Разработка аппаратных средств микропроцессорной системы. Разработка модуля управления. Расчет электрического сопряжения по цепям адреса

ВВЕДЕНИЕ. 2

1      РАЗРАБОТКА АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ.. 6

1.1       Разработка структурной схемы МПС.. 6

1.2       Разработка карты адресов. 8

1.3       Разработка микропроцессорного модуля. 12

1.3.1        Обращение к внешней памяти. 12

1.3.2        Организация шины управления ВС. 14

1.3.3        Тактовый генератор МПС. 17

1.4       Разработка модуля памяти. 18

1.5       Разработка модуля ввода/вывода. 22

1.6       Разработка модуля управления. 27

1.6.1        Разработка узла клавиатуры модуля управления. 27

1.6.2        Разработка узла ЖКИ модуля управления. 31

1.6.3        Разработка узла аварийной сигнализации. 32

1.7       Расчет электрического сопряжения по цепям адреса. 34

1.8       Расчет аппаратных затрат. 35

1.9       Расчет номиналов конденсаторов повышения помехоустойчивости. 36

1.10     Расчет потребляемой мощности. 37

1.11     Литература. 39

ВВЕДЕНИЕ

В описании данного проекта используются следующие сокращения:

МПС – микропроцессорная система;

ЗУ – запоминающее устройство;

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство;

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство;

ЖКИ – жидкокристаллический индикатор.

Целью курсового проектирования является приобретение навыков разработки микропроцессорных систем (МПС). В данном случае необходимо разработать  МПС для управления некоторым объектом. Структурная схема взаимодействия МПС  и объекта, управляемого МПС, представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема взаимодействия МПС  и объекта управления

На структурной схеме взаимодействия МПС и объекта управления:

ИМ – исполнительный механизм;

ОУ – объект управления;

Д – датчики;

{X} – аналоговые и цифровые сигналы с датчиков;

{INT} – сигналы прерывания;

{Y} – управляющие цифровые сигналы с микропроцессорной системы.

Основой для выполнения проектирования являются методические указания к курсовому проекту [1]. На основании методических указаний и в соответствии с индивидуальным номером студента по журналу записывается индивидуальный вариант задания. В ходе проектирования возможны изменения в техническом задании по договоренности с руководителем проекта.

В ходе предварительной оценки поставленной задачи, были определены следующие основные принципы проектирования:

-  основным принципом является минимизация аппаратных затрат;

-  в то же время, необходимо проектировать МПС с некоторым запасом для обеспечения возможности расширения управляющих алгоритмов и/или аппаратной конфигурации, в первую очередь это касается объема памяти;

-  учитывая достаточно простой алгоритм работы МПС и низкие требования к производительности можно обойтись без использования специальных микросхем, таких как контроллер клавиатуры и дисплея или контроллер прерываний и использовать более простые универсальные микросхемы из стандартных серий.

Использование более простых микросхем приводит к некоторому усложнению программы управления МПС, но это вполне оправдано.

Основой МПС является микропроцессор фирмы ATMEL AT89C52.

В качестве серии для реализации схем управления будет использоваться серия ТТЛ элементов КР1533. Эта серия содержит все основные логические схемы, которые могут понадобиться при проектировании. Эта серия хорошо изучена, т.к. использовалась в предыдущих работах, кроме того, имеются исчерпывающие справочные данные по этой серии [2].

Данная МПС используется для управления некоторым объектом, часть входных и выходных сигналов МПС имеют аналоговую форму. Следовательно, в МПС будут использоваться аналогово-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. В качестве этих устройств будут использованы микросхемы фирм Analog Devices и National Semiconductors.

Программа управления МПС должна храниться в ПЗУ. Так как возможно изменение управляющих алгоритмов МПС, необходимо использовать перепрограммируемое ПЗУ.

В МПС должна быть предусмотрена возможность сохранения регистров процессора в энергонезависимом ЗУ  при отказе источника питания. Эту возможность можно легко реализовать, если использовать вместо обычного ОЗУ, микросхемы со встроенными элементами питания. Такая память сочетает преимущества ОЗУ и энергонезависимой памяти. Будут использоваться микросхема энергонезависимой памяти производства фирмы Benchmarq.

В МПС должна присутствовать клавиатура как средство ввода информации в МПС. В методических указаниях [1] рекомендуется использовать сигнал прерывания для сигнализации о нажатии клавиши. Также рекомендуется использовать клавиатуру из 25 клавиш, в том числе из 16 клавиш 0-F для ввода данных в шестнадцатеричном коде.

Для индикации значений входных двоичных сигналов и отображения данных в десятичной форме в МПС используются жидкокристаллический индикатор Powertip. Можно было бы использовать контроллер дисплея для вывода информации на индикаторы, но это неэкономно, т.к. будет использована только малая часть возможностей этой сложной схемы.