Содержание 
 

 

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ АВТОМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

КАФЕДРА АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Архитектура ЭВМ»

ТЕМА: Разработка аппаратно-программных модулей системной шины Isa 

Студент   группы (шифр)  

1. Исходные данные к проекту: Вариант №   15

●Выполнить тематический  обзор по материалам научно-технической литературы.

●Спроектировать аппаратный модуль на базе СБИС для системной шины ISA.Программируемый генератор цифровых сигналов

●Разработать программные процедуры инициализации, управления и контроля аппаратным модулем.

2. Пояснительная записка:
3. Введение 2
4. 1 Анализ темы курсовой работы 4
5. 1.1 Анализ существующих устройств и особенностей их проектирования 4
6. 1.2 Системная шина ISA 8
7. 1.2.1 Характеристики системной шины 9
8. 1.2.2 Особенности проектирования модулей системной      шины 18
9. 1.3 Этапы проектирования модуля 21
10. 1.4 Выводы к главе 1 21
11. 2 Разработка схемы модуля 21
12. 2.1 Общие сведения 22
13. 2.2 Разработка обобщённой схемы модуля 23
14. 2.3 Выбор СБИС и описание её структуры 23
15. 2.4 Выбор адресного пространства портов ввода/вывода 27
16. 2.5 Разработка элементов интерфейсной части модуля 27
17. 2.6 Выбор элементной базы и разработка принципиальной схемы 28
18. 2.7 Выводы к главе 2 28
19. 3 Разработка программных модулей 29
20. 3.1 Разработка программного модуля инициализации 29
21. 3.2 Выводы к главе 3 30
22. Заключение 32
23. Приложение А (справочное) Библиографический список 32
24. Приложение Б (Обязательное) Список сокращений 34
25. Приложение В (Обязательное) Листинг программного модуля инициализации 35
26. График выполнения курсовой работы:

1 Теоретическая  часть 25% к _______  3 Программная часть 25% к _______

2 Расчетная часть         25% к _______  4 Графическая часть 25% к _______

Руководитель  работы   _____________/_____________________/ 17.02.2010г.

                           ^{(подпись)        (Ф.И.О. преподавателя)}

Задание принял  _____________/_____________________/ 17.02.2010 г.

                           ^{(подпись)        (Ф.И.О.  студента)}

Введение

     В последнее время широкое распространение  получили дискретные системы управления и дискретные системы передачи информации. В основу работ таких систем положена дискретная (цифровая) обработка информации и дискретные (цифровые) сигналы, которые описываются последовательностями отсчетных значений в дискретном множестве точек.

     Цифровые  сигналы обладают рядом преимуществ  по сравнению с аналоговыми. В отличие от аналоговых, цифровые сигналы передаются не как волны, а в двоичном виде, или в виде битов. Наличие напряжения обозначается как единица, а отсутствие — как нуль. Такое свойство цифрового формата, в котором предусматриваются только два состояния — сигнал есть и сигнала нет, — позволяет получать и воспроизводить звуки в их первозданной чистоте. С цифровыми сигналами это может быть проделано с высокой степенью надежности. Гораздо труднее точно воспроизвести волну, способную принимать самые разные формы, в отличие от бита, который может иметь только два значения — включено и выключено.

     Как аналоговым, так и цифровым сигналам присуща нестабильность при передаче. Оба сигнала с увеличением  дальности распространения ослабевают, затухают и подвергаются воздействию помех. Однако цифровые сигналы поддаются коррекции и восстановлению лучше, чем аналоговые. Когда цифровой сигнал, подвергающийся воздействию помехи, начинает затухать, предназначенное для его усиления устройство на линии связи, «зная», что каждый бит информации — это либо единица, либо нуль, без искажений восстанавливает сигнал. Помеха отбрасывается, а не регенерируется и усиливается, как в случае с аналоговым сигналом.

     Помимо  чистоты передачи аудиосигналов, цифровые сигналы обеспечивают пересылку  данных с меньшим числом ошибок. В аналоговых линиях, где происходит усиление и сигнала помехи, принимающие устройства могут интерпретировать этот сигнал как бит информации. Те, кто используют модемы для обмена данными, часто получают испорченную информацию. В цифровой связи сигнал помехи отбрасывается и поэтому искажения и ошибки при передаче данных наблюдаются реже.

     Данный  курсовой проект посвящен разработке одного из таких модулей – программируемого генератора цифровых сигналов, то есть генератора прямоугольных импульсов. Требуемая максимальная выходная частота согласно заданию – 2МГц, количество выходов – 1.

     Процесс проектирования разбит на ряд этапов. В главе 1 производится анализ темы курсовой работы, рассматриваются существующие аналоги проекируемого модуля и особенности их проектирования, приводится характеристика шины ISA. В главе 2 рассматриваются особенности проектирования модуля, выбор СБИС, адресного пространства, разрабатывается принципиальная схема. В главе 3 описывается разработка программного модуля инициализации устройства. 
 
 

 

1 Анализ темы курсовой работы

      1.1 Анализ существующих устройств и особенностей их проектирования

     Цифровой  сигнал – это сигнал, который  может принимать только одно из двух установленных состояний. В большинстве схем принято, что появление на выходе электрической цепи напряжения в пределах от 2,4В до 5В соответствует появлению единичного сигнала (высокий уровень цифрового сигнала), если же напряжения не превышает 0,5В, то сигнал принимают равным 0 (низкий уровень цифрового сигнала).

     Необходимо  разработать программируемый генератор  цифровых сигналов с 1 выходом, то есть фактически генератор прямоугольных  импульсов.

     Максимальная  частота выходного сигнала – 2МГц. Под программируемостью будем  пониамать возможность задания  параметров сигнала. Полностью задают форму прямоугольного импульса два параметра: частота и скважность. Графически вышеперечисленные величины представлены на рис. 1.1.

Рис. 1.1 – Цифровой сигнал, его характеристики

     

     Такой генератор может применяться:

1. В контрольно-измерительной системе на базе персонального компьютера.
2. Для формирования тактовых сигналов.
3. В составе промышленных установок, в которых требуется формирование различных сигналов.
4. Для работы в составе автоматизированных комплексов поиска подслушивающих устройств (генраторы RS/N и RS/N232).
5. Генератор RV131.03 предназначен для генерации временного интервала и импульсной серии с равной программируемой длительностью, а также для генерации логических сигналов, отмечающих начало и окончание установленной длительности временного интервала и для преобразования в цифровую форму исследуемых процессов.
6. Генерация цифровых телевизионных испытательных сигналов Г-420, TG 2000, DTG-35, Г-230, Г6-35.

     Генератор можно разрабатывать как модуль, имеющий в своём составе буферное ОЗУ, куда записываются коды выборок генерируемого сигнала, задающие, в частности, его частоту и скважность. Затем даётся старт генератора. Существуют также генераторы с двумя режимами запуска:

1. режим разового запуска (остановка генерации после одного периода сигнала);

 

2. режим автоматического  запуска (непрерывная генерация  до её программной остановки.

     Рассмотрим, какие сигналы и данные должны поступать на вход системы. На вход поступают код частоты, код скважности, а также два управляющих бита: разрешение /запрет генерации и разовый/автоматический пуск. Модуль должен выдавать помимо самого цифрового сигнала также сигнал «генерация идёт», необходимый для контроля и индикации.

     Для задания частоты используются два подхода:

     1. Адреса буферного ОЗУ перебираютя  обычным двоичным счётчиком, а  для изменения частоты выходного  сигнала меняется частота, с  которой эти адреса перебираются. В данном случае всегда опрашиваются  все адреса ОЗУ, т.е. количество  выборок на период выходного сигнала не изменяется при изменении частоты, а значит не изменяется и точность воспроизведения формы сигнала. Недостатки такого подхода в том, что схема хорошо работает в низких частотах выходного сигнала и то, что частота сигнала помехи, возникающей из-за квантования уровней выходного сигнала , прямо пропорциональна частоте выходного сигнала, фильтрация такой помехи сложна и требует специальных перестраиваемых фильтров.

     2. Для перебора адресов буферного  ОЗУ используется не счётчик, а накапливающий сумматор (рис. 1.2, рис. 1.3), состоящий из двоичного сумматора и регистра, охваченных обратной связью. При этом с каждым следующим импульсом тактового генератора к выходному коду регистра прибавляется входной управляющий код и полученная сумма снова записывается в регистр. В результате в каждом такте приращение адреса ОЗУ будет определяться входным управляющим кодом накапливающего сумматора, изменяя который мы можем именять скорость прохождения всех адресов ОЗУ, и следовательно, частоту сигнала. Недостаток такого подхода в том, что форма сигнала воспроизводится с разной точностью на разных частотах. Достоинство такого подхода в том, что частота сигнала помехи будет постоянна и отфильтровать такую помеху проще.

Рис. 1.2 - Перебор адресов ОЗУ с помощью накапливающего сумматора 

     Существует  немало принципиально других способов построения разнообразных генераторов импульсов. Рассмотрим построение таких устройств на базе элементарных логических элементов.

     1) Генератор, представленный  на рисунке 1.4 (используются элементы 2И-НЕ с открытым коллектором), вырабатывает импульсы в широком диапазоне частот - от единиц герц до нескольких килогерц. Зависимость частоты f (кГц) от емкости

 

      конденсатора С1 (пФ) выражается приближенной формулой . Скважность импульсного напряжения практически равна 2. При снижении напряжения источника питания на 0,5 В частота генерируемых импульсов уменьшается на 20%.

Рис. 1.4 – Генератор импульсов на микросхеме К155ЛА8

2) Широкое  изменение частоты генерируемых  импульсов (около 50 тысяч раз)  обеспечивает нижеприведённое устройство (рис. 1.5). Минимальная частота импульсов здесь около 25 Гц. Длительность импульсов регулируют резистором R₁. Частоту следования можно определить по формуле:

     

Рис. 1.5 - Генератор импульсов с регулируемой длительностью

3) Длительность импульсов можно регулировать переменным резистором R₂ (скважность изменяется от 1,5 до 3), а частоту - резистором R₁ (см. рис. 1.6). Например, в генераторе с С₁=0,1 мкф при исключении резистора R₂ только резистором R₁ частоту генерируемых импульсов можно изменять от 8 до 125 кГц. Для получения другого диапазона частот необходимо изменить емкость конденсатора С₁.

Рис. 1.6 – Генератор импульсов с регулируемой длительностью

4) При реализации цифровых устройств различного назначения часто необходимо сформировать короткие импульсы по фронтам входного сигнала. В частности, такие импульсы используют для сброса счетчиков в качестве импульсов синхронизации при записи информации в регистры и т. д. При изменении напряжения U_вх от низкого уровня до высокого этот перепад без задержки поступает на вход 13 элемента DD1.4. В то же

 

время на входе 12 элемента DD1.4 напряжение высокого уровня сохраняется, в течение времени распространения сигнала через элементы DD1.1-DD1.3 (около 75 нc). В результате в течение этого времени на выходе устройства сохраняется напряжение низкого уровня. Затем на входе 12 устанавливается напряжение низкого уровня, а на выходе устройства - высокого. Таким образом, формируется короткий отрицательный импульс, фронт которого совпадает с фронтом входного напряжения. Чтобы такое устройство использовать для формирования отрицательного импульса по срезу входного сигнала, его надо дополнить еще одним инвертором. Схема и временные диаграммы работы такого устройства представлены на рис. 1.7.