Проектування пристрої збору даних

Інформатика, програмування

МІНІСТЕРСТВО ЗВ'ЯЗКУ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Московського технічного університету зв'язку

І ІНФОРМАТИКИ

К У Р С О В А Р О Б О Т А

по темі

"Проектування пристрої збору даних"

Студент гр. А19301

Рибалко С.О.

1 Вступ:

Галузь зв'язку є однією з найбільш перспективних галузейнародного господарства з точки зору можливостей застосування засобів цифровогоі мікропроцесорної техніки. До числа областей можливого застосуваннямікропроцесорів (МП) на підприємствах, установах і в системах зв'язкупоряд з такими визнаними напрямки, як управління системамикомутації каналів і повідомлень, автоматизація проектування, відносяться:створення автоматизованих систем керування технологічними процесами іінформаційно-вимірювальних систем, які забезпечують автоматизацію вимірювань,контролю справності апаратури і ліній, управління, а також розширеннясервісних послуг, що надаються абонентам, можливостей кінцевихпристроїв системи зв'язку та багато іншого.
Інформаційно-вимірювальні та керуючі цифрові й мікропроцесорнісистеми призначені для вимірювання, збору, обробки, зберігання тавідображення інформації з реальних об'єктів, а також для керування ними. Якправило, мікропроцесорні системи (МПС) містять МП або мікро-ЕОМ ізасоби вимірювання та первинного перетворення інформації (датчики), збору
(комутації) сигналів датчиків, їх первинної обробки, передачі даних навідстань, виконавчі органи, засоби відображення (дисплеї,графобудівники, електричні друкувальні пристрої та ін.)

Отже, при проведенні вимірювань параметрів каналів зв'язку, або при прийомітелеметричної інформації в ЕОМ часто виникає необхідністьзабезпечити збір даних. Слід наприклад, послідовно опитуючианалогові канали, перетворювати аналогові вимірювальні аботелеметричні сигнали, що надходять по них, у цифрову форму і розміщати їхв ОП (ОЗУ) з метою подальшої їх обробки і відображення.

2 З А Д А Н І Е

Спроектувати пристрій збору даних (УСД). Є F аналоговихканалів. Необхідно послідовно опитуючи їх одержувані з каналіваналогові величини за допомогою АЦП перетворювати в цифрову форму (удвійкові слова стандартної довжини 1 байт - 8 біт) і поміщати впослідовні комірки деякої області основної пам'яті (ОП), починаючи зосередку, що має адресу G.

Цифрова процесорна система, фрагментом якої єпроектована УСД, у своєму складі має ОЗП ємністю з форматомадресного слова 2 байти - 16 біт.

Синхронізація роботи процесорного пристрою здійснюється відгенератора тактових імпульсів (ГТВ). Частота синхроімпульсів f = 500 кГц.

Потрібно:
1) Виходячи із завдання опрацювати питання організації ОЗП цифрової системи;

2) Реалізувати УСД у двох варіантах: а) у вигляді процесорного пристрою, побудованого на принципах схемноюлогіки, з доведенням його до рівня функціонально-логічної схеми; б) у вигляді мікропроцесорного пристрою, побудованого на основімікропроцесора КР580ВМ80. При реалізації УСД на базі мікропроцесораслід поточний номер (адреса) аналогового каналу зберігати в регістрі r.
Мікропроцесорне пристрій необхідно довести до рівня структурноїсхеми, скласти програму його функціонування на мові Асемблера,скласти таблицю розміщення програми в ОП, починаючи з клітинки з адресою (,а також скласти програму в кодових комбінаціях (на машинному мовою);
3) У варіанті реалізації УСД на базі мікропроцесора програму циклу зборуданих з F аналогових каналів оформити як переривають програму впропозиції, що до складу Державної адміністрації залізничного транспорту входить контролер переривань КР580ВН69.

4) Оцінити швидкодію УСД в обох варіантах реалізації.

Індивідуальне завдання:

Нехай F =; G =; = 20488, r = E; (=.

3 О Р Г А Н І З А Ц І Я О З У

ОЗУ з необхідною ємністю 20488 може бути побудоване на базінапівпровідникових мікросхем ОЗУ, що випускаються промисловістю, різнимиспособами.

Вибір мікросхем для реалізації ОЗУ може здійснюється виходячи з різнихкритеріїв:
- мінімізації числа корпусів (апаратних витрат);
- мінімізації споживаної потужності;
- підвищення швидкодії МПС;
- узгодження напруг живлення основних функціональних модулів МПС іін
Виходячи з мінімізації апаратних витрат виберемо для реалізації ОЗУ УСДмікросхему КР565РУ2А. Вона містить 1к осередків з розрядністю 1 біт. Дляпобудови ОЗП з ємністю 20488 потрібно 16 таких мікросхем,організованих у 2 лінійки (сторінки), кожна з яких містить по 8мікросхем (за числом біт у комірці пам'яті). Звернення до комірки, розташованоїв тій або іншій лінійці, забезпечується за допомогою керуючого сигналу ВК --вибір кристала. Для простоти приймемо, що мікросхема в будь-якій реалізаціїмає всього один вхід ВК (по ГОСТ - CS). Тоді при ВК = 1 звернення докристалу (мікросхемі) в цій лінійці ОЗП буде заблоковано. При ВК = 0звернення дозволяється. Для адресації двох лінійок потрібно адреса з одногобіта (0,1). Так як число лінійок в ОЗУ не більше двох, то дешифратор НЕпотрібно. Бити адрес лінійок розміщуються в старших розрядах заданогоадресного слова.

Шестнадцатіразрядное адресний слово дозволяє адресувати максимально
216 = 65536 = 64К комірок пам'яті. Зазвичай ці адреси розподіляються між ОЗУ, ПЗУі УВВ, що входять до складу цифрової системи. Якщо задана кількість осередків ОЗУменше, то для їх адресації може знадобитися адресний слово з меншимчислом розрядів. У цьому випадку для адресації комірок ОЗУ задіюються не всірозряди адресного слова заданої довжини (2 байти). Будемо вважати що в такомуваріанті старші розряди залишаються не задіяними, тому їх вмістможе бути довільним, бо воно ігнорується дешифратор адреси ОЗП.
Однак при фіксованій розрядності адресного регістра з методичнихміркувань при програмуванні процесорного пристрою доцільнозавантажувати нулі в незадіяні розряди адресного слова.
Режим звернення до ОП визначається значенням керуючого сигналу
ЧИТАННЯ/ЗАПИС (ЧТ/ЗП) (по ГОСТ - RD/WR). При ЧТ/ЗП = 1 забезпечується режимчитання інформації з ОП, при ЧТ/ЗП = 0 - режим записи в ОП.

Спираючись на вище сказане побудуємо схему ОЗУ з ємністю 2к х 8
(рис.1).

Організація ОЗУ

Ємність ОЗП: 2к х 8 = 2048 х 8. Потрібна організація двох лінійок завісім мікросхем КР565РУ2А.

4 РЕАЛІЗАЦІЯ УСД НА ПРИНЦИПАХ Схемні ЛОГІКИ

1 Загальна структурна схема УСД

Як і всяке процесорний пристрій, УСД складається з двох основнихвузлів: операційного вузла (ОУ) і вузла керування (УУ), який представляєсобою мікропрограмних автомат (рис.2.). ОУ - це пристрій, в якомубезпосередньо виконуються операції, реалізовані процесором. Цей вузолперетворює коди (операнди), що надходять на входи Р в ті чи іншідетерміновані моменти часу, у вихідний код (результат), що знімається звиходів С. У нашому прикладі на входи ОУ надходять дані з виходу АЦП,представлені у вигляді паралельного двійкового коду, а перетворення,здійснюване в ОУ УСД, полягає в прийомі цих даних з того чи іншогоаналогового каналу та пересилання їх в необхідні комірки оперативної пам'яті. ОУможе включати в себе такі елементи, як регістри або інші модулі ЗУ,лічильники, суматори, мультиплексори, дешифратори та ін, з'єднані міжсобою каналами зв'язку (зазвичай фізичними лініями), за якими двійковаінформація передається, як правило, в паралельній формі.

УУ в певній послідовності формує керуючі сигнали
У1, У2, ... і з їх допомогою координує роботу елементів схеми ОУ,забезпечуючи в ОУ необхідну обробку інформації. Під дією кожного зцих сигналів в елементах ОУ здійснюються деякі елементарні дії,звані мікрооперацій. До числа таких дій відносяться: зчитуваннявмісту якого-небудь регістра, зсув вмісту регістра на одинрозряд вліво або вправо, запис в регістр результату підсумовуванняоперандів, встановлення регістра або лічильника на потрібне початковий стан,рахунок, тобто прибуток або віднімання одиниці до вмісту лічильника ітощо
У кожен тактовий період синхроімпульсів в ОУ може виконуватися один абодекілька незалежних один від одного мікрооперацій в різних елементахсхеми. Набір мікрооперацій, що виконується в ОУ одночасно (в одному такті),називається мікрокоманд (МК). Серед сигналів У можуть бути і такі, які

вх. (Вих.код код (

(в ОП)

(з АЦП) (обл.G

керують роботою пристроїв, що знаходяться поза процесора (зовнішніх пристроїв - ВУ). До числа таких пристроїв належать пристрої введення/виводу інформації
(УВВ), модулі пам'яті (ОЗУ, ПЗУ), АЦП, ЦАП та ін
УУ працює під дією команд - двійкових кодів, що подаються на входи
Z1, Z2, ... . На входи Х1, Х2, ... УУ осведомітельние надходять сигнали, інакшезвані умовами або ознаками, які формуються в ОУ і впливають нанаступні значення керуючих сигналів У, визначаючи тим самимнаступні етапи перетворення операндів в залежності від результатів,отриманих в ОУ при виконанні попередньої мікрокоманд.

2 Структурна схема ОУ

В даний час відсутні скільки-небудь загальні формальні методисинтезу операційних пристроїв. З цієї причини складання структурноїсхеми проводиться на основі аналізу завдання і вимагає від розробниканаявності відповідних навичок і досвіду.
Оцінимо склад устаткування ОУ, що забезпечує виконання сформульованихв завданні функцій УСД.

Зовнішніми по відношенню до ОУ є наступні елементи:
(АЦП - аналого-цифровий перетворювач, що здійснює перетворенняаналогової величини (наприклад напруги аналогового сигналу), що дієна його вході на даному відрізку часу, в восьмизарядний двійковий код навиході. У момент завершення акту перетворення АЦП виробляє сигнал
ОК = 1 на відповідному виході. Запуск АЦП проводиться шляхом подачісигналу запуску на відповідний вхід;
(комутатор каналів - аналоговий мультиплексор-селектор, який вЗалежно від значення чотирирозрядний двійкового адресного слова,що надходить на його адресні входи, підключає до єдиного виходу тойабо інший з тринадцяти аналогових сигналів;
(оперативна пам'ять (ОП) - напівпровідниковий ОЗП ємністю 2к х 8,що має наведені вище організацію.

До елементів, що входять до складу ОУ УСД, відносяться:
(лічильник СТ21 адреси комірок ОП - 16-розрядний (відповідно до заданоїрозрядністю адресного слова);
(лічильник СТ22 адреси аналогових каналів - чотирирозрядний (F = 14 каналівмають номери (адреса) від 0000 до 1101. Всього тринадцять адрес);
(тригер Тфл - прапор АЦП, призначений для фіксування сигналу ОК
(асинхронний RS-тригер з інверсними входами ТТЛ. Тфл необхідний длявироблення сигналу Х1 протягом усього періоду Т в тому випадку, коли сигнал
ОК АЦП імпульсний, тобто його тривалість (Т).

Структурна схема ОУ, що включає зовнішні елементипроцесорного пристрою, представлена на рис.3. На схемі

070116

Рис.3

стрілками показані керуючі сигнали У, що надходять з УУ, і сигнали -X умови, що виробляються ОУ і надходять в УУ.

3 Словесний опис циклу збору даних

y1. Цикл збору даних починається з того, що в лічильник СТ21 виробляєтьсязапис першого осередку області пам'яті ОП, відведеної для зберігання даних.
Очевидно, що в якості СТ21 зручно використовувати такий лічильник, в якомупередбачена можливість запису інформації, як у паралельний регістр.
Тоді, подавши на одні входи тригерів логічний нуль (потенціал землі абокорпусу), а на інші - логічну одиницю (напруга джерела живлення),можна забезпечити запис необхідного адреси в лічильник в одному такті. y2. лічильник СТ22 скидається в 0. Тим самим у ньому формується адресаперший аналогового каналу, що має нульовий номер. y3. Проводиться скид в 0 тригера Тфл (гасіння прапора). y4. Адреса аналогового каналу з СТ22 видається на адресні входикомутатора. Коммутатор підключає канал № 0 до входу АЦП. y5. Проводиться запуск АЦП і в ньому починається процес аналого -цифрового перетворення. y6. Перевіряється вміст тригера Тфл. По закінченню актаперетворення АЦП виробляє сигнал ОК, що встановлює Тфл в стан
1. Поки (Тфл) = 0, пристрій перебуває в режимі очікування закінчення актаперетворення в АЦП. Як тільки Тфл встановлюється в 1, здійснюєтьсязапис даних з виходу АЦП в потрібну комірку пам'яті (ОП). y7. У СТ22 готується адреса наступної комірки ОП шляхом додаванняодиниці до вмісту лічильника (до адресою попередньої комірки). y8. У СТ22 формується адреса наступного аналогового каналу (№ 1)шляхом додавання одиниці до вмісту лічильника. y9. Перевіряється вміст лічильника СТ22. Якщо (СТ22) = 0, тооперації 3 (8 повторюються. В іншому випадку відбувається завершення циклузбору даних (вихід з циклу), так як всі канали опиняються опитано.

4 Синтез керуючого пристрою (УУ)

1 Етап абстрактного синтезу

Цей етап також вимагає від розробника певних навичок і досвіду. Наетапі абстрактного синтезу здійснюється перехід від словесного описупринципу функціонування автомата формалізованому поданням у виглядіграфа або таблиць.

На підставі словесного опису складемо у відповідному порядкусписок мікрооперацій, необхідних для управління ОУ (див. Рис.2):

У1 - дозвіл запису початкового адреси 01AE16 в СТ21, (СТ21 (
01AE16);

У2 - установка в 0 СТ22 (скидання), (СТ22 (0);

У3 - скидання Тфл, (Тфл (0);
У4 - дозвіл передачі адреси аналогового каналу на комутатор [комм (
(СТ22 )];

У5 - запуск АЦП, (зх. АЦП);

У6 - дозвіл запису даних з АЦП в ОП, [ОП (АЦП];

У7 - збільшення на 1 (СТ21) - приріст лічильника, [інкрімент СТ21 (
(СТ21) +1];

У8 - збільшення на 1 (СТ22) - приріст лічильника, [інкрімент СТ22 (
(СТ22) 1].

У процесі виконання циклу збору даних а ОУ УСД виробляютьсяосведомітельние сигнали: сигнал Х1 = 1 - сигнал ОК і сигнал Х2 = 1 - завершенняциклу збору даних. Сигнал Х2 виробляється в тому випадку, коли в СТ22міститься адреса 0000, [Х2 = 1, якщо (СТ22) = 0], що виникає в ньому після адреси
1010 останнього, одинадцятого каналу. Сигнал Х2 може бути сформованийшляхом логічного множення (на схемі І) сигналів.

Блок-схема алгоритму функціонування ОУ на мікрооперацій

Блок-схема (рис. 4) складається на основі словесного опису і списку мікрооперацій.

Рис.5.

Аналіз рис. 4 показує, що мікрооперації У1, У2, а також У3, У4, У5 і
У6, У7, У8 не залежать один від одного і можуть виконуватися в одномутакті (кожна група у відповідному такті). На підставі цього можнаскласти блок-схему алгоритму в мікрокоманд, позначивши кожну з нихбуквою Y (мал. 5). зробимо розмітку блок схеми рис. 5. Початок і кінець блок -схеми позначимо а0, що відповідає вихідного стану керуючогоавтомата (УУ). Далі вхід кожного блоку, наступного за операторнимиблоками, які мають прямокутну форму, помічаємо символами а1, а2 ,... , Що відповідають наступним станам УУ.

Складання граф - схеми функціонування УУ

Побудова графа здійснюється на основі виробленої розмітки блок -схеми алгоритму. Кожному з станів а0, а1, ... керуючого автоматавідповідає вузол графа (рис.6). Дугами графа зображуються переходиавтомата з одного стану в інший. Біля кожної дуги вказуєтьсяумова (якщо воно є) переходу (Х) і виконувана на даному тактовоюінтервалі мікрокоманд Y. Переходи синхронного автомата з одного станув інше відбуваються в тактові моменти часу під дієюсинхроімпульсів і вхідних сигналів.

2 Етап структурного синтезу УУ

Цей етап виконується на основі формальних методів і включає в себе:

- розрахунок необхідного обсягу пам'яті УУ;

- вибір способу кодування можливих станів автомата;

- вибір типу застосованої елементів і тригерів;
- знаходження оптимальної з точки зору мінімізації числа елементів ізв'язків між ними структури комбінаційного цифрового пристрою (КЦУ),що входить до складу схеми УУ.

Визначення необхідного числа тригерів ЗУ пристрої керування та кодування станів УУ

З граф-схеми видно, що керуючий автомат повинен мати N = 4 станів
(А0 (а3). Необхідне число тригерів знаходимо як мінімальна k,що задовольняє умові N (2k. Маємо kмін = 2. Оскільки кожний зтригерів володіє двома стійкими станами, сукупність двох тригерів дозволяєзафіксувати максимально 22 = 4 різних стану. У нашому випадкуавтомат якраз і повинен мати чотири стану, для фіксації якихпотрібно два тригера. Ставлячи довільно

| Стан |?? остоянія | | Вид переходу | Вхідні |
| УУ | тригерів ЗУ | | | сигнали |
| | Q2 Q1 | | Q (t) (Q (t +1) | j (t) k (t) |
| а0 | 0 | | 0 | 0 |
| | 0 | | 0 | --- |
| а1 | 1 | | 1 | 1 |
| | 0 | | 0 | --- |
| а2 | 0 | | 0 | - |
| | 1 | | 1 | 1 |
| а3 | 1 | | 1 | - |
| | 1 | | 1 | 0 |

Таблиця 1 Таблиця 2

різні чотири стану двох тригерів можна провести кодуваннястану автомата, як це зроблено в табл.1.

Вибір типу логічних елементів і тригерів для реалізації УУ

Якщо до цифрового пристрою, який реалізується на мікросхемах низькою ісереднього ступеня інтеграції, не висуваються жорсткі вимоги щодошвидкодії, споживаної потужності, габаритів і ширини робочогодіапазону температур, то вибір, як правило, робиться на користь найбільшрозвиненою серії мікросхем широкого застосування К1553, виконані затехнології ТТЛ. Передбачається, що проектована УСД призначене дляроботи в приміщеннях з складі стандартної апаратури. Тому вимоги ввідношенні споживаної потужності, ширини робочого діапазону температур ігабаритів не є жорсткими. Крім того, відповідно до завданнячастота синхроімпульсів f = 500 кГц, що відповідає тривалостітактового періоду Т = 1/f = 2 мкс. У свою чергу середній час затримкилогічного сигналу в базовому елементі І-НЕ цієї серії 20 нс, що на двапорядки менше тривалості тактового періоду Т. Таким чином,практично будь-який цифровий пристрій серії К1553 має достатнійшвидкодією для використання його в схемі УСД.

Як видно з граф-схеми керуючого автомата, кожне його новестан а (t +1) залежить від попереднього а (t). Звідси випливає, що для ЗУавтомата зручно застосовувати такі тригери, які в процесі переходуавтомата в новий стан а (t +1) не змінюють свого стану а (t), тоє сигнали Q і Q на виходах тригерів ЗУ змінюються лише на завершальнійстадії переходу автомата в новий стан. З тригерів, що входять в серію
К1553, такою властивістю володіє двоступінчастий JK-тригер, якийотже, може бути обрано для реалізації УУ.
Тепер можна зобразити укрупнену схему УУ для проектованого УСД
(рис.7). Отже схема УУ містить КЦУ і ЗУ, що складається з двох JK-тригерів.
Зобразимо характеристичну таблицю JK-тригера, яка показує, якісигнали порушення тригера слід подавати на виходи J і K, щобзабезпечитиперехід його зі стану Q (t) в новий стан Q (t +1) (табл. 2). У таблиці
2 прочерк в колонках J (t) та K (t) означає байдуже значення сигналу (0або 1).

в ОУ з ОУ

Складання таблиці функціонування УУ

На підставі наявних даних (графа, табл. 1 і табл. 2) можна побудуватиповну таблицю функціонування УУ (табл. 3).

Перші вісім колонок табл. 3 отримані на підставі аналізу графа
(рис.6) і табл.1. Зв'язок між колонками 3 (12 визначаються з табл.2, азв'язок між колонками 3 (8 і 13 (15 отримані на основі аналізу графа.

Синтез КЦУ

Як видно з рис.7, вхідними змінними КЦУ є Х1, Х2, Q1 (t ) і
Q2 (t), представлені в перших колонках таблиці 3. Функціями, формованимина виходах КЦУ, є сигнали збудження тригерів (J і K) і вихіднісигнали Y, відповідні мікрокоманд Y. Ці функції представлені у 9 (15колонках. Таким чином частина табл. 3 являє собою таблицю істинностінеповно заданих ФАЛ, що формуються на виходах КЦУ. Таблиці істинностіпредставлені в скороченій формі. Тут враховано ту обставину, щозмінні Х1 і Х2 надходять на входу КЦУ в різні тактові моменти часуі крім того жодна з функцій не залежить відразу від обох цих змінних.
Це дозволило об'єднати в перших чотирьох рядках табл. 3 набориаргументів, в яких Х1 І Х2, де вони є, приймають значення 0, а врядках 5 (8 набори, в яких Х1 і Х2 рівні 1. Перші два, п'ятий та шостийнабори в табл. 3 не містять змінних Х1 і Х2, тобто значення функційна цих наборах не залежать від значень Х1 і Х2, тому відповіднізначення вихідних функцій повторюються двічі: у групі наборів, що відносятьсядо значень Х1 і Х2, рівним 0 (рядки 1 (2), а потім у групі наборів, вяких Х1 і Х2 рівні 1 (рядки 5 (6).

| № | Умова | Попереднє | Наступне | Сигнали | Виконувана |
| п/п | переходу | стан | стан | порушення | МК |
| | | АI (t), Q | АI (t +1), | тригерів | |
| | | I (t) | Q i (t +1) | | |
| | Х2 | Х1 | а i | Q2 | Q1 | АI | Q2 | Q1 | J2 | K2 | J1 | K1 | Y1 | Y2 | Y3 |
| 1 | - | - | а0 | 0 | 0 | а1 | 0 | 1 | 0 | - | 1 | - | 1 | 0 | 0 |
| 2 | - | - | а1 | 0 | 1 | а2 | 1 | 0 | 1 | - | - | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 3 | - | 0 | а2 | 1 | 0 | а2 | 1 | 0 | - | 0 | 0 | - | 0 | 0 | 0 |
| 4 | 0 | - | а3 | 1 | 1 | а1 | 0 | 1 | - | 1 | - | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 5 | - | - | а0 | 0 | 0 | а1 | 0 | 1 | 0 | - | 1 | - | 1 | 0 | 0 |
| 6 | - | - | а1 | 0 | 1 | а2 | 1 | 0 | 1 | - | - | 1 | 0 | 1 | 0 |
| 7 | - | 1 | а2 | 1 | 0 | а3 | 1 | 1 | - | 0 | 1 | - | 0 | 0 | 1 |
| 8 | 1 | - | а3 | 1 | 1 | а0 | 0 | 0 | - | 1 | - | 1 | 0 | 0 | 0 |
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
| кол | | | | | | | | | | | | | | | |
| ОНК | | | | | | | | | | | | | | | |
| і | | | | | | | | | | | | | | | |

Таблиця 3

З аналізу табл. 3 випливає, що значення змінної Х2 не впливають назначення функції J1 і Y3 (при зміні значення змінної значенняфункцій залишаються незмінними) а змінна Х1 не впливає на значення функцій
К1, тобто вони є функціями не чотирьох, а всього трьох аргументів. Усвою чергу, що залишилися чотири функції не залежать від обох змінних Х1 і
Х2, а отже, вони є функціями двох аргументів. облік цихособливостей табл. 3 дозволяє спростити отримані МДНФ вихідних функцій
КЦУ з використанням ручного методу карт Вейча.

|--|--|--|--| | | | 0 | 1 | 1 | 1 | | | |--|--| | 0 | 1 | 1 | 1 | | | |--|--|--|--| | | | 1 | 1 |

J1 = X1 (Q2 K1 = Q2 (X2 J2 = Q1

| 1 | - | | | 0 | 0 | | | 0 | 1 | | | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | - | | | 0 | 1 | | | 0 | 0 | | | 0 | 1 | 0 | 0 |

На підставі отриманих виразів будуємо схему КЦУ в базисі І, АБО, НЕ (рис. 8).

5 Побудова функціонально - логічної схеми процесорного пристрою
(УСД)

Функціонально-логічна схема УСД будується на підставі наведенихвище загальної структурної схеми УСД, структурної схеми УУ, функціонально -логічної схеми КЦУ та структурної схеми ОУ. Оскількипроектована процесорний пристрій є спеціалізованим,реалізують всього одну мікропрограму збору даних, воно не потребуєкомандному (програмному) управлінні. Тому входи Z1 (Zk, показані назагальної структурної схеми УСД (див. рис. 1), в даному випадку не потрібні. Дляпобудови схеми в довіднику з інтегральних мікросхем слід відшукативідповідні елементи всіх перерахованих схем з урахуванням викладених вищеміркувань, що відносяться до деяких необхідним властивостях цих елементів.
Умовні позначення цих елементів потрібно належним чином розмістити нааркуші паперу і з'єднати між собою відповідно до логіки роботипристрої та таблицями керуючих сигналів.
Функціонально-логічна схема відрізняється від принципової тим, що наній не представлено розміщення елементів у корпусах мікросхем.
Відповідно на Функціонально-логічної схемою відсутня нумераціявисновків корпусу.

На Функціонально-логічної схемою УСД слід представити спосіборганізації ОП, використовуючи умовне позначення вибраної мікросхеми ОЗП іобраний спосіб з'єднання цих мікросхем (корпусів, модулів, абокристалів, як їх прийнято ще називати). Інші зовнішні пристрої УСД
(АЦП і комутатор аналогових каналів) досить зобразити в узагальненійформі, як на структурній схемі ОУ, оскільки вони не є предметомпроектування. Функціонально-логічна схема УСД наведена на рис. 9. наслед. сторінці

6 Оцінка швидкодії УСД у варіанті реалізації на принципахсхемною логіки

При оцінці швидкодії УСД для простоти будемо вважати, щонайбільша тривалість акту перетворення АЦП менше тактового періодусинхроімпульсів (Т = 2 мкс). У цьому випадку при функціонуванні УСД режимочікування (проходження прошивки по малому циклу (див. рис. 5) будевідсутнім.

Число тактів, необхідних для виконання прошивки збору даних,дорівнює сумі дуг, що містяться в дорозі між вузлами графа з урахуваннямциклічного повторення окремих ділянок шляху. Таким чином цикл зборуданих буде складатися з одного такту на виконання мікрокоманд Y1 і F
(в даному випадку дев'яти) проходжень за великим циклу (від a1 до a1, см.рис.6). Кожне проходження за великим циклу вимагає трьох тактів. Разомтривалість циклу збору даних складе S = (1 + F.3). T = (1 +13 .3). T = 40.2мкс = 80 мкс.

5 РЕАЛІЗАЦІЯ УСД У ВИГЛЯДІ МПС НА БАЗІ МІКРОПРОЦЕСОРА КР580ВМ80

1 Структурна схема мікропроцесорного пристрою

Структурна схема УСД, побудованого в вигляді мікропроцесорного пристрою
(МПУ), представлена на рис.10. Крім мікропроцесора та відомих вжемодулів АЦП, ОП та комутатора аналогових каналів, схема МПУ містить двапристрої введення і один пристрій виведення даних, роль яких можутьвиконувати програмно-керовані регістри-порти, наприклад МБР К5889ІР12. Утакому варіанті МПУ шина управління може складатися всього з двох ліній
ЗАПИС і ЧИТАННЯ. На рис.10 для простоти не показані: дешифратор сигналіввибірки модуля ОП (ВК) і тригер-прапор АЦП (Тфл).

2 Блок - схема алгоритму функціонування МПУ

Початкова адреса 071516 елементу пам'яті області ОП, відведеній для зборуданих, будемо зберігати в парі регістрів HL. Поточний номер (адреса)аналогового каналу відповідно до завдання будемо розміщати в регістр E.

Приймемо, що потрібно дотримуватися того ж порядку опитування аналоговихканалів, що і при реалізації УСД на принципах схемною логіки, тобтопочинаючи з каналу, що має номер (адреса) 0. Щоб забезпечити формуванняознаки завершення циклу збору даних, у регістрі B помістимо число F = 1110
(кількість аналогових каналів). Тоді блок-схема алгоритму збору даних будемати вигляд (рис.11). Дамо коротке пояснення до блок-схемі. Так як позавданням програма є що переривають програму в пропозиції,що до складу Державної адміністрації залізничного транспорту входить контролер переривань КР580ВН69, то необхідноспочатку зберегти вміст всіх регістрів. Це показано в блоках 1 (4. Ублоці 5 в пару регістрів HL завантажується початкова адреса G (071516). У блоці
6 в регістр B завантажується число 1110 (0B16). Регістр E служить лічильникомадрес аналогових каналів. У блоці 7 в нього завантажується адресу першогоканалу 0016. Потім ця адреса через акумулятор і пристрої виводу № 1
(блоки 9 і 8) надходить на адресний вхід комутатора (див. рис. 10).

Коммутатор підключає перший канал до входу АЦП і запускає останній. МПУпереходить в режим очікування закінчення акту перетворення АЦП (блоки 10, 11і 12). Сигнал з виходу ОК АЦП заносить молодший розряд регістра порту вводу №
2. Поки ОК = 0, акт перетворення в АЦП не закінчений. У цьому випадку блоки
10 (12 забезпечують запис в тригер-прапор Тс нуля і тим самим проходженняпрограми по малому циклу. Даний режим виконання програми триваєдо тих пір, поки сигнал ОК на виході АЦП не стане рівним 1. Такзабезпечується режим очікування. Як тільки ОК стане рівним 1, то післявиконання команди блоку 12 Тс = 1 і здійснюється запис даних з виходу
АЦП в ОП через пристрій вводу № 1 і акумулятор (блоки 13 та 14).

Далі відбувається формування адрес наступної комірки пам'яті (блок 15)і наступного аналогового каналу (блок 16). Нова адреса каналу записуєтьсяв акумулятор (блок 17). У блоці 18 виконується операція порівняннявмісту регістрів А і B. Якщо (А) = (B), то всі канали опитані,результат операції порівняння дає 0 (Z = 1) і цикл збору даних завершено.
Якщо ж Z = 0, то здійснюється опитування наступного каналу, тому що привиконанні операції порівняння вміст акумулятора залишається незмінним,тобто в ньому як і раніше міститься адреса наступного каналу, що завантажується вблоці 17. Таким чином, поки адреса чергового аналогового каналу,сформований в регістрі E в блоці 16, залишається менше 0A16 забезпечуєтьсяпроходження програми за великим циклу. По завершенню програми відбуваєтьсячитання даних з стека і повернення з підпрограми (блоки 20 (23 і 24).

3 Програма мовою Асемблера

Програма, записана мовою Асемблера мікропроцесора КР580ВМ80,представлена в табл. 4.

Дамо коротке пояснення до таблиці 4. Команди 1 (4 зберігають вміствсіх регістрів в стек. Команди 5,6 і 7 у графі "Операнд" містять кодичисел, що завантажуються відповідно до регістрів HL, B і E. Завантаження числапредставлені в шістнадцятковій системі. Ознакою шістнадцятковійсистеми
| № | | | | | | | |
| кома | Мет | Операція | Операнд | Коментар | Бай | Цикл | Так |
| нди | ка | | | | ти | и | ти |
| 1 | | PUSH | B |; стек ((НД) | 1 | 3 | 11 |
| 2 | | PUSH | D |; стек ((DE) | 1 | 3 | 11 |
| 3 | | PUSH | H |; стек ((HL) | 1 | 3 | 11 |
| 4 | | PUSH | PSW |; cтек (PSW | 1 | 3 | 11 |
| 5 | | LXI | H, 0715 H |; HL (071516 | 3 | 3 | 10 |
| 6 | | MVI | B, 0A H |; B (0A16 | 2 | 2 | 7 |
| 7 | | MVI | D, 00 H |; D (0016 | 2 | 2 | 7 |
| 8 | | MOV | A, E |; A ((E) | 1 | 1 | 5 |
| 9 | K2: | OUT | 1 |; Устр.вив. № 1 ((| 2 | 3 | 11 |
| | | | | А) | | | |
| 10 | K1: | IN | 2 |; A ((устр.вв. | 2 | 3 | 11 |
| | | | | № 2) | | | |
| 11 | | RRC | |; A (Сдв.П | 1 | 1 | 4 |
| | | | | (А) | | | |
| 12 | | JNC | K1 |; Блок 2 УП | 3 | 3 | 10 |
| 13 | | IN | 1 |; A ((устр.вв. | 2 | 3 | 11 |
| | | | | № 1) | | | |
| 14 | | MOV | M, A |; M ((A) | 1 | 2 | 7 |
| 15 | | INX | H |; HL ((HL) + | 1 | 1 | 5 |
| | | | | 1 | | | |
| 16 | | INR | E |; E ((E) + 1 | 1 | 1 | 5 |
| 17 | | MOV | A, E |; A ((E) | 1 | 1 | 5 |
| 18 | | CMP | B |; (A) - (B | 1 | 1 | 4 |
| | | | |) | | | |
| 19 | | JNE | K2 |; Блок 19 УП | 3 | 3 | 10 |
| 20 | | POP | PSW |; PSW ((стек) | 1 | 3 | 11 |
| 21 | | POP | H |; HL ((стек) | 1 | 3 | 11 |
| 22 | | POP | D |; DE ((стек) | 1 | 3 | 11 |
| 23 | | POP | B |; BC ((стек) | 1 | 3 | 11 |
| 24 | | RET | |; Повернення з | 1 | 3 | 11 |
| | | | | ППР | | | |

Таблиця 4

є символ Н, який стоїть після числа. Номер пристрої введення та виведення (2і 1), наведені в графі "Операнд" команд 10 та 9, представлені вдесяткового системі. Як відомо, ознакою десяткової системи може бутинебудь символ D, наступний за числом, або відсутність будь-якого символу. Уданому випадку використаний другий з ознак. У коментарі використанінаступні скорочення:
Сдв.П (А) - зрушення правий вмісту регістра А (акумулятора);
УП - умовний перехід.

4 Розміщення програми в ОП

У відповідності із завданням програма повинна бути розміщена в областіпам'яті, починаючи з клітинки з адресою (= 03B216. Розміщення програмипредставлено в табл. 5.

Число осередків ОП, що відводяться під команду, визначається числом байтів вкоманді. У табл. 5 стрілками показана послідовність виконання команд.
У командах умовного переходу, де подальше виконання тієї чи іншоїкоманди залежить від умови (ознаки), вказані пари стрілок, поруч зякими наведені значення сигналів-умов.

| № команди | Адрес16 |
| 1 | 03B2 |
| 2 | 03B3 |
| 3 | 03B4 |
| 4 | 03B5 |
| 5 | 03B6 |
| | 03B7 |
| | 03B8 |
| 6 | 03B9 |
| | 03BA |
| 7 | 03BB |
| | 03BC |
| 8 | 03BD |
| 9 | 03BE |
| | 03BF |
| 10 | 03C0 |
| | 03C1 |
| 11 | 03C2 |
| 12 | 03C3 |
| | 03C4 |
| | 03C5 |
| 13 | 03C6 |
| | 03C7 |
| 14 | 03C8 |
| 15 | 03C9 |
| 16 | 03CA |
| 17 | 03CB |
| 18 | 03CD |
| 19 | 03CE |
| | 03CF |
| | 03D0 |
| 20 | 03D1 |
| 21 | 03D2 |
| 22 | 03D3 |
| 23 | 03D4 |
| 24 | 03D5 |

Таблиця 5

5 Програма в кодових комбінаціях

На підставі табл. 4 і 5, а також системи мікропроцесора КР580ВМ80можна скласти програму циклу збору даних у кодових комбінаціях (намашинному мовою), наведену в табл. 6.

6 Оцінка швидкодії МПУ

Як і раніше будемо вважати, що максимальна тривалість актаперетворення АЦП менше тривалості періоду синхроімпульсів Т = 2мкс.
Тоді відповідно до табл. 4 отримаємо:

На виконання команд 1 (8 і 20 (24 потрібно 11 +11 +11 +11 +10 +
7 +7 +5 +11 +11 +11 +11 +11 = 128 тактів.

| | | | | |
| № | Адреса | Команда2 | Команда16 | Коментар |
| команди | ОП16 | | | |
| 1 | 03B2 | 11 000 101 | C5 |; стек ((НД) |
| 2 | 03B3 | 11 010 101 | D5 |; стек ((DE) |
| 3 | 03B4 | 11 100 101 | E5 |; стек ((HL) |
| 4 | 03B5 | 11 110 101 | F5 |; стек (PSW |
| 5 | 03B6 | 00 100 001 | 21 |; HL (070116 |
| | 03B7 | 0000 0001 | 01 | |
| | 03B8 | 0000 0111 | 07 | |
| 6 | 03B9 | 00 000 110 | 06 |; B (0D16 |
| | 03BA | 0000 1110 | 0D | |
| 7 | 03BB | 00 010 110 | 16 |; D (0016 |
| | 03BC | 0000 0000 | 00 | |
| 8 | 03BD | 01 111 010 | 7A |; A ((D) |
| 9 | 03BE | 11 010 011 | D3 |; Устр.вив. № 1 ((А |
| | | | |) |
| | 03BF | 0000 0001 | 01 | |
| 10 | 03C0 | 11 010 011 | D3 |; A ((устр.вв. |
| | | | | № 2) |
| | 03C1 | 0000 0010 | 02 | |
| 11 | 03C2 | 00 001 111 | 0F |; A (Сдв.П (А) |
| 12 | 03C3 | 11 010 010 | D2 |; УП При С = 0 |
| | 03C4 | 1100 0011 | C3 | до осередку 03C3 |
| | 03C5 | 0001 0110 | 03 | |
| 13 | 03C6 | 11 011 011 | DB |; A ((устр.вв. |
| | | | | № 1) |
| | 03C7 | 0000 0001 | 01 | |
| 14 | 03C8 | 01 110 111 | 77 |; M ((A) |
| 15 | 03C9 | 00 100 011 | 23 |; HL ((HL) + 1 |
| 16 | 03CA | 00 010 100 | 14 |; D ((D) + 1 |
| 17 | 03CB | 01 111 010 | 7A |; A ((D) |
| 18 | 03CD | 10 111 000 | B8 |; (A) - (B |
| | | | |) |
| 19 | 03CE | 11 000 010 | C2 |; УП При Z = 0 |
| | 03CF | 1100 0001 | C1 | до осередку |
| | | | | 03C1 |
| | 03D0 | 0000 0011 | 03 | |
| 20 | 03D1 | 11 110 001 | F1 |; PSW ((стек) |
| 21 | 03D2 | 11 100 001 | E1 |; HL ((стек) |
| 22 | 03D3 | 11 010 001 | D1 |; DE ((стек) |
| 23 | 03D4 | 11 000 001 | C1 |; BC ((стек) |
| 24 | 03D5 | 11 001 001 | C9 |; Повернення з |
| | | | | ППР |

Таблиця 6

На один прохід за великим циклу (на виконання команд 9 (19) потрібно
11 +11 +4 +10 +11 +7 +5 +5 +5 +4 +10 = 83 такту. Усього таких проходів F = 1410, щовимагає 83.14 = 1162 тактів. Разом тривалість циклу збору даних складе
S = (128 +1162) .2 мкс = 2580 мкс. Тобто швидкодію МПУ приблизно в 31 разівнижче швидкодії УСД на схемною логіці. Така ціна універсальності МПС.

6 Л і т е р а т у р а:

1. Б. А. Калабеков "МП і їх застосування в системах передачі та обробкисигналів "

2. В. Н. Ульянов "Функціональні вузли цифрових пристроїв імікропроцесорів "

3. Г. Г. Капелін, В. М. Тузов "Функціональні модулі мікропроцесорнихсистем "

4. Е. П. Балашов, Д. В. Пузанков "Мікропроцесори і мікропроцесорнісистеми "

5. Б. М. Каган, В. В. Сташін "Мікропроцесори в цифрових системах"

7 О Г Л А В Л Е Н И Е:

1. Вступ: 1

2. З А Д А Н И Е 2

3. О Р Г А Н І З А Ц І Я О З У 3

4. РЕАЛІЗАЦІЯ УСД НА ПРИНЦИПАХ Схемні ЛОГІКИ 5

4.1 О?? щая структурна схема УСД 5
4.2 Структурна схема ОУ 6
4.3 Словесний опис циклу збору даних 8
4.4 Синтез керуючого пристрою (УУ) 8
4.4.1 Етап абстрактного синтезу 8
4.4.2 Етап структурного синтезу УУ 11
4.5 Побудова функціонально - логічної схеми процесорногопристрої (УСД) 15
4.6 Оцінка швидкодії УСД у варіанті реалізації на принципахсхемною логіки 17

5. РЕАЛІЗАЦІЯ УСД У ВИГЛЯДІ МПС НА БАЗІ МІКРОПРОЦЕСОРА КР580ВМ80 17

5.1 Структурна схема мікропроцесорного пристрою 17
5.2 Блок - схема алгоритму функціонування МПУ 18
5.3 Програма мовою Асемблера 20
5.4 Розміщення програми в ОП 21
5.5 Програма в кодових комбінаціях 23
5.6 Оцінка швидкодії МПУ 23

6. Л і т е р а т у р а: 25

7. О Г Л А В Л Е Н И Е: 26

-----------------------

Москва

1996

___

. . .

від УУ

(

...

(

...

(

1 1 (

___

0 (

. RAM

9 D0

/
RD

ШД 8

ША 16

0 (

. RAM

9 D0

/
RD

0 (

. . RAM

9 D0

/
RD

0 (

. RAM

9 D0

/
RD

(

Рис.1

осведомітельние сигнали (ознаки)

У1

У2
:
Уn

УУ

Х1
Х2

:
Хm

ОУ

С1
С2
:
СL

:
.

Р1
Р2

:
Рg

Z1
Z2

:
Zk

Рис.2.

У6

___

У5

...

RD/WR

A CS

АЦП

ОК

13 11 ... 1 0

комутатор каналів

ID RAM OD

(8)

(10)

У4

(4)

У3

Тфл

СТ22

СТ21

У2

У8

(+1)

У1

(16)

Х2

У7 (+1)

так (1)

(0) немає

(СТ22) = 0

У7 СТ21 ((СТ21) +1

так (1)

У6 ОП ((АЦП)

(0) немає

(Тфл) = 1

У2 CТ22 (0

У5 зап. АЦП

У4 комм ((СТ22)

У3 Тфл (0

У1 CТ21 (071516

Y1 У1, У2

Y2 У3, У4, У5

Y3 У6, У7, У8

-; Y1

а1

а0

-; Y2

X2; -

X1; -

а2

а3

X1; Y3

Рис.6

___

У1 (
У2 (

: (
У8 (

Х1 КЦУ
Х2

(
(
(

j TT1 ck

j TT2 ck

про

про від ГТВ Рис.7

____

________

________ K1

____

________

____

Q1 Q1

________

___

___ ___

K2 = Q1 Y1 = Q1.Q2 Y2 = Q1.Q2 Y3 = Q1.Q2.X1 Q1

J2, K2

(

Рис. 8

___

...

RD/WR

A CS

АЦП

ОК

13 12 ... 1 0

комутатор каналів

ID RAM OD

(8)

У4

(

У1

R P2

C
D0 СТ21 1
D1 2
D2 4
D3 8

(

D0
1

СТ22 1

2
R0 4

(

У2

(

Х2

У8

(

У7

Q1 R P2

C
D0 СТ21 1
D1 2
D2 4
D3 8

У1

(

У2

(

"1"

(

У3