Разработка блок-схемы и программы работы микропроцессорного устройства для контроля и индикации параметров, изменяющихся по случайному закону 8-разрядного двоичного кода. Разработка принципиальной схемы функционирования устройства в среде САПР P-CAD.
Аннотация к работе
Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно-технического прогресса.Использование микроэлектронных средств в изделиях производственного и культурно-бытового назначения не только приводит к повышению технико-экономических показателей изделий (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и позволяет многократно сократить сроки разработки и отодвинуть сроки «морального старения» и «физического старения» изделий, но и придает им принципиально новые потребительские качества (расширенные функциональные возможности, модифицируемость, адаптивность и т.д.). Благодаря своим свойствам микропроцессоры нашли применение как в системе управления космическими полетами, так и в детских игрушках; ОЭВМ используются для управления бытовыми приборами и роботами, станками с числовым программным управлением и т.п. Поэтому тема «Разработка микропроцессорного устройства на базе 8 разрядного микропроцессора» курсового проекта является актуальной и микропроцессорное устройство может использоваться в области телемеханики. микропроцессор двоичный код программа Любое микропроцессорное устройство (МПУ) должно содержать в себе следующие блоки: генератор тактовых импульсов (ГТИ); микропроцессор (МП);; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); оперативное запоминающее устройство (ОЗУ); шина адреса (ША); шина данных (ШД); шина управления (ШУ); датчик (Д); устройство ввода информации (УВВ); параллельный программируемый интерфейс (ППИ); блок индикации (БИ); таймер (Т) ; счетчик команд (СК). При разработке данного устройства был выбран микропроцессор PIC16F877.В ходе курсового проекта разработан алгоритм работы программы. Алгоритм представлен на рисунке 4.1. Исходя из представленного алгоритма, разработана программа, выполняющая выше описанные действия. MOD B,2; если число четное то выводим число, если нет переходим на метку BTFSS TIME, 0,1; если время 0.1 секунда то программу завершаетсяБыло выполнено обоснование блок-схемы, описаны выбор элементной базы и работа микропроцессорного устройства, разработана принципиальная схема в САПР P-CAD, разработаны алгоритм и программа работы микропроцессорного устройства на языке C.
План
Содержание
Введение
Техническое задание
1 Выбор и обоснование блок-схемы МПУ
2 Разработка принципиальной схемы МПУ
3 Описание работы МПУ
4 Разработка блок-схемы и программы работы МПУ на языке C
Заключение
Список литературы
Введение
Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно-технического прогресса.Использование микроэлектронных средств в изделиях производственного и культурно-бытового назначения не только приводит к повышению технико-экономических показателей изделий (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и позволяет многократно сократить сроки разработки и отодвинуть сроки «морального старения» и «физического старения» изделий, но и придает им принципиально новые потребительские качества (расширенные функциональные возможности, модифицируемость, адаптивность и т.д.).
Микропроцессоры и ЭВМ это достаточно сложные устройства, хотя диапазон их использования очень широк. Главные достоинства микропроцессорной техники это компактность, экономичность, универсальность невысокая стоимость, массовость применения. Благодаря своим свойствам микропроцессоры нашли применение как в системе управления космическими полетами, так и в детских игрушках; ОЭВМ используются для управления бытовыми приборами и роботами, станками с числовым программным управлением и т.п.
Поэтому тема «Разработка микропроцессорного устройства на базе 8 разрядного микропроцессора» курсового проекта является актуальной и микропроцессорное устройство может использоваться в области телемеханики. микропроцессор двоичный код программа
Техническое задание
Разработать МПУ для контроля и индикации параметров, изменяющихся по случайному закону 8-разрядного двоичного кода. Результаты контроля должны выводиться на индикатор. Скорость изменения кода 25000 ед/с; пределы изменения числового кода 00000000-11111111; время контроля, Т, 0,1с; контролируемый параметр К - значение кода с четным числом единиц за время 0,05-0,1с.
1 Выбор и обоснование блок-схемы микропроцессорного устройства
Любое микропроцессорное устройство (МПУ) должно содержать в себе следующие блоки: генератор тактовых импульсов (ГТИ); микропроцессор (МП);; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); оперативное запоминающее устройство (ОЗУ); шина адреса (ША); шина данных (ШД); шина управления (ШУ); датчик (Д); устройство ввода информации (УВВ); параллельный программируемый интерфейс (ППИ); блок индикации (БИ); таймер (Т) ; счетчик команд (СК). Блок-схема МПУ приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1
Исходя из технического задания, МПУ должно выполнять контроль количества единиц в 8-разрядном двоичном коде. Формирование двоичного кода, имеющего случайную последовательность, можно выполнить с помощью блока формирования случайных чисел (БФСЧ). Поэтому датчик, устройство ввода информации и параллельный программированный интерфейс заменяют блоком формирования случайных чисел.
При разработке данного устройства был выбран микропроцессор PIC16F877. Так как в нем уже есть встроенные ОЗУ, таймер, ПЗУ, ГТИ, СК, то использовать эти блоки в дальнейшем нецелесообразно.
МП служит для управления внешними по отношению к себе устройствами. Исходя из условия МП 8-разрядный.
БИ служит для вывода количества единиц в 8-разрядном двоичном коде с интервалом 1с.
ША полудуплексная, ШД дуплексная, ШУ симплексная.
Дуплексная передача - передача данных в двух направлениях по одному каналу. Существуют полный дуплекс и полудуплекс. Полный дуплекс - одновременная двухсторонняя передача данных. Полудуплекс - передача данных, когда данные могут передаваться в обоих направлениях, но поочередно. Симплексная передача - передача данных по физическому соединению только в одном направлении.
Разработанная блок-схема представлена на рисунке 1.2.
БФСЧ - блок формирования случайных чисел; БИ - блок индикации.
Рисунок 1.2 - Блок-схема микропроцессорного устройства
2 Разработка принципиальной схемы
Обоснование выбора конденсатора
Исходными данными для выбора конденсаторов являются: - номинальная величина емкости, указанная на схеме и допуск на величину емкости;
- назначение цепи, в которой стоит конденсатор;
- режим цепи/постоянный ток, переменный ток или импульсный режим, и соответственно, сила тока, частота, параметры импульсов;
- условия эксплуатации прибора, указанные в техническом задании на разработку прибора, температура, влажность, давление воздуха, механические нагрузки;
Для данной схемы можно использовать бумажные, пленочные и керамические конденсаторы, поскольку они имеют минимальные габариты.
В качестве керамических конденсаторов можно использовать: К10-7, К10-9, К10-12, К10-17, К10-29, но выбирается конденсатор К10-17, так как он имеет относительно большую реактивную мощность, малые потери, высокое сопротивление изоляции, широкий диапазон температурной стабильности [5].
Секции конденсаторов К10-7в такого зазора не имеют, что позволяет увеличить их удельную емкость за счет более полного использования поверхности пластины. Толщина пластин 0,18-0,22 мм. Так как промежутки между обкладками изза отсутствия зазоров равны толщине пластины, номинальное напряжение конденсаторов К10-7в не превышает 50 В.
Условно-графическое изображение конденсатора представлено на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1
Обоснование выбора резисторов
При выборе постоянных резисторов исходными данными являются: - номинальная величина сопротивления, указанная на схеме и допуск на величину сопротивления;
- мощность рассеивания;
- назначение цепи, в которой установлен резистор;
- сила тока, частота и параметры импульсов;
- конструктивное оформление резистора.
В данном устройстве используются непроволочные резисторы, так как они имеют меньший вес, стоимость, габариты и паразитные параметры.
Из всех резисторов выбираются металлодиэлектрические, потому что они обладают большей стабильностью при циклическом воздействии температуры, механических нагрузках по сравнению с углеродистыми, меньшая зависимость значения сопротивления от приложенного напряжения, меньше ЭДС шумов по сравнению с композиционными [5].
В данной схеме можно использовать резисторы: С2-13, С2-14, С2-22, С2-23, С2-31, С2-34. Из перечисленных резисторов выбирается С2-23, так как при малых габаритах они имеют наивысшую надежность.
Диапазон выпускаемых номиналов - от 1 Ом до 1 МОМ (зависит от допустимой мощности)
Максимально допустимая рассеиваемая мощность - 0,25 0,5 и 1 Вт (С2-14 выпускались также на 0,125 и 2 Вт)
Допускаемое отклонение от номинального сопротивления 0,1% 0,2% 0,5% 1% и 2%
ЭДС шумов не более 1 МКВ/В
По ТКС эти резисторы делились на пять групп, от А до Д, с суммарным диапазоном значений от 0,0025 до 0,06 1/°С
Сопротивление изоляции не менее 1011 Ом (для С2-13 и С2-15)
Минимальная наработка 15000ч (С2-13), 20000ч (С2-14); затем для всех типов была доведена до 30000ч
Работа в импульсных режимах допускается при длительности импульсов не более 500 мкс и частоте повторения более 20 КГЦ
Условно-графическое обозначение резистора представлено на рисунке 3.3
Рисунок 3.3
Обоснование выбора кварцевых резонаторов
Для выбора кварцевых резонаторов главным критерием является интервал формируемых частот.
Для реализации МПУ необходима частота 2 МГЦ, исходя из этого, можно сделать вывод, что единственным вариантом для реализации МПУ является кварцевый резонатор RV-26 [5].
Стабильность частоты
Колебания кварцевого генератора характеризуются высокой стабильностью частоты (10?5 ? 10?12), что обусловлено высокой добротностью кварцевого резонатора (104 ? 105).
Уровень фазовых шумов
У лучших генераторов спектральная плотность мощности фазовых шумов может быть менее ?100 ДБН/Гц на отстройке 1 Гц и менее ?150 ДБН/Гц на отстройке 1 КГЦ при выходной частоте 10 МГЦ.
Тип выходного сигнала
Генераторы могут изготавливаться как в модификации с синусоидальным выходным сигналом, так и с сигналом прямоугольной формы, совместимым по логическим уровням с одним из стандартов (TTL, CMOS, LVCMOS, LVDS и т. д.).
Условно-графическое изображение кварцевого резонатора представлено на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2
Рисунок 3.4
Для данного устройства был выбран процессор PIC16F877 [4], так как в нем уже есть встроенные ОЗУ, ПЗУ и таймер, что значительно упрощает схему устройства рис.3.4.
Вывода и их назначение указанны в таблице 1.
Таблица 1
Вывод Обозначение Тип вывода Функциональное назначение вывода
Для реализации блока индикации можно использовать следующие типы индикаторов: АЛС362А, АЛС362Д, АЛС362Н. Эти индикаторы имеют разный цвет свечения: красный, желтый и зеленый соответственно. Лучше использовать индикатор красного свечения, так как даже при солнечном свете он дает четкое изображение. Исходя из этого, выбираем индикатор АЛС362А [2]. Условно-графическое изображение этого индикатора представлено на рисунке 3.6.
6 - вход D3, 7 - вход D4, 8 - выход сегмент Е, 9 - выход сегмент D
10 - выход сегмент С, 11 - выход сегмент B, 12 - выход сегмент A 13 - выход сегмент G, 14 - выход сегмент F, 15 - питание ( 5в)
Рисунок 3.8
Назначение выводов буферного регистра КМ1821ИР82 указаны в таблице 2
Таблица 2
В качестве генератора случайных чисел был использован 8-разрядный буферный регистр КМ1821ИР82 [2], так как при увеличении его рабочей частоты, на его выходах появляются непредсказуемые значения. Условно-графическое обозначение регистра приведено на рисунке 3.8.3 Описание работы микропроцессорного устройства
Разработанное микропроцессорное устройство (МПУ) состоит из больших интегральных схем (БИС) и интегральных схем (ИС). МПУ работает следующим образом: на процессор DD3 подается питание на входы VDD и VSS, на всю цепь подается сбросовый сигнал.
Таймер начинает считать единичные интервалы. 8-разрядный буферный регистр DD2 посылает числовые комбинации на процессор DD3. Из ПЗУ загружается программа, процессор DD3 проверяет эти комбинации и выводит их на дешифраторы DD1 и DD5. Дешифраторы преобразуют числовые комбинации в семи сегментный код и посылает их на индикаторы DD4 и DD6. Таймер досчитывает до конца время контроля и подает в процессор команду останова.
Вывод
Курсовой проект выполнен в полном объеме, в соответствии с техническим заданием.
В результате разработано микропроцессорное устройство, исходя из типовой блок-схемы. Было выполнено обоснование блок-схемы, описаны выбор элементной базы и работа микропроцессорного устройства, разработана принципиальная схема в САПР P-CAD, разработаны алгоритм и программа работы микропроцессорного устройства на языке C.
Это устройство можно использовать в источниках бесперебойного питания.
Список литературы
1 Колабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение: уч. Пособие/ Б.А. Колабеков. - М.: Радио и связь, 2008. - 386с.
2 Шаханова Е.Д. МП и МП комплекты интегральных микросхем: справочник/Е.Д. Шаханова. - М.: Радио и связь, 2009. - 435с.
3 Новиков Ю.В. Основы микропроцессорной техники: уч. Пособие/Ю.В. Новиков. - М.: Радио и связь, 2012. - 440с.
4 Жидков Ю.Б. 8-разрядные процессоры фирмы PIC: справочник/Ю.Б. Жидков. - М.: Радио и связь, 2008. - 91с.
5 Нестеренко И. И. Радиоэлектронные компоненты: Карманный справочник/И.И. Нестеренко. - М.: СОЛОН-Пресс 2010. - 164 с.