Проект учебного пособия по лабораторному стенду Teacher 51

Кононов О. А.   Гаврилов В. В.   Журавлёв А.

ЛАБОРАТОРНЫЙ СТЕНД TEACHER 51.

Введение

Стенд Teacher 51 представляет собой контроллер, реализованный на ОМЭВМ серии MCS-51. Структурная схема контроллера представлена на рис.1.  Контроллер  состоит  из следующих основных узлов:  CPU (DS 80C320 или F80C51FB),  ПЗУ 8К с системным  монитором (AT29C256),  ОЗУ 32K – HY62256 или (8K – HY6264),  семисегментный  индикатор на 9 знакомест,  21-кнопочная клавиатура,  четырёхбитный аудио-ЦАП,  ПЛД (ATF16V8BQL) дешифрации устройств в адресном пространстве микроконтроллера, двух цветный светодиод индикации состояния стенда, сторожевой таймер, драйвер RS-232 (опционально может быть заменён на RS-485), линейный стабилизатор на 5 вольт, драйвер защиты линии 1W, опционально могут устанавливаться часы реального времени с параллельной шиной доступа,  а  также  четыре интерфейсных разъёма:  разъём RS-232 (RS-485)  для сопряжения с последовательным портом PC-совместимой ПЭВМ,   системный разъём для подключения периферийных устройств (на него выведены шина управления и восемь линий порта P1), разъём подключения питания, разъём подключения устройств шины 1W типа «Таблетка».

Контроллер реализован на двух печатных платах. На одной из плат реализован вычислительный узел (микроконтроллер, память, периферийные микросхемы), на втором реализован узел индикации и клавиатуры. Узел клавиатуры имеет два исполнения, отличных друг от друга только применёнными индикаторами.

Структурная схема

Структурная схема лабораторного стенда TEACHER 51.

РИС 1.

Монитор контроллера позволяет загружать через  последовательный порт и редактировать записанную в ОЗУ  программу  посредством встроенной клавиатуры и индикатора, причём код из ОЗУ может  быть исполнен.  Последнее  свойство  достигнуто  совмещением  адресных пространств внешней памяти данных и памяти программ (см.рис. 2а и 2б).

Карта внешней памяти

Карта внешней памяти программ и данных (ОЗУ 32К).

РИС. 2а

Как видно из рис.  2а и 2б в адресном пространстве ВПД по адресам :  8000h-FFFFh (32КБайт),  либо 8000h-9FFFh  и  C000h-DFFFh (8КБайт)  находится ОЗУ,  которое может использоваться как память данных, так и как память программ. Причём в случае установки микросхемы ёмкостью 8 КБайт она отображается в два диапазона адресов (рис.2б), это сделано с целью упрощения схемы контроллера.

Карта внешней памяти программ и данных (ОЗУ 8К).

РИС. 2б

Адреса ВПД  :  7F80h-7FFFh зарезервированы для использования в качестве "портов ввода-вывода" внешних устройств.  В этом же диапазоне  находятся  регистры  управления встроенными клавиатурой и индикатором :

7F80h - порт сканирования клавиатуры и выбора разряда индикатора ( биты 0-3 :  выбор линии сканирования  клавиатуры  и  выбор разряда индикатора, биты 4-7 : четырёхбитный аудио-ЦАП ), по этому же адресу происходит чтение состояния выбранных восьми клавиш;

7F90h - порт вывода информации на выбранный разряд  индикатора.  Как уже отмечалось выше к контроллеру подключен 9-ти разрядный 7-ми сегментный индикатор. Его программный интерфейс представлен  двумя  упомянутыми  выше  портами ввода-вывода 7F80h и 7F90h (см.рис.2). Запись бит 0-3 порта 7F80h выбирает разряд индикатора

(0000b-1-й  разряд,  1000b-9-й  разряд),  на котором отображается состояние порта 7F90h (см. рис.3).

Клавиатура контроллера реализована в виде матрицы 8x4, причём используется только 21 клавиша.  Выбор сканируемой линии производится записью в биты 0-3 порта 7F80h двоичного номера линии,  опрос состояния выбранной группы из восьми клавиш производится чтением порта 7F80h, причём биты  соответствующие  нажатым  клавишам сброшены. Схема расположения клавиш на плате и  их  раскладка  по линиям сканирования представлены на рис. 4а и 4б.

.

Индикация и клавиатура         

Управлении е и индикацией и опрос клавиатуры производится через порты выделенные для управления.

Порты управления индикатором и клавиатурой.

Рис. 3

Схема расположения клавиш на плате.

Рис. 4а

Раскладка клавиш по линиям сканирования.