Шина расширения ISA (стр. 1 из 3)
Содержание
Введение
1. Литературный обзор по теме
2. Постановка задачи
3. Выбор и обоснование структурной схемы устройства
4. Разработка интерфейсной части схемы ПУ
4.1 Интерфейс шины ISA
4.2 Описание работы интерфейсной части устройства
5. Описание работы принципиальной схемы
5.1 Выбор элементной базы
5.2 Выбор интегральных микросхем
6. Разработка графического структурного алгоритма программы
6.1 Разработка прикладной программы и описание её возможностей
6.2 Листинг программы
Заключение
Литература
Введение
Все разнообразные средства цифровой техники: ЭВМ, микропроцессорные системы измерений и автоматизации технологических процессов, цифровая связь и телевидение и т.д. строятся на единой элементной базе, в состав которой входят чрезвычайно разные по сложности микросхемы - от логических элементов, выполняющих простейшие операции, до сложнейших программируемых кристаллов, содержащих миллионы логических элементов.
Под периферийными устройствами принято понимать любые устройства машины, не входящие в состав процессора и оперативного запоминающего устройства и выполняющие внешние функции машинной обработки информации. К ним относятся устройства подготовки данных, устройства ввода - вывода, накопители, аппаратура передачи данных и ряд других технических средств ЭВМ.
В развитии периферийных устройств наблюдается тенденция к увеличению скорости передачи данных, расширению их номенклатуры и выполняемых функций. Заметно возросло разнообразие устройств, у которых при вводе осуществляется преобразование информации из представления, используемого человеком, в машинный код, а при выводе - обратное преобразование. В ряде случаев периферийные устройства объединяют не одно, а несколько функций (подготовку, ввод, вывод и др.).
Шина ISA - шина расширения, применявшаяся в первых моделях PC и ставшая промышленным стандартом. В компьютере XT использовалась шина с разрядностью шины данных 8 бит и адреса 20бит. В компьютерах AT её расширили до 16 бит данных и 24 бит адреса
В данном курсовом проекте необходимо разработать нестандартное периферийное устройство "Термостабилизатор с изолированным датчиком". В его основу положено устройство, предложенное журналом “Радио”. В качестве интерфейса сопряжения взят интерфейс ISA.
1. Литературный обзор по теме
Существует большое количество моделей термостабилизаторов - от обогревающих небольшие теплицы до моделей масштабов предприятия. Разрабатываемое устройство относится к классу маломощных малогабаритных термостабилизаторов. Например, в статье Владимира Шашина “Программируемый термостабилизатор" [1] описывается одноимённое устройство. Необходимость в данном устройстве возникла при решении задачи контроля и стабилизации температуры в технологических процессах на одном из предприятий. Для нагрева и охлаждения там использовался пар с котельной и холодная вода из артезианской скважины, которые через заслонки подавались в теплообменники, бойлеры, рубашки охлаждения и т.д. Заслонки на трубопроводах были двух типов: чисто пневматические мембранного типа с камерой, давление сжатого воздуха в которой определяло ее положение и электромеханические с реверсируемым двигателем. Результатом проведенной работы стало предлагаемое устройство, которое позволяет управлять заслонками обеих типов с помощью двух мощных ключей на симисторах.
При разработке термостабилизаторов с симистором в качестве коммутирующего нагреватель-элемента приходится уделять большое внимание изоляции измерительной цепи от электрической цепи. Чаще всего для этого в цепи управления симистором устанавливают оптрон, а узел измерения температуры питают через понижающий трансформатор, работающий на частоте сети 50Гц. Автор статьи С. Безюлев предлагает оригинальное решение проблемы, позволяющее обойтись без оптрона и сетевого трансформатора и при этом значительно снизить вес и габариты устройства.
Спецификация шины ISA была взята из книги, а также из официальной спецификации шины. В общем виде шину ISA можно представить так:
Рис.1.1 Условное обозначение шины ISA
Как видно из рисунка, шина выполнена в виде двух щелевых разъёмов с шагом выводов 2.54 мм. В подмножестве ISA-8 используется только 64-контактный слот (ряды C, D). Как указано в официальной спецификации, шина ISA обеспечивает возможность обращения к 8 - ил 16-битным регистрам устройств, отображённым на пространства ввода-вывода. В PC была принята 10-битная адресация ввода-вывода, при которой линии адреса A [15; 10] устройствами игнорировались. Таким образом, диапазон адресов устройств данной шины ограничивается областью 100h-3ffh.
Схема термостабилизатора с изолированным датчиком взята из одноимённой статьи журнала “Радио” N#2 за 2003 г.
2. Постановка задачи
В рамках данного курсового проектирования необходимо разработать новое периферийное устройство - терморегулятор с изолированным датчиком, взяв за основу устройство, разработанное С. Безюлевым и предложенным журналом “Радио” №2, 2003.
Разрабатываемое в этом курсовом проекте устройство должно работать под управлением программы на компьютере семейства IBM PC под управлением операционной системы MS-DOS, либо в 32-битной среде Windows в режиме эмуляции DOS-окружения.
Необходимое программное обеспечение должно быть написано в рамках данного проекта для управления устройством.
Согласно заданию, необходимо предусмотреть:
наличие буфера данных, который будет обеспечивать постоянное хранение данных в устройстве управления;
схема синхронизации по условию задачи отсутствует, схема не имеет команд обратной связи и подтверждения доставки;
новое устройство должно согласоваться с компьютером посредством интерфейса сопряжения ISA;
Также в схеме предусмотрено наличие селектора адреса на дешифраторах, что позволяет устройству “понять”, что запрашиваемый адрес устройства по шине адреса - это базовый адрес данного устройства, и начать работу.
Следует заметить, что согласовать схему Безюлева с шиной ISA без изменений в схеме автора, просто невозможно, т.к. устройство питается от сети 220В, причем питание нестабильно и не имеет общей точки. Подключив его к ISA получим результат воздействия межфазовых токов - сгоревшую материнскую плату. Рассмотрев алгоритм работы схемы, видно, что основная “изюминка" схемы - высокочастотный трансформатор, который включен в плечо ключа на транзисторе. Данная развязка и есть суть изолированного датчика. Поэтому, на этапе проектирования было принято решение сохранить данную особенность схемы, но питание схемы взять от шины, а управлять семистором через развязку на оптроне.
3. Выбор и обоснование структурной схемы устройства
Структурная схема устройства приведена в приложении А. Структурная схема состоит из следующих блоков:
Шина ISA - непосредственно шина ISA;
Буфер шины данных - блок шинных формирователей, позволяющих переключать направление обмена данными, а также переводить выхода в высокоимпедансное состояние (Z-состояние).
Анализ управления - блок анализа состояний чтения-записи, а так же управления состояниями регистра и шины.
Буфер шины адреса - то же что и Буфер шины данных.
Изолированный датчик - схема датчика с трансформаторной развязкой, взята из схемы автора статьи.
Регистр данных (буфер) - промежуточное постоянное хранение данных управления и состояния.
Селектор адреса - блок дешифраторов, оценивающий адрес на шине, если адрес является базовым, на выходе формируется уровень лог.1.
Блок управления нагрузкой - ключ на тиристоре, с оптронной развязкой.
4. Разработка интерфейсной части схемы ПУ
4.1 Интерфейс шины ISA
Общие сведения.
Шина ISA (Industrial Standart Arhitecture) была разработана для применения в качестве системной магистрали ЭВМ на платформе Intel-80286 и является фактически стандартной шиной для персональных компьютеров типа IBM PC/AT и совместимых с ними.
При описании шины целесообразно представить компьютер как состоящий из материнской платы (motherboard) и внешних плат, которые взаимодействуют между собой и ресурсами материнской платы через шину. Все пассивные устройства (не могущие стать задачиками) на шине можно разделить на две группы - память и устройства ввода/вывода (порты). Циклы доступа для каждой из групп отличаются друг от друга как по временным характеристикам, так и по вырабатываемым на шине сигналам.
Чисто условно, для удобства понимания функционирования шины ISA, будем считать, что на материнской плате компьютера существуют следующие устройства, способные быть владельцами (задатчиками) шины: центральный процессор (ЦП), контроллер прямого доступа в память (ПДП), контроллер регенерации памяти (КРП). Кроме этого, задатчиком на шине может быть и внешняя плата. При выполнении цикла доступа на шине задатчиком может быть только одно из устройств. Рассмотрим подробнее функции этих устройств на шине ISA.
Внешние платы могут функционировать в 5 различных режимах: задатчика шины, памяти и устройств ввода/вывода прямого доступа, памяти и устройств ввода/вывода, регенерации памяти или сброса. Платы могут поддерживать любую комбинацию из первых четырех режимов; сигналу сброса должны подчиниться все платы одновременно.
Адресное пространство при обращении к памяти.
Максимальное адресное пространство при обращении к памяти, поддерживаемое шиной ISA, 16 Мб (24 линии адреса), но не все слоты поддерживают полностью это адресное пространство. Когда задатчик на шине осуществляет доступ к памяти на материнской плате или к памяти, установленной в слот, он должен разрешать сигналы - MEMR или - MEMW; аппаратно на материнской плате дополнительно разрешаются сигналы - SMEMR и - SMEMW, если требуемый адрес находится в пределах первого мегабайта адресного пространства. К 8-разрядным слотам подведены только линии - SMEMR и - SMEMR, SD<7...0> и SA<19...0>; поэтому внешние платы, установленные в 8-разрядные слоты, могут быть либо только 8-разрядными устройствами ввода/вывода, либо 8-ми разрядной памятью в первом мегабайте адресного пространства. Внешние платы, устанавливаемые в 8/16-разрядные слоты, принимают все командные сигналы, адреса и данные; они могут быть как 8-, так и 16-разрядными и адресное пространство памяти на них может быть любым в пределах 16 Мб. Цикл доступа к таким внешним платам завершается как 16-разрядный, если плата разрешает сигнал - I/O CS16 или - MEM CS16.