Задача 5. Разработать на основе микросхемы К155ИЕ7 делитель частоты последовательности импульсов, работающий с двоичными кодами

Разработать на основе микросхемы К155ИЕ7 делитель частоты последовательности импульсов, работающий с двоичными кодами, с коэффициентом деления Кдел., заданным таблицей вариантов (табл. 5), построить и нарисовать схему и определить максимальную частоту поступления входных импульсов f max.

Таблица 5

Методика выполнения задания.

1. В соответствии со своим списочным номером выбирают номер варианта, например, для первой по порядку группы и списочного номера 30 по таблице 5 выбирают вариант 30 согласно которому Кдел.=3785, а код двоичный.

2. Определяют необходимую разрядность двоичного счетчика для построения делителя с заданным Кдел.:

где квадратные скобки означают округленное до ближайшего целого десятичного числа.

3. Определяют число корпусов микросхем, необходимых для построения делителя

где m– число разрядов одной микросхемы.

4. Определяют максимальный коэффициент деления счетчика с числом разрядов n

5. Определяют число, которым необходимо дополнить счетчик – делитель для получения заданного коэффициента деления

6. Переводят число М в двоичный код Мдв=000100001111.

7. Рисуют схему двигателя, соединяя последовательно Nмикросхем К155ИЕ7 и подавая на параллельные входы число М. Входы управления С подключают через инвертор к выходу переполнения старшего разряда.

Рис. 4. Делитель частоты последовательности импульсов.

Вопрос 6.

Структура и функционирование микропроцессорной системы. Микроконтроллеры

Микропроцессоры появились, когда уровень интеграции ИС достиг значе­ний, при которых необходимые для программной реализации алгоритмов блоки удалось разместить на одном или нескольких кристаллах. МП — цен­тральный процессорный элемент микропроцессорной системы (микро-ЭВМ), в которую также входят память и устройства ввода/вывода (внешние устройства).

Совокупность БИС/СБИС, пригодных для совместного применения в со­ставе микроЭВМ, называют микропроцессорным комплектом БИС/СБИС (МПК). Понятие МПК задает номенклатуру микросхем с точки зрения возможностей их совместного применения (совместимость по архитектуре, электрическим параметрам, конструктивным признакам и др.). В состав МПК могут входить микросхемы различных серий и схемотехнологических типов при условии их совместимости.

В микропроцессорной системе (МПС) организуется процесс выполнения за­данной программы, и самые разные задачи решаются путем выполнения последовательности команд, свойственных данному МП (входящих в его систему команд). Вычислительные, контрольно-измерительные или управ­ляющие системы, обрабатывающим элементом которых служит МП, отно­сятся к числу МПС.

Практически всегда структура МПС является магистрально-модулъной. В та­кой структуре имеется группа магистралей (шин), к которым подключаются различные модули (блоки), обменивающиеся между собой информацией поочередно, в режиме разделения времени.

Термин "шины" относится к совокупности цепей (линий), число которых определяет разрядность шины.

Типична трехшинная структура МПС с шинами адресов ША, данных ШД и управления ШУ. Наряду с русскими терминами применяются английские АВ (Address Bus), DB (Data Bus) и CB (Control Bus).

Рис. 5. Структура микропроцессорной системы

На рис. 5.[15] показана структура микропроцессорной системы с МП, имею­щим мультиплексируемую шину адресов/данных (например, с МП К1821ВМ85А). Линии A_15-8 являются адресными, через них в систему передается старший байт 16-разрядного адреса. В эту шину включен формирова­тель на постоянно открытом по входу разрешения EN буферном регистре ИР82, обеспечивающем работу шины па нагрузку, образуемую внешними цепями. Собственной нагрузочной способности у выводов МП, как прави­ло, не хватает. Линии AD_7-0 мультиплексируются. Вначале они передают младший байт адреса, признаком чего служит наличие сигнала ALE (Address Latch Enable), загружающего этот байт в регистр ИР82.

После загрузки регистра сигнал ALE снимается, и содержимое регистра ос­тается неизменным вплоть до новой загрузки в следующем цикле работы процессора. Так формируется 16-разрядная шина адреса, содержащая адрес A_15-0. Этот адрес используется блоками постоянной и оперативной памяти ROM и RAM. Адресация портов ввода и вывода данных требует восьмиразрядного адреса, что соответствует возможности работы не более чем с 256 портами каждого из типов. Адрес портов можно снимать с любой половины адресной шины (во взятом для примера МП состояния обеих полушин ад­реса при адресации портов дублируются).

После передачи младшего байта адреса шина AD7-0 отдается для передачи данных. Эти передачи двунаправлены, направление задается буфером дан­ных BD в зависимости от сигнала Т (Transit). При активном состоянии сиг­нала чтения RD (Read) данные передаются справа налево, при пассив­ном — в обратном направлении. К шине данных подключены информаци­онные выводы всех модулей МПС.

Выводы x₁ и x₂ служат для подключения кварцевого резонатора или иных контуров, задающих частоту тактовому генератору, расположенному в МП. Тактирование системы производится на частоте, равной половине частоты резонанса кварца или иного контура, поскольку генератор работает на триггер, с которого снимаются сигналы тактирования модулей МПС, а триггер делит частоту на 2. Вход RESIN является входом асинхронного сброса, приводящим МП в исходное состояния. Сигнал L-активный. Сброс может быть осуществлен замыканием ключа К и автоматически происходит при включении питания U_cc. В этом случае благодаря цепочке RC напряжение на входе RES1N нарастает постепенно, и в течение некоторого времени после включения питания остается низким (ниже порогового), что равно­ценно подаче сигнала RESIN.

Выполняя программу, МП обрабатывает команду за командой. Команда за­дает выполняемую операцию и содержит сведения об участвующих в ней операндах. После приема команды происходит ее расшифровка и выполне­ние, в ходе которого МП получает необходимые данные из памяти или внешних устройств. Ячейки памяти и внешние устройства (порты) имеют номера, называемые адресами, которыми они обозначаются в программе.

По однонаправленной адресной шине МП посылает адреса, определяя объ­ект, с которым будет обмен, по шине данных (двунаправленной) обменива­ется данными с модулями (блоками) системы, по шине управления идет об­мен управляющей информацией.

ПЗУ (ROM) хранит фиксированные программы и данные, оно является энергонезависимым и при выключении питания информацию не теряет.

ОЗУ (RAM) хранит оперативные данные (изменяемые программы, промежу­точные результаты вычислений и др.), является энергозависимым и теряет информацию при выключении питания. Для приведения системы в работо­способное состояние после включения питания ОЗУ следует загрузить необ­ходимой информацией.

Устройства ввода-вывода (УВВ) или внешние устройства (ВУ) - техниче­ские средства для передачи данных извне в МП или память либо из МП или памяти во внешнюю среду. Для подключения ВУ необходимо привести их сигналы, форматы слов, скорость передачи и т. п. к стандартному виду, вос­принимаемому данным МП. Это выполняется специальными блоками, на­зываемыми адаптерами (интерфейсными блоками ввода-вывода). Напом­ним, что интерфейсом называют совокупность аппаратных и программных средств, унифицирующих процессы обмена между модулями системы.

На схеме (рис. 5) модули системы показаны укрупненно. Кроме обозначен­ных блоков, в состав систем входят обычно и более сложные, чем адаптеры, блоки управления внешними устройствами — контроллеры. К их числу отно­сятся, прежде всего, контроллеры прерываний и прямого доступа к памяти. Имеются также контроллеры клавиатуры, дисплея, дисковой памяти и т. д.

Контроллеры прерываний обеспечивают обмен с внешними устройствами в режиме прерывания (временной остановки) выполняемой программы для обслуживания запроса от внешнего устройства.

Контроллеры прямого доступа к памяти обслуживают режим прямой связи между внешними устройствами и памятью без участия МП. При управлении обменом со стороны МП пересылка данных между внешними устройствами и памятью происходит в два этапа — сначала данные принимаются микро­процессором, а затем выдаются им на приемник данных. В режиме прямого доступа к памяти МП отключается от шин системы и передает управление ими контроллеру прямого доступа, а передачи данных осуществляются в один этап — непосредственно от источника к приемнику.

В состав МПС часто входят также программируемые таймеры, формирую­щие различные сигналы (интервалы, последовательности импульсов и т. д.) для проведения операций, связанных со временем.

Микроконтроллеры

Микроконтроллеры (МК) — разновидность микропроцессорных систем (микроЭВМ), ориентированная на реализацию алгоритмов управления тех­ническими устройствами и технологическими процессами. В сравнении с универсальными микроЭВМ микроконтроллеры проще, и уже около 25 лет тому назад оказалось возможным разместить практически всю схемотехнику МК на одном кристалле, что и дало начало их развитию. Вторым названием МК стало название "однокристальная микроЭВМ". Разработка МК означала появление БИС такой функциональной законченности, которая позволяет решать в полном объеме задачи определенного класса.

Что отличает МК от микроЭВМ универсального назначения? Прежде всего, это малый объем памяти и менее разнообразный состав внешних устройств. В состав универсальной микроЭВМ входят модули памяти большого объема и высокого быстродействия, имеется сложная иерархия ЗУ, поскольку многие задачи (автоматизированное проектирование, компьютерная графи­ка, мультимедийные приложения и др.) без этого решить невозможно. Для МК ситуация иная, они реализуют заранее известные несложные алгорит­мы, и для размещения программ им требуются емкости памяти, на несколь­ко порядков меньшие, чем у микроЭВМ широкого назначения. Набор внешних устройств также существенно сужается, а сами они значительно проще. В результате модули микроЭВМ конструктивно самостоятельны, а МК выполняется на одном кристалле, хотя в его составе имеются модули того же функционального назначения.

Первые МК выпущены фирмой Intel в 1976 г. (восьмиразрядный МК 8048). В настоящее время многими поставщиками выпускаются 8-, 16- и 32-разрядные МК с емкостью памяти программ до десятков Кбайт, небольши­ми ОЗУ данных и набором таких интерфейсных и периферийных схем, как параллельные и последовательные порты ввода/вывода, таймеры, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, широтно-импульсные мо­дуляторы и др. Среди выпускаемых МК широко известно семейство вось­миразрядных контроллеров MCS-51/151 /251 и 16-разрядных MCS-96/196/296 (фирмы Intel). Очень многие производители выпускают аналоги этих семейств или совместимые с ними МК. В отечественной номенклатуре это К1816ВЕ51, К1830ВЕ51 (восьмиразрядные МК). В последнее время фирма Intel сосредоточила усилия на разработке сложных микропроцессо­ров для компьютеров и уступила сектор рынка простых МК другим фирмам, в частности, фирме Atmel, которая выпускает популярное семейство МК серии АТ89 с Флэш-памятью программ, являющееся функциональным ана­логом семейства восьмиразрядных МК фирмы Intel.

Небезынтересно, что, несмотря на появление новых 16- и 32-разрядных МК, наибольший успех на рынке остается за 8-разрядными. Сейчас около половины рынка МК (приблизительно 6 млрд. долларов) остается за этими МК, что означает их лидирование с большим отрывом относительно пред­ставителей других семейств.

Примечание. В связи с возможными изменениями учебного графика ведущий преподаватель определяет ежегодно какие задачи выполняются в контрольной работе по МПС, а какие составляют основу курсового проекта.

Поиск по сайту: