Цифровий вимірювач часу

Міністерство Освіти РБ

Білоруський Державний Університет Інформатики і радіоелектроніки

Кафедра ЕВС

До захисту допускаю

"" ________ 2001

Керівник роботи

Давидов А.Б.

Пояснювальна записка

до курсового проекту на тему:

"Цифровий вимірювач

часу "

Виконав:

Студент гр. 810702

Демух А.

Перевірив:

Давидов А.Б

Мінськ 2001

Зміст

Введення

1 Аналіз завдання

2 Функції їх системою

3. Інтерфейс Система-користувач

4 Вибір співвідношення між апаратною і програмною частинами.

5. Проектування апаратних засобів системи. Розробка функціональної та принципової схеми системи

6. Опис роботи системи за принциповою схемою.

6.1. Формування адреси і даних.

6.2 Принцип роботи пристрою введення інформації.

6.3. Обмін інформацією в системі.

6.4. Схема скидання пристрої

6.5. Підключення схем індикації

7. Програма

Висновок

Література

Введення

В даний час завдяки широкому розповсюдженню дешевих мікрокомп'ютерів їх вплив на повсякденне життя посилюється з кожним роком. У будинках з'являються різні пристрої і пристосування, що мають на меті підвищити життєвий рівень населення, прикрасити їх побут, автоматизувати багато процесів у повсякденному житті, спростити і часто просто убезпечити життя людей.

Незважаючи на те, що перші електронні цифрові обчислювальні машини з'явилися порівняно недавно, ЕОМ набувають все більшого і більшого значення у повсякденному житті.

В даний час завдяки широкому розповсюдженню дешевих мікрокомп'ютерів можна очікувати, що в недалекому майбутньому їх вплив ще більше посилитися.

Конструювання електронних схем з конденсаторів і резисторів полягає у визначенні параметрів цих компонентів, вимірюваних Фарадей і омамі, а також в уточненні обмежень по напрузі і потужності. Їх функціональні та експлуатаційні характеристики заздалегідь відомі.

Мікрокомп'ютер, на відміну від інших компонентів не має фіксованим набором функціональних характеристик. Його характеристики визначаються під час проектування системи за допомогою процесу, що називається програмуванням. Практично необмежений діапазон програмованих функціональних можливостей мікрокомп'ютера надає цьому компоненту особливе значення.

Проектування апаратури і програмного забезпечення має проводитися на системній основі з метою мінімізації, як вартості проектування, так і часу, що витрачається на розробку.

Таким чином, грунтуючись на загальних положеннях, викладених вище, можна зробити висновок, що система, спроектована за допомогою і на основі мікропроцесора, буде більшою мірою відповідати вимогам нинішнього часу і бути більш дешевої, порівняно з системою, реалізованої на дискретних елементах.

1. Аналіз завдання

Виходячи з зниження собівартості пристрою, необхідно спроектувати систему, яка відповідала б необхідним параметрам і одночасно була недорогою. У ході вивчення завдання, робимо наступні висновки:

1: Пристрій повинен бути максимально простим у використанні, так як буде використовуватися переважно рядовими співробітниками;

2: Необхідно використовувати найбільш дешеві елементи і компоненти з метою зниження собівартості пристрою, тим не менш, вони повинні задовольняти заданій умові по точності одержуваного результату;

3: Необхідно оптимально розділити ресурси між програмної та апаратної частинами пристрою з метою зниження вартості / підвищення швидкодії / створення запасу по точності;

4: Необхідно створити захист пристрою від некваліфікованого користувача;

5: Передбачити можливість модернізації пристрою.

Для вибору компонентів пристрою, необхідно знати критерії їх вибору. За умовою завдання, необхідно в якості «ядра» пристрою використовувати мікропроцесор 8086. Для даної системи це оптимальний варіант: при малій ціні він володіє достатньою продуктивністю (багато ще залежить від складу мікропроцесорної системи та якості програми «захистом» в ПЗУ). У даній схемі можна обійтися без застосування додаткових контролерів вводу / виводу, тому що в цьому немає необхідності - мікропроцесор сам може формувати сигнал звернення до пам'яті чи портів введення / виводу, а також сигнали читання / запису, тим більше що немає необхідності обробляти переривання від зовнішніх пристроїв.

Також необхідна наявність портів введення / виводу, набору регістрів, обов'язкова наявність шинних формувачів, схем індикації для відображення інформації, ОЗУ, ПЗУ, таймера а також дискретних елементів. Для виведення інформації достатньо чотирьох восьмісегментних схем індикації (сім сегментів + крапка).

2. Функції, що виконуються системою

Аналізуючи умову завдання можна виділити наступні функції, що їх системою:

1: Функція зберігання отриманих в ході роботи пристрою даних. Цю функцію виконує блок оперативної пам'яті. Блок оперативної пам'яті пристрою в зв'язку з цим повинен володіти наступними властивостями (в ідеалі):

а) достатнім для цього пристрою об'ємом ОЗУ;

б) достатньою швидкодією;

в) високою надійністю;

г) низької споживаної потужністю;

д) можливістю подальшого нарощування.

2: Функція зберігання «драйвера» пристрою. Цю функцію виконує блок ПЗУ. У зв'язку з цим даний блок повинен характеризуватися наступними параметрами (в ідеалі):

а) достатнім для даної програми обсягом;

б) можливістю перезапису з метою поліпшення роботи «драйвера» пристрої (застосування нових алгоритмів, розширення діапазону застосування);

в) низької споживаної потужністю;

г) високою швидкодією;

д) вимоги надійності.

3: Функція інформаційного обміну. Цю функцію виконує блок вводу-виводу. До цього блоку пред'являються наступні вимоги (в ідеалі):

а) високу швидкодію;

б) функціональна завершеність;

в) можливість роботи при відсутності зовнішнього контролера.

4: Функція діалогу система - користувач. Цю функцію реалізує система індикації і система введення інформації. До них пред'являються наступні вимоги (в ідеалі):

а) достатня яскравість зображення;

б) захист від неправильного вводу інформації;

5: Функція обробки даних, що надходять. Мікропроцесор Intel 8086. Внаслідок цього, основними вимогами до цих компонентів мікропроцесорної системи є вимоги по точності та швидкодії.

3. Інтерфейс: Система - користувач

Інтерфейс оператор - система здійснюється за допомогою системи індикації (для відображення отриманої інформації) і системи введення інформації для завдання параметрів обробки вхідної інформації.

Необхідно відзначити, що інтерфейс повинен бути простим і доступним для некваліфікованого користувача.

4. Вибір співвідношення між апаратною і програмною частинами

При виборі співвідношення між апаратною і програмною частиною пристрою необхідно керуватися перш за все тими вимогами до пристрою, які пред'являються в ТЗ на даний пристрій. Для отримання високої швидкодії, природно, краще буде якщо всі компоненти системи будуть реалізовані апаратно, що в свою чергу збільшить вартість виробу в цілому. Необхідно знайти таке співвідношення між програмної та апаратної частинами, для якого при достатній продуктивності, буде найменша вартість виробу. У нашому випадку можна запропонувати наступний варіант:

1: Блок зберігання отриманих в ході роботи пристрою даних.

Даний блок реалізується апаратно у вигляді набору мікросхем ОЗУ.

2: Блок зберігання «драйвера» пристрою.

Даний блок реалізується апаратно у вигляді набору мікросхем ПЗУ.

3: Блок інформаційного обміну.

Даний блок реалізується апаратно у вигляді набору портів введення - виведення.

4: Блок діалогу система - користувач.

Даний блок реалізується апаратно у вигляді набору схем індикації і клавіатури.

5: Блок керування та аналізу сигналів.

Даний блок реалізується апаратно у вигляді мікропроцесора Intel 8086 і програмно у вигляді програми алгоритму роботи мікропроцесора.

6: Блок отримання даних для подальшої обробки.

Даний блок реалізовано апаратно у вигляді дискретних елементів і таймера.

5. Проектування апаратних засобів системи. Розробка функціональної та принципової схеми системи

У нашому курсовому проекті використовується в якості керуючого ядра вітчизняний аналог мікропроцесора 8086 процесор К1810ВМ86 (далі просто ВМ86). Даний мікропроцесор виконаний в єдиному сорокавиводном корпусі, по n-МОП-технології. Споживає дана мікросхема 1.7 Вт, і живиться від джерела живлення +5 В.

Мікропроцесор містить чотирнадцять 16-бітових внутрішніх регістра, і утворює 16-бітову шину даних. Шина адреси має двадцять ліній, що дозволяє адресувати до одного мегабайта.

Призначення висновків мікропроцесора ВМ86 наведено в таблиці 5.1.

Таблиця 5.1-призначення висновків мікропроцесора ВМ86

Для нормального функціонування мікроЕОМ недостатньо керуючих сигналів, що генеруються мікропроцесором. МікроЕОМ у кожному машинному циклі повинна отримувати більш повну інформацію про стан МП.

Для прийняття і передачі даних і команд мікропроцесора необхідні допоміжні мікросхеми, що входять до складу комплекту. Наведемо і їх основні характеристики.

Генератор тактових імпульсів КР1810ГФ84 призначений для управління центральним процесором КР1810ВМ86 і периферійними пристроями, а так само для синхронізації сигналів з тактовими сигналами центрального процесора. Генератор тактових імпульсів включає схеми формування тактових імпульсів , Сигнал скидання і сигналу готовності.

Таблиця 5.2. Призначення висновків мікросхеми КР1810ГФ84

Схема формування тактових імпульсів виробляє сигнали: -Тактовою частоти для ВМ86, -Тактовою частоти для управління периферійними БІС, -Тактовою частоти генератора, що задає, необхідні для керування пристроями, що входять в систему, і для синхронізації.

Сигнали можуть формуватися з коливань основної частоти кварцового резонатора, що підключається до входів Х1, Х2, або від зовнішнього генератора, що підключається до входу .

Спосіб підключення генератора тактових імпульсів до мікропроцесора показаний на рис.5.1.

Рис.5.1. Підключення генератора тактових імпульсів до мікропроцесора ВМ86.

Восьмирозрядних шинні формувачі КР580ВА86, застосовуються як буферні пристрої даних в мікропроцесорних системах. Формувач складається з восьми функціональних блоків з загальними сигналами управління і .

Призначення висновків: А7-А0 - вхід / вихід лінії даних. Вони можуть бути як вхідними, якщо на Т - сигнал високого рівня, і вихідними, якщо на Т-сигнал низького рівня.

В7-В0 - вхід / вихід лінії даних. Вони є вхідними, якщо на Т - сигнал низького рівня, і вихідними, якщо на Т - сигнал високого рівня.

Т-вхідний сигнал управління напрямом передачі. - Вхідний сигнал дозволу передачі. При = 0 знімається Z-стану з виходу підсилювача-формувача, обраного по входу Т.

6. Опис роботи системи за принциповою схемою

6.1 Формування адреси і даних

Шина даних організована за допомогою двох шинних формірователeй DD14, DD15. Управління процесом запису в буфер відбувається за допомогою сигналу мікропроцесора, а видача даних з буфера для запису в ОЗУ відбувається при надходженні на вхід буфера сигналу мікропроцесора.

Шина адреси формується за допомогою пари регістрів DD12, DD13. Запис адреси в регістри з виходів мікропроцесора здійснюється при надходженні на вхід регістра сигналу мікропроцесора. Сигнали на виході регістрів не змінюються до наступного перезапису.

6.2 Принцип роботи пристрою введення інформації

Пристрій введення інформації не відображено на пам'ять, що дозволяє з достатньою простотою опитувати стан регістрів DD 7 - DD 10, тобто дізнаватися, яка клавіша в даний момент натиснута. Принцип роботи полягає в тому, що при вступі низького рівня сигналу мікропроцесора на вхід С1 дешифратора DD 3, при наявності комбінації розрядів А ₁₂ А ₁₁ відповідно 10 відбувається опитування пристрою відповідно до D 0 .. D 3,, за наявності комбінації розрядів А ₁₂ А ₁₁ відповідно 00 відбувається фіксація коду клавіші в регістрах DD 7 .. DD 10. Отриманий код клавіші необхідно аналізувати програмно.

6.3 Обмін інформацією в системі

У системі інформаційний обмін здійснюється між мікропроцесором і ПЗУ (виконання коду програми), мікропроцесором і ОЗУ (обробка та зберігання проміжних даних), мікропроцесором і портами введення-виведення. Всі зовнішні пристрої відображені на пам'ять, що забезпечує простоту управління системою, надає їй гнучкість, при цьому немає необхідності використовувати спеціалізовані контролери.

Як видно з принципової схеми, звернення до таких зовнішніх пристроїв, як індикатори, пристрій введення даних, відбувається через порти введення-виведення, що спрощує структуру системи.

При надходженні на вхід порту сигналу вибору порту ( ) І низького рівня сигналу звернення до зовнішнього пристрою мікропроцесора відбувається активізація порту. При наявності на входах або сигналу низького рівня відбувається читання з порту або запис в порт у відповідність з надійшли сигналом читання / запису. Скидання вмісту порту відбувається при надходженні на вхід мікропроцесора сигналу. Вибір секції з якою відбувається обмін інформацією, здійснюється комбінацією розрядів А ₁ А ₀ адреси. Далі, за наявності сигналу, відбувається вибір мікросхеми індикації у відповідність з комбінацією розрядів А ₁₄ А ₁₃ адреси. Скидання схем індикації (очищення вхідних регістрів) відбувається при надходженні сигналу.

6.4 Схема скидання пристрої

Для перезавантаження пристрою необхідно на генераторі тактових імпульсів сформувати сигнал RESET. Для цього необхідно розрахувати ємність конденсатора З _3, беручи опір R ₁ = 200 кОм. Розрахунок проведемо за формулою:

де t - час збереження рівня сигналу (t = 0,2 с.);

V - рівень логічної одиниці (V = 2.5 В);

Vcc-рівень логічної одиниці (Vcc = 5В);

Підставивши вихідні дані у формулу отримаємо:

Що відповідає номіналу С = 1.44 мкф.

6.5 Підключення схем індикації

Індикатори (КЛЦ 201) HG1 - HG4 підключаються до висновків мікросхем через обмежувальні резистори. Номінал резисторів розраховуються з виразу:

де U _cc - напруги джерела живлення;

U _пр - напруга на світлодіоді матричного індикатора;

U ⁰ _вих - напруга логічного нуля на виході ІМС;

I - струм, що протікає через світлодіод матричного індикатора.

7. Програма

Для початку, необхідно дізнатися по яких адресах і якими командами необхідно користуватися для звернення до конкретного пристрою. Для цього заповнимо таблицю 6.1:

Таблиця 7.1 - кодування зовнішніх пристроїв

Як видно з таблиці звернення до зовнішніх пристроїв відбувається за комманде MOV (пам'ять і відображені на пам'ять пристрою), або IN / OUT (й інші). Це необхідно фізично реалізувати. Як видно зі схеми електричної принципової БГУІ ХХХХХХ.ХХХ.Е3.

У таблиці наведемо розподіл адресного простору:

Текст програми

Підготовка та виведення даних на індикацію

Dec 1: and Ax, 1ffh; переклад з двійкової в двійково-десяткову систему

Mov Cl, 100

Div Cl

Or Bh, al

Mov Al, ah

Mov Ah, 0

Mov Cl, 10

Div Cl

Shl Al, 1

Shl Al, 1

Shl Al, 1

Shl Al, 1

Or Al, ah

Mov Ah, bh

mov 8000, ax; висновок на індикатори HG 1 - HG 4

End Dec 1

8. Висновок

У ході даного курсового проекту поглибили знання з курсу проектування комп'ютерних систем, необхідно також зазначити, що в ході даної роботи позначилася недостатня кількість знань в області мов низького рівня, тому програму довелося писати умовно, але досить наближено до асемблеру. У ході проведеної роботи закріпили основні моменти теорії і застосували її на практиці.

9. Література

1. Петровський А.А., Качинський М.В. Методичний посібник з проектування мікропроцесорних засобів і систем, ч.1. - Мн.: МРТІ, 1992.

2. Фрідмен М., Івенс Л. Проектування систем з мікрокомп'ютерами. - М.: Світ, 1986.

3. Русак І.М., Луговський В.П. Технічні засоби ЕОМ. – Мн.: Высшая школа, 1991.

4. Каган Б.М., Сташин В.В. Основи проектування мікропроцесорних пристроїв автоматики. – М.:Энергоатомиздат, 1987.

5. Романычев Э.Т. Розробка та оформлення конструкторської документації РЕА. – М.: Радио и связь, 1989.