Розробка мікропроцесорного пристрою системи автоматичного регулювання - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
Міністерство освіти України
Державний університет
“Львівська політехніка”
Комп’ютерний факультет
Кафедра систем автоматизованого проектування
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до курсової роботи
з дисципліни “Електронні обчислювальні машини
і мікропроцесорні системи”
на тему: Розробка мікропроцесорного пристрою
системи автоматичного регулювання
|Допущено до захисту: |Виконав: |
|Дата: |студентка групи ІСМ-41 |
| |Шаховська Н. Б. |
| |Прийняв: |
| |Теслюк В. М. |
| |Оцінка: |
| |Залікова книжка № 9517007 |
| |Дата: |
Львів
1998
Державний університет
“Львівська політехніка”
КАФЕДРА САП
Дисципліна “Електронні обчислювальні машини і мікропроцесорні системи”
Спеціальність “Інформаційні системи та мережі”
Курс IV Група ІСМ-41 Семестр 7
Завдання
на курсову роботу студента
Шаховської Н. Б.
1. Тема проекту: “Розробка мікропроцесорного пристрою системи
автоматичного регулювання ”
2. Термін здачі проекту: 16.12.1998
3. Вихідні дані для проекту.
Останні цифри залікової книги: mn=07. За формулою
[pic]
визначаємо
k=18 l=8; рівняння – [pic]
k=3 l=1; розрядність АЦП – 8;
k=2 l=1; вхідний сигнал – однополярний невід’ємний;
k=9 l=8; організація обміну з АЦП – через переривання RST 7;
k=7 l=2; вид функціонального вузла – системний контролер з
використанням КР580ВК28.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки:
1) Для заданого рівняння систем в регулювання здійснити йoгo часткову
дискретизацію і отримати відповідне рівняння цифрового фільтра (ЦФ).
Побудувати аналогову схему, яка описується заданим рівнянням.
2) Скласти і детально описати структурну схему МПП з врахуванням
особливостей індивідуального завдання.
3) Скласти схему алгоритму функціонування МПП. Вибрати структуру
представлення даних при заданій розрядності АЦП, який здійснює
дискретизацію і квантування вхідного сигналу.
4) У відповідності з індивідуальним завданням вибрати типи АЦП і ЦАП.
Скласти і описати принципові схеми підключення АЦП і ЦАП до МПП. Нарисувати
часову діаграму роботи АЦП.
5) Скласти на мові асемблеру мікропроцесора КР580ВМ80 програму вводу
інформації через АЦП і виводу через ЦАП.
6) Скласти програму відповідної цифрової обробки інформації. Оцінити
верхню граничну частоту ЦФ.
7) Скласти і детально описати фрагмент принципової схеми реалізації
функціонального вузла, вказаного в індивідуальному завданні.
5. Перелік графічного матеріалу
Принципова схема електрична МПП
6. Дата видачі: 15.9.1998
Календарний план
|№ |Назва етапів курсового проекту |Термін |Примітк|
|п/п| |виконання |и |
| | |етапів проекту | |
|1 |Побудова рівняння цифрового фільтру |16.09 – 18.09 | |
|2 |Побудова схеми реалізації ЦФ |19.09 – 20.09 | |
|3 |Побудова аналогової схеми ЦФ |22.09 – 28.09 | |
|4 |Визначення структури МПС |30.10 – 02.10 | |
|5 |Розробка алгоритму функціонування ЦФ |05.09 – 10.10 | |
|6 |Визначення структури представлення |11.10 – 12.10 | |
| |даних | | |
|7 |Вибів АЦП |13.10 – 16.10 | |
|8 |Побудова схеми підключення АЦП |17.10 – 19.10 | |
|9 |Вибір ЦАП |20.10 – 21.10 | |
|10 |Побудова схеми підключення ЦАП |22.10 – 25.10 | |
|11 |Розробка програми переривань |01.11 – 02.11 | |
|12 |Розробка основної програми |05.11 – 10.11 | |
|13 |Визначення верхньої граничної частоти|13.11 – 15.11 | |
| |ЦФ | | |
|14 |Побудова принципової схеми |20.11 –27.11 | |
| |електричної ЦФ | | |
|15 |Опис принципової схеми СК |27.11 – 30.11 | |
|16 |Написання та оформлення пояснювальної|02.12 – 06.12 | |
| |записки | | |
Анотація
ВИКОНАННя ДАНОї КУРСОВОї РОБОТИ ПРИСВячЕНЕ РОЗРОБЦі МіКРОПРОЦЕСОРНИХ
ПРИСТРОїВ СИСТЕМ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАНя. ЗАГАЛЬНИЙ ОБСяГ РОБОТИ
СТАНОВИТЬ 40 СТОРіНКИ. В ДАНіЙ КУРСОВіЙ РОБОТі є 14 РИСУНКіВ ТА 5 ТАБЛИЦЬ.
ДЛя ВИКОНАННя РОБОТИ ВИКОРИТАНО 9 ЛіТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛ ПЛЮС МЕТОДИчКА ПО
ОФОРМЛЕННЮ КУРСОВОї РОБОТИ. ЗА СВОєЮ СТРУКТУРОЮ ВОНА ДіЛИТЬСя НА 7 чАСТИН,
КОЖНА З яКИХ ВіДПОВіДАє ПЕВНОМУ ЗАВДАННЮ, ЩО ПЕРЕРАХОВАНі ВИЩЕ.
Виконання курсової роботи присвячене для реалізації наступної мети:
1. поглиблення теоретичних знань, технічних і програмних засобів
мікропроцесорних пристроїв;
2. розвиток навиків самостійної розробки загальної структури МПП з
аналогово-цифровим і цифро-анлоговим перетворенням інформації, побудови
принципових схем окремих вузлів принципів, розробки та відлагодження
програмного забезпечення на мові асамблеру мікропроцесора КР580ВМ;
3. набуття навиків роботи з технічною та довідниковою літературою з питань
реалізації ряду вузлів МПП, вибору аналого-цифрового і цифро-аналогово
перетворювачів (АЦП і ЦАП), використання стандартних підпрограм з
прикладного програмного забезпечення МП КР580ВМ80.
ЗМІСТ
СПЕЦИФіКАЦії 6
ВСТУП 7
1. ПОБУДОВА ЦИФРОВОГО ФІЛЬТРА 9
1.1 Побудова аналогової схеми 10
2. Структурна схема МП-пристрою 13
3. Алгоритм функціонування МП-пристрою 15
3.1 Схема алгоритму функціонування МПП як цифрового фільтру, що
визначається заданим рівнянням 15
3.2 Вибір структури представлення даних 18
4. Вибір АЦП і ЦАП 20
4.1 Вибір АЦП 20
4.2 Вибір ЦАП 25
5. Програма вводу інформації через АЦП і виводу через ЦАП 28
6. Програма цифрової обробки інформації. 30
6.1 Оцінка верхньої граничної частоти фільтру 32
7. Опис фрагменту принципової схеми реалізації системного контролера.
33
Висновок 38
Список літератури 39
Додатки 40
специфікації
|АБРЕВіАТУРА |ЗНАчЕННя |
|АЦП |- аналогово-цифровий перетворювач |
|БЕ |- буферний елемент |
|ВІС |- велика інтегральна схема |
|ГТІ |- генератор тактових імпульсів (див. ТГ) |
|ДШВ/В |- дешифратор каналів вводу/виводу |
|ДШП |- дешифратор адрес пам’яті |
|ДОН |- джерело опорної напруги |
|ЗП |- запам’ятовуючий пристрій |
|КН |- компаратор напруги |
|МК |- мікроконтролер |
|МП |- мікропроцесор |
|МПП |- мікропроцесорний пристрій |
|МПС |- мікропроцесорна система |
|ОЗП |- оперативний запам’ятовуючий пристрій |
|ПЗП |- постійний запам’ятовуючий пристрій |
|ПІ |- підсилювач-інвертор |
|ПП |- підпрограма |
|ППІ |- паралельний програмований інтерфейс |
|РКС |- регістр керуючого слова |
|РПН |- регістр послідовних наближень |
|СК |- системний контролер |
|СШ |- системна шина |
|ТГ |- тактовий генератор (див. ГТІ) |
|ША |- шина адрес |
|ШД |- шина даних |
|ШК |- шина керування |
|ШФ |- шифратор |
|ЦАП |- цифро-аналоговий перетворювач |
|ЦП |- центральний процесор |
|ЦФ |- цифровий фільтр |
ВСТУП
ТЕРМіН “МіКРОПРОЦЕСОР”, ЗВИчАЙНО, НЕСЕ ПЕВНУ іНФОРМАЦіЮ ПРО ПРИСТРіЙ,
НАЗВАНИЙ ТАКИМ іМЕНЕМ. ЦЕ ПРИСТРіЙ ДЛя ОБРОБКИ ДАНИХ.
На відміну від стандартного ЦП логічні схеми МП реалізовані на одній
або декілька ВІС, а так як останній також називаються мікросхемами, то стає
зрозумілим походження терміна “мікропроцесор”.
Очевидно, що обробка даних – одна із головних функцій МП, яка включає
як і маніпулювання так і обрахунок даних. Іншою функцією МП є управління
системою. Схеми управління дозволяють декодувати і виконувати програми –
набір команд для обробки даних. Робота мікропроцесора складається з
наступних кроків: спочатку вибирається команда, потім логічна схема її
декодує, після чого здійснюється виконання цієї команди. Також відбувається
обмін інформацією з зовнішніми пристроями, які під’єднані до
мікропроцесора.
Мікропроцесори являють собою цифрові великі інтегральні схеми (ВІС),
призначені для виконання простих операцій, інакше названих командами, що
зчитуються і здійснюються послідовно з великою швидкістю. До числа
внутрішніх схем мікропроцесора відносяться багаторозрядні регістри,
рівнобіжні тракти даних, буфери для підключення зовнішніх пристроїв,
багатофункціональні схеми, логічні схеми синхронізації і керування.
Багатофункціональні схеми придназначені для реалізації простих арифметичних
і логічних дій над двійковими числами, що знаходяться в регістрах
процесора, і пересилок даних як усередині процесора, так і між ним і
зовнішніми пристроями. Схеми синхронізації і керування задають порядок дій
процесора, для виконання функцій синхронізації їм необхідні тактові
імпульси, що постійно поступають.
Розвиток інтегральної технології і схемотехніки цифрових електронних
схем призвів до появи інтегральних мікросхем із великою і дуже великою
ступенями інтеграції (ВІС і ДВІС), що містять на однім кристалі (в однім
корпусі) декілька десятків тисяч, а в останніх розробках сотні тисяч
елементарних транзисторів. На основі таких схем в останні роки вдалося
створити мікропроцесори функціонально закінчені, що управляються збереженою
в пам'яті програмою (здебільшого малорозрядні) пристрої опрацювання
цифрової інформації, виконані у виді однієї або декількох ВІС або ДВІС.
Мікропроцесорні засоби використовуються у виді мікропроцесорних
комплектів інтегральних мікросхем, що мають єдине конструктивно-
технологічне виконання і призначених для спільного застосування.
Мікропроцесорний комплект крім самого мікропроцесора містить мікросхеми, що
підтримують функціонування мікропроцесора і розширюють його логічні
можливості.
Мікроконтролер являє собою логічний автомат з високим ступенем
детермінованості, який допускає небагато варіантів в його системному
включенні.
В пристроях управління об’єктами мікроконтролери розглядаються у
вигляді сукупності апаратно-програмних засобів. При проектуванні
мікроконтролерів треба вирішувати одну з найскладніших задач розробки:
задачу оптимального розподілу функцій між апаратними засобами і програмним
забезпеченням. Рішення такої задачі ускладнюється тим, що взаємоз’язок і
взаємодія між апаратними і програмними засобами динамічно змінюються.
В даний час розповсюджена така методологія, при якій весь цикл розробки
мікроконтролера поділяють на три фази:
1) аналіз задачі і вибір апратних засобів;
2) розробка прикладного програмного забезпечення;
3) комплексування апаратних засобів і програмного забезпечення;
Цифро-аналоговим перетворювачем (ЦАП) називають пристрій, що генерують
вихідну аналогову величину, яка відповідає цифровому коду, що поступає на
вхід перетворювача. Цифро-аналогові перетворювачі використовуються для
узгодження ЕОМ з аналоговими пристроями.
Дана курсова робота присвячена розробці ЦФ по заданому рівнянню. Її
виконання поділено на етапи, кожен з яких висвітлює ту частину реалізації,
яка описується.
1. ПОБУДОВА ЦИФРОВОГО ФІЛЬТРА
КОЖНИЙ НЕПЕРЕРВНИЙ СИГНАЛ, ЩО ПРЕДСТАВЛяєТЬСя ЗМіННОЮ В чАСі НАПРУГОЮ,
ХАРАКТЕРИЗУєТЬСя СВОїМ СПЕКТРОМ чАСТОТ. БУДЬ-яКА чАСТОТА АБО ПОЛОСА чАСТОТ
МОЖЕ БУТИ ПОСИЛЕНА, ПОСЛАБЛЕНА, ВИКЛЮчЕНА АБО ВИДіЛЕНА ФіЛЬТРАЦієЮ.
ФіЛЬТРАЦія – ЦЕ ПРОЦЕС ЗМіНИ СПЕКТРА чАСТОТ СИГНАЛА. ПРИКЛАДОМ ФіЛЬТРАЦії
СИГНАЛіВ МОЖЕ СЛУЖИТИ ВИКЛЮчЕННя ШУМіВ, ВИЗВАНИХ НЕДОСКОНАЛіСТЮ КАНАЛіВ
ПЕРЕДАчі, РОЗДіЛЕННя ДВОХ АБО БіЛЬШЕ СИГНАЛіВ, СПЕЦіАЛЬНО ЗМіШАНИХ ДЛя
ЗБіЛЬШЕННя ПРОПУСКНОї ЗДАТНОСТі КАНАЛА ЗВ’яЗКУ, ДЕМОДУЛяЦія СИГНАЛіВ. БУДЬ-
яКИЙ НЕПЕРЕРВНИЙ СИГНАЛ, СПЕКТР яКОГО ОБМЕЖЕНИЙ ВЕРХНіМИ чАСТОТАМИ, МОЖЕ
БУТИ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ У ВИГЛяДі ПОСЛіДОВНОСТі СВОїХ ЗНАчЕНЬ, ЩО РОЗДіЛЕНі ОДИН
ВіД ОДНОГО ПРОМіЖКАМИ чАСУ [pic].
Цифровий фільтр – пристрій, який дозволяє перетворити дискретизований
сигнал x(t) у інший y(t). Це цифрова схема для зміни частотного спектра
дискретних сигналів. Цифровий фільтр може бути реалізований як апаратурно,
так і програмно. При апаратурній реалізації необхідними схемними елементами
є перемножувачі, суматори і елементи затримки [1].
Задано рівняння автоматичного регулювання вхідного x(t) та вихідного
y(t) сигналів:
[pic] (1.1).
У даному рівнянні x(t) – вхідний сигнал, який є відхиленням від
еталонного сигналу, y(t) – керуючий сигнал, який подається з системи
регулювання на об’єкт керування, [pic] – стала часу, [pic] – частота.
Дискретизація аналогового рівняння полягає в заміні безперервної
величини її дискретними відліками [pic] (1.2) і відповідними перетвореннями
похідних.
Дискретизація першої похідної: [pic] (1.3).
Дискретизація другої похідної: [pic] (1.4).
Звідси випливає: [pic].(1.5).
Спростимо вираз:
[pic](1.6)
Здійснимо заміну:
[pic], [pic], [pic] (1.7).
Тоді:
[pic] (1.8)
при
[pic] (1.9).
Дане рівняння є рекурсивним фільтром, оскільки присутні члени yn-1 та
yn-2.
Звідси, структурна схема реалізації цифрового фільтру зображена на
рис.1.1.
Рис 1.1 Структурна схема реалізації цифрового фільтра;
|
