Проектирование центральных и переферийных устройств

 

   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Рис.7 Блок памяти 

     Блок  аналоговых сигналов (рис. 8) состоит из 16-ти канального мультиплексора, усилителя, 16-ти разрядного АЦП и буферных регистров. 16 аналоговых сигналов поступают на мультиплексор,  которые в зависимости от адреса

 перебирают  их поочередно. Сигнал после мультиплексоров  поступает на усилитель, который усиливает его для подачи на АЦП.

       
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 8  Блок аналоговых сигналов   

    

 Блок релейных сигналов на рис.9  обеспечивает поступление входных данных на шину данных. В данном устройстве содержится 4 релейных входа. По мере поступления информации на вход, формируется прерывание.   
 
 
 
 
 
 

      Рис. 9 Блок релейных сигналов 
 
 

Блок  клавиатуры предназначен для ручного ввода данных, задания или изменения режима работы микропроцессора. Клавиатура содержит 10 кнопок. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис.10 Клавиатура 

      Блок  индикации (рис. 11) представляет собой

жидкокристаллический  модуль. Он включает в себя контроллер управления KS0108 и ЖК панель 64x64 точки. К блоку индикации подключена 8-ми битная шина данных с младшим разрядом и шина управления. Управление блоком индикации осуществляется согласно инструкции контроллера KS0108.

                
 
 
 

Рис. 11 Индикация. 

    Вывод цифровой информации производится с помощью интерфейса RS-232 (рис.12), который реализован с помощью програмируемого приёмо-передатчика, генератора и преобразователя уровня сигналов RS-232. Приёмо-передатчик осуществляет преобразования паралельного кода в последовательный поток символов со служебными битами: старт, стоп, контроль и выдаёт этот поток в канал связи с различной скоростью. Также выполняет обратное преобразование из последовательного потока в паралельный.

       
 
 
 

Рис. 12 RS-232

3.5. Описание принципиальной  схемы.

 

     Принципиальная  электрическая схема системы  ввода релейных и аналоговых сигналов построена  на микропроцессоре INTEL 8086-1 (DD7). Тактовая частота микропроцессора задаётся генератором с кварцевой стабилизацией 30 МГц. Сброс устройства при включении питания осуществляется подачей напряжения низкого уровня на вход RESET. Сигналы шины управления MEMR, MEMW, IORD, IOWR формируются на логических элементах DD11 и DD17 и совокупности сигналов управления с процессора RD, WR и M/I0.

       Линии шины адреса/данных (AD0-AD15) подключены  к буферным регистрам (DD13, DD14) и к двунаправленным шинным формирователям (DD19, DD20). Линии адреса/состояния (A16-A19) подключены только к  буферному регистру (DD15). Буферные регистры (DD13-DD15) и шинные формирователи (DD19, DD20) обладают высокой нагрузочной способностью, что позволяет осуществить связь микропроцессора со схемами памяти и переферийными устройствами ввода/вывода.

      К микропроцессору через буферные регистры(DD13-DD15) подключены 2 схемы ОЗУ(DD23,DD24) статического типа, объёмом по 32 КБайта каждая. Расположение памяти в физическом адресном пространстве задается  логическими элементами DD16. При обращении к ОЗУ младший или старший банки выбираются сигналами ВНЕ или А0 в соответствии с логикой обращения к памяти процессора.

  Запись осуществляется при подаче сигнала MEMW на ножку WE (27) – DD23,DD24, а чтение - при подаче сигнала MEMR на ножку ОЕ (22) - DD23,DD24.

      Так же к микропроцессору через буферные регистры(DD13-DD15)  подключены  2 микросхемы  ПЗУ(DD25,DD26), объёмом по 8 Кбайт каждая. Расположение памяти в физическом адресном пространстве задается  логическими элементами DD12, DD21 и DD22. Так как при чтении слова программы процессор всегда считывает слово по четному адресу, то для обращения к ПЗУ, в отличии от обращения к ОЗУ, сигналы ВНЕ и А0 не используются. Чтение происходит путём подачи сигнала MEMR(низкого уровня) на ножку OE (22) – DD25,DD26. Запись в ПЗУ не производиться, поэтому ножка PGM подключена на землю.

     Для выбора устройств ввода/вывода, подключённых к ША и ШД, используется дешифратор адреса, собранный на логических элементах DD10, DD12 и DD18. Если на адресных входах A7 – A15 все 0, то на выходе DD12 – 0. В противном случае на выходе DD12 появляется высокий уровень, который переводит выходы DD18 в высокоимпендастное состояние (состояние «выключено»).

     В данном устройстве содержится 16 аналоговых входов. Аналоговые сигналы  через разъём поступают на мультиплексор (DA1), который в зависимости от разрядов адреса A0-A3 выбирает входной канал и посылают его на выход. Сигнал после мультиплексора поступает на усилитель (DA2), который усиливают его для подачи на АЦП (DA3). В исходном состоянии на выходе BUSE АЦП устанвлен сигнал низкого уровня. По команде OUT « » на выходе SEL0 дешифратора устройств ввода — вывода  установится лог. 0, а при приходе сигнала записи в устройстве ввода — вывода IOWR триггер (DD2) переключится и запустит преобразователь. На выходе BUSE установится низкий уровень, что свидетельствует о начале преобразования, при этом триггер (DD2) возвращается в исходное состояние. Готовность преобразования считывается командой IN « », которая устанавливает низкий уровень на SEL1 и на IORD, с вывода  BUSE, поступаещего на шину данных в разряд D7 через элемент DD1. При установлении D7 в нулевое состояние, микропроцессор считывает данные командой IN « » и помещает их в ОЗУ.

     В данном устройстве содержится 4 релейных входа. Релейные сигналы поступает через разъём на преобразователь уровня(DD3) и логические элементы(DD5). По мере поступления информации на вход, с помощью логических элементов (DD5) формируется прерывание, которое поступает на вход внешнего прерывания INTR (18) микропроцессора(DD7) . При появлении прерывания, микропроцессор(DD7) обращается к блоку ввода релейных сигналов, через дешифратор адреса(DD18) выставляет сигнал SEL2, который подается на входы разрешения считывания на буферный регистр(DD6) и производит чтение поступивших данных. Микропроцессор(DD7) выставляет сигнал WR  для записи данных в ОЗУ(DD23,DD24)..

Посредством клавиатуры возможен ввод данных, задание  или изменение режима работы микропроцессора(DD7). Клавиатура содержит 10 кнопок. Командой  IN « » устанавливается SEL3 в низкий логический уровень, который разрешает последовательный опрос состояния клавиатуры. Номер нажатой клавиши заносится в ОЗУ.

      Микропроцессор(DD7) производит вывод результатов обработки информации на точечный дисплей по средствам контроллера  дисплея (KS0108). Микропроцессор(DD7) управляет работой контроллера(KS0108) с помощью системной шины DB7-DB0, сигналов выборки SEL4, а также сигналов RESET, IOWR и IORD.

     Блок  индикации имеет два вывода для  подключения напряжения питания Vdd (+5В) и Vss (“земля”). Вывод U0 предназначен для управления контрастностью.

     RS-232 производит вывод информации  с помощью микросхем – универсального синхро-асинхронного приемопередатчика (DD27), генератора скорости передачи(Bit Rate generator) (DD28), преобразователь сигналов последовательного порта RS- 232 (DD30)и выводится через разъём DIP-6S (XS4). Для передачи используется линия TxD, для приема – RxD. Формат передачи: 1 старт-бит, 8 информационных бит, 1 бит паритета, 1 стоп-бит. Скорость обмена выбирается установкой перемычки между соответствующими контактами.  
 
 
 

3.6. Проверочные расчёты.

3.6.1. Расчёт на потребляемую  мощность.

 

     Проводим  расчёт мощности при условии, что  все элементы включены. Режим работы микропроцессора с ОЗУ и АЦП. Потребляемая мощность включённых микросхем приведена в таблице 3.

     Суммарная потребляемая мощность составляет:

       Р=9,100 Вт

     Таблица 3

3.6.2. Расчёт нагрузочной  способности.

 

     По  схеме электрической принципиальной выбираем наиболее нагруженную цепь. Это буферный регистр ШA – I8282.

     Таблица 4

 

     Определяем  суммарный ток:

      I = 9 мА

3.6.3. Расчёт на задержку  формирования.

 

     Анализ  задержки формирования проводится по критическому пути, определяемому по схеме электрической принципиальной. Выбираем критический путь – запись с АЦП на ШД, в котором задержка будет только лишь на регистре DD9 (DD10).

        Таблица 4

    Суммарная задержка распространения сигнала t