Содержание
Введение
1. Выбор и обоснование технических требований к устройству
2. Основные параметры КР1820ВЕ4
3. Разработка структурной схемы устройства
4. Разработка принципиальной электрической схемы
5. Разработка алгоритма управляющей программы
Заключение
Литература
Приложение
Введение
В настоящее время выпускается ряд серий однокристальных микро-ЭВМ, предназначенных для использования в бытовой радиоэлектронной аппаратуре. Применение однокристальных микро-ЭВМ, реализующих на одной БИС функции ввода-вывода, хранения и обработки данных, позволяет достигать максимальной простоты и дешевизны систем управления.
Однокристальные четырехразрядные микро-ЭВМ серии КР1820 предназначены для решения ограниченных по сложности и производительности задач управления, формирования и обработки сигналов. Такой класс микро-ЭВМ получил название микроконтроллеров.
Из существующего разнообразия ОМЭВМ, это, пожалуй, самые простые и дешевые. Они имеет очень простую архитектуру и систему команд, однако содержат все традиционные узлы ОМЭВМ. Это позволяет успешно использовать их в учебном процессе.
Серия КР1820ВЕх состоит из четырех моделей. КР1820ВЕ1 и 2 выполнены по n-МОП технологии, КР1820ВЕ3 и 4 - по k-МОП технологии.
КР1820ВЕ1,4 - микроЭВМ с внешней памятью программ емкостью 1 килобайт. Применяются для отладки программного обеспечения в изделиях с малой серией или на этапе разработки и изготовления опытных партий изделий. Заключены в 40-выводные пластмассовые корпуса типа DIP.
КР1820ВЕ2,3 - микроЭВМ с внутренней масочной памятью программ объемом 1 килобайт. Выполнены в 28-выводных пластмассовых корпусах типа DIP.
Все модели имеют единую внутреннюю структуру. Модели ВЕ3 и ВЕ4 отличаются значительно меньшим энергопотреблением и расширенной системой команд.
Для учебных целей наиболее удобной является модель КР1820ВЕ4, потому в дальнейшем иллюстрировать принципы функционирования и программирования будем именно на этой модели.
1. Выбор и обоснование технических требований к устройству
Разрабатываемое устройство является генератор сигналов специальной формы (прямоугольных импульсов). Рассмотрим принцип работы данного устройства и сформулируем основные технические требования к нему.
Основным блоком данного устройства является однокристальная микроЭВМ серии КР1820.
Однокристальные четырехразрядные микро-ЭВМ серии КР1820 предназначены для решения ограниченных по сложности и производительности задач управления, формирования и обработки сигналов. Такой класс микро-ЭВМ получил название микроконтроллеров.
Из существующего разнообразия ОМЭВМ, это, пожалуй, самые простые и дешевые. Они имеет очень простую архитектуру и систему команд, однако содержат все традиционные узлы ОМЭВМ. Это позволяет успешно использовать их в учебном процессе.
Серия КР1820ВЕх состоит из четырех моделей. КР1820ВЕ1 и 2 выполнены по n-МОП технологии, КР1820ВЕ3 и 4 - по k-МОП технологии.
КР1820ВЕ1,4 - микроЭВМ с внешней памятью программ емкостью 1 килобайт. Применяются для отладки программного обеспечения в изделиях с малой серией или на этапе разработки и изготовления опытных партий изделий. Заключены в 40-выводные пластмассовые корпуса типа DIP.
КР1820ВЕ2,3 - микроЭВМ с внутренней масочной памятью программ объемом 1 килобайт. Выполнены в 28-выводных пластмассовых корпусах типа DIP.
Все модели имеют единую внутреннюю структуру. Модели ВЕ3 и ВЕ4 отличаются значительно меньшим энергопотреблением и расширенной системой команд.
Для учебных целей наиболее удобной является модель КР1820ВЕ4, потому в дальнейшем иллюстрировать принципы функционирования и программирования будем именно на этой модели.
2. Основные параметры КР1820ВЕ4
Температурный диапазон - минус 45 град. C. +85 град. C.
Напряжение питания 5V+/-10%.
Потребляемая мощность:
в статическом режиме - 1200 мкВт,
в динамическом режиме - 1 мA/MГц.
Количество элементов - 30000.
Разрядность - 4.
Тактовая частота - (0 - 4) МГц.
Один уровень прерывания по вектору.
Количество команд - 58 (31 однобайтовая + 27 двухбайтовых).
Количество уровней вложения программ - 4.
Емкость ОЗУ - 256 бит (64*4 ячейки).
Емкость ПЗУ - (1024*8) бит.
Технология - k-МОП.
Микросхема по входам и выходам стыкуется с ТТЛ и КМОП
Нагрузочная способность выходных портов 1 вход ТТЛ.
Условное графическое обозначение микросхемы КР1820ВЕ4 показано на рис.1.
Рис.1.
Назначение выводов микросхемы КР1820ВЕ4 приведено в табл.1.
Таблица 1
| Номер вывода | Обозначение | Назначение |
| 1 | 2 | 3 |
| 1 | CKO | Выход тактового сигнала |
| 2 | СKI | Вход тактового сигнала |
| 3 | IP4 | Вход/выход адрес/данные |
| 4 | RS | Вход сигнала "сброс" |
| 5 | IP3 | Вход/выход адрес/данные |
| 6 | IP2 | Вход/выход адрес/данные |
| 7 | IP1 | Вход/выход адрес/данные |
| 8 | IP0 | Вход/выход адрес/данные |
| 9 | IP7 | Вход/выход адрес/данные |
| 10 | IP6 | Вход/выход адрес/данные |
| 11 | L7 | Вход/выход информационных данных |
| 12 | L6 | Вход/выход информационных данных |
| 13 | L5 | Вход/выход информационных данных |
| 14 | L4 | Вход/выход информационных данных |
| 15 | IN1 | Вход информационных данных |
| 16 | IN2 | Вход информационных данных |
| 17 | UСС
|
Вывод питания от источника напряжения |
| 18 | L3 | Вход/выход информационных данных |
| 19 | L2 | Вход/выход информационных данных |
| 20 | L1 | Вход/выход информационных данных |
| 21 | L0 | Вход/выход информационных данных |
| 22 | 0V | Общий вывод |
| 23 | SI | Вход последовательных данных |
| 24 | SO | Выход последовательных данных |
| 25 | SR | Выход логически управляемого источника Системных синхроимпульсов |
| 26 | IN0 | Вход информационных данных |
| 27 | IN3 | Вход информационных данных |
| 28 | G0 | Вход/выход информационных данных |
| 29 | G1 | Вход/выход информационных данных |
| 30 | G2 | Вход/выход информационных данных |
| 31 | G3 | Вход/выход информационных данных |
| 32 | SKIP | Выход пропуска команды |
| 33 | FL A/D | Выход сигнала управления флагом. Адрес/данные |
| 34 | А9 | Выход адреса |
| 35 | А8 | Выход адреса |
| 36 | IP5 | Вход/выход адрес/данные |
| 37 | D3 | Выход информационных данных |
| 38 | D2 | Выход информационных данных |
| 39 | D1 | Выход информационных данных |
| 40 | D0 | Выход информационных данных |
В данном курсовом проекте будет использоваться микроЭВМ КР1820ВЕ4.
3. Разработка структурной схемы устройства
Структурная схема генератора прямоугольных импульсов выглядит следующим образом:
Рис. 24. Разработка принципиальной электрической схемы
Принципиальная электрическая схема разрабатывается исходя из приведенной выше структурной схемы устройства. В ней кроме микросхем основных блоков присутствуют различные вспомогательные цепи для питания синхронизации и согласования. Рассмотрим подробней все компоненты.
Микросхема КР1820ВЕ4 работает по программе, записанной во внешнем постоянном запоминающем устройстве. Адресное пространство ПЗУ объемом 1К 8 бит разбито логически на 16 страниц по 64 8-разрядных слова. В систему команд ОМЭВМ К1820ВЕ4 входят арифметические, логические команды, команды ввода/вывода, обращения к памяти, к регистрам, команды проверки.
Система команд насчитывает 58 команд: 31 однобайтовая и 27 двухбайтовых. Двухбайтовые команды выполняются за два машинных цикла, однобайтовые, за исключением команд LQID и JID, за один.
Функционирование.
Инициализация (начальный запуск) заключается в том, что очищается счетчик команд (в счетчик команд во всех разрядах записываются нули, что соответствует нулевому адресу ПЗУ) и очищаются регистры A, B, C, D, EN, G и SIO.
Вывод SR с каждым командным циклом задает системный синхроимпульс.
Рис.3
Начальный запуск ОМЭВМ организуется автоматически при условии времени нарастания питания в пределах от 1 мкс до 1 мс. Если это время более 1мс, для обеспечения надежного запуска необходимо к входу RS подсоединить диод и RC цепочку, как показано на рис.1.
Постоянная времени RC-цепочки должна минимум в 5 раз превышать время установления питания. Вход RS реализован в виде триггера Шмидта и, если он не используется, то вывод должен быть подключен к UCC
.
Низкий уровень должен быть приложен к входу RS на время, не меньшее трех машинных циклов, с тем, чтобы обеспечить надежный начальный запуск.
R10=10 кОм; С3=10 мкФ.
ОЗУ может быть очищено только программным способом. Первой командой (нулевой адрес ПЗУ) должна быть команда CLRA.
В микроЭВМ предусмотрены режимывнешней и внутренней синхронизации.
Рис.4.
Режим внешней синхронизации, когда тактовые импульсы от внешнего генератора поступают на вход CKI.
В режиме внутренней синхронизации задающий генератор реализуется на выводах CKI и CKO по схеме, показанной на рис.4. Для частоты кварцевого резонатора BQ1 4 МГц R8=1 КОм, R9=1 МОм, С2=27 пФ.
В процессе функционирования по командам ввода/вывода данные на микроЭВМ могут поступать по магистралям IN, L, G, SI. Результаты обработки данных поступают на магистрали D, G, L, SO.
Функционирование ОМЭВМ осуществляется по программе, записанной во внешнем ПЗУ. ОМЭВМ по одной извлекает команды из памяти и производит их исполнение. Обращение к ПЗУ производится по выводам IP0
- IP7
, P8
, P9
. При этом сначала на выводы IP0
- IP7
, P8
, P9
, переведенные в состояние "выход", из микроЭВМ выдается адрес слова ПЗУ. Он сопровождается высоким уровнем синхронизирующего сигнала FLA/D. Переходом высокого уровня сигнала FLA/D в низкий происходит запоминание адреса слова ПЗУ во внешнем регистре-защелке. После этого низким уровнем сигнала FLA/D ПЗУ переводится в режим выдачи содержимого адресованной ячейки, которое по входам IP0
- IP7
принимается в микроЭВМ Выбранная команда исполняется во время выборки последующей команды.
Схема подключения внешней памяти программ (ПЗУ) к микроЭВМ КР1820ВЕ4 приведена на рисунке 3. На рисунке 6 показаны временные диаграммы работы микроЭВМ с ПЗУ.
В качестве регистра-защелки используется микросхема К555ИР23. В качестве ПЗУ используется перепрограммируемая ПЗУ К573РФ21.
Аналого-цифровой преобразователь.
Назначение выводов микросхемы К572ПВ3 приведено в табл.2.
Таблица 2.
| Номер вывода | Обозначение | Назначение |
| 1 | D4 | Цифровой выход 4 |
| 2 | D3 | Цифровой выход 3 |
| 3 | D2 | Цифровой выход 2 |
| 4 | D1 | Цифровой выход 1 |
| 5 | Выход состояния | |
| 6 | Вход управления | |
| 7 | Вход управления | |
| 8 | Вход тактирования | |
| 9 | Цифровая земля | |
| 10 | UСС
|
Напряжение источника питания |
| 11 | UОП
|
Опорное напряжение |
| 12 | Вход смещения характеристики | |
| 13 | Аналоговый вход | |
| 14 | Аналоговая земля | |
| 15 | D8 | Цифровой выход 8 |
| 16 | D7 | Цифровой выход 7 |
| 17 | D6 | Цифровой выход 6 |
| 18 | D5 | Цифровой выход 5 |
5. Разработка алгоритма управляющей программы
Для обеспечения работы проектируемого устройства с заданными техническими требованиями необходимо запрограммировать ОМЭВМ на определенную обработку данных и выдачи определенных сигналов, в том числе и сигналов управления. Для составления программы необходимо сначала составить алгоритм работы устройства, т.е. конечный набор правил для выполнения некоторых процедур.
Заключение
Бурное развитие науки и техники в последние годы позволяет осваивать в промышленном масштабе все больше и больше новых радиоэлектронных компонентов, а именно различных устройств цифровой обработки сигналов. К таким устройствам относятся и однокристальные микро-ЭВМ. Массовость производства этих устройств привело к существенному снижению их стоимости, что является одним из преимуществ данного класса устройств. Основным преимуществом ОМЭВМ является их универсальность, т.е. возможность их применение практически во всех классах устройств. Причем устройства на их основе являются гибкими. Достаточно изменить рабочую программу для изменения параметров и характеристик устройства или получить в принципе новое устройство.
В данном курсовом проекте продемонстрирована возможность разработки устройств на однокристальных микро-ЭВМ. Можно заметить, что это устройство, как, впрочем, и другие устройства на ОМЭВМ, содержит минимум деталей.
Разработанная охранная сигнализация является упрощенным вариантом устройств данного типа, поэтому она может быть доработана. Например, можно ввести постановку на охрану и снятие с нее в виде кода, или сделать несколько охранных шлейфов и тем самым обеспечить контроль места, где произошло вторжение и т.д.
Можно сделать вывод о том, что ОМЭВМ являются удобным инструментом для создания различных устройств.
Литература
1. Левкович В.Н. Архитектура и программирование однокристальных микро-ЭВМ 1820. Методические указания к лабораторной работе по курсу "Вычислительные и микропроцессорные устройства" для студентов специальности РТС. БГУИР, 1998.
2. Применение однокристальных четырехразрядных микро-ЭВМ К1820ВЕ2 и К1820ВЕ1. Информационно-справочное издание. Киев: УкрНИИТИ, 1990. - 120 с.
3. Варламов И.К., Касаткин И.Л. Микропроцессоры в бытовой технике. М.: Радио и связь, 1990. - 104 с.
4. Горбунов В.Л. Электроника № 1990. С.30 - 35.
Приложение