Проектирование микроконтроллера на микропроцессоре 8086

Автор: Пользователь скрыл имя, 06 Июня 2013 в 12:54, курсовая работа

Описание работы

Задачей данного курсового проекта является изучение принципов проектирования систем микропроцессорного управления промышленными процессами. В результате выполнения проекта, мы должны спроектировать микроконтроллер на микропроцессорном управлении для организации автоматического управления промышленным процессом. Сама автоматизация в рамках курсового проекта заключается в отслеживании изменения одного параметра промышленного процесса и выполнении некоторых действий в ответ на это изменение.

Содержание

Введение 4
1. Функциональное проектирование 6
1.1. Анализ исходных данных 6
1.2. Выбор и обоснование структуры микроконтроллера 7
1.3. Обобщенный алгоритм функционирования 10
2. Структурное проектирование 12
2.1. Разработка алгоритма программного обеспечения 12
2.2. Реализация программного обеспечения на языке ассемблера 14
2.3. Проектирование структуры блоков микроконтроллера 17
2.3.1. Проектирование структуры блока памяти 18
2.3.2. Проектирование структуры блока ввода данных 22
2.3.3. Проектирование структуры блока индикации 25
2.3.4. Программное управление устройствами ввода – вывода 31
2.3.5. Проектирование блока центрального процессора 32
3. Схемотехническое проектирование 38
Заключение 43
Список используемой литературы 44

Работа содержит 1 файл

Пояснительная записка.doc

— 417.00 Кб (Скачать)




Министерство  образования Республики Беларусь

Брестский политехнический институт

Кафедра ЭВМ и С

 

 

 

 

 

“К защите допускаю”

                Б.Н. Склипус


“     “                    1999 г.


 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

 

на тему: Проектирование микроконтроллера на микропроцессоре 8086

 

КП.АС01.956140.011

 

 

Листов  44

 

 

 

 

Руководитель:

ст. преподаватель Склипус Б. Н.

Нормоконтроль:

ассистент Кулик Т. Б.

Выполнил:

студент группы АС-1

Лукичев В. В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Брест 1999 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение 4

1. Функциональное проектирование 6

1.1. Анализ  исходных данных 6

1.2. Выбор и  обоснование структуры микроконтроллера 7

1.3. Обобщенный  алгоритм функционирования 10

2. Структурное проектирование 12

2.1. Разработка  алгоритма программного обеспечения 12

2.2. Реализация программного обеспечения на языке ассемблера 14

2.3. Проектирование  структуры блоков микроконтроллера 17

2.3.1. Проектирование  структуры блока памяти 18

2.3.2. Проектирование  структуры блока ввода данных 22

2.3.3. Проектирование  структуры блока индикации 25

2.3.4. Программное  управление устройствами ввода  – вывода 31

2.3.5. Проектирование  блока центрального процессора 32

3. Схемотехническое проектирование 38

Заключение 43

Список  используемой литературы 44

 

Приложения

Приложение 1         Микроконтроллер. Схема электрическая структурная

Приложение 2         Микроконтроллер. Схема алгоритма

Приложение 3         Листинг программного обеспечения

Приложение 4         Микроконтроллер. Схема электрическая  принципиальная

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Научно-технический прогресс, определяющий мощный подъем общественного производства, в значительной степени обусловлен широким внедрением достижений электроники во все отрасли хозяйства. Прогресс в области вычислительной техники и радиоэлектроники связан с достижениями микроэлектроники в создании схем малой, средней, большой и сверхбольшой степени интеграции. 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 она ранее не использовалась.

Необходимость выполнения сложных функций управления привела к созданию микроконтроллеров  – управляющих устройств, выполненных на одном или нескольких кристаллах. Микроконтроллеры выполняют функции логического анализа и управления (поэтому за счет исключения арифметических операций можно уменьшить их аппаратную сложность и развить функции логического управления).

Использование БИС микропроцессора вместе с БИС полупроводниковой памяти, БИС управления вводом-выводом позволило в принципиально новой системе обработки данных и управления – микроЭВМ – получить преимущества, характерные для отдельных БИС: высокие производительность и надежность, низкую стоимость, малые мощность потребления и габариты и большую устойчивость к неблагоприятным климатическим и механическим воздействиям.

Задачей данного  курсового проекта является изучение принципов проектирования систем микропроцессорного управления промышленными процессами. В результате выполнения проекта, мы должны спроектировать микроконтроллер на микропроцессорном управлении для организации автоматического управления промышленным процессом. Сама автоматизация в рамках курсового проекта заключается в отслеживании изменения одного параметра промышленного процесса и выполнении некоторых действий в ответ на это изменение.

Так как мы проектируем программно управляемое  устройство, то, естественно,  процесс  проектирования включает в себя не только разработку аппаратной части устройства управления, но и разработку программного обеспечения для него, которое в целях минимизации используемых ресурсов и достижения максимальной эффективности должно быть реализовано на языка ассемблера.

 

 

  1. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 

 

    1. Анализ исходных данных

 

Итак, перед нами поставлена задача автоматизации отслеживания изменения веса некоего оборудования. Поэтому, на вход проектируемого микроконтроллера через параллельный интерфейс в  цифровом виде будет подаваться информация о текущей величине веса оборудования. Известно, что вес оборудования не может быть большим 100 кг., и ясно, что отрицательным он быть так же не может. Поэтому делаем следующий вывод: диапазон изменения веса: от 0 до 100 кг. Так же известно, что контроль за весом должен производиться с точностью до десятых долей – следовательно, вес представлен вещественным числом.

Исходя из всего выше сказанного, выберем формат входных  данных.

  1. Так как целая часть величины веса изменяется в диапазоне [0..100] кг, то для её представления достаточно семи бит.
  2. Так как точность контроля – до десятых долей, то для представления дробной части достаточно четырех бит.

Для удобства обработки  выберем следующий формат слова  входных данных (рис. 1.1): в старшем  байте слова передается целая часть текущей величины веса, а в младшей – дробная часть.

 

                       15    14    13    12    11    10     9     8      7      6      5     4      3     2     1      0

 

*

*

*

*

*

*

*

       

*

*

*

*



                                               Целая часть                                                     Дробная часть


Рис. 1.1. Формат входных  данных

 

Биты 15, 7-4 не используются (см. рис. 1.1.). При считывании их просто необходимо обнулить.

Алгоритм  обработки входной информации должен быть следующий: обеспечение постоянного отображения на индикационном устройстве пикового значения веса и направление его изменения.

Отсюда следует, что на устройстве вывода – восьмисегментных светодиодных индикаторах – необходимо обеспечить отображение значения последнего локального экстремума функции изменения веса во времени и так же идентификаторы, характеризующие направление изменения веса. В качестве таких идентификаторов используем следующие знаки:

  1. “U” (от англ. Up), если это локальный минимум, т.е. если вес возрастает;
  2. “d” (от англ. Down), если это локальный максимум, т.е. если вес убывает.

Определим количество светодиодных матриц, необходимых для отображения  результатов обработки входных  данных:

  • для отображения дробной части величины веса – 1 светодиодная матрица;
  • для отображения целой части величины веса – 3 светодиодных матриц;
  • для отображения идентификатора направления изменения веса – 1 светодиодная матрица.

Всего необходимо для отображения результатов: 5 светодиодных матриц.

Подведем  итоги:

  1. входные данные в цифровом виде поступают через параллельный порт как 16-разрядное слово;
  2. результат обработки (выходные данные) поступают на устройства индикации. Количество необходимых восьмисегментных светодиодных матриц: 5 штук.

 

 

    1. Выбор и обоснование структуры микроконтроллера

 

При анализе  исходных данных в предыдущем пункте был выяснен формат входных и  выходных данных. Здесь мы обнаружили, что входные данные являются 16 -разрядными. Отсюда напрашивается вывод о  том, что микроконтроллер необходимо построить на базе такого микропроцессора, который оперировал бы 16 – разрядными данными (хотя, в принципе, можно использовать и 8–разрядный микропроцессор, но аппаратная реализация микроконтроллера в этом случае будет несколько сложнее). Основным претендентом на место такого микропроцессора является центральный процессор К1810ВМ86 из микропроцессорного комплекта К1810.

Микросхема К1810ВМ86 представляет собой однокристальный 16-битовый микропроцессор, выполненный по n-МДП технологии. Кристалл микросхемы имеет довольно компактные геометрические размеры (5,5 * 5,5 мм), при которых содержит около 29 000 транзисторов и потребляет 1,7 Вт от источника питания +5 В. Схема выпускается в 40-выводном корпусе.

Микропроцессор  К1810ВМ86 содержит 14 16-битовых внутренних регистров и образует 16-битовую шину данных для связи с внешней памятью и портами ввода-вывода. Шина адреса имеет 20 линий, что позволяет непосредственно адресоваться к памяти емкостью до 1Мбайт. Для сокращения необходимого числа выводов БИС младшие 16 адресных линий мультиплексированы во времени с линиями данных и составляют единую шину адреса/данных. Четыре старшие адресные линии аналогично мультиплексированы с линиями состояния. Чтобы сигналы этих линий можно было использовать в системе, их обязательно разделяют с помощью внешних схем, т.е. осуществляют демультиплексирование шин.

При выполнении операций ввода-вывода используются 8- или 16-битовые адреса, так что  кроме доступа к основной памяти, микропроцессор может обращаться к  портам, суммарная емкость памяти которых составляет 64Кбайт.

Кроме того, наличие  большого числа схем различной степени  интеграции в микропроцессорном  комплекте К1810 упрощает разработку микропроцессорных систем. Существенное значение имеет возможность использования  совместимых с комплектом К1810 программируемых БИС серии К580.

Таким образом, выбрав в качестве центрального процессора микросхему К1810ВМ86, можно определенно  сказать, что в качестве элементной базы для построения блоков микроконтроллера будут преимущественно использоваться микросхемы комплектов К1810 и К580.

Очевидно, что кроме  микропроцессора, реализующего определенный алгоритм обработки входных данных, микроконтроллер должен иметь сам  блок приема входных данных, блок памяти для хранения кода программы и  блок индикации. Поэтому, структуру микроконтроллера можно представить как совокупность четырех взаимосвязанных блоков:

  1. блок памяти, служащий для хранения кода программы, задающий алгоритм обработки входных данных;
  2. блок ввода, который предназначен для приема входных данных из внешней среды и передачи их для обработки в блок центрального процессора;
  3. блок индикации, предназначенный для отображения на индикаторах пикового значения веса и направления его изменения. Данные в этот блок передаются из блока центрального процессора после определения им этого пикового значения;
  4. блок центрального процессора, построенный на базе описанной выше микросхемы К1810ВМ86 и предназначенный для реализации алгоритма обработки, хранящегося в блоке памяти, над входными данными, получаемыми из блока ввода.

Блок центрального процессора является ядром системы и связан с остальными блоками шиной управления (ШУ), шиной данных (ШД) и шиной  адреса (ША).

Таким образом, структурная  схема микроконтроллера может быть представлена как совокупность функциональных блоков (рис. 1.2.), соединенных между собой в соответствии с требованиями интерфейсов. В приведенной схеме обработку информации осуществляет микропроцессор. Обмен информацией между микропроцессором и остальными блоками микроконтроллера осуществляется по трем шинам: адресной, данных и управления.

Шина адреса служит для  передачи кода адреса, по которому проводится обращение к устройствам памяти и ввода-вывода. Обрабатываемая информация и результаты обработки передаются по шине данных. Шина управления передает управляющие сигналы на все блоки микроконтроллера, настраивая на нужный режим устройства, участвующие в выполняемой команде.

Схема электрическая  структурная микроконтроллера приведена  в приложении 1.

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.2. Микроконтроллер. Схема электрическая структурная

 

 

    1. Обобщенный алгоритм функционирования

 

По включению питания  происходит следующая последовательность действий:

  1. запуск программы управлением микроконтроллером из блока памяти;
  2. начальная инициализация структур данных и инициализация устройств, входящих в состав микроконтроллера;
  3. считывание слова входных данных из блока ввода;
  4. обработка считанных данных блоком центрального процессора с целью обнаружения локального экстремума функции веса;
  5. если локальный экстремум не найден, то переходим на шаг (3), иначе – (6);
  6. преобразуем экстремальное значение веса в формат данных блока индикации и посылаем в блок индикации;
  7. переходим на шаг (3).

Информация о работе Проектирование микроконтроллера на микропроцессоре 8086