Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Микропроцессор - файл 1.doc


Микропроцессор
скачать (108 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc108kb.04.12.2011 21:08скачать

Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Министерство образования и науки Украины

Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина

Радиофизический факультет

Доклад на семинаре

«Современная радиоэлектроника»

Микропроцессор

студента группы РЕ-21

Петрушенкова В.И.

Руководитель:

доц. Думин А.Н.

Харьков-2008

Abstract

Within the framework present course project is developed microprocessor system with the assigned characteristics. This development sets acquaintance with the principles of the construction of microprocessor systems, means of connection with the peripheral devices as its goal.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4

1. Разработка структуры микропроцессорной системы 6

2. Выбор микропроцессора 8

3. Разработка функциональной схемы центрального процессора 10

4. Разработка функциональной схемы модуля памяти 11

5. Разработка функциональной схемы модуля интерфейса пользователя 12

6. Разработка функциональной схемы модуля интерфейса связи 13

7. Разработка функциональной схемы модуля связи с объектом 15

8. Разработка функциональной схемы модуля контроллера ПДП 16

9. Разработка функциональной схемы модуля контроллера прерываний 17

Заключение 19

Список литературы 20

Приложение. Перечень принятых сокращений 21

Введение
Микропроцессоры и микропроцессорные системы являются в настоящее время наиболее массовыми средствами вычислительной техники.

Появление микропроцессорных БИС позволило из-за их дешевизны, малых габаритов, массы, мощности потребления и свойства программируемости функций решить проблему разработки малого числа БИС для большого числа применений, внедрить вычислительную технику в те области, в которых ранее она не использовалась.

Для обработки аналоговых и цифровых сигналов разработана большая номенклатура микросхем, среди которых можно отметить генераторы, усилители, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, модуляторы, компараторы, переключатели тока и напряжения, элементы выборки и хранения, фильтры, центральные процессорные элементы, устройства управления вводом-выводом, программируемые последовательные и параллельные интерфейсы, котроллеры прямого доступа к памяти, магистральные приемопередатчики, блоки микропрограммного управления, приоритетного прерывания, запоминающие устройства, многофункциональные синхронизирующие устройства, программируемые таймеры и т. д. Большинство перечисленных схем и устройств являются функциональными составными частями микропроцессорных комплектов, в значительной степени определяя архитектуру микро-ЭВМ. Однако практически любая микро-ЭВМ кроме основных функциональных БИС содержит и значительное число микросхем средней и малой степени интеграции.

В рамках настоящего курсового проекта разработана микропроцессорная система с заданными характеристиками.

Данная разработка ставит своей целью ознакомление с принципами построения микропроцессорных систем, средств связи с внешними устройствами.

Построение системы на одном из простых микропроцессорных комплектов позволит в дальнейшем проектировать более современные и быстродействующие устройства.

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 последнее время наибольшее распространение получил принцип модульной организации вычислительных систем. Среди способов организации связи элементов внутри модулей и между модулями в системе можно выделить два: с помощью произвольных связей, реализующих принцип “каждый с каждым”, и с помощью упорядоченных связей ( магистральный ), позволяющий минимизировать число связей.

Наиболее распространенной является схема микро-ЭВМ, имеющая две или три общие магистрали, к которым под воздействием устройства управления могут поочередно подключаться входящие в микропроцессор узлы. Такая структура требует ограниченного числа внешних контактов, но обмен информацией между узлами и блоками должен осуществляться в определенной последовательности.

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).

Для построения остальных блоков микро-ЭВМ используются специализированные БИС или ИС средней степени интеграции. Основные типы ИС, применяемых в микро-ЭВМ, могут быть отнесены к одной из четырех групп: базовый микропроцессорный комплект (МПК) ИС; ИС запоминающих устройств; ИС устройств ввода-вывода информации в микропроцессор; ИС для связи микро-ЭВМ с объектами управления.

В соответствии с разработкой специализированных ИС для различных блоков микро-ЭВМ структурная схема ее может быть представлена как совокупность функциональных блоков (рис. 1), 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.



Дисплей Клавиатура





ЦП ЗУ МИП


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

Системная

шина
МИС МКН МСО
Рис. 1. Обобщенная структура микропроцессорной системы.

(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. 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 МПК серии КР580.

Микропроцессорный комплект серии КР580 является одним из распространенных комплектов БИС, позволяющий создавать эффективные вычислительные устройства, ориентированные на реализацию вычислительных задач и устройств управления. Основу комплекта составляет однокристальный МП КР580ВМ80. Кроме МП в состав серии КР580 входит большое число БИС, позволяющих относительно просто подключать к МП различные устройства, организовывать быстрый обмен информацией между блоками ЭВМ. Изучение особенностей построения микро-ЭВМ на МПК серии КР580 позволит легко освоиться с работой других аналогичных МПК.

Микропроцессорный комплект КР580 включает в себя микросхемы:

  1. Микропроцессорная БИС. 2. Программируемое устройство ввода-вывода параллельной информации различного формата КР580ВВ55.

3. Программируемый блок приоритетного прерывания КР580ВН59.

  1. Программируемое устройство прямого доступа к памяти КР580ВТ57.

5. Интегральный таймер КР580ВИ53. 6. Универсальный синхронно-асинхронный программируемый приемопередатчик КР580ВВ51. 7. Программируемый контроллер клавиатуры КР580ВВ79. 8. Системный контроллер КР580ВН28.

Схемы выполнены по n-МОП технологии, входные и выходные сигналы соответствуют уровням работы ТТЛ-схем. Микро-ЭВМ, построенная на базе комплекта, работает с тактовой частотой до 2 МГц. Схемы программируются с помощью фиксированного набора команд МП БИС КР580ВМ80.

Микропроцессорная БИС КР580ВМ80 представляет собой однокристальный 8-разрядный МП с двумя магистралями: однонаправленной 16-разрядной адресной магистралью (МА), двунаправленной 8-разрядной магистралью данных (МД), и 12 сигналами управления ( шесть входных и шесть выходных ). МП применяется в качестве центрального процессора в устройствах обработки данных и управления. Канал адреса обеспечивает прямую адресацию внешней памяти объемом до 65535 байт, 256 устройств ввода и 256 устройств вывода.

Микропроцессорная БИС рассчитана на 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 ).

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. 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 (рис. 2).




ГТИ МП



БС СК


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

Системная магистраль
Рис. 2. Функциональная схема центрального процессора.

(ГТИ - генератор тактовых импульсов, МП - микропроцессор, БС - буферные схемы, СК - системный контроллер).

4. Разработка функциональной схемы модуля памяти

Согласно заданию необходимо разработать модуль памяти со следующими характеристиками:

объем ПЗУ - 48К, адреса 0000h-BFFFh,

объем ОЗУ - 8К. адреса C000h-DFFFh.

Все адресное пространство микропроцессора К580ВМ80 (64 килобайта) можно разбить на 8 сегментов по 8 килобайт каждый (табл. 1).

Таблица 1

Адресное пространство микропроцессора

E000h-FFFFh

Не используется




C000h-DFFFh

ОЗУ1

8 килобайт

A000h-BFFFh

ПЗУ6



8000h-9FFFh

ПЗУ5




6000h-7FFFh

ПЗУ4




4000h-5FFFh

ПЗУ3

48 килобайт

2000h-3FFFh

ПЗУ2




0000h-1FFFh

ПЗУ1





Первые шесть сегментов будут занимать микросхемы ПЗУ, следующий один - микросхема ОЗУ.

Так как объем отдельных микросхем, составляющих модуль ЗУ, меньше объема всего модуля, то в схеме необходим дешифратор адреса, который дешифрирует старшие разряды шины адреса, и осуществляет выбор конкретной МС модуля.

Микросхемы модуля ЗУ создают большую нагрузку на системную магистраль микро-ЭВМ, поэтому в схеме необходимы буферные элементы.

Таким образом, получаем функциональную схему модуля памяти.

(рис. 3).







ПЗУ ОЗУ




ДА




БД БА




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

Системная магистраль
Рис. 3. Функциональная схема модуля памяти

(БД - буфер магистрали данных, БА - буфер магистрали адреса, ДА - дешифратор адреса).
5. Разработка функциональной схемы модуля интерфейса пользователя
Согласно варианту задания необходимо разработать модуль интерфейса пользователя со следующими характеристиками:

количество клавиш в клавиатуре - 24;

количество знакомест дисплея - 4.

Модуль интерфейса пользователя должен обеспечивать ввод информации с клавиатуры и вывод информации на дисплей . Выполнение этих функций должно взять на себя программируемое интерфейсное устройство ( ПИУ ). Микросхема должна состоять из двух функционально автономных частей: клавиатурной и 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, клавиатурой и дисплеем потребуются соответствующие буферные схемы.

Таким образом получаем функциональную схему (рис. 4):




Клавиатура




К БК

ПИУ Дисплей

БД

Д






БДх ДА БУ




Системная шина

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

Рис. 4.

(ПИУ - программируемое интерфейсное устройство; К - клавиатурная часть ПИУ; Д - дисплейная часть ПИУ; БК - буфер клавиатуры; БД - буфер дисплея; БДх - буфер шины данных; ДА - дешифратор адреса; БУ - буфер шины управления).
6. Разработка функциональной схемы модуля интерфейса связи
Обмен информацией с внешними устройствами, удаленными от персональной ЭВМ на единицы и десятки метров, осуществляется с применением интерфейса локальных сетей , типичным представителем которого является дуплексный последовательный канал RS-232.

В соответствии с RS-232 каждый абонент в общем случае содержит передатчик и приемник.

Информация передается последовательно со скоростью от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч бод.

В большинстве применений информационная часть состоит из 9 бит, 9-й бит - бит паритета. Слова разделены старт-битами (1) и двумя стоп-битами (0). Каждый из двух абонентов одновременно и асинхронно может передавать и принимать последовательную информацию от другого абонента, обеспечивая дуплексный режим работы RS-232.

В качестве устройства, реализующего последовательный обмен информацией, можно выбрать универсальный синхро-асинхронный приемо-передатчик (УСАПП).

Информация по линии передается последовательными импульсами, поэтому в схеме модуля интерфейса связи потребуются устройства для приема и выдачи данных на линию связи, которые также нужны для согласования уровней RS-232 и ТТЛ-схем.

В виду малой нагрузочной способности шины данных и управления необходимы буферные схемы.

Для определения обращения микропроцессора к модулю интерфейса потребуется дешифратор адреса.

Для синхронизации приема и передачи данных в схеме нужен генератор, который обеспечивал бы необходимую частоту приема и передачи.

Таким образом получаем функциональную схему модуля (рис. 5):



ВхУ УСАПП ВыхУ


Г



БД ДА




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

Системная магистраль
Рис. 5.

(УСАПП - универсальный синхро-асинхронный приемопередатчик; ВхУ - входное устройство; ВыхУ - выходное устройство; БД - буфер данных; ДА - дешифратор адреса; Г - генератор синхросигналов).
7. Разработка функциональной схемы модуля связи с объектом
Согласно заданию необходимо разработать модуль, обеспечивающий выдачу аналогового сигнала в виде одиночного сигнала синусоидальной формы периодом 1 мс.

Основным элементом модуля связи с объектом является цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразовывает цифровые коды, поступающий с шины данных микропроцессорной системы в аналоговый сигнал.

Для согласования по нагрузке модуля с шиной данных необходим регистр, который выполняет функцию управляемого буфера.

Модуль связи с объектом работает в режиме прямого доступа к памяти. Для генерации запросов ПДП, поступающих затем в модуль контроллера ПДП, необходим генератор.

Для управления буферной схемой , а также генератором запросов ПДП необходим дешифратор управляющих сигналов -DACK, -AEN, -IOW.

Аналоговый сигнал на выходе ЦАП изменяется ступенчато вследствие дискретной обработки данных в МП-системе. Это вызывает появление гармоник в аналоговом сигнале. Для сглаживания ступенек, т.е. подавления высокочастотных гармоник, в схеме необходим фильтр низкой частоты. Частота среза фильтра определяется низкочастотной составляющей спектра выводов данных на входе ЦАП. Для усиления аналогового сигнала на выходе модуля также понадобится усилитель.

Таким образом получаем функциональную схему модуля (рис. 6)




БР ЦАП Ф У

Аналоговый

выход
===========================================
Рис. 6. Системная магистраль


  1. Разработка функциональной схемы контроллера ПДП


Канал прямого доступа в память обычно используется для подключения к МП быстродействующих УВВ. Обмен данными через канал ПДП обеспечивает максимальную скорость ввода и вывода информации.

Работа канала ПДП основывается на непосредственной передаче данных между памятью и УВВ без участия МП. Такой обмен осуществляется при откладывании выполнения основной программы на время обращения УВВ к памяти. Поскольку память отключена от МП и подключена к УВВ только на время чтения из ЗУ или записи в ЗУ, можно говорить , что обмен происходит в режиме захвата цикла памяти.

Передача данных с помощью канала ПДП по сравнению с использованием системы прерываний не дает потерь времени на вход в прерывающую программу и выход из нее, на сохранение, а затем и на восстановление ПС и регистров МП. Это достигается за счет существенного усложнения интерфейса канала ПДП, который должен выполнять следующие функции: адресацию к нужной ячейке памяти; синхронизацию работы памяти и УВВ на время обмена; назначение приоритетов, а при необходимости и очереди.

Обычно передача данных в режиме ПДП имеет приоритет перед другими видами обмена.

В структуру контроллера ПДП (рис. 7) будут входить сама МС контроллера, буферные схемы и дешифратор адреса и управляющих сигналов, с помощью которого осуществляется выбор контроллера.



Контроллер ПДП






ДАУС БС



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

Системная магистраль

Рис. 7. Функциональная схема контроллера ПДП.

(ДАУС - дешифратор адреса и управляющих сигналов; БС - буферные схемы).
9. Разработка функциональной схемы модуля контроллера прерываний
Модуль контроллера прерываний предназначен для обмена данными между микропроцессором и внешними устройствами в режиме прерываний.

Основным функциональным блоком модуля является программируемый контроллер прерываний. Он позволяет сократить средства программного обеспечения и реальные затраты времени при выполнении прерываний в системах с приоритетами многих уровней. Алгоритм задания приоритета должен устанавливаться программно. Приоритеты, закрепленные за ВУ могут быть изменены в процессе выполнения программ.

.Для определения обращения к модулю контроллера прерываний необходимо использовать дешифратор адреса.

Для согласования по нагрузке шины данных контроллера в схеме необходим буфер шины данных.

Таким образом получаем функциональную схему модуля (рис. 8):
Запросы от ВУ

КПР



БД ДА



Системная магистраль

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

Рис. 8.

(КПР - программируемый контроллер прерываний, БД - буфер шины данных,

ДА - дешифратор адреса).
Система прерываний в значительной степени определяет качество микро-ЭВМ, в которой предусматривается взаимодействие МП с УВВ в реальном масштабе времени.

Заключение
В рамках данного курсового проекта была разработана микропроцессорная система на базе микропроцессора К580ВМ80, включающая следующие модули:

  • модуль центрального процессора,

  • модуль памяти,

  • модуль интерфейса пользователя,

  • модуль интерфейса связи,

  • модуль связи с объектом,

  • модуль контроллера ПДП,

  • модуль контроллера прерываний.

Разработанная система может использоваться в вычислительных системах, в которых не требуется высокого быстродействия, а также в системах обработки цифровых и аналоговых сигналов.

Разработка микропроцессорной системы позволила ознакомиться с принципами построения микро-ЭВМ, особенностями архитектуры отдельных микропроцессорных БИС, а также реализацией программного обеспечения.

Список литературы


  1. В.А. Шахнова. Справочник “Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем”,. –М: “ Радио и связь”, 1988г.

  2. Микропроцессоры, архитектура и проектирование микро-ЭВМ. Организация вычислительных процессов”, - М: Высшая школа, 1986г.

  3. Л.Н. Преснухина Микропроцессоры. Средства сопряжения. Контролирующие и информационно-управляющие системы”. - М: Высшая школа, 1986г.

  4. Л.Н. Преснухина “Микропроцессоры”. Учеб. для ВТУЗов. -М: Высшая школа, 1986г.

  5. Cправочник: “Микропроцессоры и микро-ЭВМ в системах автоматического управления”. - Л: Машиностроение, 1987г.

Приложение. Перечень принятых сокращений
БА - буфер адреса

БД - буфер данных

БИС - большая интегральная схема

ВС - вычислительная система

ГТИ - генератор тактовых импульсов

ЗУ - запоминающее устройство

ИС - интегральная схема

МС - микросхема

МА - магистраль адреса

МД - магистраль данных

МУ - магистраль управления

МП - микропроцессор

МПК - микропроцессорный комплект

МПС - микропроцессорная система

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство

ПДП - прямой доступ в память

ПИУ - программируемое интерфейсное устройство

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство

ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь

ЦП - центральный процессор

УВВ - устройство ввода-вывода

УСАПП - универсальный синхро-асинхронный приемопередатчик

ЭВМ - электронная вычислительная машина




Скачать файл (108 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru