Проектирование микропроцессорной системы

Проектирование микропроцессорной системы

 

 

 

 

Задание на курсовой проект

 

1. Привести тематический обзор по материалам научно-технической литературы изданий 90-х годов, согласно своему варианту.
2. Выполнить проектирование микропроцессорной системы с разработкой аппаратной части, согласно своему варианту.
3. Разработать программный модуль инициализации (начальной установки) аппаратной части спроектированной микропроцессорной системы.

 

 

Вариант задания - 8 ( 32533 ).

 

 

1. Модуль памяти

Выполнить проектирование  модуля  памяти на базе ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием и статического ОЗУ. Обмен должен производится без тактов ожидания.

ППЗУ - 32К,  адреса: 0000h-7FFFh

ОЗУ    - 24К,  адреса: 8000h-DFFFh

2. Клавиатура

Выполнить проектирование клавиатуры на базе простейших  клавишных механических  датчиков  типа  ПКН125.  Количество клавиш в клавиатуре - 12.

3. Дисплей

Выполнить проектирование дисплея в виде табло на  базе  сегментных светодиодных   индикаторов   типа   АЛС324.    Количество   знакомест   в

табло - 12.

4. Стандартный интерфейс

Выполнить     проектирование    модуля    интерфейса   связи   с   внешними

(периферийными)    устройствами.   Предусмотреть   возможность    обмена данными  в  режиме   прерывания.  Тип  интерфейса - ИРПР-М.

5. Модуль связи с объектом

Выполнить проектирование   модуля  связи  с  объектом,   согласно требованию:  выдача аналогового сигнала в виде одиночного импульса формы трапеции длительностью 100 мс.  Предусмотреть возможность обмена данными в режиме ПДП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            СОДЕРЖАНИЕ

 

Перечень принятых сокращений

Введение

1. Тематический обзор

2. Проектирование аппаратной  части микропроцессорной системы

   2.1. Разработка структуры  микропроцессорной системы

   2.2. Выбор микропроцессора

   2.3. Проектирование  центрального процессора

        2.3.1. Разработка функциональной схемы  центрального  про-

               цессора

        2.3.2. Выбор элементной базы центрального  процессора

        2.3.3. Разработка  принципиальной схемы  центрального про-

               цессора

        2.3.4 Временные диаграммы обмена данными по системной 

                шине центрального процессора 

   2.4. Проектирование  модуля памяти

        2.4.1. Разработка функциональной схемы  модуля памяти

        2.4.2. Выбор элементной базы модуля  памяти

        2.4.3. Разработка  принципиальной схемы  модуля памяти

   2.5. Проектирование  модуля интерфейса пользователя

        2.5.1. Разработка функциональной схемы  модуля  интерфейса

               пользователя

        2.5.2. Выбор элементной базы модуля  интерфейса  пользова-

               теля

        2.5.3. Разработка принципиальной схемы  модуля  интерфейса

               пользователя

   2.6. Проектирование  модуля интерфейса связи

        2.6.1. Разработка  функциональной схемы  модуля интерфейса

               связи

        2.6.2. Выбор элементной базы модуля  интерфейса связи

        2.6.3. Разработка  принципиальной схемы  модуля интерфейса

               связи

   2.7. Проектирование  модуля связи с объектом

        2.7.1. Разработка  функциональной  схемы  модуля  связи с

                  объектом

        2.7.2. Выбор элементной базы модуля  связи с объектом

        2.7.3. Разработка принципиальной  схемы  модуля  связи  с

               объектом

   2.8. Проектирование  модуля контроллера ПДП

        2.8.1. Разработка  функциональной схемы  модуля контролле-

               ра ПДП

        2.8.2. Выбор элементной базы модуля  контроллера ПДП

        2.8.3. Разработка  принципиальной схемы  модуля контролле-

               ра ПДП

2.9. Проектирование модуля  контроллера прерываний 

        2.9.1. Разработка  функциональной схемы  модуля контролле-

               ра прерываний

        2.9.2. Выбор элементной базы модуля  контроллера прерыва-

               ний        

        2.9.3. Разработка  принципиальной схемы  модуля контролле-

               ра прерываний

 

   2.10. Расчет надежности  аппаратной части микропроцессорной  сис-

        темы

3. Разработка программных  модулей инициализации аппаратуры  систе-

   мы 

1. Разработка структуры программной инициализации аппаратуры 

        системы

   3.2. Программная  инициализация модуля интерфейса  пользователя

   3.3. Программная  инициализация модуля интерфейса  связи

   3.4. Программная  инициализация модуля связи с  объектом

5. Программная инициализация модуля контроллера ПДП
6. Программная инициализация модуля контроллера прерываний

Заключение

Список литературы

 

 

                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перечень принятых сокращений

 

БА - буфер адреса

БД - буфер данных

БИС - большая интегральная схема

ВС - вычислительная система

ГТИ - генератор тактовых импульсов

ЗУ - запоминающее устройство

ИС - интегральная схема

МС - микросхема

МА - магистраль адреса

МД - магистраль данных

МУ - магистраль управления

МП - микропроцессор

МПК - микропроцессорный комплект

МПС - микропроцессорная система

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство

ПДП - прямой доступ в память

ПИУ - программируемое интерфейсное устройство

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство

ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь

ЦП - центральный процессор

УВВ - устройство ввода-вывода

УСАПП - универсальный синхро-асинхронный приемопередатчик

ЭВМ - электронная вычислительная машина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Микропроцессоры и микропроцессорные системы являются в настоящее время наиболее массовыми средствами вычислительной техники.

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 ранее она не использовалась.

Для обработки аналоговых и цифровых сигналов разработана большая номенклатура микросхем, среди которых можно отметить генераторы, усилители, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, модуляторы, компараторы, переключатели тока и напряжения, элементы выборки и хранения, фильтры, центральные процессорные элементы, устройства управления вводом-выводом, программируемые последовательные и параллельные интерфейсы, котроллеры прямого доступа к памяти, магистральные приемопередатчики, блоки микропрограммного управления, приоритетного прерывания, запоминающие устройства, многофункциональные синхронизирующие устройства, программируемые таймеры и т. д. Большинство перечисленных схем  и устройств являются функциональными составными частями микропроцессорных комплектов, в значительной степени определяя архитектуру микро-ЭВМ. Однако практически любая микро-ЭВМ кроме основных функциональных БИС содержит и значительное число микросхем средней и малой степени интеграции.

В рамках настоящего курсового проекта разработана микропроцессорная система с заданными характеристиками.

Данная разработка ставит своей целью ознакомление с принципами построения микропроцессорных систем, средств связи с внешними устройствами.

Построение системы на одном из простых микропроцессорных комплектов позволит в дальнейшем проектировать более современные и быстродействующие устройства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.  Тематический обзор.

 

Магнитооптические накопители

 

С увеличением размеров графических файлов растет спрос на внешнюю память, выполненную по магнитооптической технологии. Новые технологические решения, судя по всему, станут основополагающими при построении запоминающих устройств со сменными носителями в 90-х годах.

 

С согласно  закону  Паркинсона (применительно к средствам хранения  информации),  объем файлов увеличивается и достигает емкости внешних запоминающих устройств. Вспомним те времена, когда  1,44-Мбайт  флоппи-диски позволяли  и хранить информацию, и обмениваться ею. Однако очень скоро на них стало умещаться лишь несколько рисунков clip art .

Что касается издательского дела, то здесь уже давно для хранения и обмена данными принято использовать 5,25- и 3,5-дюймовые диски фирмы SyQuest, объем которых составляет 44, 88 или 105 Мбайт. Эти широко распространенные диски быстры и удобны, однако, как и все устройства SyQuest, включая новую модель объемом 270 Мбайт, имеет целый ряд недостатков. Они подвержены ударным, механическим и электромагнитным воздействиям и к тому же недешевы: их розничные цены колеблются от 70 до

100 долл. А ведь существуют  более надежные и универсальные  запоминающие устройства со сменным  носителем - магнитооптические (МО) диски.

Прежде всего отметим, что

МО-диски, изготовленные из алюмиевых сплавов и заключенные в корпус из пластика, практически не подвержены разрушению. Они не боятся воздействию повышенных и пониженных температур, электромагнитных излучений,  ударных воздействий и загрязнения. Не менее важны их невысокая  цена  (розничная    менее  40 долл.),  продолжительный срок хранения данных (15 лет) и, наконец, повышенная вместимость. Неформатированные 3.5-дюймовые (односторонние) диски вмещают 128 Мбайт, а неформатированные 5,25-дюймовые (на двух сторонах)  1,3 Гбайт, что соответствует стандартным

форматам ISO. С появлением новых стандартов емкость носителей еще больше увеличится: к 1995 г. 3.5-дюймовый диск будет содержать

500 Мбайт информации, а 5,25-дюймовый  2,3 Гбайт.

В настоящее время самым существенным недостатком перезаписываемых МО-дисков является их меньшее быстродействие по сравнению с устройствами SyQuest  и жесткими дисками,  поскольку стирание и запись осуществляются за два прохода. Время доступа пока еще великовато для работы  с мультимедиа (оно  не должно превышать 20 мс), но неуклонно уменьшается; для многих МО-устройств этот показатель уже

сейчас составляет около 50 мс.

Как положительное свойство магнитооптических дисков следует отметить их повышенную надежность. Вероятность вывода диска из строя невелика, поскольку головки  чтения/записи  никогда  с ним не соприкасаются. Благодаря своей долговечности и надежности эти диски хорошо подходят для хранения  и транспортировки больших графических файлов. И хотя  5,25-дюймовые  МО-диски вмещают значительные объемы информации (что делает их идеальными для хранения больших баз данных), в издательских фирмах и сервисных бюро носители SyQuest  начинают заменяться именно на 3,5дюймоьые магнитооптические диски.

 

Премудрости технологии

 

Как следует из названия, в перезаписываемых МО-дисках используются магнитная и оптическая технологии. Установленный в дисководе лазер при записи нагревает поверхность диска,  а электромагнит изменяет намагниченность битовых полей. При  считывании диск сканируется "холодным" лучом меньшей мощности, а специальные датчики улавливают отраженный от поверхности диска луч и определяют его поляризацию.

В некоторых своих 5,25-дюймовьи МО-дисководах фирма Рanasonic использует собственную технологию  phase change (изменение фазового состояния). Эта технология позволяет считывать и записывать данные за один проход вместо двух, что вдвое сокращает время доступа. Однако записанные таким образом диски несовместимы с традиционными магнитооптическими устройствами.

Кроме перезаписываемых МО-дисков существуют и другие оптические запоминающие устройства со сменными  носителями. Рассмотрим их подробнее.

Вероятно, наиболее известными оптическими дисками являются CD-ROM, вмещающие до 650 Мбайт информации. Для их считывания используется лазерный луч. Эти диски, предназначенные только для  чтения, обычно продаются с заранее записанной на них информацией:  справочниками, картинками clip art, наборами шрифтов и фотографиями. В последнее время все большую популярность приобретают записываемые компакт-диски.

Технология WORM (write-once, read-many  -  однократная запись, многократное считывание) в наибольшей степени подходит для архивации. Устройства WORM сохраняют информацию на сменных носителях аналогично тому, как это делается в МО-дисководах. Данные же записываются однократно, поскольку здесь не допускается  повторная запись в один и тот же сектор. При  коррекции файлы сохраняются в других секторах, что позволяет восстанавливать историю внесенных исправлений. Емкость носителей диаметром 5,25 дюйма превышает 1 Гбайт - так же, как и на перезаписываемых МО-дисках. Широкое     распространение получают и иные оптические накопители. Например, многофункциональные дисководы способны работатъ как с WORM, так и с магнитооптическими дисками, что