- •Цели курсового проектирования
- •Тематика курсовых проектов
- •Этапы выполнения курсового проекта
- •Структура, объём и оформление проекта
- •5. Проектирование основных блоков мпу.
- •5.1. Процессорный блок.
- •Блок памяти
- •5.3. Обмен информацией в микропроцессорной системе.
- •Формирование управляющих сигналов мпс.
- •5.3.2. Интерфейсы ввода - вывода.
- •6. Пример проектирования микропроцессорного устройства.
- •6.1. Выбор микропроцессорного комплекта.
- •Разработка структурной и принципиальной электрической схем устройства.
- •Программная часть.
- •6.4. Расчёт быстродействия
- •Электротехнические чертежи и схемы. Правила выполнения схем [ 12 ]
- •Схемы цифровой вычислительной техники Общие положения
- •Принципиальные схемы
- •Программируемый параллельный интерфейс кр580вв55
- •Статические озу
- •Двоичные коды
- •Двоично-десятичные коды
- •Алфавитно-цифровые коды
- •394026, Воронеж, Московский просп. , 14
Статические озу
132РУ1 |
nМОП |
1K (1K1 ) |
450 |
70 |
7 |
КР132РУЗА |
пМОП |
IK (lKl) |
60 |
100 |
8 |
КР132РУ4А |
nМОП |
IK (lKl) |
25 |
60 |
9 |
К134РУ6 |
ТТЛ |
IK (1Kl) |
150 |
70 |
|
К155РУ7
|
ТТЛ
|
1024 (1024х1)
|
45
|
140,0
|
10 |
KМ185PУ7
|
ТТЛ
|
1К (256х4)
|
45
|
155
|
11 |
К5ООРУ415А |
ЭСЛ |
IK (lKl) |
20 |
140 |
12 |
КР565РУ2А |
ПМОП |
IK (lKl) |
450 |
60 |
13 |
К.1500РУ415
|
ЭСЛ
|
IK (1Kl) |
20
|
150
|
|
1604РУ1 |
КМОП |
IK (lKl) |
200 |
3 (динами- ческий) |
14 |
КМ185РУ8 |
ТТЛ |
2K (256x8) |
45 |
185 |
- |
КЛ1132РУ5А |
ПМОП |
4K (4Kl) |
75 |
160 |
15 |
КМ132РУ8А |
ПМОП |
4K (1K4) |
60 |
150 |
16 |
КМ132РУ9А |
NМОП |
4K (1К4) |
50 |
180 |
17 |
537РУ2А |
КМОП |
4K (4Kl) |
320 |
0,3 (режим хранения) |
18 |
КР537РУЗБ 537РУ13 |
КМОП КМОП |
4K(4KX1) 4K(1KX4) |
150 200 |
20,0 15 (динами- ческий) |
19 20 |
537РУ14А |
КМОП |
4K(4KX1) |
110 |
45 (динами- ческий) |
21 |
К541РУ1А
|
И2Л
|
4K(4KX1)
|
70
|
95
|
22 |
КР541РУ2А |
И2Л |
4K(1KX4) |
90 |
100 |
23 |
КР132РУ6А |
пМОП |
l6K(16KXl) |
45 |
25 (режим хранения) |
24 |
КМ185РУ10
|
ТТЛ
|
16K(I6I)
|
50
|
150
|
- |
KP537РУ8A
|
КМОП |
I6K(2K8) |
150
|
20,0
|
25 |
75
Продолжение табл. П7.1
Тип микросхем
|
Техно-логия |
Емкость. (организа-ция), бит
|
Время выборки адреса, нс |
Ток потреле-ния, мА |
Номер рисунка |
537РУ8А |
кмоп |
16K(2'K8) |
220 |
10 (динами- ческий) |
25 |
537РУ9А |
КМОП |
16К (2К8) |
240 |
1 (режим хранения) |
26 |
К1500РУ480 |
ЭСЛ |
16К (16К1) |
35 |
210 |
27 |
Постоянные ЗУ с электрическим программированием
К500РТ416 |
ЭСЛ |
1К (2564) |
20 |
140 (откры-тый эмиттер) |
|
Тип микросхем |
Технология |
Емкость, (организа- ция), бит |
Время выборки адреса, нс |
Ток потребления, мА |
Номер рисунка |
КР556PT4 |
ТТЛШ |
1К (256х4) |
70 |
130 (открытый коллектор) |
41 |
556РТ4
|
ттлш
|
1К (256х4) |
90
|
140
|
41 |
КР556РТ11
|
ТТЛШ
|
1К (256х4)
|
45
|
130
|
42
|
К1500РТ416 |
эсл |
1К (2564) |
20 |
140 (открытый эмиттер) |
|
556РТ5 |
ТТЛШ
|
4К (5128)
|
70
|
190
|
43
|
KP556PT5 |
ТТЛШ
|
4К (5128)
|
70 |
190 (открытый коллектор) |
43 |
КР556РТ12 KP556PT13 KP556PT17 |
ТТЛШ ТТЛШ ТТЛШ |
4К (1К4) 4К (1К4) 4К (5128) |
60 60 50 |
140 140 175 (три состояния) |
44 45 46 |
КМ1608РТ2 |
ТТЛШ |
4К(518Х8) |
35 |
185 (три со- стояния) |
47 |
76
Продолжение табл. П7.1
Тип микросхем
|
Техно-логия |
Емкость. (организа-ция), бит
|
Время выборки адреса, нс |
Ток потреле-ния, мА |
Номер рисунка |
КР656РТ14 KP566PT15 556РТ6 |
ТТЛШ ТТЛШ ТТЛШ |
8К (2К4) 8К (2К4) 16К (2К8) |
60- 60 100 |
140 140 185 |
48 49 50 |
556РТ7 КР556РТ18
|
ТТЛШ ТТЛШ
|
16К (2К8) 16К(2КХВ)
|
100 60
|
185 180
|
51 52
|
КР556РТ18
|
ТТЛШ
|
16К (2К8)
|
60 |
180 (три состояния) |
52
|
КР556РТ16 |
ТТЛШ |
64К (8К8)
|
85 |
190 (три состояния) |
53 |
КМ1608РТ1 |
ТТЛШ |
256(328) |
35
|
115 (три состояния) |
54
|
П остоянные ЗУ с многократным перепрограммированием с электрической записью и стиранием информации
КР558РР1 |
рМНОП |
2К (256х8) |
500 |
20 (суммар- ный ток, З000) |
58 |
558РР1 |
nМНOП |
2К(256Х8) |
220 |
15 (динами-ческий 3000) |
58 |
KP1601PPI |
РМНОМ |
4К (1К4) |
1700 |
30(5000) |
59 |
КР558РР2А
|
nМНОМ
|
16К (2К8)
|
350
|
120(5000)
|
60
|
КР1601РРЗ КМ558РРЗ |
рМНОМ nМНОМ |
16К (2К8) 64К (8К8) |
6OO 430 |
40(3300) 80(15000) |
61 62 |
Постоянные ЗУ с многократным программированием и УФ-стиранием
К573РФ1
|
nЛИЗМОП
|
8К (1К8)
|
450 |
130 (100 000)
|
63
|
К573РФ2
|
nлизмоп
|
16К(2К8)
|
450
|
90 (100 000)
|
64.
|
К573РФ5
|
nЛИЗМОП
|
16K (2K8)
|
450
|
100(150000)
|
66
|
К573РФЗ
|
nЛИЗМОП
|
64К (416)
|
400
|
85(15 000)
|
66
|
К573РФ4А
|
nлизмоп
|
64К (8К8)
|
300
|
70 (100 000)
|
67
|
77
Продолжение табл. П7.1
Тип микросхем
|
Техно-логия |
Емкость. (организа-ция), бит
|
Время выборки адреса, нс |
Ток потреле-ния, мА |
Номер рисунка |
К573РФ6А
|
nЛИЗМОП
|
64К (8К8)
|
300
|
120 (43 000)
|
68
|
К573РФ81А
|
nЛИЗМОП
|
128К (16Кх8)
|
350
|
100 (25 000)
|
69
|
К573РФ8А
|
nЛИЗМОП
|
256К(32Кх8)
|
350
|
100(25000)
|
69
|
Примечание. Если в графе «номер рисунка» отсутствует номер, рекомендуется обратиться к первоисточнику [ 5 ].
78
79
80
81
82
83
84
Приложение П8
Аналого-цифровые преобразователи
Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП).
Состав и основные параметры отечественных интегральных ЦАП приведены в таблице П8.1.
Таблица П8.1
Тип, технология |
N, бит |
t уст , мкс |
л , % |
Uип (I), В(ма) |
P, Вт |
Примечание (технология) |
К572ПА1 |
10 |
5 |
0,1...0,8 |
15 (2) |
0,1 |
Умнож., КМОП |
К572ПА2 |
12 |
15 |
0,02..0,1 |
5(2); 15(2) |
0,4 |
Умнж., КМОП |
К594ПА1 |
12 |
3,5 |
0,02 |
5(25); -15 (35) |
0,7 |
- , ТТЛ и КМОП |
К1108ПА1А,Б |
12 |
0,4 0,7 |
0,02 |
5 (15) |
0,9 |
ТТЛ |
К1108ПА2 |
12 |
0,1 |
0,02 |
- |
0,8 |
- , ТТЛ |
К1118ПА1 |
8 |
0,02 |
0,19; 0,5 |
- 5,2 (130) |
- |
- , ЭСЛ |
К1118ПА2 |
10 |
0,05 |
1 |
+5 (15); -5 (120) |
- |
- , ЭСЛ и ТТЛ |
К1118ПА3 |
8 |
0,01 |
|
5 (20); -5,2 (80) |
- |
- , биполярная |
К572ПА3 |
10 |
- |
|
6; -12 |
- |
- , КМОП |
КМП817ПА1 |
15 |
10 |
|
- |
- |
гибридная |
252ПА3 |
10 |
0,5 |
|
- |
0,15 |
- , гибридная |
К427ПА1 |
15 |
20 |
0,02 |
5; 15 |
- |
Две схемы К572ПА3 и ОУ – К140УД16 |
85
Продолжение табл. П8.1
Тип, технология |
N, бит |
t уст , мкс |
л , % |
Uип (I), В(ма) |
P, Вт |
Примечание (технология) |
К281КТ1 |
8 |
5 |
|
- |
0,015 |
- , гибридная |
Ф7088 |
15 |
10 |
|
- |
6 |
Модульная |
К417ПА1 |
13 |
15 |
0,02 |
10 |
0,7 |
- |
Основной характеристикой ЦАП является разрешающая способность, определяемая числом разрядов N. Абсолютная погрешность обычно измеряется в единицах младшего разряда (МЗР).
Дифференциальная нелинейность л диф характеризует идентичность соседних приращений сигнала. Её определяют как минимальную разность погрешности нелинейности двух соседних квантов в выходном сигнале.
Из динамических параметров наиболее существенными являются время установления выходного напряжения или тока t уст и максимальная частота преобразования f нрб .
В настоящее время в зависимости от значений параметров выпускают прецизионные и быстродействующие ЦАП. Прецизионные ЦАП имеют л 0,1 %, а быстродействующие t уст = 100 нс.
86
Микросхема К572ПА1 является 10-разрядным ЦАП умножающего типа, построенного с суммированием токов и питающегося от опорного напряжения (рис. П8.1, а).
Рис. П8.1
Выводы К572ПА1: 1 – выход I+ ; 2 - выход дополняющий I+ ; 3 - общий; 4 (СЗР)…13 (МЗР) - цифровые входы; 14 – плюс Uи п; 15 – опорное напряжение; 16 - ООС; 6 - выходные сигналы ЦАП при различных значениях входных кодов и сигнала U оп.
Микросхема К572ПА2 (рис. П8.1, б) в отличие от К572ПА1 имеет возможность записи и хранения цифровых данных за счет внутренних двух регистров. Переключение режимов записи и вывода данных осуществляется сменой потенциалов на выводах 6 и 21.
Наиболее скоростные ЦАП имеют токовые аналоговые ключи. К преобразователям подобного типа отно-
87
Микросхема К594ПА1 относится к наиболее скоростным ЦАП и представляет собой 12-разрядный параллельный ЦАП (рис. П8.2).
Р ис. П8.2
Выводы: 1, 2 – резистор смещения; 3 - токовый выход (I); 4, 5 – резисторы обратной связи Rо с1 и Ro с2; 6 - общий; 7 … 18 – цифровые входы; 19, 20 - плюс U ип; 21 - инвертирующий вход ОУ; 22 - неинвертирующий вход ОУ; 23 - U оп
В схему К594ПА1 входят элементы, расширяющие её функциональные возможности: два резистора Rо с1 и Ro с2 , включение которых в цепь обратной связи внешнего ОУ обеспечивает работу ЦАП с однополярным выходом по напряжению 0..10 В и 0..20 В (рис. П.8.2, а) и в режиме двухполярного сигнала (рис. П8.2, б).
Микросхема К1108ПА1 является быстродействую-щим 12-разрядным ЦАП (рис. П8.3, а), работает от ТТЛ уровней.
88
Рис. П8.3
Выводы К1108ПА1: 1 – плюс U и п; 2 - минус U и п; 3 – коррекция ОУ; 4, 5 – опорное напряжение; 6 – общий; 7 - резистор; 13 (МЗР) … 24 (СЗР) - цифровые входы; 8 - выход (I); 9, 10 - резистор обратной связи; 11 – инвертирующий вход ОУ; 12 - выход ОУ
Микросхема К1118ПА1 (рис. П8.3, б) представляет собой 8-разрядный скоростной ЦАП, предназначенный для работы с ЭСЛ ИС.
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)
Основные параметры АЦП в интегральном исполнении приведены в табл. П8.2.
89
Таблица П8.2
Тип |
Метод преобразования и элементная база |
N, бит |
Tуст мкс |
U и п, В(мА) |
Р, мВт |
Примечания |
К512ПВ1 |
- |
12 |
170 |
5 ; 15 |
3-5 мА |
- |
К572ПВ1А |
Поразрядного уравновешивания, КМОП |
12 |
100 |
5(3); -15(5) |
90 |
Сопрягается с МП |
К572ПВ2 |
Двойного интегрирования, КМОП |
12 |
2104 |
5 (1,8); -5 |
20 |
- |
К1113ПВ1 |
Поразрядного уравновешивания |
10 |
30 |
5 (10); -15(20) |
225 |
Сопрягается с МП, встроенное U оп |
К1107ПВ1 |
Параллельный, (ТТЛ) |
6 |
0,1 |
5 (30); -6(150) |
900 |
- |
К1107ПВ2 |
То же |
8 |
0,1 |
5(35); -6(450) |
2500 |
- |
К1107ПВ4 |
То же |
8 |
0,02 |
5(300); -5(300) |
- |
С наращиваемой разрядностью |
К1108ПВ1 |
- |
10 (8) |
1 |
+5; -5,25 |
50; 130мА |
- |
К572ПВ4 |
8-канальная, поразрядного уравновешивания, КМОП |
8 |
17 |
5 (3) |
- |
Сопрягается с МП; имеет ОЗУ 88 бит |
Микросхема К512ПВ1 является универсальным многофункциональным узлом для устройств аналогового ввода-вывода МПС. Совместно с внешним компаратором (или ОУ), ИОН, генератором счетных импульсов, микросхема выполняет функции АЦП (рис. П8.4, а) с выводом параллельного двоичного кода через выходные каскады с тремя
90
состояниями, а также функции ЦАП (рис. П8.4, б) с параллельным побайтным (или последовательным) вводом информации с МП.
Р ис. П8.4
Выводы микросхемы: 1 – последовательный вход (Пвх); 2 – вход управления СР; 3 – U п п1 ; 4 …15 – цифровой вход-выход; 16 – вход управления МР (мл. разряд); 17 – вход управления режимом работы АЦП РР; 22 – выход «цикл» Цвых; 23 – вход сравнения СР; 24 – U п. п2; 25 – вход «счетные импульсы» СИ; 26 - конец преобразования КПр; 27 – вход «запуск» Зап; 28 – вход «цикл» Цвх;
29 – вход стробирования ЦАП СТ; 30 - цифровая земля Ц⊥; 31 – конечный вывод структуры R-2R; 32 – общий вывод резисторов R/2, R/4; 40 – вывод резистора R/4; 41 – вывод резистора R/2; 42 – опорное напряжение U оп; 43 - аналоговый вход А вх1; 44 - аналоговый вход А вх2; 45 – общий вывод резисторов аналоговых входов 1, 2 А вх; 46 – анало-
91
говый выход 1 А вых1; 47 - аналоговый выход 2 А вых2; 48 - аналоговая земля.
Микросхема К571ПВ1 является АЦП последовательного приближения со счетчиком (рис. П8.5).
Рис. П8.5
92
В ыводы микросхемы К572ПВ1: 1 – цифровой последовательный вход; 2 - вход управления выходами старших разрядов; 3 – Uи п1; 4 - (СЗР) … 15 (МЗР) - цифровые входы (выходы); 16 – вход управления входами-выходами младших разрядов; 17 - вход управления режимом ЦАП-АЦП; 22 – выход «цикл»; 23 - вход сравнения; 24 - U и п2; 25 - вход тактовых импульсов; 26 - выход «конец преобразования»; 27 - вход «запуск»; 28 - вход «цикл»; 29 - стробирование ЦАП; 30 – цифровая земля; 31 - конечный вывод матрицы R-2R; 32 – общий вывод резисторов R1 и R2; 40, 41 - выводы резисторов R1 и R2; 42 - опорное напряжение; 43, 44 - аналоговые входы 1 и 2; 45 – общий вывод резисторов аналоговых входов; 46, 47 - аналоговые выходы 1 и 2; 48 - аналоговая «земля»
Микросхема представляет собой ЦАП со схемой управления и логическим устройством. При подключении компаратора микросхема К572ПВ1 может выполнять функции АЦП последовательного приближения с параллельным двоичным кодом на выходах (рис. П8.5).
Таблица П8.3
Режим работы микросхемы |
Информаци-онно-цифровые выходы |
Входы управления |
Вход стробирования ЦАП |
||
СР |
МР |
Р |
|||
Преобразование аналог-цифра |
1 …12 1…4 5…12 разомкнуты |
1 1 0 |
0 0 1 |
0 0 0 |
1 |
Преобразование цифра-аналог |
1…12 1 …4 5… 12 |
1 0 1 |
1 1 0 |
1 1 1 |
1 |
Храненеиие в регистре ЦАП |
X |
X |
X |
X |
0 |
93
Наличие схем входной и выходной логики обеспечивает побайтовый вывод и ввод цифровой информации для согласования с 8-разрядной шиной данных микропроцессоров (табл. П8.3 ).
Микросхема К572ПВ2 выполняет функцию АЦП, работающего по принципу двойного интегрирования с автоматической коррекцией нуля и автоматическим определением полярности входного сигнала (рис. П8.6).
Рис. П8.6
94
Выводы К572ПВ2 : 1 – плюс U ип; 2..8 – цифровые входы младшей цифры d1, c1, b1, a1, f1, g1, e1 соответственно; 9…14 – цифровые выходы d10, c10, b10, a10, f10, e10; 15..18 – цифровые выходы d100, b100, f100, e100; 19, 20 – цифровые выходы bc1000, g1000; 21 – общий; 22…24 - цифровые выходы g100, a100, c100; 25 - g10; 26 – минус U ип; 27 – конденсатор интегратора; 29 – конденсатор автокоррекции; 30 - аналоговый вход 1; 31 – аналоговый вход 2; 32 – аналоговый выход; 33, 34 – опорные конденсаторы; 35, 36 – опорные напряжения; 37 – контрольный вход; 38 – конденсатор генератора; 39 – резистор генератора; 40 – вход генератора
Эта микросхема представляет собой электронную часть цифрового вольтметра. Шкала измеряемого входного сигнала : до ∓ 1,999 В и до ∓ 111999,0 мВ. Цифровая информация на выходе АЦП представляется в семисегментном коде. Цифровой отсчет производится на 3,5- декадном индикаторе.
Микросхема К1107ПВ1 – 6-разрядный АЦП параллельного действия (рис. П8.7, а). Микросхема позволяет преобразовать входной аналоговый в двоичный прямой, двоичный обратный, прямой дополняющий и обратный дополняющий коды.
Выводы К1107ПВ1: 45 (СЗР), 46,47, 1..3 (МЗР) - цифровые выходы; 5, 43 – общий; 4 – вход тактовых импульсов; 10, 13, 15 - вход АЦП; 9 – минус U оп; 12 – средняя точка делителя; 16 - плюс U оп; 44, 48 – выводы управления выходным кодом
Микросхема К1107ПВ2 - 8-разрядный АЦП параллельного действия (рис. П8.7, б). Она может при-
95
Рис. П8.7
меняться для преобразования видеосигналов в один из потенциальных кодов: двоичный прямой или обратный, дополняющий прямой (обратный).
Выводы К1107ПВ2: 11 – U оп1; 13, 15, 16, 18, 20 – входы; 14, 19 – «аналоговая земля»; 17 – корректировка нелинейности; 22 – U оп2; 28, 43 – плюс U ип; 29, 42 – «цифровая земля»; 30 – тактовый импульс 32 (МЗР), 35, 37…40 (СЗР) - цифровые выходы; 36, 41 – управление выходным кодом; 47 …50 – мминус U ип
96
Пример. В качестве примера организации изолированного ввода-вывода рассмотрим взаимодействие МП типа КР580ВМ80А и АЦП типа К572ПВ1.
МП имеет две команды ввода-вывода: команда IN … передает 8-битовые данные из адресуемого порта в аккумулятор МП; команда OUT … передает 8-битовые данные из аккумулятора в адресуемый порт вывода. Обе команды выполняются за 10 периодов тактовых импульсов (f ТАКТ = 2 МГц) и занимают в памяти 2 байта: один байт код операции, другой - для 8-рвазрядного адреса устройства (или порта) ввода-вывода.
Программа организации цикла измерения сигнала с помощью АЦП и запись полученного значения в память МПУ имеют следующий вид (слева указано время выполнения команды):
t, мкс ; измерение сигнала АЦП
5,0 LXI H, ADR ; установка начального адреса
; массива данных
; послать сигнал «начать преобразование»
2,5 MVI A, MASK1 ; подготовка сигнала «начать
преобразование»
5,0 OUT CPORT ; ГиП = 1, очистка АЦП
2,0 SUB A ; очистка аккумулятора
5 ,0 OUT CPORT ; ГиП = 0, пуск АЦП
; ожидать окончания преобразования
5,0 GD: IN BPORT ; считать сигнал «занято»
3,5 ANI MASK2 ; закончено ли преобразование
(ГД = 0 ? )
5,0 JZ GD ; нет, продолжить проверку
; прочитать данные и сохранить их в памяти
5,0 IN LPORT ; прочитать младшие 8 разрядов
97
3,5 MOV M, A ; записать младший байт в память
2,5 INX H ; нарастить текущий адрес массива
5,0 IN HPORT ; прочитать старшие 4 разряда
3,5 MOV M, A ; записать в память старший байт
2,5 INX H ;
М аска MASK1 должна иметь 1 в нужной позиции, чтобы послать сигнал «начать преобразование» по линии ГиП. Маска MASK2 должна иметь 1 в разряде, соответствующем сигналу «занято».
Как видно из программы, непосредственная передача данных - малая часть процесса ввода-вывода информации с АЦП, а в целом обмен МП с АЦП занимает свыше 50 мкс, что снижает возможности работы МП в измерительных системах в реальном масштабе времени.
Приложение 9
Кодирование информации в цифровой технике [ 9 ]