Состав однокристального микроконтроллера и его базовая организация. Совмещение логических линий для сокращения ширины физического интерфейса. Распределение адресного пространства. Разработка электрической принципиальной схемы и программного обеспечения.
Аннотация к работе
Так, при обращениях к внешней памяти порт Р0 выполняет роль совмещенной шины адреса/данных, а Р2 - шины старшей части адреса. Контроллер связан с объектом управления с помощью 4 однонаправленных 8-разрядных портов ввода (передача информации от объекта к контроллеру) и 1 однонаправленного 8-разрядного порта вывода (передача информации от контроллера к объекту). Программа управления объектом должна передавать управление одной из 4 программ, которые находятся в ПЗУ контроллера. Таким образом, двоичный код 00 указывает на адрес 5000Н программы управления объектом, а двоичный код 11 указывает на адрес, больший 5000Н на величину С00Н. В случае, если от управляющего компьютера началась передача данных, контроллер должен прервать исполнение текущей программы (если она выполнялась), принять данные от управляющего компьютера (байт или программу) и передать управление новой программе управления объектом.234.
Введение
В состав однокристального микроконтроллера ВЕ51 входит 8-разрядный ЦП, управляющее ПЗУ, внутреннее ОЗУ данных, 32 линии прямого ввода-вывода, четыре тестируемых входа, канал последовательного ввода-вывода, два или три 16-разрядных таймера/счетчика и логика двухуровневой системы прерываний с пятью или шестью источниками запросов. Эти средства образуют резидентную часть МК, размещенную непосредственно на кристалле. Базовая организация предоставляет встроенные средства расширения своих ресурсов, которые предусматривают либо реализацию вне кристалла всей памяти программ, либо расширение памяти, имеющейся внутри кристалла до 64К байт. Имеется возможность подключения дополнительной внешней памяти данных в 64К байт. Дальнейшее расширение ресурсов может быть выполнено только с помощью внешних средств.
Для сокращения ширины физического интерфейса большинство логических линий совмещаются. Так, при обращениях к внешней памяти порт Р0 выполняет роль совмещенной шины адреса/данных, а Р2 - шины старшей части адреса. Все выводы порта Р3 выполняют роль линий управления и специального ввода-вывода.
Разрабатываемый контроллер может быть применен в различных областях промышленности, а также в железнодорожной отрасли - в схемах управления, автоматики, и связи.
1.
Техническое задание
Разработать контроллер, связанный с управляющим компьютером с помощью параллельного интерфейса. Контроллер связан с объектом управления с помощью 4 однонаправленных 8-разрядных портов ввода (передача информации от объекта к контроллеру) и 1 однонаправленного 8-разрядного порта вывода (передача информации от контроллера к объекту). Контроллер должен быть построен на основе микроконтроллера К1816ВЕ31. Программа управления объектом должна передавать управление одной из 4 программ, которые находятся в ПЗУ контроллера.
Разрабатываемый контроллер должен иметь следующую память: а) ПЗУ программы монитора;
б) ОЗУ данных программы управления объектом объемом 1K байт;
в) ПЗУ резидентных программ управления объектом объемом 4К байт. Адресное пространство указанного ПЗУ логически делится на 4 равные области, по 1К байт на каждую из 4 программ управления объектом.
Адреса 8-разрядных портов связи с объектом управления должны назначаться параллельно (без перерывов в адресном пространстве!) начиная с адреса FFE0H. При этом младшие адреса должны назначаться портам ввода, а следующие более старшие - портам вывода. (Перерыв в адресном пространстве между адресами портов ввода и адресами портов вывода также не допускается.)
Разрабатываемый контроллер получает от управляющего компьютера один байт. Управляющий компьютер передает программу управления объектом по параллельному интерфейсу. Содержимое двух младших бит в байте, умноженное на 1K, указывает на начало одной из 4 областей ПЗУ, в которой находится требуемая программа управления объектом. Таким образом, двоичный код 00 указывает на адрес 5000Н программы управления объектом, а двоичный код 11 указывает на адрес, больший 5000Н на величину С00Н.
В случае, если от управляющего компьютера началась передача данных, контроллер должен прервать исполнение текущей программы (если она выполнялась), принять данные от управляющего компьютера (байт или программу) и передать управление новой программе управления объектом.
Вариант задания: Интерфейс - параллельный;
Портов ввода - 2;
Портов вывода - 5;
Тип процессора - К1816ВЕ31;
Тип памяти - ПЗУ;
ОЗУ данных - B400Н;
ПЗУ программ - 5000Н;
Порты - FFE0H.
2. Разработка архитектуры
2.1 Распределение адресного пространства
Разрабатываемый контроллер имеет следующую память: а) ПЗУ программы - монитора;
б) ПЗУ резидентных программ управления объектом;
в) ОЗУ данных программы управления объектом.
Верхняя граница адресного пространства для ПЗУ программы - монитора 0000h. Нижняя граница адресного пространства для ПЗУ программы - монитора определяется объемом программы - монитора (2Кбайт) и равна 07ffh. Для построения ПЗУ программы - монитора используем БИС К573РФ5.
Для ПЗУ резидентных программ управления объектом должно быть выделено указанное в задании адресное пространство 5000h - 5FFFH (4K байт). Для построения ПЗУ резидентных программ управления объектом используем БИС К573РФ8.
Для ОЗУ данных программы управления объектом должно быть выделено адресное пространство - 8400h - 87FFH (1К байт). Для построения ОЗУ данных программы управления объектом используем БИС КР537РУ8А.
Таблица 1 Адресное пространство памяти программ
Диапазон адресов Объем памяти, байт Назначение
0000h - 07FFH 2K ПЗУ программы - монитора
5000h - 5FFFH 4K ПЗУ резидентных программ управления объектом
Таблица 2 Адресное пространство памяти данных
Диапазон АДРЕСОВОБЪЕМ памяти, БАЙТНАЗНАЧЕНИЕ
8400h - 87FFH 1K ОЗУ данных программы управления объектом
FFE0h - FFE8h 9 Порты ввода - вывода и УС
Рисунок 1. Распределение адресных пространств
3. Разработка схемы электрической структурной
Рисунок 2. Структурная схема
4. Разработка схемы электрической принципиальной
4.1 Реализация интерфейса связи с управляющим компьютером микроконтроллер однокристальный программный схема
Для реализации программируемого интерфейса в ПЛК используются микросхемы КР580ВВ55. Обмен информацией между магистралью данных системы и микросхемой КР580BB55A осуществляется через 8-разрядный двунаправленный канал данных (D). Для связи с периферийными устройствами используются 24 линии ввода/вывода, сгруппированные в три 8-разрядных канала РА, РВ и РС, режимы работы которых и направление передачи информации определяются программным способом.
Микросхема имеет три режима работы. В режиме 0 обеспечивается синхронная, программно-управляемая передача данных через два независимых 8-разрядных канала РА и РВ и два 4-разрядных канала РС.
В режиме 1 обеспечивается ввод или вывод информации "в" или "из" периферийного устройства через каналы РА и РВ по специальным сигналам. При этом линии канала РС используются для приема и выдачи сигналов управления обменом информацией.
В режиме 2 обеспечивается возможность обмена информацией с периферийными устройствами через двунаправленный 8-разрядный канал РА по специальным сигналам. Для передачи и приема сигналов управления обменом используются пять линий канала РС. Выбор соответствующего канала и направление передачи информации через канал определяется сигналами А0, А1.
В режиме 1 данные принимаются или передаются параллельно по линии RXD. Передача инициируется всякий раз, когда новые данные записываются в 0FFE8h. Признаком окончания передачи служит установка флага TI. Установка флага RI свидетельствует о готовности введенных данных для считывания из 0FFE8h. Подключен канал А для управления, канал С отвечает за прерывание.
4.2 Построение дешифратора адреса
Дешифратор адреса используется для получения доступа к следующим элементам памяти: а) ПЗУ программы - монитора;
б) ПЗУ резидентных программ управления объектом;
в) ОЗУ данных программы управления объектом;
г) Порты ввода-вывода.
Дешифратор адреса представляется в виде заранее запрограммированного ПЗУ, микропрограмма представлена в таблице 3.
Программа - монитор должна выполнять следующие действия: 1. Инициализировать внешние периферийные устройства (порты);
2. Инициализировать внутренние периферийные устройства;
3. Принять байт от параллельного порта;
4. После прерывания от параллельного порта передать управление программе управления объектом.
Рисунок 3. Блок-схема программы-монитора
Список литературы
1. Мамченко А. Е., Тельнов Г. Г. Архитектура микроконтроллеров MSC-51 и их применение в управляющих системах на железнодорожном транспорте: Учебное пособие. - М.: МИИТ, 2011. - 52 с.
2. Магда Ю.С. Микроконтроллеры серии 8051. Практический подход. - М.: ДМК-Пресс, 2008. - 228 с.
3. Ларина Т.Б. Программирование микроконтроллеров в системах управления на железнодорожном транспорте: Учебное пособие. - М.: МИИТ, 2004. - 114 с.