами К537РУ9А по 2КБ каждая.

Тактовые импульсы формирует генератор К1810ГФ84, работающий в режиме формирования сигналов от внутреннего генератора с внешним кварцевым резонатором на 15МГц. На выходе CLK, который подсоединяется к МП формируются тактовые импульсы с частотой 5МГц. Также к этому выводу подсоединяется таймер.

В таймере использовано 2 канала. Нулевой канал нужен для формирования запросов прерывания МП с частотой 100Гц. Второй канал служит для формирования тактового сигнала с частотой 78125Гц для ВВ79 и ВВ51. При коэффициенте деления этой частоты на 31 скорость опроса клавиш и обновления индикаторного дисплея составит 630 обновлений в секунду. Этого более, чем достаточно, чтобы свечение индикаторов казалось непрерывным. В ВВ51 при коэффициенте деления частоты на 16 обеспечивается скорость передачи данных около 4880 бит/с.

После датчика шума установлен операционный усилитель К140УД2А, который обеспечивает максимальный уровень выходного сигнала 5В.

8-разрядный высокоскоростной АЦП TDA8714/4 фирмы Philips Semiconductors работает в однополярном режиме с внутренним опорным напряжением 5В и с максимально возможной частотой преобразований до 40МГц. Время преобразования составляет всего 25 нс.

12-разрядный ЦАП DAC813 фирмы Burr-Brown преобразует 12-ти битовый параллельный код в выходное униполярное напряжение. Время преобразования составляет 3,3-5мкс. В данном ЦАП есть возможность защелкивания раздельно младших 8 бит и старших 4-х. Преобразование осуществляется в 2 этапа: на первом – во внутренние регистры-защелки записываются цифровые данные (длительность записи не менее 55нс); на втором этапе в течение 50нс осуществляется перезапись данных из раздельных 4-х и 8-ми битовых регистров-защелок в общий 12-разрядный регистр–защелку, после чего начинается преобразование данных, которое может длиться до 5мкс.

Микросхема К1810ВВ79 представляет собой программируемое интерфейсное устройство, предназначенное для ввода данных в МП и вывода из МП информации на индикаторный дисплей. Характер информации, выдаваемой или запрашиваемой МП, определяется сигналом на входе А0. Уровень логической единицы означает, что передаётся команда или считывается слово состояние. Уровень логического нуля сигнализирует о передаче данных. Для ввода информации используются две клавиши, которые подключается к линиям возврата (RET0-7, по этим линиям данные поступаю в контроллер, и совместно с сигналами CONTROL и SHIFT формируют 8-битное кодовое слово, которое записывается во внутреннюю память котроллера).  Т.к. клавиш мало, используется режим внутренней дешифрации, т.е. в каждый момент времени активен только один сигнал управления из четырех (s0-s3).

Для связи с внешним компьютером будет использован последовательный интерфейс КР580ВВ51А, работающий в асинхронном режиме приема 8N1 с коэффициентом деления тактовой частоты на 16. Через него будет считываться максимальная амплитуда шума, которую необходимо установить на выходе ЦАП.

Для формирования на ШД номера прерывания, младшие 8 разрядов через резисторы R6-R13 (номиналом 1кОм каждый) соединены с источником питания. Они формируют на младших разрядах ШД сигнал слабой 1. Этот сигнал никак не влияет на работу МПС, но в момент считывания номера прерывания на ШД формируется число 255.

5. Перечень элементов