Регистратор дискретных сигналов

| Категория реферата: Рефераты по информатике, программированию
| Теги реферата: экономический диплом, контрольная работа 1
| Добавил(а) на сайт: Мавродий.

СУ – согласующее устройство COM-порта, предназначено для согласования вводимых сигналов с СОМ-портом микроконтроллера (Тх), а так-же для защиты порта от повышенного напряжения и перегорания. Подключение к внешнему устройству ввода производится с помощью разъема RS232.

МК - микропроцессорный контроллер, реализующий алгоритм включения и выключения каналов. В его состав входят МП, оперативное и постоянное запоминающее устройство (ОЗУ и ПЗУ), порты ввода-вывода (ПВВ), таймеры- счетчики (ТС). Для синхронизации работы этих устройств предназначен генератор тактовых импульсов. Микроконтроллер содержит и осуществляет всю логику работы устройства. В данном устройстве используется микроконтроллер семейства MCS51 марки АТ89С51. Подробное описание устройства и работы микроконтроллера будет описано далее.

DС1 – дешифратор цифровой индикации. Применяется для отображения цифр на цифровых индикаторах. На входе четырехразрядный двоично-десятичный код цифры, на выходе семиразрядный код для семисегментного индикатора.
Подключается к порту Р1 микроконтроллера (биты 1 - 4)

DC2 – дешифратор, предназначенный для управления блоком индикаторов в динамическом режиме, разрешая зажигание одной установленной цифры. На входе двоичный номер цифры, на выходе включение одного вывода соответствующего номеру. Подключен к порту Р1 микроконтроллера.(биты 4 и 5)

БЦИ – блок цифровой индикации. Состоит из девяти семисегментных цифр.
В разрабатываемом устройстве используется только 4.
Кроме того на схеме и изображены кнопка пуск, по нажатии которой запускается таймер и начинается работа устройства, и блок включающий питание на выходе по каждому из восьми каналов отдельно, подключен к порту
Р0 микроконтроллера. Косая черта и цифра над ней обозначает что идет не один провод а несколько, количество которых показано цифрой.

1. Описание принципиальной электрической схемы

Для питания схемы используется внешний источник питания напряжением
5В, подключаемый к разъему Х1.

Восемь линий порта Р0 микроконтроллера DD1 используем для включения подачи сигнала на выход. После включения устройства все порты микроконтроллера установлены на высокий потенциал. При срабатывании таймера на соответствующая линия порта меняет потенциал на низкий, при этом открывается соответствующий транзистор (VТ2-VТ9) и подается напряжение на соответствующую линию выходного канала. При установки высокого потенциала по истечение установленного времени для данного канала транзистор снова закрывается и подача питания на выход прекращается. Выходные каналы объединены разъемом Х2.

К порту Р1 подключен блок цифровой индикации НG1 через два дешифратора
DD2 и DD3. Блок индикаторов содержит 9 цифр из которых используется в устройстве всего 4. Схема подключения с общим катодом. Индикаторы работают в динамическом режиме, т. е. Включаются поочереди с быстрой частотой, незаметной глазу наблюдателя. На рисунке показан график включения индикаторов (0 – включен, 1 - выключен).

Т=20мс t=5мс

Остальные выводы просто не используются и ни к чему не подключаются.
Дешифратор DD2 подключен к 0 – 3 выводам порта Р1. Он преобразует четырехразрядный код цифр в семиразрядный код для индикатора и подключается к выводам А-G блока индикаторов.

Дешифратор DD3 подключен к выводам 5,6 порта и преобразует двоичный код номера индикатора в сигнал на соответствующей линии выхода.
На неиспользуемые линии на входе подаем низкий потенциал (ноль).

К линиям Х1 и Х2 подключен генератор тактовых импульсов ZQ1 частотой
12МГц. К линии Т0 подключена кнопка пуска таймера. Ввод команд осуществляется через порт Rx который через согласующее устройство выходит на разъем Х2 соответствующий Стандартному разъему для СОМ-порта RS232.

2.3 Описание используемых микросхем

Основной частью микропроцессорной системы сбора и обработки информации является однокристальный микроконтроллер, который, собственно и выполняет основные функции сбора и обработки данных.

Для выполнения этих функций возьмем МК АТ89С4051, т.к. он имеет достаточное быстродействие, небольшую стоимость и подходящее энергопотребление.
Основные характеристики МК АТ89С4051: o Высококачественная n-МОП технология; o Объем внутренней памяти программ – 4К; o Тип памяти – ПЗУ; o Объем внутренней памяти данных – 128 байт; o Максимальная частота следования тактовых сигналов – 12 МГц; o Ток потребления – 150 мА; o Четыре 8-ми разрядных программируемых канала ввода-вывода; o Два 16-тибитовых многорежимных таймера-счетчика; o Система прерываний с 6-ю векторами и 2-мя уровнями; o Последовательный интерфейс; o Встроенная система прерываний; o Встроенный программируемый связной адаптер; o Возможность расширения общего объема оперативной памяти данных – до 64

Кбайт за счет использования внешних микросхем ЗУПВ.
Условное графическое обозначение МК приведено на рисунке 2.

[pic]Рис. 2

На рисунке 3 приведена структурная схема арифметическо-логического устройства микроконтроллера. 8-битное арифметическо-логическое устройство
(ALU) может выполнять арифметические операции сложения, вычитания, умножения, деления; логические операции И, ИЛИ, исключающее ИЛИ, а также операции циклического сдвига, сброоса, инвертирования и т. п. К входам подключены програмно недоступные регистры Т1 и Т2, предназначенные для временного хранения операндов, схема десятичной коррекции (DCU), и схема формирования признаков результата операции (PSW).

Рис 3. Арифметическо-логическое устройство микроконтроллера MCS51

Простейшая операция сложения используется в ALU для инкрементирования содержимого регистров, продвижения регистра указания данных (RAR) и автоматического вычисления следующего адреса резидентной памяти программ.
Простейшая операция вычитания используется в ALU для декрементирования регистров и сравнения переменных.

Важной особенностью ALU является способность оперировать не только байтами но и битами. Отдельные программно доступные биты могут сравниваться, устанавливаться, сбрасываться, передаваться, использоваться в логических операциях. Эта способность достаточно важна, поскольку для управления объектами часто применяются алгоритмы, содержащие операции над входными и выходными булевыми переменными, реализация которых средствами обычных микропроцессоров сопряжена с определенными трудностями.

Таким образом АЛУ может оперировать четырьмя типами информационных объектов булевыми (1 бит), цифровыми (4 бита), байтными (8 бит) и адресными
(16 бит). В АЛУ выполняется 51 различная операция пересылки или преобразования этих данных. Так как используется 11 режимов адресации, то путем комбинирования операций и режима адресации базовое число команд 111 до 255 из 256 возможных при однобайтовом коде операции.

В качестве дешифратора DD2 была использована микросхема КР514ИД1.
Дешифратоор применяется преобразования двоичного кода чисел от 0 до 9 в код необходимый для высвечивания соответствующей цифры на семисегментном световом диодном индикаторе с общим катодом, т. е. На выходе в качестве активного используется высокий потенциал.

Таблица истинности