Разработка электрической структурной, функциональной, принципиальной схем учебного комплекса по интерфейсам ввода-вывода

скачать (20007.6 kb.)

  1   2   3
Военный научно - учебный центр Сухопутных войск «ОВА ВС РФ»

Кафедра № 31

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

Разработка электрической структурной, функциональной, принципиальной схем учебного комплекса по интерфейсам ввода-вывода

Руководитель проекта

п/п-к М.Ю. Суркин
Курсант 249-1 учебного отделения

Н.Поляков

2011

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. Анализ функционирования установок для исследования режимов работы компонентов с СЭВМ

2. Разработка электрической структурной, функциональной, принципиальной схем учебного комплекса по интерфейсам ввода-вывода

2.1 Разработка схемы электрической структурной учебного комплекса по интерфейсам ввода-вывода

2.2 Разработка схемы электрической функциональной учебного комплекса по интерфейсам ввода-вывода

.3 Выбор элементарной базы

.4 Разработка схемы электрической принципиальной учебного комплекса по интерфейсам ввода вывода

Заключение

Список литературы
ВВЕДЕНИЕ

микросхема учебный комплекс интерфейс

Интенсивное развитие микропроцессорной техники обуславливает расширение области применения средств автоматизации управления. В настоящее время микропроцессоры и микроЭВМ широко применяют в качестве основных элементов цифровых вычислительных устройств различного назначения, в частности устройств обработки информации.

Поступательное развитие микроэлектроники по пути увеличения степени интеграции микросхем и совершенствования технологии их изготовления, привело к появлению микропроцессоров с повышенным быстродействием и разрядностью, например 16-разрядных центральных процессоров серий К588, К1801 и К1810.

Микропроцессоры, построенные на одной БИС, содержат в своем составе устройство управления, реализующее фиксированную для конкретной микросхемы систему команд, и имеют ограниченное количество внешних магистралей. Такими МПК являются 8, 16, 32-разрядные комплекты К580, K1810, К1818, которые составляют основу специализированной ЭВМ радио технических средств.

Микропроцессорная техника относится к наиболее сложным видам техники. Микропроцессорный комплект серии К1810, отличается широкой номенклатурой БИС и высоким быстродействием. Без представления о работе этих процессоров, изучение более сложных процессоров очень проблематично, их изучению уделяется очень большое внимание. Поэтому всё больше требуются специалисты по ремонту и обслуживанию комплексов автоматизации и управления, соответственно они должны знать устройство и принципы функционирования микропроцессорной техники.

Также к группе МПК можно отнести схемы, в которых устройство управления реализовано на основе программируемых логических матриц, содержащих информацию, обеспечивающую выполнение записанной в них системы команд (К587, К1811 и другие).

Сопряжение микро-ЭВМ с большинством периферийных устройств осуществляется в параллельном коде.

Одним из основных направлений в проектировании MП информационно - управляющей вычислительной системой (ИУВС) является выбор совокупности унифицированных аппаратурных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации алгоритмов взаимодействия различных функциональных устройств ИУВС.
1.

Анализ функционирования установок для исследования режимов работы компонентов с СЭВМ
Функциональная организация интерфейсных лабораторных установок и стендов характеризует способы построения и порядок взаимодействия интерфейсных блоков.

Структура интерфейса определяется размерностью и схемой соединения, а также топологией связей. Размерность соединения - число информационных каналов и степень совмещения во времени процессов информационного взаимодействия в интерфейсе. Из-за этого существующие стандартные интерфейсы микро-ЭВМ имеют в основном одноименную структуру. Схема соединения определяет структуру информационного и управляющего каналов и сводится к последовательному, параллельному и параллельно- последовательному вариантам.

Топология связей характеризует взаимное размещение блоков ЭВМ и интерфейсных блоков в пространстве. Она зависит от конструктивного размещения плат интерфейсных блоков и разделяется на внутриблочную и межблочную.

Набор структурных параметров (размерность, схемы соединения, топологии связей) и интерфейсных операторов (функционально-независимых интерфейсных блоков, координации и другие) позволяет систематизировать возможные варианты интерфейсных лабораторных установок и стендов. При этом известно, что структурные параметры характеризуют информационный канал, а интерфейсные операторы характеризуют управляющий канал. Среди технико-экономических показателей можно выделить пропускную способность интерфейса, вместимость, надежность и стоимость лабораторной установки.

Под пропускной способностью понимается время передачи единицы информации между устройствами разрабатываемого устройства. Она зависит от времени, необходимого для установления связи, передачи единицы информации между устройствами интерфейсной лабораторной установки. Следовательно, пропускная способность зависит и от схемы соединения, топологии шин, способов реализации операторов селекции и синхронизации.

Вместимость характеризуется максимальным числом устройств, которые могут быть подключены к интерфейсу без использования дополнительных средств eё расширения. Она зависит от системы адресации приемопередающих элементов и условия конструктивной реализации. Вместимость тесно связана с остальными характеристиками интерфейсов - ее увеличение снижает значение пропускной способности и надежности и повышает стоимость разрабатываемого устройства.

Согласно современным представлениям под надежностью понимается свойство изделия (элемента, узла, устройства, машины, системы) выполнять заданные функции, сохраняя во времени свои характеристики в установленных пределах при определенных режимах и условиях использования, технического обслуживания, режимах хранения и транспортирования.

При анализе и оценке надежности какого-либо объекта приходится иметь дело со случайными событиями и величинами, что заставляет использовать понятия и методы теории вероятности.

Надежность разрабатываемого устройства определяется безотказностью, достоверностью функционирования и характеристиками обслуживаемости, в первую очередь ремонтопригодностью (восстанавливаемостью после отказов), восстанавливаемостью информации после сбоев и проверкопригодностью. [4]

Обычно оценке стоимости интерфейсной лабораторной установки включают затраты на интерфейсные блоки, систему электропитания, конструкции и кабели связи.

Для формирования требований, предъявляемых к лабораторным установкам и стендам, необходимо проанализировать имеющиеся виды интерфейсных лабораторных установок и стендов.

Лабораторный стенд, представленный на рисунке 1.1 предназначен для исследования параллельного интерфейса (ПИ) в ручном режиме.

Лабораторные установки с автоматизированным режимом работы предназначена для автоматизированного выполнения лабораторных работ. Структурная схема представлена на рисунке 1.2 и включает в себя:

- Блок параллельного интерфейса (ПИ).

- Тактовый генератор (ТГ).

- Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

- Контроллер устройства отображения (КУО).

- Устройство отображения (УО).

Недостатком этой лабораторной установки является то, что нет возможности проверить ПИ по отдельным командам, которые необходимы для работы ПИ в отдельных режимах.

Также недостатком является также то, что при пропуске команды, то есть в случае, если не успеть зафиксировать результат, то необходимо начинать процедуру проведения лабораторной работы заново. Также нет возможности выполнения лабораторной работы по этапам, что было возможно в лабораторной установке, рассмотренной выше, следовательно, при сбое системы необходимо программу выполнять заново.

Одним из основных представителей МПК с фиксированным набором команд является К580. [8]

Комплекс предназначен для изучения специфики построения микро-ЭВМ на базе МП БИС с фиксированным набором команд, исследования работы и методов программирования БИС.


Рисунок 1.1 - Структурная схема лабораторного оборудования для

исследования параллельного интерфейса в ручном режиме


Рисунок 1.2 - Структурная схема лабораторного оборудования для

автоматизированного выполнения лабораторных работ
2.

Разработка электрической структурной, функциональной, принципиальной схем учебного комплекса по интерфейсам ввода-вывода
2.1 Разработка схемы электрической структурной учебного комплекса по интерфейсам ввода-вывода
На основе анализа существующих лабораторных установок и стендов, выдвинутых технических требований к учебному комплексу следует, что разрабатываемый учебный комплекс должен иметь универсальную структуру.

Учебный комплекс, имеющий универсальную структуру, позволяет наглядно иллюстрировать работу реальной микропроцессорной системы и состоять из нескольких лабораторных установок. К лабораторной установке с универсальной структурой можно отнести УМПК1810, структурная схема которого представлена на (рисунке 2.1). Данная лабораторная установка позволяет наглядно проследить процессы, протекающие в параллельном интерфейсе, за это отвечает блок параллельного интерфейса (БПИ), а также блок клавиатуры и дисплея (БКД). Наглядно проследить процессы, протекающие в параллельном интерфейсе, способствует подключение блока запоминающих устройств (БЗУ) и блока дешифрации адреса (БДА), что также упрощает схему.

Схема БДА построена таким образом, что сигнал разрешения работы системной магистрали выдается тогда, когда ни на резидентной, ни на канальной магистрали нет устройств, распознавших свой адрес, а также текущий цикл не является циклом обработки прерываний.

В секционируемых микропроцессорных БИС широкое применение получила открытая структура устройства. К такому типу лабораторных установок относится УМПК серии К589. [1]

Секционируемые микропроцессорные БИС представляют собой класс полупроводниковых приборов, позволяющих для каждого конкретного применения строить вычислительные устройства со структурной схемой.


Рисунок 2.1 - Структурная схема лабораторного оборудования

с универсальной структурой серии 1810
Малая разрядность микропроцессорных модулей (обычно 2, 4, 8 разрядов) открывает возможность для одного корпуса БИС формировать большое число информационных магистралей, чем в микропроцессорных комплектах с фиксированной разрядностью. Выведенные на внешние контакты микросхем магистрали секционируемых микропроцессорных БИС дают возможность разработчикам вычислительных устройств реализовать микро-ЭВМ с архитектурой, учитывающей область ее применения.

Устройство управления микро-ЭВМ на секционируемых БИС обычно выполнено в виде самостоятельного блока и может иметь различную структуру в зависимости от решаемых задач. Рабочие программы могут вводиться на языке микроопераций, при этом наилучшим образом учитываются возможности используемых микропроцессорных БИС, однако процесс программирования характеризуется повышенной трудоемкостью.

Для программирования на командном уровне устройство управления должно обеспечить реализацию системы команд и специальных команд управления, осуществляющих работу со стековой памятью и режимом прерывания.


Рисунок 2.2 - Лабораторное оборудование для исследования

микропроцессорных систем серии 589
Структура универсальной конструкции, представленной на (рисунке 2.2), содержит операционный блок (ОБ), представляющий собой 8-разрядный блок обработки данных. Реализован блок на четырех БИС центрального процессорного элемента. Микропрограммное устройство управления (МУУ) входящее в структуру открытой конструкции реализовано на регистрах и обеспечивает последовательность выборки команд в соответствии с алгоритмом решаемой задачи, формирует управляющие коды для операционного блока и совокупность управляющих сигналов, обеспечивающих совместную работу блоков при выполнении команд.

Адресный расширитель (АР) предназначен для формирования 16-разрядной адресной магистрали. Шинный формирователь (ШФ) в свою очередь предназначен для формирования 8-разрядной информационной магистрали.

В данной лабораторной установке, построенной на основе секционируемых БИС МПК серии 589, существует возможность использовать в учебном процессе одни и те же внешние устройства, что и в УМПК580.

Лабораторная установка УМПК589 обладает свойством универсальности, то есть позволяет использовать внешние устройства от УМПК1801, УМПК1810. Программное обеспечение УМПК589 имеет двухуровневую структуру.

Нижний уровень представляет собой микрокоманды, реализующие систему команд однокристального микропроцессора КР580ВМ80. Верхний уровень программного обеспечения представляет собой управляющую программу, обеспечивающую согласованную работу всех блоков микро-ЭВМ процессора KP580BM80. Содержание и структура верхнего уровня программного обеспечения в УМПК589 аналогичны по назначению и содержанию управляющей программе УМПК580. Лабораторные установки, имеющие открытую структуру, обладают свойством универсальности.

К универсальному типу лабораторных установок, реализованных на основе БИС КМ1816ВЕ48, является УМПК1816.

Выбор серии К1816 в качестве базовой для построения комплекса обусловлен наличием в ней всех характерных особенностей, хорошим ее развитием, возможностью ее совместного использования с интерфейсами БИС серии К580, простотой реализации отладочных режимов.

Являясь специфическим оборудованием, лабораторная установка УМПК1816 удовлетворяет следующим требованиям:

- Возможность проведения экспериментов, с внутренними элементами, изучая их программирование и исследование различных режимов работы.

- Изучение методов разработки и отладки программного и схемотехнического обеспечения, а также методов отыскания неисправностей.

УМПК1816 имеет открытую структуру, позволяющую ей обладать свойством универсальности. [3]

С учетом необходимости гибкого изменения структуры и программного обеспечения в зависимости от целей и задач обучения комплекс построен на основе трех модулей.

Все модули являются функционально завершенными устройствами, позволяющими решать задачи различных этапов изучения построения микроконтроллеров на основе УМПК1816.

Базовый модуль (БМ) УМПК-48/ВМ, представленный на (рисунке 2.3) включает в свой состав:

- Однокристальная ЭВМ (ОЭВМ) КМ1816ВЕ48.

- Схему пошагового выполнения программ (СхПВП).

- Линии ввода-вывода (ЛВВ).

- Буферы магистралей данных (БМД).

- Буферы магистралей управления (БМУ).

- Схема формирования магистрали адреса (ФМА) для подключения внешних запоминающих устройств (ЗУ).

Использование комплекса УМПК48 в качестве базового оборудования, для проведения учебного процесса, позволяет охватить весь круг проблем разработки однокристальных ЭВМ. Учебный процесс можно условно разбить на два этапа.


  1   2   3



Рефераты Практические задания Лекции
Учебный контент

© ref.rushkolnik.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации