Введение. Оглавление

Оглавление

4.0) Введение 5

4.1)Расшифровка и анализ задания 6

4.2)Разработка утотченной структурной схемы проектируемой системы10

4.2.1 Оценка объема памяти программ и данных 11

4.2.2 Структура адресного пространства МК семейства AVR 13

4.3 Выбор и подключение МК 15

4.3.1 Время задающая цепочка 17

4.3.2 Устройство рестарта 19

4.4 Разработка подсистемы памяти 23

4.5.0. Разработка подсистем ввода/вывод 26

4.5.1 Устройство обмена данными с объектом управления (ОУ) 25

4.5.2. Организация клавиатуры 26

4.5.3 Организация индикации 30

4.5.4 Устройство обмена по интерфейсу RS232 31

4.5.5 Устройство аварийного оповещения 35

4.5.6 Прерывания 36

4.6 Разработка программного обеспечения 39

4.6.1 Описание алгоритма ПО 40

4.7 Список используемой литературы 43

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 45

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 46

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 47

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 51

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 53

ПРИЛОЖЕНИЕ 6 54

ПРИЛОЖЕНИЕ 7 55

ПРИЛОЖЕНИЕ 8 56

Введение

Современная микропроцессорная техника является важнейшим средством при решении самых разнообразных задач в области сбора и обработки данных, систем автоматического управления и др. Микропроцессорная техника в науке и технике, промышленности, сельском хозяйстве, военной отрасли, быту и других областях жизнедеятельности человека становится все более востребованной. Практически любая электронная система, обладающая достаточной функциональной сложностью, реализуется с помощью микропроцессорных устройств. Микропроцессоры и микропроцессорные системы являются в настоящее время наиболее массовыми средствами вычислительной техники.

Использование микроконтроллеров в системах управления и обработки информации обеспечивает высокие показатели эффективности при достаточно низкой стоимости.

1 Расшифровка и анализ задания

Целью курсового проекта является разработка управляющей микропроцессорной системы (УПМС), которая состоит из:

- 8-разрядный микропроцессор, микроконтроллер или микро ЭВМ;

- ПЗУ и ОЗУ, при необходимости;

- устройство параллельного ввода дискретной информации с объекта управления(ОУ);

- устройство параллельного вывода дискретной информации на (ОУ);

- канал для последовательной связи с персональным компьютером (RS232С);

- пульт оператора (клавиатура, индикация, сигнал «Авария»).

Алгоритм управления

Алгоритм управления, реализуемый УПМС: с объекта управления (ОУ) принимается поток значений входных слов Xi и размещается в кольцевом буфере на 17 значений в памяти УМПС. При приёме 16 значений производится вычисление среднего арифметического значения

X = (X1 + X2 + … + X16)/16. В дальнейшем, при приёме каждого нового значения, оно записывается в кольцевой буфер вместо самого старого значения, а среднее значение пересчитывается по последним 16 значениям. В зависимости от значений Х, вычисляется управляющее воздействие Y:

Y = 00h при X<G1;

Y = Ф1(Х) при G1 <= X<G2;

Y = Ф2(Х) при G2 <= X<= G3;

Y = 0FFH при X>G3.

0 <G1 <G2 <G3 < 0FFH.

Для случаев X<G1 и X>G3 необходимо выдать на пульт оператора сигнал <Авария>. По заданию - включить мигание специального светового индикатора (лампы накаливания, питающейся от осветительной сети переменного тока напряжением 220В частотой 50 Гц) с частотой 2 Гц.

По запросу с пульта оператора следует выдать на его индикацию значения Xmin, Xmax, X (среднее), Y для цикла управления, предшествующему текущему. Выдача этой информации должна осуществляться в режиме прерывания программы.
Константы G1, G2, G3, Ф1, Ф2, К, Хmax, Хmin, Хср, Y должны храниться в энергонезависимой памяти EEPROM.

Объём выпуска – 1 шт;

Расстояние от объёкта управления до УМПС – 1 метр

Расстояние до ПК – 10 метров;

Память хранения констант – изолированная;

Для обмена данными используется интерфейс RS-232, скорость передачи данных по которому 9600 бит/сек;

Питание – 220 В, 50 Гц;

Сигнал «авария» не дожжен срабатывать, пока не наберётся 17 значений

Зададим частоту 12МГц

По условию заданию УПМС должна быть построена на следующей элементной базе:

- семейство 8 - разрядных микроконтроллеров AVR;

- БИС ОЗУ – К132РУ2, БИС ПЗУ – NM27C128 (при наличии в выбранном микроконтроллере ПЗУ и ОЗУ достаточного объема - дополнительные ЗУ не устанавливаются);

- БИС EEPROM – САТ24С021 для хранения констант настройки;

Задание на курсовое проектирование включает в себя:

- набор констант G1=30h, G2=70h, G3=C0h, определяющих способ вычисления выходного воздействия Y;

- значения булевых функций Ф1(Х), определяющих зависимость разрядов выходного слова Y(7:0) от разрядов среднего значения X(7:0):

у7=1, у6=1, у5 =1, у4 = 1, у3 =-Х4, у2 = Х3, у1 =-Х2, у0 = Х2;

- значение функции Ф2(Х), определяющей зависимость выходного слова Y от Х и константы К, вводимой с пульта оператора:

Ф2(Х,К) =К+ min(X,K)

Основной частью проектируемой системы будет микроконтроллер семейства AVR (фирмы Atmel). Информация по микроконтроллерам семейства AVR приведена в сводной таблице (Приложение 2).

По заданию к микроконтроллеру необходимо подключить внешнюю память БИС EEPROM – СAT24C021. Эта микросхема, производство Atmel - семейство AT24, применяется в качестве энергонезависимой памяти c последовательным двухпроводным интерфейсом - I2C (TWI). Справочная информация на БИС EEPROM – СAT24C021 приводится в Приложении 4.

Для ввода константы К и вывода по запросу значений Xmin, Xmax, Xср, Y – используется клавиатура.

Для индикации вводимой константы К и выводимых значений Xmin, Xmax, Xср, Y – служит блок индикации.

Для последовательной связи микропроцессорной системы с персональным компьютером (ПК) применяется, согласно заданию, канал RS232C. Максимальная скорость обмена, которую допускает интерфейс RS232С составляет 115 200 бод, расстояние передачи 15 – 20 м. Чем больше расстояние, тем меньше скорость обмена. Принимаем скорость передачи 9600 бит/сек при расстоянии 10 метров.

для выполнения задания нам не хватает некоторых параметров

количество изделий 1шт

Расстояние до ПК 10метров

питание лампы от переменного тока напряжением 220В частотой 50 Гц и с частотой 2 Гц.

Сигнал «авария» не дожжен срабатывать, пока не наберётся 17 значений

2. Разработка интерфейса и уточненной структурной схемы

Интерфе́йс (от англ. interface — поверхность раздела, перегородка) — совокупность средств и методов взаимодействия между элементами системы.
Интерфейсы в вычислительной технике - cовокупность средств, при помощи которых пользователь общается с различными устройствами.

Интерфейсы имеют развитую классификацию по: признакам

1)организации линий связей: магистральные, радиальные, комбинированные и др., 2)характеру передаваемых данных параллельные, последовательные и др.

3)режиму передачи данных дуплексный, полудуплексный, симплексный,

4)способу. обмена: синхронные, синхронные.

В данном КП будем использовать комбинированную (радиально-магистральная) организацию линий связи. Данный вид связи используется наиболее часто и включает в себя магистральную и радиальную структуры. Такая структура интерфейса позволяет комбинировать шину адреса с шиной данных, что значительно уменьшает расход выводов контроллера и дает возможность увеличивать число подключаемых устройств. Достоинством ее также является менее сложное ПО, чем у перечисленных выше принципов.
, поэтому будем разрабатывать УМПС по комбинированному принципу.

  ЦП

  ВУ

  ОУ

  УВВ

Рисунок № 1 - Комбинированная структура МПС

Кроме МК, проектируемая система содержит: внешнюю память EEPROM, ОУ- объект управления, клавиатуру, блок индикации, блок «Авария», канал для последовательной связи ПК (RS232).

К К МК по радиальному принципу подключаются следующие устройства:

- внешняя память EEPROM - по последовательному интерфейсу I2C, здесь

необходимо 2 линии SDA и SCL;

- блок «Авария» - одна линия;

- канал RS232C, который использует 2 линии RxD и TxD.

По магистральному принципу подключаются:

- ОУ - здесь требуется 8 линий двунаправленной шины данных, 2 линии для сигналов RD, WR и 2 линии прерываний;

- клавиатура размерностью 3х8, для которой требуется 3 линии для опроса клавиш, 8 линий для считывания и 1 линия - прерывание от клавиатуры;
- буферные регистры для организации индикации – необходимо 7 линий шины данных и 2 линии для сигналов LE1 и LE2.

Кроме того необходимо выделить 1 вывод под кнопку Reset, 3 вывода под питание, 2 вывода под тактирование, 2 вывода под землю. Таким образом, общее количество необходимых линий МК составит 46 линий.

Дата добавления: 2015-07-14