Міністерство транспорту РФ
федеральне агентство залізничного транспорту
ГОУ ВПО "ДВГУПС"
Кафедра "Автоматика і телемеханіка"
Курсова робота
"Мікропроцесорна система управління на базі інтерфейсів персонального комп'ютера"
Виконав: Цевелев Г.А.
220 група
Перевірив: Меркулов А.В.
Хабаровськ 2008
Зміст
Введення
Вихідні дані
Функціональна схема пристрою керування
Підбір елементної бази
Розробка принципової схеми
Розробка програмного забезпечення
Побудова селектора адреси для Системного інтерфейсу ISA
Список літератури
Введення
Інтерфейс - це апаратне і програмне забезпечення (елементи з'єднання та допоміжні схеми управління, їх фізичні, електричні і логічні параметри), призначене для поєднання систем або частин системи (програм або пристроїв). Під сполученням маються на увазі наступні функції:
видача і прийом інформації;
управління передачею даних;
узгодження джерела і приймача інформації.
За способом передачі інформації інтерфейси підрозділяються на паралельні і послідовні. У паралельному інтерфейсі всі біти передаваного слова (зазвичай байта) виставляються і передаються по відповідних паралельно йде проводам одночасно. У PC традиційно використовується паралельний інтерфейс Centronics, реалізований LPT-портами, шини ATA, SCSI і всі шини розширення. У послідовному інтерфейсі біти передаються один за одним, зазвичай по одній (можливо, і двухпроводной) лінії. Ця лінія може бути як односпрямованої (наприклад, в RS-232C, реалізованої СОМ-портом, шині Fire Wire, SPI, JTAG), так і двобічної (USB).
Важливе значення мають також наступні технічні характеристики інтерфейсів:
місткість (максимально можлива кількість абонентів, одночасно підключаються до контролера інтерфейсу без розширювачів);
пропускна здатність або швидкість передачі (тривалість виконання операцій встановлення та роз'єднання зв'язку та ступінь суміщення процесів передачі даних);
максимальна довжина лінії зв'язку;
розрядність;
топологія з'єднання.
Важко знайти область людської діяльності, де б не використовувалися, в тій чи іншій формі, мікропроцесори і різноманітні пристрої на їхній основі: починаючи від найскладніших систем автоматичного управління аж до найпростіших датчиків. Системи на їх основі являють собою автоматизовані мікропроцесорні комплекси керування й контролю. Вони розробляються і застосовуються у програмних комплексах діагностики, контролю та управління в різних галузях. Програмно-технічний комплекс діагностики і контролю дозволяє отримувати вичерпну інформацію про стан пристроїв, підключених до мікропроцесорної системі і видавати керуючі сигнали. В останні роки промисловістю налагоджений випуск програмного забезпечення і спеціальних змінних плат, що дозволяють перетворювати комп'ютер на високоякісну вимірювальну і випробувальну систему. Комп'ютери, оснащені подібним чином, можуть використовуватися в якості запам'ятовуючих цифрових осцилографів, пристроїв збору даних, багатоцільових вимірювальних приладів. Застосування комп'ютерів в якості контрольно-вимірювальних приладів більш ефективно, ніж випуск в обмежених кількостях спеціалізованих приладів з обчислювальними блоками.
Вихідні дані
№ п / п - номер варіанта - 44;
№ | Порт | Прим | |||||||||
44 | 16 | 128 | 500 mA | 24 V | LPT |
- Кількість дискретних або аналогових об'єктів управління;
- Кількість двохпозиційних об'єктів контролю (кнопок або пар контактів) або об'єктів вимірювання (аналогових);
- Максимальний струм, споживаний дискретним об'єктом управління;
- Напруга включення об'єкта управління (напруга спрацьовування реле, живлення ламп або інших джерел навантаження);
- Максимальний споживаний струм аналогового джерела навантаження,;
- Діапазон напруг для аналогових об'єктів управління;
- Допустима абсолютна похибка з управління;
- Діапазон вимірюваних напруг для аналогових об'єктів контролю;
- Допустима абсолютна похибка з контролю;
Порт - необхідність застосування інтерфейсу з вказаним в цьому полі портом;
Прим. - Додаткові умови по використанню певної елементної бази при створенні УСО;
Базова адреса порту введення - виведення для варіанту № 44 визначається таким чином:
44 * 8 +300 Н = 352 (160Н) +768 (300Н) = 460Н
У двійковій системі числення: 010001100000
Функціональна схема пристрою керування
Функціонально УС складається з наступних основних компонентів:
Шина даних (ШД): 8-ми розрядна, односпрямована (від ПК до УСО)
Шина управління (ШУ): 5-ти розрядна, односпрямована (від ПК до УСО)
Канал вхідної інформації (КВІ): 5-ти розрядний, односпрямований (від УСО до ПК)
Блоку живлення 5V для живлення інтерфейсних схем;
Джерело живлення 24V для забезпечення індикації.
Функціональна схема роботи пристрою сполучення комп'ютера через стандартний периферійний паралельний порт забезпечує передачу даних на пристрій сполучення за трьома шинам:
шина даних (ШД) -8 розрядна односпрямована (від ПК до УСО);
шина управління (ШУ) - 4 розрядна односпрямована (від ПК до УСО);
канал вхідної інформації (КВІ) - 5 розрядний односпрямований (від УСО до ПК).
сигнали по шинах даних надходять на інтерфейсну плату, яка забезпечує взаємодію з платами управління індикацією.
Підбір елементної бази
Для побудови принципової схеми необхідно підібрати елементну базу і сформувати основні вузли пристрою
К555АП6
Мікросхема представляє собою восьмирозрядний двонаправлений приймач з трьома станами на виході і без інверсії вхідної інформації, застосовується в якості інтерфейсної схеми в системах з магістральною організацією обміну інформації, в системах цифрової автоматики і мікропроцесорних пристроях
Режим роботи визначається комбінацією сигналів на двох входах управління - Е і SED 0. При низькому рівні напруги на вході управління третім станом Е, напрям передачі визначається логічним рівнем на вході SED, а при високому рівні напруги на вході Е виходи мікросхеми переводяться в високоімпедансное стан.
Е
SED 0
Операція
1
X
Третій стан
0
1
Q-> D
0
0
D-> Q
У розробляється схемою мікросхема буде використовуватися в якості шинного формувача, завдання якого - забезпечення необхідного рівня потужності сигналів, а також для захисту інтерфейсу LPT від високого потенціалу у випадку пробою одного з транзисторів схеми управління індикацією.
К155ІР13
Мікросхема представляє собою універсальний восьмирозрядний зсувний регістр з виходом на три стани і може застосовуватися в якості буферного запам'ятовуючого пристрою для тимчасового зберігання даних, для перетворення даних з паралельної форми на послідовну і навпаки або для затримки інформаційних сигналів
Можливі 4 режими роботи: паралельна завантаження, зрушення вправо (від D 1 до D 8) і вліво (від D 8 до D 1), блокування.
Входи
Входи
Скидання
Режим
Такт
Послідовний введення
Паралельний введення
Q0
Q1
...
Q6
Q7
R
S1
S2
З
DL
DR
D0-D7
0
x
x
x
x
x
X
0
0
...
0
0
1
X
x
0
x
x
x
Q0 п
Q1 п
...
Q6 п
Q7 п
1
1
1
↑
x
x
D0-D7
D0
D1
...
D6
D7
1
0
1
↑
x
1
x
1
Q0 п
...
Q5 п
Q6 п
1
0
1
↑
x
0
x
0
Q0 п
...
Q5 п
Q6 п
1
1
0
↑
1
X
X
Q1 п
Q2 п
...
Q7 п
1
1
1
0
↑
0
x
X
Q1 п
Q2 п
...
Q7 п
0
1
0
0
↑
x
x
X
Q0 п
Q1 п
...
Q6 п
Q7 п
Примітка: 0 - низький рівень, 1 - Високий рівень, х - будь-який стан, ↑ - позитивний перепад. Qn п - попереднє значення n виходу.
К155ІД3
Мікросхема представляє собою дешифратор чотиризначного двійкового коду. За входам Е0 і Е1 подаються сигнали дозволу виходів, щоб усувати поточні викиди, якими супроводжується дешифрация кодів, що з'являються не строго синхронно (наприклад, що надходять від лічильника пульсації). Щоб дозволити проходження даних на виходи, на входи Е0 і Е1 слід дати напруга низького рівня. Коли на входах Е0 і Е1 присутні напруги високого рівня, то на виходах 0-15 з'являються також високі рівні.
Дешифратор К155ІДЗ споживає струм 56 мА. Час затримки поширення сигналу для ланцюга "вхід А - вихід" становить 36 нс. Зовнішній вигляд і позначення контактів наведено на рис. 4.5.
1
Номінальна напруга живлення | 5 У | |
2 | Вихідна напруга низького рівня | не більше 0,4 В |
3 | Вихідна напруга високого рівня | не менше 2,4 В |
4 | Вхідний струм низького рівня | не більше -1,6 мА |
5 | Вхідний струм високого рівня | не більше 0,04 мА |
6 | Струм споживання | не більше 56 мА |
7 | Час затримки поширення при включенні по входах 20 - 23 по входах 18, 19 | не більше 33 нс не більше 27 нс |
8 | Час затримки поширення при виключенні з входів 20 - 23 по входах 18, 19 | не більше 36 нс не більше 30 нс |
9 | Час дешифрування | не більше 35 нс |
10 | Споживана потужність | не більше 294 мВт |
Розробка принципової схеми
На комп'ютері необхідні дані, сформовані програмним шляхом, посилаються в порт на 8 - розрядну шину даних D 0 - D 7. Через інтерфейсний кабель вони потрапляють на мікросхему DD 1 - шинний формувач, що виконує 2 функції посилення сигналу, захист LPT порту від високого потенціалу у випадку пробою одного з транзисторів.
З виходу DD 1 посилений за рівнем сигнал подається на мікросхему DD 4 - регістр даних, куди вони записуються по керуючому сигналу (С1) з порту і зберігаються до подачі нового керуючого сигналу. З виходу DD 4 дані надходять прямо на регістри DD 5 - DD 6 даних обраної групи пристроїв.
Програма формує наступний пакет даних, що відповідають за вибір мікросхеми на платах управління, в яку будуть записані передані раніше дані. Знову відбувається посилка в порт, і дані через DD 1 потрапляють одночасно на входи регістра даних DD 4, по керуючому сигналу (С0) дані записуються в регістр. Регістр DD 4 дозволяє запис в один із двох регістрів даних (DD5-DD6), які йдуть з регістра DD 4.
Інформація з регістрів DD 5 - DD 6 подається на транзистори VT 1 - VT 16. При подачі на ці транзистори напруги високого рівня вони відкриваються.
При контролі стану об'єктів дані, сформовані комп'ютером, надходять через порт на DD 1 - шинний формувач, а з нього на дешифратори DD 7-DD8, які підключені до горизонтальних лінійок матриці об'єктів. Вертикалі підключені до шинного формувач DD 3 (через який здійснюється контроль) з одного боку, а з іншого боку на них подається +5 В (логічна 1).
Розробка програмного забезпечення
Для розробки програмного забезпечення для забезпечення функцій управління і контролю скористаємося середовищем Delphi. У середовищі розробки створимо форму і додамо на неї 3 об'єкти типу TEdit і 2 об'єкти типу TButton:
Для управління регістрами LPT порту будемо використовувати бібліотеку inpout32. Dll. Необхідно в заголовку програми, в секції uses помістити прототипи функцій Out32 і Inp32 зі спеціальною директивою компілятора external, що говорить звідки потрібно ці функції брати:
function Inp32 (PortAdr: word): byte; stdcall; external 'inpout32.dll';
function Out32 (PortAdr: word; Data: byte): byte; stdcall; external 'inpout32.dll';
Створимо оброблювач кнопки "Вважати", код якого буде реалізовувати зчитування даних за адресою, вказаною в поле Edit1 і висновок лічених даних у полі Edit2:
procedure TForm1.Button1Click (Sender: TObject);
var
Data: Byte;
i: integer;
begin
Out32 ($ 37A, 12); / / дозволяємо дешифрацию DD7
for i: = 0 to 3 do
begin
out32 ($ 378, i); / / записуємо в регістр даних
Data: = Inp32 ($ 379); / / зчитуємо з регістра керування
Edit2.Text: = IntToStr (Data);
end;
Out32 ($ 37A, 4); / / запрещяем виконання будь-либой дій
end;
Створимо оброблювач кнопки "Записати", код якого буде реалізовувати запис зазначених даних (0-255) за вказаною адресою (0-15):
procedure TForm1.Button2Click (Sender: TObject);
var
data: string;
adress: string;
begin
adress: = edit3.Text;
data: = edit4.Text;
Out32 ($ 378, StrtoInt (data)); / / Записуємо в регістр DD5
Out32 ($ 37A, 6); / / дозволяємо запис у DD5
Out32 ($ 37A, 4); / / запрещяем виконання будь-либой дій
Out32 ($ 378, StrtoInt (adress)); / / Записуємо в регістр DD4
Out32 ($ 37A, 5); / / дозволяємо запис DD4
Out32 ($ 37A, 4); / / запрещяем виконання будь-либой дій
Out32 ($ 37A, 0); / / дозволяємо дешифрацию DD6
Out32 ($ 37A, 4); / / запрещяем виконання будь-либой дій
end;
Побудова селектора адреси для Системного інтерфейсу ISA
Розрахунок базової адреси порту
44 * 8 +300 Н = 352 (160Н) +768 (300Н) = 460Н
У двійковій системі числення: 0000 0100 0110 0000
A 0 - 0
A1 - 0
A2 - 0
A3 - 0
A4 - 0
A5 - 1
A6 - 1
A7 - 0
A8 - 0
A9 - 0
A10 - 1
A 11 - 0
А12 - 0
А13 - 0
А14 - 0
А15 - 0
Список літератури
1.Меркулов, А. В., Мікропроцесорна система управління на базі інтерфейсів персонального комп'ютера [Текст]:: Учеб. посібник. - Хабаровськ: Вид-во ДВГУПС, 2004. - 70 с.: Іл.
2. Програмування LPT портів на Delphi Електронний ресурс] .- Електрон.дан. .- Режим доступу: http: / / radiolomaster. Net
3. Якубовсій, С.В. Цифрові та аналогові інтегральні мікросхеми [Текст]: Довідник / С.В. Якубовський, Л.І. Ніссельсон, В.І. Кулешова и др. - М.: Радіо і зв'язок, 1089. - 496 с.
4. "Інтегральні мікросхеми: Довідник" / Б. В. Тарабін, Л.Ф. Лунін, Ю. Н. Смирнов і ін; під ред. Б. В. Тарабрина. - М.: Радіо і зв'язок, 1984 - 528с., Іл.
5. Робота з LPT під Win 2000, XP: бібліотека inpout32.dll [Електронний ресурс] .- Електрон.дан. .- Режим доступу: http://www.pcports.ru/articles/2.php