39317

Устройство сбора данных (УСД)

Курсовая

Информатика, кибернетика и программирование

АЦП: имеет один аналоговый вход и восемь выходов по которым в двоичном параллельном коде выдаётся число соответствующее уровню поданного на вход АЦП отсчёта аналогового сигнала. Перед началом работы АЦП на него должен быть подан сигнал запуска. После окончания преобразования АЦП выдаёт сигнал ОК окончание преобразования на устройство управления. Сигнал ОК – флаг обозначается как Тфл должен быть зафиксирован с помощью триггера до момента окончания записи данных опрашиваемого канала в ячейку памяти ОЗУ.

Русский

2013-10-02

270.5 KB

2 чел.

Московский технический университет связи и информатики.

Кафедра вычислительной техники и управляющих систем.

Курсовая работа

на тему:

Устройство сбора данных

                                                                                      Выполнил: Карпов С.М.

                                                                             Вариант № 9

                                                                                Группа: КТ0401

                                                                                           Проверила: Онуприенко З.С.

Москва 2006 год

  1.  Задание.

   Спроектировать устройство сбора данных (УСД). Имеется F аналоговых информационных каналов. Необходимо, последовательно опрашивая их, получаемые из каналов аналоговые величины с помощью АЦП преобразовывать в цифровую форму (в двоичные слова стандартной длины 1 байт – 8 бит) и помещать в последовательные ячейки некоторой области основной памяти ОЗУ, начиная с ячейки, имеющей адрес G.

    Цифровая процессорная система, фрагментом которой является проектируемое УСД, в своём составе имеет ОЗУ ёмкостью Q с форматом адресного слова два байта в зависимости от Q.

    Синхронизация работы процессорного устройства осуществляется от генератора тактовых импульсов (ГТИ). Частота синхроимпульсов f=500 кГц.

    Требуется:

  1.  Разработать систему формирования адресов ячеек ОЗУ и номеров опрашиваемых каналов.
  2.  Реализовать УСД в виде процессорного устройства, построенного на принципах схемной логики, и привести его функционально-логическую схему.
  3.  Синтезировать схему управляющего устройства.
  4.  Составить полную электрическую схему УСД.

    Исходные данные.

     Количество опрашиваемых каналов F10=13

     Ёмкость памяти Q=8192 х 8

     Начальный адрес ячейки памяти G16=01АЕ

     Двухразрядные коды состояния УУ: a0=00; a1=11; a2=10; a3=01

     Порядок опроса каналов: 2, 1, 3, 6, 5, 4, 0, 9, 11, 7, 8, 10,13

  1.  Реализация УСД на принципиальной схемной логике.

2.1. Структурная схема и состав УСД.

Рисунок 1.

В состав УСД входят:

    Мультиплексор (MS): имеет F аналоговых входов и m управляющих (адресных) входов. При подаче на адресный вход двоичного числа – адреса – происходит подключение одного из аналоговых каналов, имеющих данный адрес, к выходу MS. Число опрашиваемых анаолговых каналов связано с числом адресных входов k=2m.

    АЦП: имеет один аналоговый вход и восемь выходов, по которым в двоичном параллельном коде выдаётся число, соответствующее уровню поданного на вход АЦП отсчёта аналогового сигнала. Перед началом работы АЦП на него должен быть подан сигнал запуска.

    АЦП выполняет преобразования за несколько тактов. После окончания преобразования АЦП выдаёт сигнал ОК (окончание преобразования) на устройство управления. Сигнал ОК – флаг (обозначается как Тфл), должен быть зафиксирован с помощью триггера до момента окончания записи данных опрашиваемого канала в ячейку памяти ОЗУ.

    MS и АЦП берутся как стандартные схемы с соответствующими характеристиками.

    Устройство управления на некоторых тактовых интервалах с учётом осведомительных сигналов, поступающих от других устройств (такие сигналы будем обозначать Xi), формирует управляющие сигналы Yn, кторые обеспечивают запуск других устройств и согласовааную их работу.

2.2. Разработка блока выработки адреса ЗУ.

    Требуется синтезировать устройство, которое могло бы, начиная с определённого начального адреса, производить формирование последующих адресов, отличающихся друг от друга на единицу. Длина адресного слова определяется ёмкостью памяти.

    Ёмкость памяти Q = 8192 = 213

    Начальный адрес ячейки памяти G16 = 01АЕ = 0000 0001 1010 1110

    Следовательно длина адресного слова равна 13, и блок будет содержать четыре четырёхразрядных суммирующих двоичных счётчика с предустановкой.

Рисунок 2.

2.3.Разработка блока выработки адресов каналов коммутатора.

   Проектирование блока производится с использованием четырёхразрядного двоичного счётчика, последовательно генерирующего двоичные адресные числа от 0 до 11 с перекодированием данной последовательности с помощью дешифратора (DC) и шифратора (CD). После опроса всех каналов, когда с выхода счётчика поступила последовательность 10112 = 1110, срабатывает схема прерывания счёта и формируется сигнал сброса счётчика в ноль.

   Порядок опроса каналов: 2, 1, 3, 6, 5, 4, 0, 9, 11, 7, 8, 10  

Рисунок 3.

2.4. Синтез управляющего устройства.

2.4.1. Общая структурная схема УУ и принцип его работы.

Рисунок 4.

    УСД состоит из двух основных узлов: операционного узла (ОУ) и узла управления (УУ) (рис.4). ОУ – эо устройство, в котором непосредственно выполняются операции, реализуемые процессором.

    На вход ОУ поступают данные с выхода АЦП, представленные в виде параллельного двоичного кода, а преобразования, осуществляемые в ОУ, состоят в приёме этих данных из того или иного аналогового канала и пересылки их в требуемые ячейки операционной памяти.

    УУ в определённой последовательности формирует управляющие сигналы y1, y2,… и с их помощью координирует работу элементов схемы ОУ, обеспечивая в нём требуемую обработку информации. Под действием каждого из сигналов в элементе ОУ производятся некоторые элементарные действия, называемые микрооперациями. К числу таких дейтвий относятся разрешение записи данных в память, приведение в исходное состояние счётчика и т.п.

    УУ работает под действием команд – двоичных кодов, подаваемых на входы Z1, Z2,… На входы X1, X2,… УУ поступают осведомительные сигналы, иначе называемые условиями или признаками, которые формируют ОУ и влияют на последующие этапы преобразования операндов в зависимости от результатов, полученных в ОУ при выполнении предыдущей микрокоманды.

Описание работы УСД:

1. Начало цикла сбора данных. В счётчиках СТ21 блока выработки адресов ячеек памяти производится запись адреса первой ячейки области памяти ЗУ, отведённой для хранения данных. Сигнал Y2 – разрешение записи начального адреса G в СТ21.

2. Счётчик СТ22 блока выработки номера канала сбрасывается в ноль. Сигнал Y1 – сброс СТ22 в ноль.

3. Произодится сброс в ноль триггера Тфл (гашение флага). Сигнал Y3 – сброс Тфл в состояние “0”.

4. Адрес аналогового канала из СТ22 выдаётся на адресные входы коммутатора. Коммутатор подключает первый опрашиваемый канал к входу АЦП. Сигнал Y4 – разрешение передачи адреса аналогового канала на коммутатор.

5. Производится запуск АЦП, и в нём начинается процесс аналого-цифрового преобразования. Сигнал Y5 – запуск АЦП.

6. Проверяется содержимое триггера. Пока триггер находится в состоянии “0”, устройство пребывает в режиме ожидания окончания преобразования в АЦП. По окончании преобразования АЦП вырабатывает сигнал ОК, устанавливая триггер в состояние “1”. С установлением триггера в состояние “1”, при наличии разрешающего сигнала, осуществляется запись данных с выхода АЦП в требуемую ячейку памяти. Сигнал Y6 – разрешение записи данных из АЦП в ЗУ.

7. В СТ21 подготавливается адрес следующей ячейки ЗУ путём прибавления единицы к содержимому счётчика (к адресу предыдущей ячейки). Сигнал Y7 – приращение содержимого счётчика на единицу.

8. В СТ22 формируется адрес следующего аналогового канала путём прибавления единицы к содержимому счётчика. Сигнал Y8 – приращение содержимого счётчика СТ22 на единицу.

9. Проверяется содержимое счётчика СТ22. Если содержимое счётчика 0, то операции 3 – 8 повторяются. В противном случае происходит завершение цикла сбора данных.     

 

В процессе выполнения цикла сбора данных в ЗУ вырабатывается осведомительные сигналы (признаки): сигнал Х1 = 1  - сигнал ОК и сигнал Х2 = 1 – завершение цикла сбора данных.

 

2.4.2. Блок-схема алгоритма функционирования ЦУ в микрооперациях и микрокомандах

    На основе изложенного выше цикла сбора данных составляем блок-схему алгоритма функционирования (рис.5)

Рисунок 5.

 

  Анализ алгоритма показывает, что микрооперации у1, у2; а также у3, у4, у5 и у6, у7, у8 не зависят друг от друга и могут выполняться одновременно в одном такте. Таким образом, эти микрооперации в группах могут быть объединены в микрокоманды. На основании этого можно составить блок схему алгоритма в микрокомандах (рис.6)

Рисунок 6.

     Произведём разметку блок-схемы. Начало и конец блок-схемы обозначим а0, что соответствует исходному состоянию управляющего автомата (УУ). Вход каждого блока, следующего за операторными блоками, которые имеют прямоугольную форму, помечаем символами а1, а2, а3, соответствующими последующим состояниям УУ.

2.4.3. Построение графа функционирования УСД.

     На основе произведённой выше разметки блок-схемы алгоритма построим граф функционирования УСД.

Рисунок 7.

    Каждому из состояний а0, а1, а2,а3 управляющего автомата соответствует узел графа. Дугами графа изображены переходы автомата из одного состояния в другое. Возле каждой дуги указано условие (если оно есть) перехода Х и выполняемая на данном тактовом интервале микрокоманда Y.

    Переходы синхронного автомата из одного состояния в другое происходят в тактовый момент времени под действием синхроимпульсов, если условия перехода отсутствуют или эти условия выполняются. Если же условия не выполняются, то УУ работает в режиме ожидания. При поступлении осведомительного сигнала на тактовом интервале переход в новое состояние осуществляется при приходе следующего тактового импульса.

2.4.4. Этап структурного синтеза.

    Управляющее устройство состоит из комбинированного цифрового устройства (КЦУ) и из запоминающего устройства (ЗУ), которое в свою очередь состоит из двух JK триггеров.

Рисунок 8.

    Для обеспечения перехода JK триггера из состояния a(t) в новое состояние a(t+1), на входы J и K подаются определённые сигналы возбуждения (таблица 1).

Таблица 1.

Вид перехода

Входные сигналы

Q(t)

Q(t+1)

J(t)

K(t)

0

0

0

-

0

1

1

-

1

0

-

1

1

1

-

0

    Сигналы Х1, Х2, Q1, Q2 выступают в роли аргументов, а J1, J2, K1, K2, Y1, Y2, Y3 являются логическими функциями, которые должен реализовать аппаратурно КЦУ. Для синтеза КЦУ составим таблицу функционирования УУ, используя заданные двухразрядные коды состояния УУ и таблицу 1.

Таблица 2.

Условия

перехода

Предыдущее

состояние

a(t), Q(t)

Следующее

состояние

a(t+1), Q(t+1)

Сигналы

возбуждения

триггера

Выполняемая

микрокоманда

X1

X2

ai

Q2

Q1

ai

Q2

Q1

J2

K2

J1

K1

Y1

Y2

Y3

1

-

-

a0

0

0

a1

1

1

1

-

1

-

1

0

0

2

-

-

a1

1

1

a2

1

0

-

0

-

1

0

1

0

3

0

-

a2

1

0

a2

1

0

0

-

-

0

0

0

0

4

1

-

a2

1

0

a3

0

1

1

-

-

1

0

0

1

5

-

0

a3

0

1

a3

1

1

-

0

0

-

0

0

0

6

-

1

a3

0

1

a0

0

0

-

1

0

-

0

0

0

На основании данных, приведённых в таблице 2, произведём синтез схемы КЦУ для сигналов возбуждения триггеров и сигналов команд. При синтезе будем использовать карты Карно.

1. Синтез J2

J2= Ō1·Ō2 v X1·Q1· Ō2

2. Синтез K2

K2= Q1·Q2 v X2·Ō1·Q2

3. Синтез J1

J1= Ō1·Ō2

4. Синтез K1

K1= X1·Q1· Ō2

5. Синтез Y1

Y1= Ō1·Ō2

6. Синтез Y2

Y2=Q1·Q2

7. Синтез Y3

Y3= X1·Q1· Ō2

    На основе полученных с помощью карт Карно выражений построим обобщённую структурную схему КЦУ в базисах И-ИЛИ-НЕ (рис.9)

Рисунок 9.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20759. Определение режима резания лезвийным инструментом 720.87 KB
  Обработка металлов резанием Практическая работа №4 Определение режима резания лезвийным инструментом Цель работы: ознакомиться с методикой определения режима резания для лезвийной обработки точение строгание сверление зенкерование развертывание фрезерование и т. Порядок проведения Необходимым условием для назначения режимов резания является наличие разработанного технологического процесса по операциям и переходам а также паспортных данных станков. Рекомендуется соблюдать определенную последовательность назначения режимов резания....
20760. Определение твердости металлов По Бринеллю и Роквеллу 237.6 KB
  Лабораторная работа № 1 Тема: Определение твердости металлов По Бринеллю и Роквеллу Выполнил: Учащийся гр. Цель работы: ознакомиться с методами и способами испытаний твердости металлов. Методы измерения твердости: статического и ударного вдавливания царапин отскока и другие. Таблица 1 Сравнительные значения твердости...
20761. Определение механических свойств металлов при испытании на растяжение 184.58 KB
  Диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали и схемы определения характеристик прочности Для нагрузки Рпц удлинение образца пропорционально усилию растяжения и при его снятии образец восстанавливает свои первоначальные форму и размеры; Рт усилие предела текучести физического соответствует нагрузке когда деформация образца происходит без ее увеличения;т предел текучести физический. Эти показатели определяют когда пластическая деформация образца достигает 02 от его рабочей длины l0. Усилие Pk меньше P max что...
20762. Микроскопический анализ металлов и сплавов 138.25 KB
  Если в задачу изучения микроструктуры входит определение размера зерна то рекомендуется использовать метод визуального сравнения зерен изучаемой микроструктуры при увеличении х100 со стандартной шкалой размеров зерна по ГОСТ 653982 рис. Устанавливается номер балл зерна затем по номеру используя табл.10 определяется поперечный размер зерна мм его площадь мм2 и количество зерен на площади шлифа в 1 мм2.10 Характеристика оценки зерна в зависимости от его номера Продолжение таблицы 1.
20763. Испытание свойств формовочных смесей 146.22 KB
  Литейное производство Лабораторная работа №12 Испытание свойств формовочных смесей Цель работы: изучение методов определения газопроницаемости и прочности формовочных смесей и влияния состава смеси на ее свойства. Лабораторные бегуны; лабораторный копер; технические весы с разновесами; сушильный шкаф с термометром для измерения температуры до 300 С; приборы для определения пределов прочности смеси при растяжении и сжатии; металлическая гильза с поддоном; выталкиватель; стержневой ящик; мензурка; коробка для смесей; сухой песок; формовочная...
20764. Изучение процесса сварки плавлением. Выбор режима ручной дуговой сварки конструкций из стали 267.5 KB
  Сварка металлов Лабораторная работа №14 Изучение процесса сварки плавлением. Выбор режима ручной дуговой сварки конструкций из стали Цель работы: ознакомиться с процессом зажигания и строением электрической сварочной дуги обозначением покрытых электродов устройством и работой сварочного трансформатора и выпрямителя выбором режима и технологии дуговой сварки покрытыми электродами. Классификация и обозначение покрытых электродов для ручной дуговой сварки Покрытые электроды для ручной дуговой сварки классифицируют по назначению виду и толщине...
20765. Выбор режима полуавтоматической дуговой сварки в углекислом газе 181.34 KB
  Общие сведения 1 Cущность промесса дуговой сварки в углекислом газе Дуговая сварка в углекислом газе является одним из способов сварки в защитных газах. Зашита расплавленного металла сварочной ванны осуществляется струей углекислого газа подаваемого в зону дуги в зазор между мундштуком 2 и соплом 3 горелки для дуговой сварки. Для сварки используется техническая углекислота Рис.
20766. Анализ влияния режима автоматической дуговой сварки под флюсом на форму и размеры шва 179.25 KB
  Сущность процесса дуговой сварки под флюсом Сварка под флюсом выполняется электрической дугой горящей под толстым 3050 мм слоем гранулированного плавленного или керамического сварочного флюса. При автоматической сварке электродная проволока со скоростью равной скорости ее плавления подается в зону сварки осуществляется подача флюса в требуемом количестве и перемещение трактора вдоль кромок свариваемых заготовок с требуемой скоростью сварки рис. Схемы процесса сварки а и электрической дуги б под флюсом При горении дуги 3 рис.
20767. Определение остаточных деформаций при дуговой сварке 85.43 KB
  Для выполнения работы необходимы стальная пластинка размерами 135x22x5 мм марки СтЗ штангенциркуль два индикатора часового типа с приспособлениями для измерения длины и пригиба пластины электроды сварочный пост дуговой сварки с вольтметром и амперметром для регистрации сварочного тока весы с разновесами 0200 г секундомер. Для момента конца сварки заменяем действительное почти экспоненциальное распределение температуры по ширине образца рис. Часть I шириной b находится в состоянии повышенной пластичности часть II шириной h в течение...