Вимоги до змісту курсової роботи

Курсова робота повинна складатись із наступних розділів:

Завдання до курсової роботи.

Анотація.

Зміст.

Перелік умовних скорочень.

Вступ.

1. Синтез аналогової схеми фільтру.

2. Синтез структурної схеми цифрового фільтру.

3. Вибір і обгрунтування типу АЦП і ЦАП.

3.1. Вибір типу АЦП.

3.2. Вибір типу ЦАП.

3.3. Структура представлення даних.

4. Структурна схема та алгоритм функціонування МПП.

4.1. Опис структурної схеми МПП.

4.2. Розподіл адресного простору.

4.3. Алгоритм функціонування МПП.

5. Загальна структура програми роботи МПП.

5.1. Опис програм вводу, виводу.

5.2. Опис програми обробки інформації.

5.3. Оцінка фінітної частоти вхідного аналогового сигналу.

6. Опис функціонального вузла.

Аналіз результатів та висновки.

Список використаної літератури.

Додаток.

КОРОТКИЙ ОПИС ОСНОВНИХ РОЗДІЛІВ КУРСОВОЇ РОБОТИ

 

В розділах курсової роботи необхідно відповідно описати.

Завдання до курсової роботи. (Зразок подано в кінці методики). Включити:

1. Назва теми роботи, 2. Термін здачі 3. Початкові дані (функціональна залежність, розрядність АЦП і ЦАП, полярність вхідного сигналу, спосіб організації обміну з АЦП, вид функціонального вузла).

Анотація. Описується коротко суть курсової роботи, об’єм пояснювальної записки і графічних матеріалів, короткі зміст роботи і висновки відносно застосування одержаних результатів.

Наприклад:

Синейко Ю.В.

“Розробка обчислювальної системи обробки аналогової інформації ”. Курсова робота. - НУ “Львівська політехніка”, каф.: САПР, дисципліна: “ Архітектура комп’ютерів ”, 2008.

 

Курсова робота складається з 35 сторінок, 6 таблиць, 11 схем, 2 додатків.

В даній курсовій роботі розроблено компоненти апаратного і програмного забезпечення обчислювальної системи, яка включає мікропроцесорний пристрій, аналогово- і цифро-аналогові перетворювачі і виконує обробку за функціональною залежністю аналогового сигналу. Дана робота охоплює ввід і первинну обробку аналогової інформації, подальшу цифрову обробку інформації за програмою і вхідними даними, а також вивід обробленої інформації в аналоговій формі для подальшого використання.

 

Зміст. Перед текстом пояснювальної записки поміщається зміст роботи на окремій сторінці. Описуються всі розділи та підрозділи пояснювальної записки і відповідна їм нумерація сторінок.

Перелік умовних скорочень. Розшифрувати використані в пояснювальній записці всі абревіатури.

 

Вступ. Тут необхідно відобразити сучасний стан проблеми, актуальність, перспективність, мету і цілі курсової роботи, а також загальний підхід до розв’язку поставленої задачі.

 

1. Синтез аналогової схеми фільтру. Обробка сигналу виконується за заданою пропорційно-інтегро-диференціальною залежністю, що пов’язує аналогові сигнали х(t), у(t) на вході та на виході системи. Наприклад,

y(t) = tx(t) – ω dx/dt,

де x(t) - вхідний аналоговий сигнал; y(t) - вихідний аналоговий сигнал; ω=2π/T - кругова частота з інтервалом дискретизації T; t - стала безрозмірна величина.

Якщо обробка виконується над аналоговим сигналом, то такий пристрій називають аналоговим фільтром. Передавальна характеристика аналогового фільтру забезпечує відповідні амплітудно-частотні та фазово-частотні залежності, які визначають тип фільтру. Для прикладу розглянемо синтез аналогового фільтру на основі заданої функціональної залежності:

y(t) = tx(t) - ω dx/dt,

На основі операційного підсилювача ОП1 зібрана схема диференціатора, на ОП2 - схема додавання-віднімання, а на ОП3 – схема інвертора аналогового сигналу. За функціональною схемою 1 t₁ = R₄/R₃, ω = - R₁C R₄/R_2.

 

Схема 1. Функціональна схема аналогового фільтра

 

Сигнал на виході кожного операційного підсилювача ОП визначається співвідношеннями, що наводяться в приведеній схемі 2 на основі простих функціональних залежностей на ОП:

 

 

Схема 2. Функціональні залежності на спрощених схемах з ОП.

Варто зауважити про врахування знаку вихідної величини на виході інвертуючого операційного підсилювача.

 

2. Синтез структурної схеми цифрового фільтру. Розділ включає виведення рівняння цифрового фільтру та реалізацію структурної схеми на основі одержаного дискретного рівняння.

В лінійних системах вхідний x(t) та вихідний y(t) аналогові сигнали в загальному випадку зв’язані пропорційно-інтегро-диференціальним законом регулювання. Розглянемо перехід від пропорційно-інтегро-диференціальної функціональної залежності до її представлення в кінцево-різницевій формі. Прикладом такого рівняння з усіма трьома типами членів є наступне:

,

де x(t) - вхідний аналоговий сигнал; k - коефіцієнт передачі; і - сталі часу; y(t) - вихідний сигнал, що необхідно сформувати на виході системи.

Дискретизація аналогового рівняння полягає в заміні безперервної величини її дискретними відліками і відповідними перетвореннями похідних та інтегралів. Очевидна дискретизація першої похідної - її заміна першою скінченою різницею:

,

де t - інтервал дискретизації.

Аналогічні скінченні різниці використовуються при дискретизації похідних вищих порядків. Так, наприклад, похідна другого порядку може бути замінена виразом:

 

.

 

Один з способів дискретизації інтеграла полягає в його усуненні шляхом диференціювання рівняння. Інший спосіб прямої дискретизації пов’язаний з такими перетвореннями:

.

В результаті часової дискретизації при заміні безперервної величини її дискретними відліками для заданого рівняння отримаємо рівняння цифрового фільтра. Це рівняння в загальній формі при обробці інформації в реальному масштабі часу, має вигляд:

,

де m i k -кількість відліків, які обробляються цифровим фільтром в кожний момент часу (додатні цілі числа); - коефіцієнти, які визначають характеристики фільтра.

При наявності в правій частині рівняння членів виду фільтр називається рекурсивним, при відсутності таких членів - не рекурсивним.

Цифровий фільтр може бути реалізований як апаратурно, так і програмно. При апаратурній розробці необхідними схемними елементами є вузли, що реалізують перемножувачі, суматори і елементи затримки. Наприклад, на схемі 3 зображена структурна схема апаратної реалізації цифрового фільтра, який описується рівнянням:

 

 

Схема 3. Структурна схема реалізації рівняння цифрового фільтра,

де: Д – елемент затримки, Х – елемент множення, ∑ – суматор

 

3. Вибір і обґрунтування типу АЦП і ЦАП. Розділ складається з підрозділів.

 

3.1 Вибір типу АЦП. (Підрозділ містить обґрунтування вибору даного типу АЦП, його умовне позначення АЦП, опис виводів, технічні параметри, структурна схема підключення до МП, часова діаграма роботи АЦП).

3.2 Вибір типу ЦАП. (Підрозділ містить обґрунтування та умовне позначення ЦАП, опис виводів, технічні параметри, структурна схема підключення до МП).

3.3 Структура представлення даних. (Аналіз максимального і мінімального можливих вихідних значень Y_n, схема одержаної структури даних).

Пристрій, який реалізує на основі одержаних дискретних рівнянь задану функціональну залежність приведено схемі 4.

 

x(t) k y(t) y(t)

 

Схема 4. Структурна схема пристрою мікропроцесорної обробки аналогового сигналу: Вх ОП - блок вхідного операційного підсилювача (може включати пристрій вибірки-зберігання); АЦП -аналого-цифровий перетворювач; МПС - мікропроцесорна система; ЦАП - цифро-аналоговий перетворювач; Вих ОП - вихідний операційний підсилювач.

 

3.1 Вибір типу АЦП. А налого-цифровий перетворювач в обчислювальних системах застосовується для узгодження представлення інформації між джерелами аналогових сигналів (здавачами, сенсорами) та цифровими пристроями обробки. Рівень вхідного аналогового сигналу необхідно узгоджувати з вхідним діапазоном АЦП. Найчастіше перетворювачі аналогового сигналу в цифровий код використовують однополярні вхідні сигнали в діапазоні 0...5В або двополярні - -2,5В...+2,5В. Якщо діапазон вхідного сигналу буде складати тільки частину повного вхідного діапазону АЦП, то деякі вихідні кодові комбінації перетворювача можуть мати значний вплив похибок перетворення. Тому блок Вх ОП виконує функцію попереднього масштабування вхідного сигналу. Зміна вхідного сигналу під час процесу перетворення в АЦП також вносить невизначеність при перетворенні. Тому блок Вх ОП - може включати пристрій вибірки-зберігання у випадку:

 

[dx(t)/dt]_max > ПД/2ⁿ t_пер,

 

де, ПД- повний діапазон вхідного сигналу; t_пер - час перетворення; n - розрядність АЦП. В курсовій роботі вважатимемо, що ця умова не виконується і не будемо розглядати блок ВхОП з пристроєм вибірки-зберігання.

 

При виборі типів АЦП і ЦАП доцільно дотримуватись таких вимог:

· кількість розрядів АЦП і ЦАП рівна і відповідає умовам індивідуального завдання;

· керування роботою АЦП і ЦАП здійснюється з мінімальними апаратними і програмними затратами;

· цифрові виходи АЦП і входи ЦАП мають відповідні логічні рівні, тобто допускають підключення до каналів вводу-виводу;

· відповідність полярності вхідного і вихідного сигналу до завдання і схем вибору АЦП та ЦАП.

В таблиці1 наведено ряд мікросхем АЦП та деякі їх параметри.

 

Таблиця 1

Основні параметри ряду мікросхем АЦП

Мікросхема	Вид перетворення	n	,мкс	m
К572ПВ1	Послідовне наближення
(КР572ПВ1)				(40)
К572ПВ2	Подвійне інтегрування
(КР572ПВ2)				(40)
К572ПВ3	Послідовне наближення		7,5
К572ПВ4	Послідовне наближення
К1113ПВ1	Послідовне наближення
К1107ПВ1	Однократний відлік		0,1
К1107ПВ2	Однократний відлік		0,1
К1107ПВ3	Однократний відлік		0,02
К1108ПВ1	Послідовне наближення		0,9
К572ПВ3	Послідовне наближення		7,5
К1107ПВ4	Однократний відлік		0,03
К1107ПВ5	Однократний відлік		0,02
К1108ПВ2	Послідовне наближення

 

(n - кількість двійкових розрядів; - час перетворення; m - кількість виводів мікросхеми)

Існують різні види перетворення аналогового сигналу в АЦП що відрізняються послідовністю виконуваних операцій, схемотехнічними рішеннями, технологічними особливостями та конструктивними рішеннями. До фундаментальних видів перетворення слід віднести послідовні (двійково-вагового наближення, двохетапного інтегрування), послідовно-паралельні, паралельні. За часовими параметрами для виконання курсової роботи достатньо використати послідовні АЦП. Тому в таблиці наведено типи АЦП, що використовують послідовне наближення або подвійне інтегрування. Спосіб паралельного або однократного відліку використано в основному для реалізації надшвидкодіючих перетворювачів.

Одним з основних технічних параметрів АЦП є t_пер- час перетворення, або число відліків вхідного сигналу, що виконує перетворювач за одиницю часу забезпечуючи повну точність. Важливо, щоб час програми обробки на МП був менший від часу перетворення, що забезпечить без затримки обробку вхідних цифрових кодів.

З метою зменшення кількості проміжних елементів розроблені функціонально завершені АЦП, які сумісні з КР580ВМ80 та іншими МП, які працюють з ТТЛ-рівнями і можуть мати вихідні каскади з трьома стійкими станами, що спрощує їх спряження з шиною даних МП.

Для прикладу розглянемо мікросхему К572ПВ4 аналого-цифрового перетворювача. К572ПВ4 призначена для перетворення аналогових сигналів, що надходять по восьми паралельних каналах, у цифровий код з наступним його збереженням в ОЗП і зчитуванням МПС кодів перетворення з його пам'яті. В його склад входять аналоговий мультиплексор (АМП) для переключення вхідних каналів, сам АЦП, внутрішня пам‘ять (ВОЗП) об’ємом 64 біти (організація 8 × 8) для збереження результатів перетворення по кожному з каналів, вихідний буфер (БР) з трьома станами, схема управління (СУ) з послідовним опитуванням каналів, фіксацією адреси, записом і зчитуванням інформації.

 

 

 

Схема 5. Часова діаграма роботи АЦП.

 

Мікросхема АЦП К572ПВ4 виготовлена за КМОП технологією. Мікросхема К572ПВ4 забезпечує стабільну роботу при напрузі живлення U_cc =5 В ±5% у наступних режимах:

- однополярному (позитивної полярності) з зміною вхідного, напруги в діапазоні від 0 до 2,5 В призначеннях U_REF1=2,5 В і U_REF2=0,

- однополярному (негативної полярності) зі зміною вхідної напруги в діапазоні від

-2,5 В до 0 при значеннях U_REFl = 0 і U_REF2 = - 2,5 В;

- біполярному зі зміною вхідних напруг у діапазоні від - 1,25 В до 1,25 В при значеннях U_REF1 = 1,25 В и U_REF2 = — 1,25В.

 

Схема 6. Умовне позначення АЦП КР572ПВ4.

 

Нумерація і призначення виводів мікросхеми КР572ПВ4,електричну схему якої показано на схемі 6:

1 – вихід мультиплексора В; 2-9 — входи мультиплексора 0 (AIN7) — 7 (AINO);

10 — опорна напруга U_REF1;

11— опорна напруга U_REF2;

12 — вибір каналу і початок перетворення STAТ;

13 — вхід керування зчитуванням даних ОЗП CS;

14 — загальний вивід 0;

15 — вхід тактових імпульсів CLK;

16 — вхід керування при звертанні до ОЗП ALE;

17-19 — адресні входи АО-А2;

20 — цифровий вихід 8(СР) (DВ7);

21 — 26 — цифрові виходи 2-7 (DВ6)—2 DВ1);

27 — цифровий вихід 1 (МР) (DВ0);

28 — напруга джерела живлення U_cc

При частоті послідовностей тактових імпульсів на вході CLK (вивід 15) 1.6 МГц., яка співпадає по значенню з частотою перетворення, то час t_пр АЦП не перевищує 25 мкс. на канал.

Протягом усього періоду перетворення, рівного сумі часів t_c – часу перетвореннядля кожного з восьми каналів, цифрова інформація зберігається в ВОЗП. Це забезпечує прямий доступ до пам’яті АЦП у кожній з моментів часу. Наступна зміна даних у ВОЗП відбувається наприкінці кожного циклу, перетворення, причому тільки в стовпці, що відповідає номеру опитуваного каналу. Запис інформації в ВОЗП проводиться по сигналу WR, а зчитування – по сигналу RD.

Адреса вибору каналу визначається у відповідності, зі значенням цифрового коду, записаного в адресні шини А0- А2 (виходи 17—19).

При звертанні до ВОЗП дані про стан адресних шин А2 — А0 надходять у регістр адреси АЦП при високому рівні логічного сигналу ALE (вивід 16) і фіксується при його нульовому рівні.

Зчитування цифрової інформації ВОЗП на вихідну 8-розрядну шину здійснюється при подачі на вхід CS (вивід 13) сигналу логічний 0, після чого комірки буферного регістра переходять зі стану високоімпедансного в провідний стан. Аналого-цифровий пристрій здатний обмінюватися цифровою інформацією з КМОП і ТТЛ (малопотужними) ВІС і МП.

Для вибору відповідного режиму роботи АЦП непотрібно спеціальних сигналів керування, так як режим забезпечується комбінацією значень U _REF1 і U _REF2. При чому, значення які подаються в діапазоні від -2.5 до +2.5 визначають мінімальне та максимальне значення вхідного сигналу для перетворення.

Зміні вхідної аналогової напруги U_IRN у межах від 0 до 2,5 В і від -2,5 В до 0 відповідає зміна вихідного коду від 00...00 до 11...11.

У біполярному режимі роботи СР вихідного коду стає знаковим.

Зміні U_IRN у межах від -2,5 до 2,5В відповідає зміна вихідного коду від 00..00 до 11.. 11. Тобто це є прямий знаковий код додатне значення (+) рівне від 00..00 до 01..11, а від’ємне (-) від 10..00 до 11.11.

При виборі АЦП необхідно чітко визначитись з вихідним кодовим представленням. Найчастіше на цифрових виходах дані подаються в прямому двійковому, оберненому двійковому, двійковому доповненому і двійковому зміщеному кодах.

Таблиця 2.

Вихідне кодове представлення АЦП

Десяткове число	Прямий код	Обернений код	Доповняльний код	Зміщений код
+0,7	0,111	0,111	0,111	1,111
+0,6	0,110	0,110	0,110	1,110
+0,5	0,101	0,101	0,101	1,101
+0,4	0,100	0,100	0,100	1,100
+0,3	0,011	0,011	0,011	1,011
+0,2	0,010	0,010	0,010	1,010
+0,1	0,001	0,001	0,001	1,001
+0,0	0,000	0,000	0,000	1,000
-0,0	1,000	1,111	1,000	0,000
-0,1	1,001	1,110	1,111	0,111
-0,2	1,010	1,101	1,110	0,110
-0,3	1,011	1,100	1,101	0,101
-0,4	1,100	1,011	1,100	0,100
-0,5	1,101	1,010	1,011	0,011
-0,6	1,110	1,001	1,010	0,010
-0,7	1,111	1,000	1,001	0,001
-0,8	--	--	1,000	0,000

 

Для спряження АЦП і ЦАП з МП доцільно використати програмований паралельний інтерфейс (ППІ) КР580ВВ55. При програмному опитуванні АЦП можна використати режим 0 ППІ, а при вводі через переривання-режим 0 або 1.

На схемі 7 зображено фрагмент структурної схеми підключення 8-розрядних АЦП (в режимі програмного опитування) і ЦАП до МПП через КР580ВВ55.

Схема 7. Структурна схема підключення АЦП і ЦАП до МПП.

 

На аналоговий вхід АЦП подається сигнал x(t) через резистор R, який визначає масштаб перетворення. Цифрові виходи Р (1-8) АЦП підключені до каналу А ППІ. Виводи, що відповідають сигналам П (пуск) і ГТ (готовність), підключені відповідно до розрядів 0 і 4 каналу С. Цифрові входи ЦАП підключені до каналу В. На виході блоку ЦАП (з відповідними елементами) формується аналоговий сигнал y(t). Обмін між ППІ і МП здійснюється через виводи D (0-7), які підключені до шини даних. Канал А і старша тетрада каналу С (розряди 4-7) ППІ повинні бути запрограмовані на ввід інформації, канал В і молодша тетрада каналу С (розряди 0-3) - на вивід.

На схемі 8 наведено приклад фрагменту схеми підключення АЦП до шин МПП в режимі вводу вводу інформації через переривання при використанні команди RST N (рестарт). Запуск АЦП (сигнал П), як і в режимі програмного опитування, здійснюється через паралельний інтерфейс КР580ВВ55 (розряд 0 каналу С). ППІ використовується в режимі 0, сигнал ГТ після інвертування поступає на вхід синхронізації тригера К155ТМ2. Коли на вході “С” відбувається перехід від рівня логічного 0 до рівня логічної 1, дані з входу D (тобто логічна 1) передаються на вихід Q, який з’єднаний з виводом запиту переривання INT мікропроцесора КР580ВМ80. Очевидно, що ця зміна стану тригера відбувається лише тоді, коли на вході “R” (виводі INTE) сигнал має рівень логічної 1, тобто переривання дозволено.

 

Схема 8. Приклад фрагменту схеми підключення АЦП до шин МПП.

 

3.2 Вибір типу ЦАП. Цифро-аналоговий перетворювач забезпечує перетворення вихідного цифрового коду в аналогову величину (напругу, струм). Застосовують в основному два методи ЦАП: складання одиничних еталонних величин або складання еталонних величин, ваги котрих відрізняються. Його основу складають цифровий код і прецизійне джерело зразкової напруги Uзр, що підключені до резисторної матриці. Якщо на вхід ЦАП подаємо позиційний двійковий цифровий код d_nd_n-1,...,d₁d₀, то вихідна напруга дорівнюватиме:

 

Uвих = Uзр[(R/2R) d_n +(R/4R)d_n-1+...+(R/2ⁿR)d₁+(R/2ⁿ⁺¹ R)d₀].

Співвідношення значень опорів матричних резисторів виготовлені з високою точністю для забезпечення необхідної лінійності перетворення вхідного цифрового коду в вихідну напругу.

Класифікація ЦАП проводиться за:

-способом формування вихідної напруги (складання напруг, струмів, ділення напруг);

- виду вихідного сигналу (з виходом по струму, з виходом по напрузі);

- полярності вихідної напруги (постійна, змінна).

Таблиця 3.

Основні параметри ряду мікросхем ЦАП

Мікросхема	n	, мкс	m
К572ПА1
К572ПА2
(КР572ПА2)			(40)
К594ПА1		3,5
К1108ПА1		0,4 - 0,7
К1118ПА1		0,04
К1118ПА3		0,01
К1118ПА2		0,08

 

Так наприклад, мікросхема ЦАП К572ПА2 може працювати в режимі 2-квадрантного (однополярний сигнал на двополярний Uоп) та 4-х квадрантного (двополярний сигнал на двополярний Uоп) формування вихідної напруги. Наприклад, режим чотирьохквадрантного перемноження дасть наступну залежність виходу від вхідного коду:

Таблиця 4

Вхідний код ЦАП	Вихідна напруга
	-Uоп(1-2-10)
	-Uоп(2-10)
	+Uоп(2-10)
	+Uоп(1-2-10)
	+Uоп

 

В даному підрозділі необхідно навести дані про електричні параметри ЦАП. Приклад приведення таблиці електричні параметри одного з ЦАП:

 

Таблиця 5

Основні електричні параметри ІС К1108ПА1

Параметр	Значення
Значення вхідної напруги U0, В	менше 0,8
Значення вхідної напруги U1, В	більше 2
Напруги живлення Uп1 ,Uп2, В	+5, -15
Зразкова напруга Uзр, В	10,24
Струм споживання Iсп, mA
Потужність споживання Pсп, Вт	0,9
Абсолютна похибка dL,%	±0,3
Диференційна нелінійність dLD,%	±0,024
Час встановлення tвст, мкс	0,4

 

Для спряження АЦП і ЦАП з МП доцільно використати програмований паралельний інтерфейс (ППІ) КР580ВВ55, що має режими роботи 0 або 1 (відповідно варіанту завдання).

Приклад приведення структурної схеми підключення ЦАП до МП:

 

Схема 9. Структурна схема підключення МП і ЦАП.

3.3 Структура представлення даних. Структура даних, які входять в рівняння цифрового фільтра, визначається коефіцієнтами рівняння і заданою розрядністю АЦП.

Нехай отримане рівняння ЦФ має вигляд: y_n = a₁y_n-1 +b₀x_n+b₁x_n-1 .

Вхідний сигнал є однополярним або двополярним, розрядність АЦП дорівнює 8. Тоді, результат перетворення АЦП в залежності від вхідного сигналу подамо у вигляді таблиць 6, та 7.

Таблиця 6

Вхід	Код
+Uxmax
+Uxmax/2

 

Однополярна вхідна напруга Ux_n виражатиметься через вихідний код АЦП x_n за таблицею 6.

Ux_n = x_nUx_max/2⁸

 

Таблиця 7

Вхід	Код
+Uxmax
	127/128
-Uxmax

 

Для двополярної вхідної напруги Ux_n матимемо залежність з вихідним кодом АЦП x_n

Ux_n = Ux_max(x_n/2⁷ -1).

 

Результат перетворення 8 - розрядного блоку ЦАП в залежності від цифрового коду y_n вихідної напруги Uy_n подано у вигляді таблиці

 

Таблиця 8

Код	Вихід ЦАП
28-1	+Uymax
27	+Uymax/2

 

Підставимо залежності у рівняння цифрового фільтра:

 

Uy_max y_n /2⁸ = a₁ Uy_max y_n-1/2⁸ +b₀ Ux_max x_n/2⁸ +b₁ Ux_max x_n-1/2⁸ ,

(Uy_max/Ux_max)y_n = a₁ (Uy_max/Ux_max)y_n-1 +b₀ x_n +b₁ x_n-1 ,

y_n = a₁ y_n-1 +b₀(Ux_max/Uy_max) x_n +b₁(Ux_max/Uy_max)x_n-1 .

Коефіцієнти цифрового фільтру при x_n, x_n-1 залежать від співвідношення напруг (Uy_max/Ux_max) на вході АЦП і виході ЦАП даного МПП. Тому при аналізі структури даних це необхідно враховувати або вибирати перетворювачі з електричними параметрами (Uy_max/Ux_max)=1.

В даному підрозділі необхідно проаналізувати максимальне і мінімальне можливі вихідні значення y_n. Наприклад, для рівняння ЦФ: y_n = a₁y_n-1 +b₀x_n+b₁x_n-1, коефіцієнти представляються однобайтовими числами. В конкретному випадку необхідно проаналізувати їхні значення (більші, чи менші одиниці). Для оцінки y_{n max} приймаємо для заданої розрядності АЦП максимальні кодові комбінації для значень y_n-1, x_n, x_n-1 :

 

y_n(max) = a₁y_n-1(max) +b₀x_n(max)+b₁x_n-1(max).

У випадку, коли a₁ , b₀ , b₁ <1 і додатні

y_n(max) < 3 y_n(max).

Отже, щоб оброблене пропорційне до заданої розрядності вхідне значення в МПП відповідало реальному масштабу його необхідно підсилити в три рази в даному конкретному випадку. Аналогічний аналіз виконується і для оцінки мінімального вихідного значення y_{n min} через y_n-1, x_n, x_n-1 , тобто для мінімальних кодових комбінацій однакової заданої розрядності n для АЦП, ЦАП.

Розрядність кожного з добутків a₁y_n-1, і не буде перевищувати (n x n_k), де n_k - розрядність коефіцієнтів a₁,b₀,b_1- В конкретному випадку необхідно буде визначитись з цілою частиною і дробовою.

В наведеній оцінці розрядності і необхідно врахувати можливість збільшення розрядності за рахунок операцій множення і додавання складових в рівнянні ЦФ в процесі обчислення, а також і можливе округлення. Тільки кінцева вихідна величина при подачі в ЦАП приводиться в межі відведеної розрядності n. Це пов’язано з тим, що в процесі мікропроцесорної обробки накопичуються похибки квантування АЦП, похибки округлення арифметичних операцій, похибки трансформації та інші, які недоцільно відтворювати на виході системи. Тобто, зсувом накопичених добутків позиції вправо до отримання n розрядності формуються вихідні значення, що будуть подаватися в ЦАП.

Дані представляються у вигляді таблиці, щоб краще зрозуміти їх розміщення в оперативній пам’яті. Наприклад, для представлення величин коли a₁ , b₀ , b₁ потрібно по n_k біт, а для величини x_n, x_n-1 - по n біт. Величина займатиме (n x n_k) комірок пам’яті. Після обчислення і виведення воно заміщує величину , - величину , а значення вводиться від АЦП.

a₁

b₀

 

b₁

 

x_n

 

x_n-1

 

y_n

 

y_n-1

 

 

Схема 10. Структура представлення даних.

 

Одержана структура представлення даних визначає формати виконання арифметичних операцій обчислення вихідного значення цифрового фільтра.

4. Структурна схема та алгоритм функціонування МПП. Розділ містить три підрозділи.

 

4.1 Опис структурної схеми МПП. Структурна схема МПП має включати крім АЦП і ЦАП всі необхідні для функціонування компоненти МПС: МП КР580ВМ80, тактовий генератор КР580ГФ24, системний контролер КР580ВК28, оперативну та постійну пам’ять (ОЗП, ПЗП), програмований паралельний інтерфейс КР580ВВ55, до якого можуть підключатись АЦП, ЦАП, засоби індикації, а також інші додаткові компоненти, якщо їх використання обумовлене індивідуальним завданням (наприклад, контролер переривань КР580ВН59, контролер прямого доступу до пам’яті КР580ВТ57, та інші).

В підрозділі необхідно чітко визначити і навести структурну схему МПП, конкретно з зображенням не однієї системної шини (СШ), як зображено на схемі 11, а трьох шин даних (ШД), адресної шини (АШ) і шини керування (ШК), з яких складається СШ.

 

 

 

 

СШ

 

 

Вх Вих

 

Схема 11. Структурна схема МПП.

 

Позначення елементів на схемі: СШ - системна шина (ШД, АШ, ШК); МП- мікропроцесор КР580ВМ80, ТГ - тактовий генератор; СК - системний контролер; ПЗП - постійний запам’ятовуючий пристрій; ОЗП - оперативний запам’ятовуючий пристрій; ДШП - дешифратор пам’яті; ДШВ/В - дешифратор каналів вводу/виводу; ІНД - пристрої індикації.

При описі структурної схеми МПС необхідно вказати і обґрунтувати функції відповідних елементів мікросхем вказати розрядність та навести таблицю.

 

 

Таблиця 9.

Позначення	Опис	Мікросхема
МП	мікропроцесор	КР580ВМ80
ГТІ	генератор тактових імпульсів	КР580ГФ24
...	...	...

Ввід інформації від АЦП може здійснюватися одним з двох способів:

· програмним опитуванням, при якому ініціатором обміну є мікропроцесор, періодично опитуючи готовність даних;

· в режимі переривань, при якому готовність даних формує сигнал переривання для МП, в результаті чого МП переходить на підпрограму обробки переривання (ввід інформації від АЦП).

Реалізація переривання можлива або з використанням команди RST N, або з використанням контролера переривань КР580ВН59. В двійковій формі команда RST N має вигляд:

1 1 1 1 1,

де - двійковий код числа N.

При використанні цієї команди за сигналом “Готовність даних ” від АЦП на шині даних має бути сформований код команди RST N. Цю команду вектора переривань можна

легко згенерувати. Вектор переривання формується апаратно через буферні елементи (К155ЛП) - вихідні розряди, яких дорівнюють коду N*8.

 

4.2 Розподіл адресного простору. (Привести схему розподілу адресного простору та описати таблицю адрес, що відводяться для програм, підпрограм переривань, даних і зовнішніх пристроїв).

В адресний простір МП КР580ВМ80 входить 64К адрес пам’яті (2¹⁶), що визначається 16 - розрядною адресною шиною. Мікропроцесор КР580ВМ80 може здійснювати синхронний і асинхронний обмін інформацією за даними адресами з пам’яттю (ПЗП, ОЗП) та зовнішніми пристроями. При обробці інформації МП зчитує коди команд, дані і записує одержаний вміст в регістри РЗК або виконує обмін інформації з пам’яттю та зовнішніми пристроями.

Можливі два підходи до організації звертання до пристроїв обміну інформації. Перший підхід використовує звертання до зовнішніх пристроїв, як до комірок пам’яті. Тобто, адресний простір, що відводиться для цих пристроїв включає 64К адрес. Однак, внаслідок повного вкладення адресного простору пристроїв вводу/виводу в простір адрес пам’яті, останнє пропорційно зменшується з збільшенням числа обслуговування зовнішніх пристроїв вводу/виводу. До переваг даного підходу можна віднести можливість використання різноманітних команд пересилання даних.

При цьому адресний простір пам’яті буде максимальним (64К). Наприклад:

 

ПЗП   0000h RST0 … (8*N)h RST N 0100h Головна програма	n КБ
ОЗП	x КБ
8001h 8002h 8003h 8004h 8005h 8006h 8007h 8008h 8009h   8FFFh SP	a0 a1 b1 b2 xn xx-1 yn-2 yn-1 yn   вказівник стеку

Схема 12. Розподіл простору адрес.

 

Інший підхід використовує роздільне керування пам’яттю і зовнішніми пристроями. Лише тільки дві команди IN і OUT, в цьому випадку, призначені для обміну інформації з зовнішніми пристроями. Так, як для цих команд адрес для зовнішнього пристрою 8-ми розрядний, то МП КР580ВМ80 може звертатись до 256 пристроїв вводу і виводу. В наведеній схемі 12 прикладу розподілу адресного простору не містить адреси зовнішніх пристроїв вводу/виводу (АЦП, ЦАП), які можуть бути визначені за двома описаними підходами до організації звертання до пристроїв обміну інформації. Тому необхідно вказати, які адреси задаються для зовнішніх пристроїв. При звертанні до зовнішніх пристроїв за допомогою команд IN і OUT на кожні 8 розрядів (старших і молодших) адресної шини видаються одинакові адреси.

 

4.3 Алгоритм функціонування обчислювальної системи. (Навести блок схему алгоритму функціонування МПП і описати) Алгоритм функціонування МПП визначається згідно з вимог завдань курсової роботи і визначає розробку функціональної схеми МПП, що приводиться в Додатку пояснювальної записки.

Для всіх пристроїв існує режим початкового пуску. Початковий пуск. При одночасному включенні живлення -5В; +5В і 12В (або послідовно у вказаному порядку) і поступленні тактових імпульсів на мікропроцесор з генератора тактових інтервалів. Всі регістри і прапорці МП встановлюються в довільні стани. Після цього подається з ГТІ на вхід RESET МП сигнал високого рівня тривалістю не менше 3 тактів - лічильник команд (PC), тригер дозволу переривання (вихід INTE), а також тригер підтвердження захоплення (вихід HLDA) скидуються, і мікропроцесор починає вибірку з пам’яті команд, розміщених з нульової адреси.

В залежності від виконуваних команд МП проходить через послідовність різноманітних машинних циклів, які мають відповідну кількість тактів. Так, в результаті виконання команди HLT відбувається програмний перехід в стан “зупинка”. Стан роботи МП “чекання” призначений для узгодження його роботи з повільнодіючою пам’яттю або зовнішніми пристроями і визначається рівнем вхідного сигналу READY на вході МП і виході WAIT. По сигналу високого рівня на вході HOLD МП переходить в стан “захоплення”.

Тоді сигнали керування на виводах МП не змінюються, однак виводи шин даних і адресної переходять у високоімпедансний стан. Цей стан призначений для того, щоб зовнішній пристрій міг записувати або зчитувати інформацію безпосередньо в пам’ять системи, обходячи мікропроцесор. Режим “захоплення” істотно підвищує швидкість обміну інформації, що визначається за ініціативою зовнішнього пристрою. В стані “переривання” МП опиняється при поступленні на вхід INT сигналу високого рівня, які періодично перевіряються МП в останньому такті виконання команди. Запит на переривання може бути виконаний, якщо тригер переривання МП (вихід INTE) встановлений в “1”. На початку цей тригер за сигналом RESET скидується в “0”. Дозволити переривання можна програмним шляхом використавши команду EI. Для переходу підпрограм обробки переривань можуть застосовуватись команди RST N або CALL.

Блок-схема алгоритму функціонування МПП має включати режим початкового пуску, після якого відбувається ініціалізація відповідних елементів мікропроцесорної системи. Також в блок-схему входять режими зчитування та запису інформації з АЦП та ЦАП, виконання програми обробки, яка визначається рівнянням цифрової фільтрації та інші відповідні дії.

Ввід інформації від АЦП може здійснюватися одним з двох способів:

· програмним опитуванням, при якому ініціатором обміну є мікропроцесор, періодично опитуючи готовність даних;

· в режимі переривань, при якому готовність даних формує сигнал переривання для МП, в результаті чого МП переходить на підпрограму обробки переривання (ввід інформації від АЦП).

Реалізація переривання можлива або з використанням команди RST N, або з використанням програмованого контролера переривань (ПКП) КР580ВН59.

В двійковій формі команда RST N має вигляд:

1 1 1 1 1,

де - двійковий код числа N.

При використанні цієї команди за сигналом “Готовність даних ” від АЦП на шині даних має бути сформований код команди RST N. Цю команду вектора переривань можна

легко згенерувати. Вектор переривання формується апаратно через буферні елементи - вихідні розряди, яких дорівнюють коду N*8.

Реалізація переривання з використанням контролера переривань КР580ВН59, базується на початковій ініціалізації ПКП, що задає пріоритети запитів на переривання з можливостями програмного маскування та зміни порядку обслуговування переривань. При початковій ініціалізації ПКП за допомогою командного керуючого слова (ІCW1) задається адресний інтервал 4 або 8 байт між початковими адресами підпрограм обслуговування переривань (Таблиця 10)

Таблиця 10

Молодший байт адреси підпрограми переривань

Запит

при D2=1 в ІCW1

при D2=0 в ІCW1

IR7

A7

A6

A5

A7

A6

IR6

A7

A6

A5

A7

A6

IR5

A7

A6

A5

A7

A6

IR4

A7

A6

A5

A7

A6

IR3

A7

A6

A5

A7

A6

IR2

A7

A6

A5

A7

A6

IR1

A7

A6

A5

A7

A6

IR0

A7

A6

A5

A7

A6

де A7 A6 A5 – відповідні розряди молодшого байту адреси підпрограми переривань, які задаються при проектуванні.

5. Загальна структура програми роботи МПП. (Привести основну програму та описати її структуру).

Структура асемблерної програми для МПС на базі мікропроцесора КР580ВМ80 визначається на основі блок-схем алгоритму функціонування МПП. Ефективно створювати програми використовуючи принципи об’єктно-орієнтованого програмування. Тобто, відповідно можливостей системи команд даного МП організовувати основну програму, яка містить виклики підпрограм модулів. До таких підпрограм можна віднести підпрограму ініціалізації RST0, підпрограми вводу інформації від АЦП і виводу через ЦАП, підпрограму обробки інформації та інші.

При виконанні основної програми виклик підпрограм (CALL, RSTN) порушує природній порядок виконання команд. Виконання підпрограми обчислення рівняння цифрової фільтрації, також може викликати інші підпрограми. Для правильного виконання такого механізму вкладень підпрограм необхідно забезпечити достатню область під стек. Правильно складені підпрограми не повинні міняти вміст регістрів мікропроцесора, крім регістрів, що використовуються для початкових даних і результату. Для цього в мінімальній кількості вміст регістрів на початку кожної підпрограми, що додатково використовуються, запам’ятовуються у стеку, а перед виходом з підпрограми (RET) відновлюються. Якщо, наприклад, підпрограма використовує регістри A,B,C, тоді необхідно їх значення запам’ятати в стеку і при завершенні підпрограми відновити:

 

M: PUSH PSW; запам’ятовуються регістри A і F

PUSH B; запам’ятовуються регістри В і С

 

.............; тіло підпрограми

 

POP B; відновлення регістрів В і С

POP PSW; відновлення регістрів A I F

RET; повернення з підпрограми

 

Враховуючи, що адреса повернення підпрограми також запам’ятовується в стеку необхідно слідкувати, до команди повернення RET кількість відновлень дорівнювала кількості запам’ятовувань в стеку.

Для забезпечення відповідності розділів курсової роботи необхідно чітко визначатись в програмах відносно місця знаходження даних в пам’яті і проведеним розподілом адресного простору.

 

5.1 Опис програм вводу, виводу. (Навести підпрограми вводу даних від АЦП, виводу обробленої інформації через ЦАП та описати її структуру).

Для того щоб підключити АЦП і ЦАП до мікропроцесорної системи (МПС) використовують паралельний програмований інтерфейс (ППІ) КР580ВВ55.

Виходячи з блок-схеми алгоритму функціонування МПП перед початком роботи необхідно ініціалізувати елементи мікропроцесорної системи. ППІ буде за програмовано на нульовий режим. Порт А буде використовуватися для вводу інформації з АЦП, порт В буде використано для виводу інформації на ЦАП. ППІ програмується за допомогою запису керуючого слова (КС) в регістр керуючого слова (РКС).

Наприклад, підпрограма ініціалізації виконує запис керуючого слова програмування режиму роботи ППІ КР580ВВ55 в регістр керуючого слова.

...

MVI A,98H;програмування інтерфейсу

OUT 0D8H

 

Фрагмент підпрограми програмує паралельний інтерфейс КР580ВВ55 в режимі 0 у відповідності з визначеною структурою вводу/виводу. Адреса регістра керуючого слова – D8H (ця адреса визначається схемою дешифрації).

 

 

Схема 13. Структура керуючого слова ППІ

 

Нижче наведений фрагмент програми яка здійснює ввід байта з АЦП і запис його у пам’ять в режимі програмного опитування та байта через ЦАП.

...

MVI A,98H;програмування інтерфейса

OUT 0D8H

 

Підпрограма вводу цифрового коду з АПЦ, наприклад, оформлена у вигляді підпрограми INP. Пуск АПЦ здійснюється виводом в канал С (розряд 0) спочатку одиниці, а потім нуля. Наступні оператори вводять байт з каналу С, аналізуючи готовність АЦП (розряд 4) і при його нульовому значенні (перетворено вхідний відлік) вводять байт від АЦП через канал А. Введений байт записується в пам'ять за адресою, заданою в регістровій парі HL.

...

INP: MVI A,0FFh;ввід з АПЦ

OUT 0D2h

XRA A

OUT 0D2h

M1: IN 0D2h

ANI 10h

JNZ M1

IN 0DOh

MOV M,A

RET

При виводі вихідного значення цифрового фільтра через ЦАП (підпрограма OUTP), байт виводиться в канал В з комірки пам'яті за адресою, яка задана в регістровій парі HL.

...

OUTP: MOV A,M;ввід через ЦАП

OUT OD1H

RET

 

Зміст підпрограм обміну інформації з зовнішніми пристроями (АЦП і ЦАП) визначаються конкретною функціональною схемою відповідно до завдання курсової роботи і проведеним розподілом адресного простору.