Створення мікропроцесорної системи обробки інформації (стр. 4 из 5)
Вихід - 3 с.
Потужність споживання, mW - 875
Діапазон робочих температур, ºС - - 10 - +70
Початкові дані для мікросхеми КР556РТ18 2К
8:Кількість комірок зовнішнього ПЗП NОЗУ - 4К×8
Вхідні струми:
при логічному 0, IIL - 0,25 мА
при логічній 1, IIH - 0,04 мА
Вхідна ємкість логічних схем навантаження, СI - 5 пФ
Монтажні ємкості усіх ланцюгів (См = 20 пФ).
Згідно завдання кількість комірок ПЗП складає NОЗУ.
Розрядність ПЗП nОЗУ повинна відповідати розрядності обробки даних ЦП. Інформаційна ємкість СОЗУ визначається по формулі:
Необхідна швидкодія ПЗП визначається по тимчасовим діаграмам ЦП. Для МК ATmega128 тривалість циклу запису (зчитування) tС равно 2ТМТ, де ТМТ - тривалість машинного такту. При частоті кварцевого резонатора fтг = 9 МГц тривалість tС дорівнює:
Тривалість циклу мікросхеми пам’яті tcy повинна задовольняти нерівності:
У якості мікросхеми ПЗП виберемо КР556РТ20, тому що вона ідеально підходить і не створює збитковості для даного випадку. Для даної мікросхеми пам’яті ємкість 1К, а розрядність слова 8 біт:
.Розрахуємо число ВІС ПЗП в ряду матриці:
де nБИС - розрядність обраної мікросхеми пам’яті. Визначимо число розрядів стовбців матриці:
де NБИС - кількість комірок обраної мікросхеми пам’яті.
Загальна кількість ВІС ПЗП дорівнює:
Таким чином, кількість корпусів ПЗП дорівнює 2.
Визначимо стум навантаження і ємкістне навантаження для схем вводу адреси по ланцюгам адресу ВІС ПЗП по формулам:
IAL = m * IIAL = 2 * 0,25 = 0,50 мА, IAH = m * IIAH = 2 * 0,04 = 0,08 мА
CA = m * CIA + Cm = 2 * 5 + 20 = 30 пФ
де IIАL, IIAH - вхідні токи логічного 0 і логічної 1 по ланцюгам адресу обраної ВІС ПЗП.
CIА - вхідна ємкість по входу адресу ВІС ПЗП.
Визначимо струми навантаження ICSL, ICSH і величину ємкісного навантаження СCS по ланцюгам вибору мікросхем (CS) по формулам:
ICSL = mp* IICSL = 1 * 0,25 = 0,25 мА
ICSH = mp* IICSH = 1 * 0,04 = 0,04 мА
CCS = mp* CICS + Cm = 1 * 5 + 20 = 25 пФ
де IICSL, IICSH - вхідні струми логічного 0 і логічної 1 по ланцюгам вибору (CS) ВІС ПЗП.
CСS - вхідна ємкість по ланцюгам вибору мікросхем (CS) ВІС ПЗП.
Враховуючи, що на відміну від ОЗП інформація з ПЗП тільки зчитується, то необхідно визначити струми навантаження і ємкість навантаження на інформаційні виходи ВІС ПЗП по формулам:
IQL = mР* IIL = 1 * 0,25 = 0,25 мА
IQH = mР* IIH = 1 * 0,04 = 0,04 мА
CQ = mC* CQO + mР*CI + Cm = 2 * 5 + 1 * 5 + 20 = 35 пФ
де IQL, IQH - вхідні струми логічного 0 і логічної 1 мікросхем навантаження ВІС ПЗП, CQO - вихідна ємкість одного інформаційного виходу ВІС ПЗП, CI - вхідна ємкість мікросхем навантаження ВІС ПЗП.
Отримані значення струмів не повинні перевищувати граничні значення для обраних мікросхем пам’яті.
Рис.8 Умовно графічне позначення ПЗП КР556РТ18
Найменування виводів:
A0 ÷ A10 - адресні входи.
D0 ÷ D7 - шина даних вводу/виводу.
CS1 ÷ СS3 - вибір мікросхеми
Технологічні та електричні характеристики КР556РТ20:
Технологія - ТТЛШ
Організація - 2К×8
Час виборки, ns - не більш 60
Напруга живлення, V - 5
Струм живлення, мА - 180 мА
Вхідна напруга, V
при логічному 0 - min 2,4 - max 0,5
при логічній 1 - min 2,4 - max 0,5
Вихідна напруга, V
при логічному 0 - min 2,4 - max 0,5
при логічній 1 - min 2,4 - max 0,5
Вихід - 3 с.
Потужність споживання, mW - 875
Діапазон робочих температур, ºС - - 10 - +70
Рис.9 - Схема підключення процесорного блоку і пам’яті
2.3 Інтервальний таймер
Одним з елементів, обумовлених завданням, є інтервальний таймер i8254. Таймер призначений для формування затримок послідовності імпульсів, формування одиночних імпульсів заданої тривалості, формування стробуємих імпульсів із програмованою затримкою. Виконаний по n-МОП технології.
Рис.10 - Умовне графічне позначення таймеру i8254
D0 - D7 - двонаправлена шина даних з високоімпедансним станом.
А0 - А1 - розряди шини даних, визначають регістр, що буде адресуватися: А1А0 = 00 - адреса каналу 0; А1А0 = 01 - адреса каналу 1; А1А0 = 10 - адреси каналу 2; А1А0 = 11 - адреса регістра керуючого слова
- вибір кристала 
- сигнал запису 
- сигналу читанняCLK0 - CLK2 - вхід дозволу подачі імпульсу від зовнішнього джерела
GATE0 - GATE2 - вхід дозволу подачі імпульсу сlk на таймер/лічильник
OUT0 - OUT2 - вихід таймерів/лічильників
Вхідні сигнали CLK0 - CLK2 подаються через схеми із зовнішніми керуючими входами GATE0 - GATE2. Кожен лічильник має вихідний сигнал OUT. Інші вузли схеми призначені для установки режиму й реалізації інтерфейсу із системною шиною.
Для функціонування таймера мікроконтролер повинен завантажити керуючі слова, значення яких позначають режим кожного лічильника, і необхідні початкові значення. У завданні нам дані параметри для програмування таймера, тому ми проініціализуємо його в розділі розробки програм ініціалізації.
Електричні параметри i8254:
1. Напруга живлення - 5 В
2. Вихідна напруга:
високого рівня - 2,4 В
низькі рівні - 0,5 В
3. Вихідний струм високого рівня - 1 мА
4. Вихідний струм низького рівня - 5 мА
5. Вхідний струм високого рівня - 30 мкА
6. Вхідний струм низького рівня - 30 мкА
Рис.11 - Схема підключення таймера i8254
2.4 Аналого-цифровий перетворювач (АЦП)
Згідно із завданням, у нашій МПС повинен бути використаний аналого-цифровий перетворювач. Це пристрій, який перетворює аналоговий сигнал у цифровий код. Цей код повинен потрапляти на всі пристрої, таким чином, АЦП підключається до загальної шини.
Варіантом передбачено використання 12ти розрядного швидко-діючого АЦП послідовного наближення, працюючого із ТТЛ-рівнями. Так як дана мікросхема не має окремого блоку цифрового керування, то включення АЦП до шини даних проводиться завдяки регістру К1810ИР82. Нижче наведено УГП MAX201В (іноземний аналог).
Рис.12 - Умовно графічне позначення MAX201B
Основні електричні параметри мікросхеми приведені нижче:
Напруга живлення: +5±10%В, - 15±15%
Максимальний вхідний струм лог.1: 100мкА
Максимальний вхідний струм лог.0: 100мкА
Мінімальна вхідна напруга лог.1: 2В
Максимальна вхідна напруга лог.0: 0,8В
Максимальний вихідний струм лог.1: 0,5мА
Максимальний вихідний струм лог.0: 3,2мА
Мінімальна вихідна напруга лог.1: 2,4В
Максимальна вихідна напруга лог.0: 0,4В
Вхідна ємність по всіх виводах (на частоті 1МГц): 6пФ
Вихідна ємність (на частоті 1МГц): 5пФ
Похибка перетворення: ±1/2ОМР
Час перетворення: 20мкС
Струм живлення: 15мА
Споживана потужність: 800мВт
2.5 Контролер клавіатури і індикації
Для керування індикацією та сканування клавіатури використовується спеціалізована мікросхема i8279. Вона являє собою контролер клавіатури та індикації. Мікросхема має внутрішній ОЗП клавіатури та індикації, може працювати у декількох режимах і дозволяє керувати восьми - або шістнадцятирозрядною індикацією та опитувати до 128 клавіш або дискретних датчиків. Умовне графічне позначення мікросхеми приведене на рис.14.
Рис.13- Умовне-графічне позначення мікросхеми i8279
Внутрішня адресація виробляється по входу A0, тому на цей вхід потрібно подати сигнал з адресної шини. Обмін даними йде по шині даних. Входи RL0-RL7 мікросхеми служать для зчитування стану клавіш клавіатури; виходи OutA3-OutA0, OutB0-OutB3 підключаються до індикаторів; виходи S0-S3 - це виходи сканування рядків клавіатури й перебору індикаторів при відображенні. При надходженні інформації від клавіатури контролер виробляє запит на переривання, виставляючи на виході IRQ сигнал активного рівня. Цей сигнал надходить на один із входів зовнішніх переривань мікроконтролера.
Найменування виводів мікросхеми i8279:
D0…D7 - входи-виходи з третім станом
CS - вибір мікросхеми
RD - читання
WR - запис
A0 або C/D - команда / данні
CLK - синхронізація
RES - початкова установа
S0…S3 - сканування
BD - гасіння індикації
OUTA3… OUTA0, OUTB3… OUTB0 - коди символів
R0…R7 - прийом сигналів з клавіатури
SHIFT - верхній / нижній регістр
IRQ - запит переривання
Технологічні та електричні характеристики:
Технологія - ТТЛШ
Напруга живлення, В - 5
Вихідна напруга, В:
високого рівня - 2,4
низького рівня - 0.45
Вихідний струм, мA:
при напрузі низького рівня - 5
при напрузі високого рівня - 1