Анализ задачи и её формализация

Введение

 

В данной курсовой работе предстоит спроектировать устройство индикации на микроконтроллере KP1816BE51. Устройство индикации входит в блок управления 4-х канальным ТВ передатчиком. Также в этот блок входят: клавиатура, звук и синтезатор частоты.

При создании радиоэлектронной аппаратуры самого различного назначения в качестве встроенных процессоров управления применяются специализированные микропроцессоры (микроконтроллеры), содержащие помимо процессорного ядра ещё и память, средства ввода-вывода и совокупность встроенных дополнительных узлов, предназначенных для выполнения определённых специфических функций управления.

Всё многообразие микроконтроллеров, выпускаемых разными фирмами, условно можно разделить на две группы: специализированные микроконтроллеры и микроконтроллеры общего назначения. Мы используем микроконтроллер общего назначения. Микроконтроллер общего назначения совпадают со специализированными микроконтроллерами по архитектуре процессорного ядра и системе команд, отличаются тем, что их внутренние функциональные узлы используются для реализации типовых функций управления (последовательный и параллельный ввод-вывод, фиксирование внешних или внутренних событий, изменение временных интервалов, аналого-цифровое преобразование, управление стандартными шинами последовательного интерфейса и т.п.).

 Вопросы построения, функционирования и применения микроконтроллера рассматриваются на конкретном примере отечественно БИС КР1816ВЕ51, которая является полным функциональным аналогом микроконтроллера 8051. Эта микросхема представляет собой высокопроизводительную, экономичную 8-разрядную однокристальную микро-ЭВМ со встроенной постоянной программной памятью команд (ПЗУ) и встроенной памятью данных (ОЗУ). Микроконтроллер содержит все узлы, необходимые для построения автономной (встроенной) микропроцессорной системы:

- 8-разрядный центральный процессор;

- память программ ёмкостью 4 Кбайт;

- память данных ёмкостью 128 байт;

- 4 канала параллельного ввода\вывода;

- порт последовательного ввода\вывода;

- два таймера\счётчика;

- схему прерываний;

-генератор тактовых импульсов.

 Все микроконтроллеры семейства MCS-51 имеют единую базовую структуру Рис.1. В состав микроконтроллера входят процессор (CPU), внутренне постоянное запоминающее устройство (IROM), внутренне оперативное запоминающее устройство (IRAM) и набор периферийных устройств. К микроконтроллеру могут быть подключены внешняя постоянная память (EROM) и внешняя оперативная память (ERAM). Процессор содержит арифметико-логическое устройство (ALU), шестнадцатиразрядный счётчик команд (PC), шестнадцатиразрядный регистр указатель данных (DPTR), восьмиразрядный регистр-указатель стека (SP), генератор тактового сигнала (OSC). В состав ALU входят восьмиразрядные регистр-аккамулятор (A), вспомогательный регистр (B) и регистр слова состояния программы (PSW).

Разработка, обоснование и описание общего алгоритма работы устройства

 

При включении микроконтроллера мы должны пройти этап инициализации, который состоит:    - установка начального значения регистра стека, установка требуемого банка; - установка режима таймера и коэффициента деления; - разрешение прерываний от таймера.

 Алгоритм работы программы индикации реализован следующим образом:

 - восстановление слова состояния микроконтроллера с сохранением текущего; - чтение кода нажатой клавиши из буфера клавиатуры; - преобразование кода клавиши в его эквивалентное представление на семисегментном индикаторе; - вывод преобразованного кода в порт Р2; - сохранение текущего слова состояния и восстановление предыдущего.

 

Выбор и обоснование аппаратной части устройства

 

По техническому заданию, в качестве устройства обработки входных и выходных сигналов используется микроконтроллер КП1816ВЕ51, максимальный выходной ток которого не превышает 1.6мА, следовательно, входной ток буфера должен быть не более этого значения. Выходной ток буфера должен быть не менее тока потребления одного сегмента индикатора АЛС359А – 22 мА. Для реализации данного условия подходит микросхема К155ЛН3.

 

Заключение

 

В настоящей курсовой работе была разработана программная и аппаратная часть устройства индикации блока управления 4-х канальным ТВ передатчиком МВ. Быстродействие программы индикации не требовательно к времени выполнения, однако при разработке были учтён тот факт, что целесообразней оставить больше процессорного времени на выполнение других программ (обработки клавиатуры, синтезатора, звуковой индикации), которые более требовательны к времени. При написании программы индикации была предпринята попытка максимально оптимизировать выполняемый код, уменьшая его размер. Дальнейшая оптимизация вряд ли возможна и необходима, поскольку логика работы достаточна проста.

Введение

 

В данной курсовой работе предстоит спроектировать устройство индикации на микроконтроллере KP1816BE51. Устройство индикации входит в блок управления 4-х канальным ТВ передатчиком. Также в этот блок входят: клавиатура, звук и синтезатор частоты.

При создании радиоэлектронной аппаратуры самого различного назначения в качестве встроенных процессоров управления применяются специализированные микропроцессоры (микроконтроллеры), содержащие помимо процессорного ядра ещё и память, средства ввода-вывода и совокупность встроенных дополнительных узлов, предназначенных для выполнения определённых специфических функций управления.

Всё многообразие микроконтроллеров, выпускаемых разными фирмами, условно можно разделить на две группы: специализированные микроконтроллеры и микроконтроллеры общего назначения. Мы используем микроконтроллер общего назначения. Микроконтроллер общего назначения совпадают со специализированными микроконтроллерами по архитектуре процессорного ядра и системе команд, отличаются тем, что их внутренние функциональные узлы используются для реализации типовых функций управления (последовательный и параллельный ввод-вывод, фиксирование внешних или внутренних событий, изменение временных интервалов, аналого-цифровое преобразование, управление стандартными шинами последовательного интерфейса и т.п.).

 Вопросы построения, функционирования и применения микроконтроллера рассматриваются на конкретном примере отечественно БИС КР1816ВЕ51, которая является полным функциональным аналогом микроконтроллера 8051. Эта микросхема представляет собой высокопроизводительную, экономичную 8-разрядную однокристальную микро-ЭВМ со встроенной постоянной программной памятью команд (ПЗУ) и встроенной памятью данных (ОЗУ). Микроконтроллер содержит все узлы, необходимые для построения автономной (встроенной) микропроцессорной системы:

- 8-разрядный центральный процессор;

- память программ ёмкостью 4 Кбайт;

- память данных ёмкостью 128 байт;

- 4 канала параллельного ввода\вывода;

- порт последовательного ввода\вывода;

- два таймера\счётчика;

- схему прерываний;

-генератор тактовых импульсов.

 Все микроконтроллеры семейства MCS-51 имеют единую базовую структуру Рис.1. В состав микроконтроллера входят процессор (CPU), внутренне постоянное запоминающее устройство (IROM), внутренне оперативное запоминающее устройство (IRAM) и набор периферийных устройств. К микроконтроллеру могут быть подключены внешняя постоянная память (EROM) и внешняя оперативная память (ERAM). Процессор содержит арифметико-логическое устройство (ALU), шестнадцатиразрядный счётчик команд (PC), шестнадцатиразрядный регистр указатель данных (DPTR), восьмиразрядный регистр-указатель стека (SP), генератор тактового сигнала (OSC). В состав ALU входят восьмиразрядные регистр-аккамулятор (A), вспомогательный регистр (B) и регистр слова состояния программы (PSW).

Анализ задачи и её формализация

 

На основе однокристального микроконтроллера необходимо разработать устройство индикации блока управления 4-х канального ТВ передатчика МВ. Блок управления имеет четырёхкнопочную клавиатуру, с нанесёнными на клавиши номерами каналов (2,3,5,6) и устройство индикации для отображения номера канала. Число разрядов линейного дисплея, в данном случае, равно 1. Реализованная подпрограмма обработки нажатия клавиш помещает код нажатой клавиши в ячейку памяти, таким образом, что клавише с номером “2” соответствует код 0, “3” – 1, “5” – 2, “6” – 3, соответственно. Остальные нажатия не обрабатываются (например, одновременное нажатие двух и более клавиш), поэтому в отображении индикатором ошибки нет необходимости. Поскольку для отображения любого номера канала достаточно одноразрядного (имеющий одно знакоместо) индикатора, то режим индикации – статический. Обработка данных в программе – однобайтовая. Устройство индикации должно считывать код клавиши и адекватно отображать его обозначение на цифровом светодиодном индикаторе АЛС359А (приложение 1). Максимальный ток на выходе микроконтроллера КР1816ВЕ51 составляет 1.6мА, а средний прямой ток потребления одного сегмента индикатора АЛС359А – 22мА. Поэтому, необходимо использовать элемент согласования. В качестве элемента согласования (буфера) используем логический элемент “НЕ” – К155ЛН3 (приложение 2). В одном корпусе микросхемы К155ЛН3 шесть логических элементов “НЕ”, а используемых сегментов индикатора – 7, следовательно, необходимо две микросхемы К155ЛН3. Исходя из выбранного буфера, в качестве которого используется инвертор, признаком свечения сегмента индикатора является логический “0”.

Паспортное напряжение питания индикатора – 2В, ток 22мА, на выходе инвертора 5В, следовательно, необходимы ограничивающие резисторы, сопротивление которых может быть вычислено по следующей формуле:

R = 5/0.022 = 227.27 Ом. Ближайшее сопротивление из стандартного ряда – 220 Ом, это значение выберем в качестве сопротивления ограничивающих резисторов.

 Аппаратно - программные требования:

Микроконтроллер имеет 4 восьмиразрядных порта из которых подпрограмма индикации использует порт – Р2, так как вывода точки не требуется по техническому заданию, у Р2 остаётся один неиспользуемый разряд. Этот разряд (7) может использовать подпрограмма звука.

Микроконтроллер имеет 4 банка памяти, из которых подпрограмма индикации использует – Банк №1.