Разработка электронного устройства микропроцессорной системы

Блок датчиков, регистрирующих параметры технологического процесса расплава стекла установлены в печи. Информация, снимаемая с датчиков, поступает в систему через блок АЦП. Далее система обрабатывает полученную информацию по заложенному в нем алгоритму и передает результат обработки объектам регулирования. Рисунок 2.1 – Упрощенная структурная схема микроЭВМТипичный микропроцессор сочетает в себе функции процессора и периферийных устройств, может содержать ОЗУ и ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи. Большая часть выпускаемых в современном мире процессоров — микроконтроллеры.Опираясь на полученные данные, делаем вывод, что разрабатывать устройство необходимо на микроконтроллере, так как в нашем случае это является идеальным вариантом. Блок питания предназначен для питания всего устройства. Его задача преобразовать напряжение бортовой сети в напряжения необходимые для питания каждого блока.Подбор элементной базы является основой разработки. При выбранных элементах будет создана схема устройства. Следующей задачей является сборка макет устройства по разработанной схеме и проведена проверка его работы и показаний. При успешном прохождении проверки макет будет разобран и после этого изготовлен итоговый вариант устройства с использованием макетной платы для пайки. Под размеры готового устройства необходимо разработать корпус, предназначенный для защиты от пыли и влаги при использовании на улице. Устройство предполагается закрепить в корпусе болтами. Для готового устройства следует написать программу, для его полноценного функционирования.Проанализировав литературу и способы организации построили структурную (Рисунок2.2) и функциональную схему. (Рисунок2.3)Рисунок 2.2 – Структурная схемаНа данном рисунке показан блок памяти, состоящий из триггеров, адресов, управления, входящей информации и исходящей из нее.Рисунок 2.3 – Функциональная схема3 Выбор и обоснование элементной базыВ качестве элементной базы для ОЗУ дана микросхема КМ537РУ8А. Данная микросхема имеет следующие технические характеристики:информационная емкость – 16384 бит;организация –8 разрядов;напряжение питания – 5В±5%;время выбора – не более 220 нс.Условно-графическое изображение микросхемы приведено на рисунке 3.1, назначение выводов в таблице 3.1, режимы работы в таблице 3.2.Рисунок 3.1 – Условное графическое обозначение микросхемы КМ537РУ8АТаблица 3.1 – Назначение выводов микросхемы КМ537РУ8АТаблица 3.2 – Режимы работы микросхемы КМ537РУ8Абора вдов используются для выбора адреса ячейки БИС ОЗУ. 3 разряда для 4 Разработка схемы электрической принципиальнойДля обеспечения требуемой разрядности адреса количество БИС равно:(4.1)Для обеспечения требуемой разрядности данных количество БИС равно:(4.2)Общее количество БИС ЗУ, используемых в накопителе модуля, определяется вне зависимости от способов построение накопителя как:,(4.3)В выражениях 4.1, 4.2, 4.3 - емкость модуля ЗУ, - емкость модуля БИС ЗУ, - число разрядов модуля ЗУ, - число разрядов модуля БИС ЗУ.Для модуля памяти ОЗУ 1Кх8, а .Для БИС ЗУ (микросхемы КМ537РУ8А) , а .По формуле (4.1) считаем, сколько БИС ЗУ необходимо для обеспечения требуемой разрядности адреса:По формуле (4.2) считаем, сколько БИС ЗУ необходимо для обеспечения требуемой разрядности данных:Так как микросхема КМ537РУ8А имеет разрядность 1Кх8, то для реализации заданной организации модуля ОЗУ (1Кх8) необходим 1 субмодуль из 1 БИС ЗУ.Число выходов DMX выбора БИС ОЗУ определяем по формуле:Таким образом число выходов DMX равно 3. Зная, что число выходов демультиплексораmзависит от количества управляющих входов n как:, откудаОкругляем число выходов до ближайшего большего целого числа и определяем, что демультиплексор будет иметь 2 входа управления.Исходя из описанного выше принципа работы, таблица соответствия для мультиплексора будет иметь вид (таблица 4.3)Таблица 4.3 – Таблица соответствия для демультиплексора.NА0А1100Х112011Х131011Х411111Логическая схема демультиплексора приведена на рисунке 4.2. Условно-графическое обозначение такого демультиплексора представлено на рисунке 4.3.Рисунок 4.3 – Логическая схема демультиплексора.Рисунок 4.3 – Условное графическое обозначение демультиплексораДля реализации работы модуля ОЗУ достаточна шина адреса ША на 13 разрядов. 11 разрядов используются для выбора адреса ячейки БИС ОЗУ. 2 разряда – для выбора непосредственно пары микросхем БИС ОЗУ, к которой будет обращение по сигналу CS через демультиплексор.Шина данных ШД 16-ти разрядная у каждой ИМС ОЗУ, так как хранимые слова в БИС ОЗУ 16-ти разрядные и в разрабатываемом модуле ОЗУ (6Кх16) необходима разрядность шины данных 16 бит.Сигнал управления WR/RD определяет режим работы «чтение/запись».Микросхема DD1 представляет собой демультиплексор (рисунок 4.3) с двумя управляющими входами и 3 инверсными выходами.Все входы адресных линий ОЗУ соединяем параллельно. Выходы каждой пары ИМС ОЗУ – тоже параллельно. CS1, CS2 у каждой из пар соединяем параллельно. Каждая пара в этом случае управляется со своего выхода DMX. Окончательно функциональная схема модуля ОЗУ будет иметь вид.4.3 Синтез логической схемы в заданном базисе на логических элементах 2И-НЕ.Приводим логическую функцию (3.6) к заданному базису.Применяем 2-й закон инверсии :, по правилу де-Моргана :(4.8)Составляем логическую схему цифрового устройства на элементах заданного базиса - элементы 2И-НЕ (Рисунок 4.4)Рисунок 4.4 – Логическая схема цифрового устройства5. Разработка блока питанияЗначения потребляемого тока элементами схемы можно узнать из технической документации. На рисунке 5.1 представлена схема питания.Рисунок 5.1 – Схема питанияДиодный мост выпрямляет переменное напряжение. Конденсатор C1 используется для фильтрации сигнала поступающего от источника питания. Линейный стабилизатор понижает напряжение с 12 на входе до 5 В на выходе. В качестве стабилищатора используется интегральная микросхема LM317L.Так же на выходе стабилизатора устанавливаются керамический конденсатор С2, и электролитический конденсатор С3 для уменьшения помех на выходе схемы питания.Напряжение на конденсаторе составит:,где – падение напряжения на диодном мосту.Установим максимальную величину пульсаций выходного напряжения мВ.Определим максимальный ток делителя:мА.Рассчитаем емкость конденсатора :Ф ( 680 мкФ).Номиналы резисторов , найдем из соотношений:,;Ом(160Ом, ряд E24),Ом(470Ом, ряд E24).ЗаключениеВ результате работы было разработано электронное устройство микропроцессорной системыв соответствии с техническим заданием.В процессе работы был рассчитан модуль ОЗУ, произведено программирование необходимых интерфейсных БИС, входящих в состав системы.Для оформления работы использовался текстовый процессор MS WORD.; программа для работы с графикой Paint, а так же AutoCAD 2015.Список используемых источниковРуппель А.А. Лекции по МПУ Автоматики. 2010 г.А.П. Жмакин. Микропроцессорные системы для автоматизации технологических процессов. 2009 г.Алексенко А.Г., ГалицинА.А.,Иванников А.Д. Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах. М.: Радио и связь, 1984. -272с.Хвощ С.Т., Варлинский В.В., Попов Е.А. Микропроцессоры и микро-ЭВМ /Справочник. - Л.: Машиностроение, 1987. -640с.Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем /Справочник в 2 томах. Под редакцией Шахнова В.А. - М.: Радио и связь, 1988. - Т1-368с.,Т2-368с.Большие интегральные схемы запоминающих устройств /Справочник. Под редакцией Гордонова А.Ю. и Дьякова Ю.Н. М.: Радио и связь, 1990. -288с. Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. -М.: Радио и связь, 1989.-288с.Однокристальные микроЭВМ. Справочник. М.: МИКАП, 1994,- 400с.: ил. [621.3 О432]Однокристальная микроЭВМ MC68HC11E9. Техническое описаниеОднокристальная микроЭВМ MC68HC11F1. Техническое описание1Микропроцессорный комплект Z80: справочное пособие. В 7-ми книгах. Кн. 1. "Центральный процессор Z80CPU". Минск, УКИК "Центр", 1991.- 99с. Микропроцессоры: системы проектирования и отладки/ Под ред. Мясникова В.А., Нгнатьева М.Б. М.: Энергоатомиздат 1985. -272с.