Часть1. Разработать принципиальную схему цифровой системы управления на базе однокри¬стального микроконтроллера МСS-51, имеющей заданные характеристики. Для сопряжения с объектом использовать расширители ввода-вывода, ЦАП и АЦП. Для связи с оператором предусмотреть 8-разрадный индикатор и клавиатуру, состоящую из 25 клавиш. Для сопряжения с ЭВМ верхнего уровня использовать последовательный ин¬терфейс RS232С. Исходные данные: Память программ 3072 байт Память данных 128 байт Аналоговые каналы ввода/вывода 5/3 Дискретные каналы ввода/вывода 16/12 В составе разработанной системы управления используется микроконтроллер 8051AH (DD1) семейства MCS-51. Подключение микросхемы осуществляется по типовой схеме. Резистор R1 и конденсатор С3 образуют цепь начального сброса. Цепь служит для начальной установки всех внутренних систем процессора в момент включения питания. При подаче питания конденсатор С3 начинает заряжаться, при этом на вход RST процессора поступит положительный импульс. Кварцевый резонатор ZQ1 и согласующие конденсаторы С1, С2 задают частоту внутреннему тактовому генератору микроконтроллера.
Подключение всех периферийных микросхем осуществляется через шину данных (ШД) линии D0-D7 и шину адреса (ША) линии А0-А10. Шина данных реализуется на базе порта Р0 микроконтроллера и буферной микросхемы DD5, которая может осуществлять передачу данных в двух направлениях. Наличие буферной микросхемы обосновано большим количеством нагрузок на шине. Направление передачи определяется уровнем сигнала на вход Т микросхемы DD5, на данный вход заведен сигнал RD микроконтроллера (низкий уровень на входе Т- передача от Q к B, высокий уровень – от B к Q). Сигнал RD переходит в «0» при чтении микроконтроллером данных из внешней памяти, в остальных промежутках времени он находится в состоянии логической «1». Для построения шины адреса используется буферный регистр DD6 (микросхема PC74HC734) и порты Р0 и Р2 микроконтроллера. По линиям порта Р0 выдаются младшие биты адреса, по линиям Р2 старшие (используются только Р2.0-Р2.2). Фиксирование адреса в регистре осуществляется фронтом импульса АLЕ, формируемого микроконтрол¬лером в циклах обращения к памяти. Все адресное пространство ВПД разделено на пять блоков, по 256 байт в каждом. Для определения к какому блоку идет обращение, адресные линии (А8-А10) подключаются к входам дешифратора DD2. Дешифратор разрешает работу требуемых микросхем.
В качестве ОЗУ используется микросхема DS1220 (DD6), емкостью 2Кбайта (2Кх8 бит), однако, в соответствии с вариантом задания используется диапазон адресов 00h-FFh (128 байт), ячейки с адресами выше этого диапазона не используются, а соответствующие ад¬ресные входы микросхемы соединены с проводником нулевого потенциала. Обращение к ОЗУ осуществляется переключением сигнала СS в активное состояние (лог. «0»). Активным уровнем сигналов (лог. «0») RD и WR определяется режим работы м/сх -чтение и запись соответственно. Стробирующие сигналы RD#, WR# вырабатываются микроконтроллером. Контроллер клавиатуры/дисплея (ККД) КР580ВД79 (DD3) реализует интерфейс консоли оператора, состоящей из 8-разрядного 7-сегментного индикатора и клавиатуры на 25 кла¬виш. Для осуществления операций ввода/вывода ККД подключается к внешней шине данных микроконтроллера. Выбор м/сх ККД выполняется нулевым уровнем сигнала на входе СS. Соответствующий уровень сигнала формируется логиче¬скими элементами Обращение к контроллеру аналогично обращению к ВПД, операции чтения/записи данных стробируются сигналами RD/WR соответственно. Для сканиро¬вания клавиатуры и позиций индикатора используются линии SL0-SLЗ. Для преобразова¬ния двоичного кода сканирующего слова в 8-разрядный позиционный код используется м/сх дешифратора К555ИД7 (DD4). Опрос состояния клавиатуры выполняется по линиям возврата RL0-RL7. Выводы ОА0-ОА3 и ОВ0-ОВЗ являются выходами регистра данных дисплея. Для реализации дискретных каналов ввода/вывода используются расширители вво¬да/вывода КР580ВР43 (DD12 – DD13). Каждый расширитель имеет 4 двунаправленных, 4-разрядных порта ввода/вывода, к которым можно обращаться программно. Таким обра¬зом, для реализации заданного количества дискретных каналов ввода-вывода необходимо 2 расширителя. Для преобразования входных аналоговых сигналов в соответствующий двоичный эквива¬лент в каналах аналогового ввода используются микросхема 8-разрядного АЦП MAX158 (AD1). В данной микросхеме имеется 8 аналоговых входов. Для преобразования двоичного кода сигнала в соответствующий аналоговый экви¬валент в канале вывода используются микросхема 8-разрядного ЦАП MAX506 (DA1) на 4 выхода. Как было сказано выше АЦП и ЦАП используемые в каналах аналогового ввода/вывода включаются в адресное пространство микроконтроллера.
Память программ представляет собой постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), пред¬назначенное для хранения программы, реализующей алгоритм управления объектом. В качестве ПЗУ используется 1 микросхема объемом 2 Кбайта (2Кх8 бит) DD9 и одна микросхема емкостью 1Кбайт(1Кx8) DD10. Младшие 8 адресных линий микросхемы соединены с шиной адреса, для формирования старших разрядов адреса внешней памяти программ используются линии 0-2 порта Р2 микроконтроллера. Выбор м/сх определяется уровнем сигнала РSEN - обращение к памяти. Для организации сопряжения с ЭВМ верхнего уровня в разработанной системе управле¬ния реализован последовательный интерфейс в стандарте RS-232С. Для этой цели использует¬ся микросхема драйвера линии MAX232A (DD7). Достоинством этой микросхемы является отсутствие необходимости использования дополнительного источника питания с напряжениями - 12В и + 12В. Данная микросхема подключается к последовательному порту микроконтроллера (линии RxD и TxD).
