Выбор структуры одноплатного микроконтроллера. Модули памяти микроконтроллера. Селектор адреса портов ввода/вывода и возможность изменения селектируемых адресов. Деление адресного пространства на окна. Нумерация точек в схеме цифрового фильтра.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

ВВЕДЕНИЕ

Задание: В заданной РЭС осуществить управляющую функцию по одному из заданных параметров с помощью контроллера, построенного на МПК, разработать электрическую принципиальную схему проектируемого контроллера и составить программу (драйвер) реализуемую управляющую функцию на языке Ассемблер заданного МПК

Тип МПК: МПК БИС 1810

Состав микро-контроллера: ОЗУ - 512Кбайт, ПЗУ - 64Кбайт, канал ввода - последовательный, канал вывода - параллельный, ОЗУ динамическое, контроллер прерываний присутствует

Реализуемая

функция: Рекурсивный цифровой фильтр (порядок - 2, тип - ФНЧ, аппроксимация характеристик Баттерворда, частота среза - n+1 кГц). Измерение временного интервала

1. Проектирование аппаратного обеспечения

Проектирование аппаратного обеспечения одноплатных микроконтроллеров начинается с выбора обобщенной структурной схемы. При выборе структуры одноплатного микроконтроллера необходимо определить:

тип используемого микропроцессора;

необходимость использования сопроцессора;

емкость ОЗУ и его тип;

емкость ПЗУ;

необходимость использования функциональных преобразователей;

число портов ввода-вывода и их назначение;

необходимость использования буферов шин и соответствующих схем управления.

В каждом конкретном случае разработчик должен определить, какая часть названных средств и в каком объеме может удовлетворять поставленной задаче. Наиболее распространенной и общей для одноплатных микроконтроллеров является структура с тремя шинами, представленная на рис. 1.1.

Шиной системы называют физическую группу линий передачи сигналов, имеющих схожие функции в рамках системы.

Все три шины являются специализированными с точки зрения их функций и именуются так:

шина адреса;

шина данных;

шина управления.



Рис. 1.1

Шина адреса. По адресной шине передаются лишь выходные сигналы, которые поступают с выводов в корпусе МП. Эта шина предназначена для того, чтобы открывать или выбирать правильный тракт для электрического соединения в пределах микроконтроллера. Другой важной характеристикой шины является ее емкость, которая изменяется от 8 до 32 электрических линий.

Шина данных. Эта шина является двунаправленной, т.е. передача данных может производиться в обоих направлениях. В некоторых случаях данные генерируются МП и передаются от него к определенному устройству. Это устройство открывается с помощью заданного логического состояния линий адресной шины и получает данные с шины данных. В других случаях данные генерируются каким-то источником и передаются микропроцессору посредством шины данных. Хотя передача данных по шине может производиться в обоих направлениях, однако в каждый заданный момент времени она осуществляется лишь в одном направлении. Это означает, что для передачи данных в систему и их приема из системы МП переводится в соответствующий режим.

Шина управления. На шине управления должно действовать, как минимум 4 следующих типа сигналов:

чтение из памяти;

запись в память;

чтение с устройства ввода-вывода;

запись в устройство ввода-вывода;

Шина используется для вывода сигналов и является однонаправленной.

В структуре микроконтроллера (рис. 1.1) главным элементом является процессорный модуль, другие модули являются периферийными (ЗУ, УВВ и т.д.).

Каждый периферийный модуль микроконтроллера имеет вход для приема сигнала "Выбор модуля" (). В процессе работы микроконтроллера с помощью этого сигнала одновременно может активизироваться только один из периферийных модулей. Это означает, что возможен обмен данными между, выбранным модулем и процессорным модулем. Выходы остальных модулей при этом остаются в высокоимпедансном состоянии (отключенном) и на работу микроконтроллера не влияют.

2. Процессорный модуль на БИС 1810

Два режима работы МП 1810 позволяют строить на его основе центральные процессоры для простых микроконтроллеров и вычислительные модули мультипроцессорных систем.

При построении простых микроконтроллеров МП 1810 чаще всего работает в минимальном режиме, а архитектура всего микроконтроллера использует однопользовательскую системную шину (см. рис. 2.1).



Рис. 2.1

В такой конфигурации процессор состоит из МП КР1810ВМ86, системного генератора КР1810ГФ84 и БИС магистрального интерфейса КР580ИР82/83, КР580ВА86/87 или КР1810ИР82/83 и КР1810ВА86/87, предназначенных для обеспечения требуемой нагрузочной способности.

В схеме на рис. 3 интерфейс адресной шины реализован на буферных регистрах КР580ИР82, в которые записывается информация с выходов AD0-AD15, A16-A19 МП 1810ВМ86 по сигналу STB в такте Т1 и хранится там в течение всего машинного цикла. Интерфейс шины данных реализован на шинных формирователях КР580ВА86.

Информация о данных поступает в формирователи по сигналу с выходов AD0-AD15 МП КР1810ВМ86 в такте Т2-Т3. Мультиплексор К555КП11 формирует раздельные сигналы чтения/записи ЗУ и ВУ.

Имеется возможность организации канала прямого доступа к памяти (ПДП) на БИС КР1810ВТ37 и системы прерываний на БИС КР1810ВН59.

3. Модули памяти микроконтроллера на МП 1810

Микропроцессоры семейства К1810 адресуют пространство ЗУ объемом 1 Мбайт с байтовой организацией, где БИС ЗУ подключены к старшему и младшему байтам канала данных.

При проектировании модулей памяти необходимо проанализировать совместимость БИС ЗУ с системой на базе МП 1810, как минимум по следующим параметрам: требуемая информационная емкость и организация памяти, быстродействие (время цикла обращения для записи или считывания), тип магистрали (интерфейса), характеристики линий магистрали и т.д.

Для примера время цикла чтения/записи без использования тактов ожидания, МП 1810, при частоте синхронизации 5 МГц составляет менее 600 нс, а время выборки статического ОЗУ порядка 160 нс. Поэтому для реализации ОЗУ можно использовать БИС ОЗУ семейств К541 или К132 и ОЗУ семейства К565. Для реализации ПЗУ без тактов ожидания следует использовать БИС семейства К556 (рис. 2.2).

Рис. 2.2

Применение других семейств микросхем памяти, требует организации одного или двух тактов ожидания.

Оперативные запоминающие устройства микроконтроллера на базе МП К1810ВМ86 также имеют двухбайтовую организацию и состоят из двух банков.

Старший банк ЗУ хранит старший байт шестнадцатиразрядного слова и выбирается по сигналу , младший - хранит младший байт слова и выбирается по сигналу А0=0. Под управлением сигналов выборки с линий , А0 организуется доступ к словам ЗУ или отдельным байтам.

Для реализации памяти небольшого объема широко применяют ОЗУ статического типа. Пример такой реализации ОЗУ показан на рис. 2.3.

Рис. 2.3

Для реализации ОЗУ больших объемов используются БИС ОЗУ динамического типа (рис. 2.4).

Эти БИС имеют ряд особенностей, существенно отличающих их от микросхем статического типа: мультиплексирование адресного кода, более сложные временные диаграммы сигналов управления, регенерация хранимой информации, значительное рассогласование входов и выходов с ТТЛ-линиями по сопротивлению. Указанные особенности БИС ОЗУ ДТ оказывают значительное влияние на структурные и схемотехнические решения при построении модулей памяти.



Рис. 2.4

В этом случае модуль памяти должен содержать БИС памяти, контроллер ОЗУ ДТ, буферные регистры или магистральные приемопередатчики, шинные формирователи, обеспечивающие сопряжение по нагрузке модуля ОЗУ с шинами адреса и данных.

Для примера у семейства 565 период регенерации БИС составляет 2 мс.

Регенерация выполняется путем обращения к 128 строкам по младшим адресам. Удобно выполнять регенерацию по сигналу при . В этом случае БИС рассеивает минимальную мощность. В режиме записи данные с информационного входа фиксируются по сигналам со входов и , в момент появления сигнала . Информационный выход БИС 565 трехстабильный и находится в высокоимпедансном состоянии при и . В режиме записи, когда сигнал на вход приходит раньше сигнала на входе , информационный выход остается высокоимпедансном состоянии выход в течение всего цикла записи. В режиме чтения выход переходит в активное состояние через интервал времени, равный времени выборки, и остается в нем до перехода сигнала на выходе в состояние "логической 1". Состояние выхода при этом не имеет значения. Чтение данных выполняется без их разрушения. Кроме обычных режимов записи/чтения в БИС 565 выполняется режим чтение-модификация-запись "регенерация" и страничные режимы записи/чтения. Для управления ОЗУ ДТ синтезируются цифровые автоматы, кроме того, существует БИС контроллера ОЗУ ДТ КР1810ВТ03.

4. Селекторы адресов микроконтроллера

Работая в режиме программного обмена микрокон...