77549

Проектирование микропроцессорной системы устройства управления выводом текстовой информации на жидкокристаллический дисплей на базе микроконтроллера ADuC842BS

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Выполнить проектирование микропроцессорной системы с разработкой аппаратной части, согласно своему варианту. Разработать программный модуль для реализации заданных согласно варианту функций аппаратной части спроектированной микропроцессорной системы.

Русский

2015-02-03

1.07 MB

41 чел.

АКАДЕМИЯ МАРКЕТИНГА И СОЦИАЛЬНО-ИНФОРМАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ - ИМСИТ  (г. Краснодар)

Факультет информатики и вычислительной техники

Кафедра математики и вычислительных систем

Курсовая работа

по дисциплине «Микропроцессорные системы»

на тему: «Проектирование микропроцессорной системы устройства управления выводом текстовой информации на жидкокристаллический дисплей на базе микроконтроллера  ADuC842BS»

направление 230100 – Информатика и вычислительная техника

Работу выполнил

студент

Бучек Станислав Сергеевич

Группа 11-ЗИВТ-ВПО-01

2 год обучения

Научный руководитель:

канд. техн. наук, доцент       ___________________    К.Н. Цебренко

Работа защищена с оценкой «____________________»

Краснодар

2013


Академия маркетинга и инженерно информационных технологий - ИМСИТ

     Кафедра математики и вычислительных систем

                                                         УТВЕРЖДАЮ

                           Зав. кафедрой __________________

                                                                   

       З А Д А Н И Е

        на курсовую работу

Студенту: Бучек Станиславу Сергеевичу

группы 11-ЗИВТ-ВПО-01, 2 года обучения

факультета информатики и вычислительной техники

направление 230100 – Информатика и вычислительная техника

Тема работы: «Проектирование микропроцессорной системы устройства управления выводом текстовой информации на жидкокристаллический дисплей на базе микроконтроллера  ADuC842BS»

Содержание задания:

  1.  Выполнить проектирование микропроцессорной системы с разработкой аппаратной части, согласно своему варианту.
  2.  Разработать программный модуль для реализации заданных согласно варианту функций аппаратной части спроектированной микропроцессорной системы.

Вариант задания - 2

  •  Микроконтроллер ADuC842BS.
  •  Выполнить проектирование модуля памяти на базе 128K внешней SRAM с возможностью расширения до 512K.
  •  Выполнить проектирование клавиатуры на базе простейших клавишных механических датчиков типа AK1604A-WWB фирмы ACCORD;
  •  Выполнить проектирование дисплея в виде табло на базе жидкокристаллического индикатора типа WH1602B-YGK-CP фирмы Winstar Display.
  •  Выполнить проектирование модуля интерфейса связи с внешними RS-232C.
  •  Модуль связи с объектом последовательный порт.
  •  Набор сигнальных светодиодов (8 шт.).
  •  Ввод-вывод данных осуществлять с помощью портов микроконтроллера и программируемую логическую интегральную схему ПЛИС MAX3064.
  •  Разработка программной части для реализации индикации на ЖКИ (вывод последовательности символов «…sdk…» .

    

Объем работы:

а) пояснительная записка к работе 42 с.

  1.  б) задачи:  
  •  Выполнить проектирование микропроцессорной системы с разработкой аппаратной части, согласно своему варианту.
  •  Разработать программный модуль для реализации заданных согласно варианту функций аппаратной части спроектированной микропроцессорной системы.

Рекомендуемая литература: 

  •   Шахнова, В.А. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем. Справочник. / Под ред. В.А. Шахнова . - М.: «Радио и связь», 2008.
  •  Новиков, Ю. В. . Основы микропроцессорной техники. / Ю.В. Новиков, П.К. Скоробогатов . – М.: ИНТУИТ, 2007. – 422 с.

Срок выполнения работы: с "1" ноября по"1" марта 2013г.

Срок защиты:                                                    "4" марта 2013г.

Дата выдачи задания:                                       "1" ноября 2012г.

Дата сдачи проекта на кафедру:                      "2" марта 2013г.

Руководитель работы _________________________________

                                                                          (подпись, ф.и.о., звание, степень)

Задание принял студент _______________________________


РЕФЕРАТ

Курсовая работа, 42 с., 20 рис., 2 табл., 20 источника

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ, МИКРОПРОЦЕССОР, МИКРОКОНТРОЛЛЕР, КЛАВИАТУРА, ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР.

Объектом исследования является микропроцессорная система на базе микроконтроллера ADuC842BS.

Целью работы является выполнение проектирования микропроцессорной системы с разработкой аппаратной части и разработка программного модуля для реализации вывода текстовой информации на жидкокристаллический индикатор.

Методы исследования: теоретически, практически.

Основные результаты: разработан программно-аппаратный комплекс  на базе микроконтроллера ADuC842BS.

Область применения: автоматизированные системы управления, бытовая техника, учебное оборудование.


СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 7

1 Анализ предложенной элементной базы 8

  1.  Микроконтроллер ADuC812BS 8
    1.  ПЛИС MAX3064 10
      1.  Схема сброса 12
      2.  Источник питания 12
      3.  Фильтрующие емкости 13
      4.  Кварцевые резонаторы 14
      5.  Дискретные входы-выходы 14
      6.  Аналоговые входы-выходы 15
      7.  Жидкокристаллического индикатора типа WH1602B-YGK-CP 16
      8.  Светодиодные индикаторы 17
      9.  Часы реального времени 17
      10.  Матричная клавиатура AK1604A-WWB 18
      11.  Последовательный канал 19

2 Проектирование аппаратной части микропроцессорной системы 20

2.1 Разработка структуры микропроцессорной системы 20

2.2 Выбор микропроцессора 22

2.3 Разработка функциональной схемы центрального процессора 22

2.4 Выбор элементной базы центрального процессора 24

2.5 Разработка принципиальной схемы модуля памяти 28

2.6 Проектирование модуля интерфейса пользователя 29

3 Описание структуры разрабатываемого микропроцессорного комплекта 31

4 Описание принципиальной схемы разрабатываемого микропроцессорного комплекта 32

5 Разработка программной части 34

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 41


ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы курсового проекта обусловлена широкой распространённостью микропроцессоров и микропроцессорных систем. В связи с массовым выпуском микропроцессорных наборов БИС с широкими функциональными возможностями, их низкой стоимостью, гибкостью и точностью цифровых методов обработки информации превратили микропроцессоры в системные элементы, на их основе создаются разные системы, связи, измерительной техники, управления транспортном и т.д.

В связи с большим распространением микропроцессорных систем, они порождают спрос на специалистов, работающих в этой области.

Целью данного курсового проекта является выполнение проектирования микропроцессорной системы с разработкой аппаратной части и разработка программного модуля для реализации вывода текстовой информации на жидкокристаллический индикатор.

Задачи данного курсового проекта:

  •  спроектировать алгоритм работы микроконтроллерной системы;
  •  выбрать микроконтроллер, удовлетворяющий требованиям быстродействия и функциональным возможностям реализации алгоритма.
  •  Спроектировать модули памяти, клавиатуры, жидкокристаллического индикатора, интерфейса связи.
  •  с учетом выбранного микроконтроллера, выбрать инструментальные средства для разработки программы выполнения алгоритма и разработать программу;
  •  осуществить отладку программы в выбранной инструментальной среде.


1 Анализ предложенной элементной базы

Разрабатываемое устройство представляет собой микропроцессорный стенд подключенный к персональному компьютеру через интерфейс RS232C (COM-порт компьютера), и установленное на ПК инструментальное программное обеспечение. Разрабатываемый стенд построен на базе микроконтроллера AduC842 (вычислительное ядро MCS-51) и имеет в своем составе разнообразные устройства, предназначенные для ввода, обработки и вывода информации в цифровом и аналоговом виде:

  •  8-ми канальный аналого-цифровой преобразователь;
  •  2-х коммутаторно аналоговых каналов
  •  электрически стираемое программируемое ПЗУ на кристалле ОКЭВМ ADuC842 (4 кб);

Система может работать полностью автономно от ПК.

В состав комплекса входят:

  •  Микроконтроллер ADuC842BS
  •  Клавиатура AK1604A-WWB фирмы ACCORD
  •  Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) WH1602B-YGK-CP фирмы Winstar Display
  •  Часы реального времени PCF8583
  •  128К внешней SRAM с возможностью расширения до 512К;
  •  набор сигнальных светодиодов (8 шт.).

Рассмотрим последовательно все основные узлы.

  1.  Микроконтроллер ADuC842BS

Микроконтроллер ADuC842 выпускается фирмой Analog Devices - мировым лидером в области аналоговой схемотехники. ADuC842 является микроконвертором и содержит в себе 12-битный АЦП со встроенным микропроцессором, рисунок 1. Процессорное ядро ADuC842 является клоном ядра Intel MCS-51.

Рисунок 1 - Микроконтроллер AduC842

Он обладает следующими характеристиками:

  •  рабочая частота 11,0592 МГц;
  •  8-канальный 12-битный АЦП со скоростью выборок 200 Kбит/c;
  •  2-канальный 12-битный ЦАП;
  •  электрически стираемое программируемое ПЗУ (EEPROM) объемом 4кб со страничной организацией (256 страниц по 4 байта);
  •  Flash-память программ объемом 8 Кбайт;
  •  ОЗУ данных объемом 256 байт + 2048 байт XDATA;
  •  адресное пространство 16 Мбайт;
  •  режим управления питанием;
  •  контроллер системной шины;
  •  универсальный асинхронный приемник-передатчик (UART);
  •  интерфейс I2C;
  •  три 16-битных таймера/счетчика;
  •  сторожевой таймер (WatchDog);
  •  параллельные порты;
  •  внутренний температурный датчик.

Функциональная блок схема микроконтроллера, демонстрирующая внутреннюю структуру микроконтроллера, представлена на рисунке 1.

Внешне микроконтроллер представляет собой квадратную микросхему с выводами по всем четырем сторонам (см. рисунок 2).

Рисунок 2 - МК ADuC842BS.

  1.  ПЛИС MAX3064A

В разрабатываемом устройстве используется программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) MAX3064 фирмы Altera, рисунок 3. В очень упрощенном виде ПЛИС представляет собой набор макроячеек и механизм для организации связи между ними. Микросхема MAX3064 содержит 64 макроячейки. Информация о связях между макроячейками хранится в энергонезависимой памяти находящейся внутри самой микросхемы. Для программирования MAX3064 использовался специальный САПР Max+PlusII. Электрическая принципиальная схема расширителя портов ввода-вывода была нарисована в этом САПР и преобразована в базис макроячеек ПЛИС и, далее, в конфигурационный файл, необходимый для соединения нужных логических ячеек ПЛИС. Конфигурационный файл доставляется в память ПЛИС через интерфейс JTAG.

Рисунок 3 - ПЛИС MAX3064

К ПЛИС подключены:

  1.  Клавиатура
  2.  ЖКИ
  3.  Линейка светодиодов
  4.  16 дискретных портов ввода-вывода.

Для программиста расширитель портов представлен в виде нескольких однобайтовых регистров, находящихся в начале восьмой страницы памяти данных. Условно-графическое обозначение ПЛИС приведено на рисунке 3.

  1.  Схема сброса

Схема  сброса  предназначена  для  формирования  качественного  сигнала RESET  после  включения  питания,  после  нажатия  кнопки RESET или  после выключения  питания.  Проблема  состоит  в  том,  что  при  старте  контроллера после включения питания или при выключении питания возможны различные переходные  процессы,  способные  привести  к  некорректному  исполнении программ  или  порче  содержимого  ОЗУ.  Супервизор  питания (U1) DS1813 обеспечивает  формирование  сигнала RESET на 150 мс,  т.е.  на  время, достаточное для окончания всех переходных процессов.

  1.  Источник питания

Переменное (15..16В)  или  постоянное (9..10В)  напряжение  от  внешнего источника  питания  попадает  на  диодный  мост U15 через  разъем J4, рисунок 4. Сердцем встроенного в SDK 1.1 источника питания является микросхема LM7805C. Эта микросхема  является  интегральным  стабилизатором  с  защитой  от  перегрева  и короткого замыкания. Выходное напряжение – 5В ± 2%, выходной ток до 1 А.

Рисунок 4 - схема источника питания

Стабилитрон D19 (1N4745A) предназначен  для  защиты LM7805C и электролитических емкостей от превышения  входного напряжения (напряжения  пробоя  стабилитрона – 16В).  Электролитические  конденсаторы C35  и C36 необходимы  для  сглаживания  пульсаций  входного  напряжения. Электролитический  конденсатор C38 необходим для поддержки работоспособности SDK-1.1 при  кратковременных  пропаданиях  напряжения питания.  

Емкости C40 и C37 необходимы  для  фильтрации  высокочастотных помех, их использование определяется штатной схемой включения LM7805C

  1.  Фильтрующие емкости

Фильтрующие емкости равномерно распределены по всей  поверхности печатной платы. Каждый  конденсатор соединяет плюс  питания с корпусом. Фильтрующие емкости шунтируют высокочастотные помехи,  возникающие в цепях питания 3,3 и 5В, рисунок 5.

Рисунок 5 - фильтрующие ёмкости в разрабатываемом устройстве

Шунтирование происходит из-за того, что активное сопротивление емкости тем меньше, чем выше частота сигнала.

Для постоянного напряжения сопротивление конденсатора близко к бесконечности, а для переменного напряжения высокой частоты – конденсатор является резистором с низким сопротивлением.

  1.  Кварцевые резонаторы

Кварцевые резонаторы – устройства, использующие  пьезоэлектрический эффект для возбуждения электрических колебаний  заданной частоты. При совпадении частоты приложенного напряжения с  одной из собственных механических частот кварцевого вибратора в приборе возникает явление резонанса, приводящее к резкому увеличению  проводимости.  Обладая  среди  резонаторов  самой  высокой добротностью Q~105-107 (добротность колебательного LC-контура не превышает 102, пьезокерамики – 103), кварцевые  резонаторы  имеют  также высокую температурную стабильность и низкую долговременную нестабильность  частоты (106..108).  Кварцевые  резонаторы  применяются  в генераторах  опорных  частот,  в  управляемых  по  частоте  генераторах, селективных устройствах: фильтрах, частотных дискриминаторах и тд.

  1.  Дискретные входы-выходы

Дискретные входы-выходы предназначены для ввода и вывода информации, представленной в двоичном виде, рисунок 6. Сигнал на входе или выходе дискретного порта может принимать значение логического нуля или единицы. В разрабатываемом стенде дискретные порты выведены на разъем J3. Эти порты можно использовать для подключения модулей SDX-0.9 или каких-либо  других внешних устройств. Кроме этого, к дискретным входам-выходам  подключены DIP-переключатели (SW3), позволяющие задавать  фиксированные значения сигналов на входах. По умолчанию все входы притянуты к логической единице (через резисторы на +5В). При замыкании  переключателя SW3 на выбранном входе появляется логический ноль.

Рисунок 6 - Изображение дискретных входов-выходов на схеме

Дискретные входы-выходы не имеют гальванической изоляции. Логическому нулю соответствует 0В, а логической единице +5В (уровни TTL). Нагрузочная способность дискретных портов ввода-вывода,  подключенных к разъему J3, невелика, так как на разъем выведены порты ADuC842 без каких-либо дополнительных усилителей.

  1.  Аналоговые входы-выходы

ADuC842 имеет в своем составе 8 быстродействующих 12-разрядных АЦП и 2 12-разрядных ЦАП, рисунок 7. Для коррекции зависимости параметров ЦАП и АЦП от температуры в ADuC842 встроен термодатчик. Все входы ЦАП и выходы АЦП выведены на разъем J1. Кроме того, выходы DAC0 и DAC1 можно замкнуть на входы ADC0 и ADC1 с помощью переключателя SW1.

Рисунок 7 - Изображение аналоговых входов-выходов на схеме

  1.  Жидкокристаллического индикатора типа WH1602B-YGK-CP

ЖКИ работает в текстовом режиме (2 строки по 16 символов), имеет подсветку (цвет желто-зеленый), рисунок 8.

Рисунок 8 – Принципиальная схема ЖКИ

Основные характеристики:

  •   Габариты: 80х36х13.2 мм.
  •   Активная область 56.21х11.5 мм.
  •   Размеры точки 0.56х0.66 мм.
  •   Размеры символа 2.96х5.56 мм.
  •   Встроенный набор 256 символов (ASCII + кириллица).
  •   Генератор символов с энергозависимой памятью на 8 пользовательских символов.

  1.   Светодиодные индикаторы

Рисунок 9 – светодиодные индикаторы

Светодиодные индикаторы подключены к расширителю портов ввода-вывода, рисунок 9. Так как все катоды светодиодов подключены к корпусу, для зажигания светодиодов необходимо подать напряжение +5В (лог. «1») на соответствующий анод. Резисторы R12..R13 ограничивают ток, текущий  через порт ввода-вывода и светодиод. В данном случае приблизительный ток можно вычислить по закону Ома: I = U/R, I = 3.3/1000 = 3.3 мА. От силы тока зависит яркость горения светодиода. Если ток сделать очень большим, то порт ввода-вывода или светодиод могут выйти из строя.

  1.  Часы реального времени

Часы реального времени (часы/календарь) с памятью объемом 256 байт, работающие от кварцевого резонатора с частотой 32,768 кГц, рисунок 10. Из 256 байт памяти собственно часами используются только первые 16 (8 постоянно обновляемых регистров-защелок на установку/чтение даты/времени и 8 на будильник), остальные 240 байт доступны для хранения данных пользователя. Точность измерения времени – до сотых долей секунды.

Рисунок 10 - Принципиальная схема PCF8583 (Philips)

  1.  Матричная клавиатура AK1604A-WWB

Клавиатура подключена через расширитель портов на ПЛИС:

 

Рисунок 11 - Матричная клавиатура AK1604A-WWB

Клавиатура организована в виде матрицы 4x4, рисунок 11. Доступ к колонкам и рядам организован как чтение/запись определенного регистра ПЛИС (4 бита соответствуют 4 колонкам, другие 4 бита – рядам). Ряды ROW1..ROW4 подключены к плюсу питания через резисторы. Это обеспечивает наличие логической единицы при отсутствии нажатия (чтение регистра ПЛИС). На столбцы клавиатуры COL1..COL4 подают логический ноль (запись через регистр ПЛИС). При нажатии на кнопку происходит изменение значения сигнала на входе соответствующего ряда с единицы на ноль.

  1.  Последовательный канал

В разрабатываемом стенде последовательный канал гальванически развязан. Гальваническая изоляция или гальваническая развязка – разделение электрических цепей посредством непроводящего ток материала.  Гальваническая изоляция нужна для защиты ядра ВС от помех, от разности напряжений при коммутации (установке оборудования). Реализуется с помощью трансформаторной изоляции или с помощью оптоэлектронной схемы. Недостаток трансформаторов состоит в том, что они работают только на переменном токе. Оптоэлектронные схемы (оптопары) состоят из светоизлучающих приборов (диоды) и фотоприёмников (фоторезисторы, фототранзисторы). Оптопары работают хорошо только на полярном подключении, что неудобно при передаче аналоговых сигналов. Гальваническая изоляция позволяет защитить разрабатываемый стенд от высоких напряжений, различных наводок и подключать его к ПК во время работы. Реализована гальваническая изоляция на базе двух оптронов U8 и U9 (TLP 181). Оптрон TLP181состоит из светодиода (выводы 1,3) и  фототранзистора (выводы 6,4). Если через светодиод пустить ток, то он начинает излучать свет. Свет падает на PN переход фототранзистора и открывает его. Когда свет гаснет, фототранзистор закрывается.  Гальваническая изоляция достигается как раз за счет того, что между двумя  элементами оптрона нет никакой связи кроме оптической. Выход  передатчика последовательного канала TxD попадает на катод оптрона U8. Далее сигнал попадает на преобразователь уровней напряжений (из ТТЛ в ±12 В).


2 Проектирование аппаратной части микропроцессорной системы

2.1 Разработка структуры микропроцессорной системы

Проектирование новой микро-ЭВМ обычно начинается с описания ее архитектуры, представляющей собой модель микро-ЭВМ с точки зрения программиста. Модель в процессе проектирования преобразуется в структуру микро-ЭВМ, определяющую состав, назначение и взаимные связи необходимых аппаратурных компонентов, реализующих желаемую архитектуру. В микро-ЭВМ процессор строится на БИС, образующих базовый МП-комплект. Процессор микро-ЭВМ может быть реализован в виде одной (однокристальный микропроцессор) или нескольких БИС (многокристальный микропроцессор).

В соответствии с разработкой специализированных ИС для различных блоков микро-ЭВМ структурная схема ее может быть представлена как совокупность функциональных блоков (рис. 12), соединенных между собой в соответствии с требованиями интерфейсов. В приведенной схеме обработку информации осуществляет микропроцессор, синхронизируемый тактовыми импульсами устройства синхронизации. Обмен информацией между микропроцессором и остальными блоками микро-ЭВМ осуществляется по трем магистралям: адресной, данных и управляющей.

 

Рисунок 12 - Обобщенная структура микропроцессорной системы.

где ЦП - центральный процессор на основе микропроцессора;

ЗУ - полупроводниковая память (ОЗУ, ПЗУ);

МИП - модуль интерфейса пользователя;

МКН - модуль контроллеров прерываний и ПДП;

МИС - модуль интерфейса связи:

МСО - модуль связи с объектом

Системная шина включает в себя три магистрали: адреса, данных и управления.

Магистраль адреса (МА) служит для передачи кода адреса , по которому проводится обращение к устройствам памяти, ввода-вывода и другим внешним устройствам, подключенным к микропроцессору. Обрабатываемая информация  и результаты вычислений  передаются по магистрали данных (МД). Магистраль управления (МУ) передает управляющие сигналы на все блоки микро-ЭВМ, настраивая на нужный режим устройства, участвующие в выполняемой команде.

Использование в микро-ЭВМ трех магистралей обеспечивает высокое быстродействие и упрощает процесс вычислений. Возможно построение микро-ЭВМ с одной или двумя магистралями, по которым последовательно передаются код адреса и обрабатываемая информация, но при этом увеличивается время выполнения команды и усложняется организация обмена между узлами.

2.2 Выбор микропроцессора

Одним из основных критериев при выборе МП является быстродействие. Так как к проектируемой системе не предъявляются высокие требования, то можно выбрать микропроцессор со средним быстродействием. Выберем микропроцессор из серии МПК MicroConverter.

Микропроцессорный комплект устройства включает в себя микросхемы:

  1.  Микроконтроллер ADuC842BS
  2.  Внешняя EEPROM объемом 256 байт +2048 байт
  3.  Клавиатура AK1604A-WWB фирмы ACCORD
  4.  Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) WH1602B-YGK-CP фирмы Winstar Display
  5.  128К внешней SRAM с возможностью расширения до 512К;
  6.  набор сигнальных светодиодов (8 шт.).

Выполнение логических и арифметических операций  с 8-разрядными числами в двоичной  и десятичной системах счисления, а также операций с двойной разрядностью (с 16-разрядными числами).

2.3 Разработка функциональной схемы центрального процессора

Основным элементом модуля центрального процессора является микропроцессор. Однако отдельный микропроцессор не может выполнить возложенные на него функции. МП выполняет команды по машинным циклам, которые в свою очередь выполняются по машинным тактам. Таким образом необходимо устройство, которое генерирует эти такты с определенной частотой. Этим устройством является генератор тактовых импульсов (ГТИ).

Обмен информацией между МП и другими устройствами организуется с помощью трех магистралей: МА, МД и МУ, рисунок 13. Ввиду малой нагрузочной способности, а также ограниченного числа выводов МП необходимо использовать дополнительные схемы для организации этих магистралей. Эти функции могут взять на себя буферные схемы, к которым можно отнести также системный контроллер. Он помимо согласующих функций выполняет функцию формирования дополнительных сигналов управления. Таким образом из полученных функциональных блоков можно составить функциональную схему центрального процессора.

                   ГТИ                                 МП

         

                            БС                                       СК

============================================

     Системная магистраль

Рисунок 13 - Функциональная схема центрального процессора.

  1.  ГТИ – генератор тактовых импульсов
  2.  МП – микропроцессор
  3.  БС - буферные схемы
  4.  СК - системный контроллер

2.4 Выбор элементной базы центрального процессора

Функциональное назначение выводов МП ADuC842 приведено в таблице 1.

Таблица 1 - функциональное назначение выводов МП ADuC842

Мнемоника

Тип

Функция

DVdd

P

Положительное номинальное цифровое питание +3В или 5В

AVdd

P

Положительное номинальное аналоговое питание +3В или 5В

Cref

I

Блокирующий конденсатор для внутреннего ИОН. 0.1мкФ на AGND

Vref

I/O

ИОН вход/выход. Это контакт внутри соединен через последовательный резистрс ИОН для АЦП. Номинальное напряжение ИОН 2.5В и появляется на контакте (как только АЦП и ЦАП разрушены). Внутренний ИОН подавляется подключением к этому контакту внешнего источника

AGND

G

Аналоговая земля. Общая точка аналоговых цепей

Pl.O-Pl.7

I

Порт 1 только на ввод. Порт 1 по умолчанию настаивает на ввод аналоговых сигналов, для конфигурации контактов на цифровой ввод следует запись () соответствующий бит порта. Порт 1 многофункционален и перечисленные функции выполняет

ADC0-ADC7

I

Аналоговые входы. 8 однофазных входов. Выбор канала осуществляется через регистр специального назначения (STR) ADCCON2.

Т2

I

Цифровой вход таймера/счетчика2. Когда разрушен счетчик2 инкрементируется перепаду 1-0 на входе Т2

Продолжение таблицы 1

T2EX

I

Цифровой вход. Для триггера Захват/Перезагрузка Счетчика2, так же работает как вход управления направлением счета Счетчика2

SS

I

Выбор ведомого (Slave Select). Для синхронного интерфейса (SPI)

SDATA

I/O

Выбираемый пользователем ввод/вывод для I2C и SPI.

SCLOCK

I/O

Синхронизация для I2C и SPI.

MOSI

I/O

Для SPI Ведущий Выход/Ведомый Вход.

MISO

I/O

Для SPI Ведущий вход/Ведомый Вход.

DACO

O

Входное напряжение с ЦАП0

DAC1

O

Входное напряжение с ЦАП1

RESET

I

Цифровой вход. Высокий уровень сигнала на этом контакте в течении 24 периодов тактовой частоты при работающем осцилляторе вызывает выполнение усточевом сброса

P3.0-P3.7

I/O

Двуноправленный порт3 с внутренними, подтягивающими к питанию резисторами. Контакты Порт3, с записанными в них 1 подтянуты вверх и могут инпользоваться так же как входы. При использовании контактов в качестве входов, следует иметь ввиду, что они дают ток во внешнюю цепь. Контакты Порт3- мультиплексы.

RxD

I/O

Вод/Вывод данных для синхронного.

TxD

O

Выход передатчика асинхронного последовательного интерфейса (UART) или Выход синхронизации для синхронного.

INT0/

I

Вход внешнего прирывания 0, программируется по перепаду/уровню устанавливается один из 2-х уровней приоритета. Контакт может использоваться как строб управления для Таймера0.

Продолжение таблицы 1

INT1/

I

Вход внешнего прирывания 1, программируется по перепаду/уровню устанавливается один из 2-х уровней приоритета. Контакт может использоваться как строб управления для Таймера1.

T0

I

Вход Таймера/Счетчика0.

T1

I

Вход Таймера/Счетчика1.

CONVST/

I

Вход Запуска Преобразования АЦП (активный низкий уровень) при разрешенном внешнем запуске. Переход 0-1 переводит схему в режим хранения и запускает цикл преобразования.

WR/

O

Выход сигнала управления Записью. Защелкивает байт данных из Порта0 во внешнюю память данных.

RD/

O

Выход сигнала управления Чтением. Разрешает ввод данных из внешней памяти в Порт0.

XTAL2

O

Инвертирующий выход генераторного усилителя.

XTAL1

I

Вход усилителяи вход доступ к внутренним цепям генератора.

DGND

G

Цифровая земля. Общая точка цифровых цепей.

P2/0-P2/7

I/O

Двунаправленный Порт2 с Внутренними, подтягивающими к питанию резисторами. Контакты Порта2, С записанными в них 1 подтянуты вверх и могут использоваться так же как входы. При использовании контактов в качестве входов, следует иметь ввиду, что они дают ток во внешнюю цепь. При выборке памяти программ Порт2 содержит старший байт адреса, при обращении к памяти данных порт выдает средний и старший байты 24-разрядного адресного пространства.

Продолжение таблицы 1

PSEN/

O

Выход строба разрешения внешней памяти программ. Является сигналом управления внешней памяти программ. Активен в течение 6 период тактового генератора, исключая время доступак внешней памяти данных. Контакт находится в состоянии Лог.1 при работе с внутренней памятью программ. Контакт можно использовать для разрешения через последовательной загрузки в ЭРПЗУ, для этого контакт подключается через последовательный резистор к земле на время включения питания или генерации сигнала RESET/

ALE

O

Выход строба записи адреса. Используется для защелкивания младшего байта адреса (при 24-битном пространстве – среднего байта адреса) при обращении к внешней памяти. Активен дважды в одном машинном цикле, исключая обращение к внутренней памяти нанных

EA/

I

Вход разрешения доступа в кнешней памяти программ. Если =1, выборка производится из внутренней памяти 0000Н …1FFFH, если=0, то все инструкции выбираются из внешней памяти.

P0/0-P0/7

(А0-А7)

I/O

Двунаправленный Порт0 с открытым истоком. Контакты порта с записанными в них 1 являются плавающими и могут быть высокоимпедансными входами. При обращении к внешней памяти программ или данных. При такой операции порт подтянут внутренним образом при наличие в нем 1.

  1.  Разработка принципиальной схемы модуля памяти

Внутреннее ОЗУ данных предназначено для временного хранения информации, используемой в процессе выполнения программы, и занимает 640 восьмиразрядных ячеек, с адресами от 0x00 до 0xFF, рисунок 14.

Рисунок 14 - Внутренняя память данных микроконтроллера ADuC842.

Система команд микроконтроллера позволяет обращаться к ячейкам внутренней памяти данных при помощи прямой и косвенно-регистровой адресации. При обращении к ячейкам памяти с адресами 0x00-0x7F использование любого из этих видов адресации будет производить выборку одной и той же ячейки памяти. При обращении к ячейкам ОЗУ с адресами 0x80-0xFF следует воспользоваться косвенно-регистровой адресацией. Учитывая, что работа со стеком ведется при помощи косвенной адресации, то имеет смысл размещать в этой области памяти стек. Если же требуется обратиться к регистрам специальных функций, то нужно использовать прямую адресацию.

Следующие после банков регистров внутреннего ОЗУ данных 16 ячеек памяти (адреса 0x20-0x2F) образуют область памяти, к которой возможна как байтовая, так и битовая адресация. В этих ячейках располагаются 128 программных флагов (битовых ячеек памяти). Обращение к отдельным битам этих ячеек возможно по их битовым адресам, рисунок 15.

Рисунок 15 - Программная модель ADuC842.

2.6 Проектирование модуля интерфейса пользователя

Согласно варианту задания необходимо разработать модуль интерфейса пользователя со следующими характеристиками:

  •  количество знакомест дисплея - 10.

Модуль интерфейса пользователя должен обеспечивать вывод информации на дисплей. Выполнение этих функций   должно  взять  на  себя  программируемое интерфейсное устройство (ПИУ). Микросхема должна состоять из функциональной автономной части: дисплейной.

Модуль интерфейса пользователя занимает определенный адрес в адресном пространстве устройств ввода-вывода. Для определения обращения микропроцессора к модулю в схеме необходим дешифратор адреса.

Для согласования по нагрузке МС ПИУ с системной шиной, дисплеем потребуются соответствующие буферные схемы.

Таким образом получаем функциональную схему, рисунок 16.

         БД     Дисплей

           Д                   ПИУ          

         

           

      БДх        ДА           БУ

          

================================================

Системная шина

Рисунок 16 – Функциональная схема.

 

  1.  
    Описание структуры разрабатываемого микропроцессорного комплекта

Описание структуры микропроцессорного комплекта (МПК) приведено на рисунке 18.

В состав разрабатываемого учебного стенда входят:

  •  микроконтроллер ADuC842BS;
  •  жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) WH1602B-YGK-CP фирмы Winstar Display
  •  Ввод-вывод данных осуществлять с помощью портов микроконтроллера и программируемую логическую интегральную схему ПЛИС MAX3064;
  •  ОЗУ 256 байт IDATA + 2048 байт XDATA
  •  внешнее электрически стираемое программируемое ПЗУ (EEPROM) объемом 256 байт;

Основные параметры и характеристики основных элементов, входящих в МПК были рассмотрены ранее.

  

                         Дисплей               

    ЦП         ЗУ           МИП     

 ===============================================

     Системная шина

   МИС   МКН                     МСО

Рисунок 18 - Структура разрабатываемого стенда.

  1.  
    Описание принципиальной схемы разрабатываемого микропроцессорного комплекта

Внешняя память программ и данных стенда – статическое ОЗУ (SRAM), имеющее страничную организацию и предназначенное для размещения пользовательских программ и данных, рисунок 19. Размер страницы – 64 Кб. Первая страница (страница 0) доступна для выборки и команд, и данных микроконтроллером ADuC842. Остальные страницы доступны только для размещения данных (логическое адресное пространство внешней памяти данных составляет 16 Мб). Однако, реально для пользовательских программ доступно не 64 Кб, а 52 Кб, т.к. в младшие адреса отображается 8 Кб Flash-памяти ADuC842(адреса 0x0000-0x1FFF). Кроме того, 4 Кб зарезервировано резидентным загрузчиком МК (адреса 0xF000-0xFFFF).

Если в пользовательской программе используются прерывания, то ее рекомендуется загружать с адреса 0x2100, т.к. в пространстве адресов 0x2000-0x2100 располагается пользовательская таблица векторов прерывания. Физическое адресное пространство внешней памяти данных в стенде SDK-1.1 ограничено 512 Кб (т.е. не может быть 16 Мб), потому что начиная с 8 страницы располагается адресное пространство ПЛИС (MAX 3064).Внешняя память программ и данных подключается к МК ADuC842 по системной шине (как и ПЛИС).

Рисунок 19 - Подключение ADuC842 к внешнему ОЗУ

Таблица 2 - Таблица истинности 8-разрядного регистра-защелки 74HCT73W

INPUTS

OUTPUT

RESET (MR)

CLOCK CP

DATA Dn

Q

L

X

X

L

H

H

H

H

L

L

H

L

X

Qo

В U3 попадает младшая часть адреса (A0..A7), в U7 – старшие 4 бита адреса (A16..A19). Бит A19 используется как сигнал CS (Chip Select) для выбора микросхемы ОЗУ. ОЗУ выбирается, если на A19 логический ноль. Как говорилось выше, при наличии логической единицы на A19 выбирается ПЛИС

При замыкании JP11 сигнал PSEN замыкается на корпус через резистор R22. Это переводит ADuC842 в режим загрузки ПО после аппаратного сброса. Кроме того, выходы DAC0 и DAC1 можно замкнуть на входы ADC0 и ADC1 с помощью переключателя SW1.

5   Разработка программной части

Разработка программной части для реализации вывода на дисплей последовательности символов, написанный на языке С.

Инструментальные средства Keil включают C и EC (Embedded C) компиляторы, ассемблеры, отладчики и симуляторы, интегрированные среды разработки и оценочные платы. Keil разрабатывает и производит средства разработки для следующих промышленных стандартов:

  •  Infineon C16x/XC16x и ST-Micro ST10/Super10
    •  ARM7 и ARM7TDMI
    •  8051 Classic и Extended
    •  Philips LPC
    •  251 Atmel, Intel и Sanyo

Keil поддерживает все разновидности вышеуказанных микроконтроллеров и все стадии разработки приложения: создание исходного файла на C / EC или ассемблере, трансляцию, исправление ошибок, линкование объектных файлов, тестирование приложения.

Блок-схема представлена на рисунке 20.

Рисунок 20 - Блок-схема программы для стенда

В программном коде используются следующие процедуры:

  •  Main( ),
  •  SwitchCurPosControl ( ),
  •  LCD_ Clear,
  •  LCD_Type( ).

Main( ) – основная программа. Выполняет действия по алгоритму, указанному на блок-схеме. Переменным i и j, определяющим положение курсора, присваиваются нулевые значения.

SwitchCurPosControl ( ) – процедура переключения позиции курсора. Используется процедурой вывода строки на дисплей.

LCD_Clear( ) – процедура очистки дисплея. Опрашивается значение флага BF. Записывается в DATA_IND код команды установки адреса DD RAM на 0x01. Устанавливается значение RS=0, R/W=0 и выставляется строб.

LCD_Type( ) – процедура вывода строки на дисплей. Процедура выводит на дисплей С строку, указатель на которую передаётся ей в качестве атрибута. В цикле осуществляется последовательный вывод символов строки. 

Программный код:

#include "ADuC842.h"

#include "lcd.h"   

#include "max.h"

#define MAXBASE 8

static bit CurPosCtrl=1;

static char cur_x=0;

static bit cur_y=0;

void WriteMax(unsigned char xdata *regnum, unsigned char val)

{

 unsigned char oldDPP=DPP;

 DPP=MAXBASE;

 *regnum=val;

 DPP=oldDPP;

}

void SwitchCurPosControl(bit o)

{

   CurPosCtrl=o;

}

void Strobe(char c)

{

unsigned int i;

   WriteMax(C_IND,c | 0x1);  

   WriteMax(C_IND,c & 0xFE);

   for (i=0;i<20000;i++)continue;           

}

void InitLCD(void)

{

unsigned short i;

   for(i=0; i<4000; i++)continue;                                      

   WriteMax(DATA_IND, FUNCTION_SET|EIGHT_BITS);

   Strobe(0x8);

   for(i=0; i<1500; i++)continue;

   WriteMax(DATA_IND, FUNCTION_SET|EIGHT_BITS);

   Strobe(0x8);

   for(i=0; i<50; i++)continue;                                      

   WriteMax(DATA_IND, FUNCTION_SET|EIGHT_BITS);

   Strobe(0x8);

   WriteMax(DATA_IND, FUNCTION_SET|EIGHT_BITS|TWO_LINE);

   Strobe(0x8);

   WriteMax(DATA_IND, DISPLAY_CTRL);

   Strobe(0x8);

   WriteMax(DATA_IND, CLEAR);

   Strobe(0x8);

   WriteMax(DATA_IND, ENTRY_MODE|INCR);

   Strobe(0x8);

   WriteMax(DATA_IND, DISPLAY_CTRL|DISPLAY_ON);

   Strobe(0x8);

}

void LCD_Putch(char ch)

{

   if(CurPosCtrl)

   {

       LCD_GotoXY(cur_x,cur_y);

       if(++cur_x>15)cur_x=0,cur_y=~cur_y;

   }

   WriteMax(DATA_IND,ch);

   Strobe(0xC);

}

void LCD_GotoXY(unsigned char x,bit y)

{

   WriteMax(DATA_IND,RAM_DD|(x+((y)?0x40:0)));

   Strobe(0x8);

   cur_x = x;

   cur_y = y;

}

void LCD_Type(char* s)

{

bit t = CurPosCtrl;

   SwitchCurPosControl(1);

   while(*s)

   LCD_Putch(*s++);

   SwitchCurPosControl(t);

}

void main(void)

{

unsigned short i, p;

unsigned char ch, leds;

 InitLCD();

LCD_Type("…Sdk…");

}


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

За время выполнения курсового проекта были изучены принципы проектирования микропроцессорной системы. Была спроектирована микропроцессорная система на базе микроконтроллера ADuC842BS. Спроектированы следующие модули:

  •  Модуль памяти 128К внешней SRAM;
  •  Клавиатура;
  •  Жидкокристаллический индикатор;
  •  Интерфейс связи с внешним RS232C.

Разработана программная часть для реализации индикации на ЖКИ вывода  последовательности символов. Программная часть была проверена на учебном стенде в выбранной инструментальной среде.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

  1.  Марк Е. Хернитер. 10 увлекательных проектов аналоговой электроники. М.: Издательство: ДМК Пресс, 2008 г.
  2.  Е. Ф. Турута. 5000 современных микросхем УНЧ и их аналоги. СПб.: Наука и Техника, 2008 г.
  3.  Топильский В.Б. Схемотехника измерительных устройств. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний,  2010 г.
  4.  Шахнов, В.А. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем. Справочник. М.: Радио и связь, 2008.
  5.  Преснухин, Л.Н. Микропроцессоры. В 3-х книгах. Учеб. для ВТУЗов. М.: Высшая школа, 2006.
  6.  Преснухин, Л.Н. Микропроцессоры. Средства сопряжения. Контролирующие и информационно-управляющие системы. М.: Высшая школа, 2006.
  7.  Хартов В.Я. Микропроцессорные системы. СПб.: Академия, 2010 310 с.
  8.  Москатов Е.А. Электронная техника. Начало. 3-е изд. Таганрог 2010
  9.  Севастьянов Б.Г. Проектирование микропроцессорных систем управления. / Под ред. Б.Г. Севастьян ВолгГТУ 2007
  10.  Е. Ф. Турута. 5000 современных микросхем УНЧ и их аналоги. СПб.: Наука и Техника, 2008 г.
  11.  Гуров В.В. Архитектура микропроцессоров. М.: Высшая школа, 2010 – 272 с.
  12.  Перлов, А.К. Микропроцессоры, архитектура и проектирование микро-ЭВМ. Организация вычислительных процессов. М.: Высшая школа, 2006.
  13.  Калабеков, Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы : учебник для техникумов связи. СПб. : Горячая линия – Телеком, 2005. – 336 с.
  14.  Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. СПб.: БХВ – Санкт-Петербург, 2005. – 528 с.
  15.  Лаврентьев Б.Ф. Схемотехника электронных средств. СПб.: Академия, 2010 – 348 c.
  16.  Гололобов В.Н. Экскурсия по электронике. СПб.: БХВ Москва, 2008 – 453 с.
  17.  Гуров В.В., Проектирование микропроцессорных систем. СПб.: ДМК Пресс, 2010
  18.  Новиков, Ю. В.. Основы микропроцессорной техники / Ю.В. Новиков, П.К. Скоробогатов . – М.: ИНТУИТ, 2007. – 422 с.
  19.  Н. Заец. Электронные самоделки для быта, отдыха и здоровья.— М.: СОЛОН-Пресс, 2009г.
  20.  Чижма С.Н. Основы схемотехники.   УПс.:  Издательство  «Апельсин», 2008 г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6914. План воспитательной работы в 10 классе на 2008 - 2010 учебный год 136.5 KB
  План воспитательной работы в 10 классе на 2008 - 2010 учебный год Планирование воспитательной работы на 2009 - 2010 учебный год составлено на основании методических рекомендаций по работе над социальным проектом, выбранным в прошлом году. ...
6915. Элегазовый выключатель ВГБ-35 229.5 KB
  Элегазовый выключатель Введение Выключатели высокого напряжения (ВК) предназначены для оперативных и аварийной коммутаций в энергосистемах, для выполнения операций включения и отключения отдельных цепей при ручном или автоматическом управлении. Во в...
6916. Проектирование выключателей нагрузки 107 KB
  Введение Выключатель нагрузки - это простейший высоковольтный выключатель. Он используется для отключения и включения цепей, находящихся под нагрузкой. Дугогасительные устройства выключателей рассчитаны на гашение маломощной дуги, возникающей при от...
6917. Конфлікти в нашому житті. Психологічний практикум 88 KB
  Мета:ознайомити студентів з поняттями конфлікт та його позитивними і негативними сторонами, агресія, стратегіями поведінки учнів в конфліктній ситуації (миролюбство, уникнення, агресія), причинами виникнення конфліктів, агресивності, конст...
6918. Электромагнитная совместимость радиоэлектронного оборудования 41.5 KB
  Электромагнитная совместимость радиоэлектронного оборудования Направление радиоэлектроники, призванное обеспечить одновременную и совместную работу различного радиотехнического, электронного и электротехнического оборудования - называется электромаг...
6919. Воздействие помех на РЭС 39 KB
  Воздействие помех на РЭС Зависит от: структуры спектрального состава энергии Необратимые и обратимые процессы Мощная помеха Отказы аппаратуры из-за изменения структуры полупроводниковых материалов вплоть до их разрушения. Может сущ...
6920. Характеристики РЭС вне основных полос частот излучения и приема радиосигналов 49.5 KB
  Характеристики РЭС вне основных полос частот излучения и приема радиосигналов Любое РЭС характеризуется совокупностью параметров: функциональные - отражают основные функции выполняемые РЭС влияющие на ЭМС Функциональные параметры...
6921. Внеполосное радиоизлучение 136 KB
  Внеполосное радиоизлучение Внеполосное радиоизлучение - нежелательное излучение в полосе частот примыкающей к необходимой полосе частот, является результатом модуляции сигнала. Причины появления: применение для передачи сигналов с большой...
6922. Антенные устройства и среда распространения 67 KB
  Антенные устройства и среда распространения Энергетические характеристики Степень воздействия ИП на РП зависит: от коэффициентов ослабления помех в фидерах...