Микропроцессоры

Введение

Последние годы отмечены массовым наполнением рынка всевозможной автоматизированной аппаратурой самого различного назначения и самой различной сложности от пластиковой платежной карточки до холодильника, автомобиля и сложнейших установок. Это стало возможным благодаря микроконтроллерам (МК). Микроконтроллеры входят во все сферы жизнедеятельности человека, их насыщенность в нашем окружении растет из года в год. То, что казалось нам 5 лет назад сказкой, сейчас вполне возможно благодаря стремительному развитию технологии производства электронных компонентов. Пять лет назад мы уже знали про суперкомпьютеры, суперпроцессоры, суперАЦП и т.д. А сейчас «ВСЕ В ОДНОМ КОРПУСЕ». Раньше, изобретателю электронных схем приходилось иметь дело с множеством электронных компонентов, размещая с огромным трудом все на печатной плате размером метр на метр, в наше время разработчику электронной аппаратуры не грозят выше указанные сложности, точнее, чем больше денег, тем меньше сложностей.

Фирмы, производящие микроконтроллеры:  ATMEL, INTEL, ZILOG, MICROCHIP, «и с радостью для патриотов» АНГСТРЕМ, SCENIX и т.д. Каждая из перечисленных фирм, кроме АНГСТРЕМ, имеет более 100 видов различных по назначению микроконтроллеров. А каждый микроконтроллер имеет не менее 200 страниц технических описаний и характеристик на английском языке, кроме АНГСТРЕМ.

Средства разработки программного обеспечения для микроконтроллеров у каждой фирмы свои, а что касается языков программирования, то самый старый и понятный ASSEMBLER. Среди остальных можно выделить: C, PASCAL, JAVA, DELPHI, C++, + TURBO, + VISUAL  и т.д.

Вернемся к теме «в одном корпусе», если раньше К155ХХ 50 штук, то сейчас PIC16F84 и ПЗУ, ОЗУ, таймер, система прерываний, аналогово-цифровой преобразователь, встроенный генератор, корпус с 20 ножками и т.д.

В данном проекте будет разработано устройство на современном микроконтроллере, написана программа и рассмотрены инструментальные средства. Также будут применены знания, полученные на занятиях.                                                  

КП.МП.230101.10.1.13.ПЗ.

Лист

1

Изм

Лист

№ Докум

Подп

Дата

1. Разработка структурной схемы устройства

Структурная схема радиоохранного приемника приведена на рис.1.Она состоит из 4 основных блоков. Тактовый генератор предназначен для генерации прямоугольных импульсов частотой 4 МГц для тактирования микропроцессора и программируемого таймера.

Рис.1 Структурная схема устройства

    Микропроцессорный блок  состоит из микропроцессора, постоянного  и оперативного запоминающего устройства предназначен для управления всеми другими блоками приемника. Он осуществляет обработку прерывания, полученного таймера, предварительно делает его установку на нужное значение, готовит данные, полученные от таймера, выводит значение на индикатор. Контроллер  дисплея предназначен для дешифрации значений полученных от микропроцессора и усиления сигналов для индикатора. Дисплей предназначен для вывода реального результата в графическом виде понятном для человека.

КП.МП.230101.10.1.13.ПЗ.

Лист

2

Изм

Лист

№ Докум

Подп

Дата

Содержание.

Введение.

1. Разработка структурной схемы устройства.
2. Выбор элементной базы.
3. Разработка схемы электрической принципиальной.
4. Разработка программного обеспечения.
5. Программирование контроллера.

Заключение

Список литературы                             

КП.МП.230101.10.1.13.ПЗ.

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Разроб.

Сидорков

Курсовой проект

Лит.

Лист

Листов

Пров.

Костоваров

3

Н.контр.

ЕПЭТ

Н.контр.

Утв.

Морозов

2. Выбор элементной базы.

В качестве элементной базы выбираем достаточно распространенные и дешевые элементы. Это микроконтроллер AT89C51 фирмы Atmel с архитектурой ядра MCS-51 и цифро-аналоговый преобразователь AD5241 фирмы Analog Devices, управляемый посредством двух проводного интерфейса I2C, который был разработан специально для связи нескольких микросхем внутри одного устройства по двух проводной последовательной шине фирмой Philips. Также в устройстве используется 8 кнопочная клавиатура, причем кнопки использованы с фиксацией, чтобы можно было зафиксировать их в любом положении. А также используется несколько мелких деталей обвязки, как например, кварцевый резонатор с шунтирующими конденсаторами, для стабилизации частоты генерируемой генератором, встроенным в микроконтроллер, схема посылки сигнала сброса на микроконтроллер и подтягивающие резисторы на шине I2C.

Рассмотрим подробнее устройство микроконтроллера AT89C51. Он имеет совместимую с MCS-51 архитектуру, 4 Кбайт встроенной перепрограммируемой Flash памяти, 1000 Циклов Запись/Удаление,  трехуровневая программная защита памяти, 128 x 8-Bit встроенного ОЗУ, 32 программируемых портa ввода\вывода, два 16 битных счетчика\таймера,  шесть источников прерываний, программируемый последовательный порт, низкое потребление в режиме ожидания и энергосберегающий режим "Power Down".

AT89C51 - низкопотребляющий, быстродействующий 8-ми битный CMOS микроконтроллер  с 4 Кбайтами Flash. При производстве  микроконтроллеров (далее МК) были  использованы Хай-Тэк технологии фирмы Atmel. В частности, МК изготовлены согласно промышленной рекомендации MCS-51тм, которая распространяется и на цоколевку. Однокристальную Flash память можно программировать как изнутри, так и извне (используя программатор).

КП.МП.230101.10.1.13.ПЗ..

Лист

4

Изм

Лист

№ Докум

Подп

Дата

                   Рис.2 Внутреннее устройство микроконтроллера AT89C51

КП.МП.230101.10.1.13.ПЗ.

Лист

5

Изм

Лист

№ Докум

Подп

Дата

Кстати, сама память расположена на одном кристалле с процессором, что позволило добиться максимальной производительности. 
MK AT89C51 обеспечивает следующие стандартные характеристики: 
4 Кбайта Flash, 128 байт RAM, 32 линии Вв./Выв., два 16-битных таймера/счетчика, пятивекторная двухуровневая архитектура прерываний, полный дуплексный последовательный порт, встроенный в кристалл генератор и часы. Кроме того, МК AT89C51 - разработка "static logic", а следовательно, работоспособен вплоть до нулевой частоты. В режиме ожидания процессор остановлен, но ОЗУ, таймер/счетчики, последовательный порт и система прерываний продолжают функционировать. Режим "Power Down" сохраняет содержимое ОЗУ, но замораживает генератор, блокирует все другие функции МК, пока не будет осуществлён аппаратный сброс ("Reset").

Vcc - напряжение  питания.

GND - Общий  провод.

Port 0  - Порт 0. 8-битный открытый двунаправленный  порт Вв./Выв. На каждый выход  этого порта можно нагрузить  восемь входов TTL. 
При записи лог.1 в порт 0, контакты порта могут быть использованы как высокоимпедансные входы. Помимо этого, Порт 0 может быть сконфигурирован как мультиплексируемый младший адрес либо шина данных, во время обращений ко внешней программе или памяти данных. В этом режиме Порт 0 использует внутреннее напряжение. Также, во время программирования Flash на Порт 0 поступают байты кода. Он же их и выводит во время веритификации программы. Напряжение программирования UPP, кстати сказать, требуется и при веритификации данных.

Port l - Порт 1 - двунаправленный  порт ввода/вывода на 8 битов со внутренним напряжением питания.Выходной буфер Порта 1 может быть нагружен на четыре входа/выхода TTL.

КП.МП.230101.10.1.13.ПЗ.

Лист

6

Изм

Лист

№ Докум

Подп

Дата

При записи лог.1 в порт 1, контакты порта могут быть использованы как входы. Так как Порт 1 использует  внутреннее напряжение питания, уровень потребляемого тока (IIL) извне будет минимален. Также, при программировании Flash на Порт 1 поступают младшие биты адреса. Тоже сомое происходит и во время веритификации.

Port 2 - Порт 2 - двунаправленный порт ввода/вывода на 8 битов со внутренним напряжением питания.Выходной буфер Порта 2 может быть нагружен на четыре входа/выхода TTL. При записи лог.1 в порт 2, контакты порта могут быть использованы как входы. Так как Порт 2 использует внутреннее напряжение питания, уровень потребляемого тока (IIL) извне будет минимален. Порт 2 выдает старший байт адреса во время выборки из внешней памяти программ и во время доступов ко внешней памяти данных, которые используют 16-битные адреса (MOVX DPTR). В этом случае, при лог.1, более высокое потребление тока от внутреннего источника. В время доступов ко внешней памяти данных, которые используют 8-битные адреса (MOVX @ Rl), Порт 2 выдает содержимое Специального Функционального Регистра P2. 
Порт 2 также принимает старшие биты адреса и некоторые управляют сигналам во время программирования Flash и во время проверки. Порт 3 
Порт 3 - 8-битный двунаправленный порт Вв./Выв. Выходы Порта 3 могут быть нагружены на четыре входа TTL. При записи лог.1 в порт 3, контакты порта могут быть использованы как входы. Порт 3 также обеспечивает выполнение различных специализированных функций AT89C51 как указано ниже:

КП.МП.230101.10.1.13.ПЗ.

Лист

7

Изм

Лист

№ Докум

Подп

Дата

Порт 3 выполняет функции некоторых управляющих сигналов для программирования Flash и для веритификации программирования.

RST - Вход  сброса (Reset). Чтобы cбросить устройство, необходимо подать сигнал лог.1 на время двух машинных тактов. В это время генератор сбросит устройство.

КП.МП.230101.10.1.13.ПЗ.

Лист

8

Изм

Лист

№ Докум

Подп

Дата

- Address Latch Enable - разрешение блокировки адреса. Защелкивает импульсом младший  байт адреса на время доступа ко внешней памяти. Этот контакт, также является входом импульса во время программирования Flash. Нормальный ALE сигнал должен быть выдан при постоянном показателе - 1/6 частоты генератора, и может быть использован для внешней синхронизации. Примечание: тем не менее, один импульс ALE должен быть пропущен во время каждого доступа ко внешней памяти данных. 
Если необходимо, ALE управление может быть заблокировано установкой бита 0 в позиции SFR 8EH. С установленным битом, ALE активно только во время команд MOVX или MOVC. В противном случае - высокий уровень сигнала на контакте. Установка cигнала ALE не даст эффекта, если МК в режиме внешнего выполнения.

- Program Store ENable - строб чтения для внешней  памяти программ. 
Когда AT89C51 выполняет программный код из внешней памяти, активизируется каждый второй машинный цикл, за исключением тех случаев, когда два сигнала проскакивают во время каждого доступа к внешней памяти данных.

/VPP - External Access enable - разрешение внешнего доступа. 
Чтобы выбирать код из внешних программных позиций памяти, находящихся в диапазоне от 0000H до FFFFH, необходимо закоротить этот контакт на общий провод (GND).

XTAL1 - Инвертированный  вход усилителя генератора и  вход на внутренние часы.

XTAL2 - Инвертированный  выход усилителя генератора.

Микросхема КР580ВВ55 программируемого периферийного параллельного адаптера (ППА) предназначена для применения в качестве универсального элемента ввода-вывода, обеспечивающего обмен данными в параллельном формате.

КП.МП.230101.10.1.13.ПЗ.

Лист

9

Изм

Лист

№Докум

Подп

Дата

Условное обозначение ППА показано на рисунке 3.

Микросхема КР580ВВ55 размещена в 40-контактном пластиковом корпусе типа DIP.

Назначение выводов приведено в таблице 2.

                              Рис. 3 – Условное обозначение микросхемы КР580ВВ55

 КП.МП.230101.10.1.13.ПЗ.

Лист

10

Изм

Лист

№ Докум

Подп

Дата

                    Таблица 2 – Назначение выводов  микросхемы КР580ВВ55

ППА включает три программно-доступных 8-разрядных порта ввода-вывода (РА, РВ, РС) и 7-разрядный регистр управляющего слова РУС, содержимое которого определяет направление передачи и функциональное назначение 24 двунаправленных трехстабильных линий ввода-вывода, т.е. конфигурацию и режимы работы портов.

КП.МП.230101.10.1.13.ПЗ.

Лист

11

Изм

Лист

№ Докум

Подп

Дата