ВСТУП

В теперішній час мікропроцесори та мікроконтролери широко використовуються як основні елементи цифрових обчислювальних пристроїв різного призначення та як пристрої обробки інформації у радіотехнічних системах.

У зв’язку з цим в учбових програмах підготовки радіоінженерів відводитися серйозне значення вивченню мікропроцесорних систем.

Основна мета курсового проекту – отримання практичних навичок у розробці апаратних та програмних засобів мікропроцесорних систем різного призначення.

В даному курсовому проекті необхідно розробити цифровий фільтр з можливістю вибору типу фільтрації (ФВЧ, ФНЧ, ПФ) за допомогою клавіатури з 13 клавіш та індикацією коду типу фільтра на індикаторі, а також забезпечити можливість переходу мікроконтролерів в генерацію прямокутних імпульсів з періодом Т=5 мс та довжиною імпульсу =1,5 мс.

Для поглиблення знань в області розробки мікропроцесорних систем пропонується використати в проектованому пристрої три типи мікроконтролерів різних виробників із різними структурами та системами команд.

В даній курсовій роботі застосовуються такі мікроконтролери:

- однокристальний мікроконтролер на ядрі MCS-51 – KM1816BE51;

- однокристальний мікроконтролер фірми Microchip - PIC16С84;

- однокристальний мікроконтролер фірми ATMEL - AT90S2313.



1 РОЗРОБКА ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ МІКРОПРОЦЕСОРНОЇ СИСТЕМИ



Функціональна схема приведена у додатковому графічному матеріалі, який зазначений у відомості проекту (РТ81.090701.13 ТП).

Для реалізації цифрового фільтру, задача проектування, по суті, зводиться до розробки програмного забезпечення, що реалізує структуру фільтра, зображеного на рисунку 1.1.



Рисунок 1.1 – Структура фільтра (N=2, M=1)



Програма мікропроцесора повинна забезпечувати читання цифрових відліків з АЦП, затримку відліків вхідних сигналів і вихідного сигналу фільтра та їхню обробку за відповідністю до вираження 1.1.



, (1.1)



1.1 Мікроконтролер KM1816BE51 (МК-51)



Даний мікроконтролер призначений для реалізації цифрового фільтру. Після рестарту мікроконтролер працює в режимі генерування відеоімпульсів із заданою тривалістю і періодом коливань. При одержанні 2-х розрядного коду на вхід низького рівня МК-51 припиняє роботу основної програми і починає виконання підпрограми обробки преривань. Підпрограма обробки преривань і являє собою програму, яка реалізує цифровий фільтр.

Після усіх вище пророблених операцій починається звертання до АЦП і зчитування вибірки вхідного сигналу.

Також у програмі існують невеликі підпрограми: програма обнуління комірок пам'яті, програма зчитування з АЦП , програма виводу на ЦАП. Після одного циклу зчитування з АЦП, обчислень і виводу на ЦАП цикл повторюється знову і знову.



1.2 Мікроконтролер PІС16С84 фірми Microchip



PIC16C84 відноситься до сімейства КМОП мікроконтролерів. Відрізняється тим, що має внутрішнє 1K x 14 біт EEPROM для програм, 8-бітові дані і 64 байт EEPROM пам'яті даних. При цьому відрізняються низькою вартістю і високою продуктивністю. Всі команди складаються з одного слова (14 біт шириною) і виповняються за один цикл (400 нс при 10 Мгц), крім команд переходу, які виконуються за два цикли (800 нс). PIC16C84 має преривання, спрацьовує від чотирьох джерел, і восьмирівневий апаратний стек. Периферія містить у собі 8-бітний таймер/лічильник з 8-бітним програмувальним попереднім дільником (фактично 16-бітний таймер) і 13 ліній двунаправленого порту вводу/виводу. Висока навантажувальна здатність (25 мА макс. струм, що втікає, 20 мА макс. струм, що випливає,) ліній вводу/виводу спрощують зовнішні драйвери і, тим самим, зменшується загальна вартість системи. Розробки на базі контролерів PIC16C84 підтримується асемблером, програмним симулятором, внутрисхемним емулятором (тільки фірми Microchip) і програматором.



1.3 Мікроконтролер AT90S2313 фірми Atmel



В цій системі даний мікроконтролер призначений для керування пристроєм відображення інформації, у якості якого використано один семи сегментний індикатор. На індикаторах повинна відображатися, після переривання від мікроконтролера PIC16С84, код використовуємого фільтру. У інший час мікроконтролер генерує прямокутні імпульси. Порт B запрограмований на вхід (крім ніжки, яка використовується для виводу генеруємих контролером відео імпульсів) для прийняття інформації від мікроконтролеру PIC16С84. Порт D запрограмований на вивід (на семи сегментний індикатор). Після ініціалізації мікроконтролер працює у режимі генерування відео імпульсів заданого періоду та тривалості. По перериванню контролер аналізує передану інформацію та, в залежності від коду, почергово виставляє необхідні данні для індикації коду типу фільтра (1-ФВЧ, 2-ФНЧ, 3-ПФ) на другий індикатор, або знову переходить до генерування відео імпульсів.



2 РОЗРОБКА ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ МІКРОПРОЦЕСОРНОЇ СИСТЕМИ



Принципова електрична схема приведена у додатковому графічному матеріалі, який зазначений у відомості (РТ81.090701.13 ТП).

У кожної мікросхеми, що входить в состав МПС, є свої особливості характеристик, режими використання, переваги відносно аналогів, які ми і розглянемо в цьому етапі курсового проекту.



2.1 Структурна організація мікроконтролеру КМ1816ВЕ51 (МК-51)



Мікроконтролер виконаний на основі високорівневій n-МОП технології і випуску у корпус БІС, що має 40 зовнішніх виводів Цоколевка корпуса МК-51 і найменування висновків показані на рисунку 2.1. Для роботи МК-51 потрібно одне джерело електроживлення +5 В. Через чотири програмувальних порти вводу/виводу МК-51 взаємодіє із середовищем у стандарті ТТЛ схем із трьома станами виходу.



Рисунок 2.1 – Цоколевка КМ1816ВЕ51 та найменування виводів [9]



Корпус МК-51 має два виводи для підключення кварцового резонатора, чотири виводи для сигналів, керуючих режимом роботи мікроконтролеру, і вісім ліній порту 3, що можуть бути запрограмовані користувачем на виконання спеціалізованих (альтернативних) функцій обміну інформацією із середовищем.

2.1.1 Структурна схема MK-51



Основу структурної схеми МК-51 (рисунок 2.2) утворить внутрішня двунаправлена 8-бітна шина, що зв'язує між собою всі основні вузли і пристрої: резидентну пам'ять, АЛП, блок регістрів спеціальних функцій, пристрій керування і порти вводу/виводу.



Рисунок 2.2 – Структурна схема МК-51 [9]



2.1.2 Резидентна пам'ять



Пам'ять програм і пам'ять даних, які розміщуються на кристалі МК-51, фізично і логічно розділені, мають різні механізми адресації, працюють під керуванням різних сигналів і виконують різні функції.

Пам'ять програм (ROM чи EPROM) має ємність 4 кбайта і призначена для збереження команд, констант, що керують словами ініціалізації, таблицями перекодування вхідних і вихідних змінних і т.п. РПП має 16-бітну шину адреси, через яку забезпечується доступ з лічильника чи команд із регістра покажчика даних. Останній виконує функції базового регістра при непрямих переходах по програмі чи використовується в командах, що оперують з таблицями.

Пам'ять даних (SRAM) призначена для збереження змінних у процесі виконання прикладної програми, адресується одним байтом і має ємність 128байт. Крім того, до адресного простору РПД примикають адреси регістрів спеціальних функцій (РСФ).

Пам'ять програм, так само як і пам'ять даних, може бути розширена до 64кбайт шляхом підключення зовнішніх БІС.



2.1.3 Регістри-покажчики



8-бітний покажчик стека (SP) може адресувати будь-яку область РПД. Його вміст інкрементується перш, ніж дані будуть запам’ятовані в стеці в ході виконання команд PUSH і CALL. Вміст SP декрементирується після виконання команд POP і RET. Подібний спосіб адресації елементів стека називають предінкрементним/постдекрементним. У процесі ініціалізації МК-51 після сигналу RST у SP автоматично завантажується код 07Н. Це значить, що якщо прикладна програма не перевизначає стек, те перший елемент даних у стеці буде розташовуватися в осередку РПД з адресою 08Н.

Двух байтний регістр-покажчик даних (DPTR) звичайно використовується для фіксації 16-бітної адреси в операціях зі звертанням до зовнішньої пам'яті. Командами МК51 регістр-покажчик даних може бути вико