Архитектура встраиваемых систем на базе микро-эвм и микропроцессоров

АРХИТЕКТУРА ВСТРАИВАЕМЫХ СИСТЕМ

НА БАЗЕ МИКРО-ЭВМ И МИКРОПРОЦЕССОРОВ

 

Лекция 1

Примеры систем, использующих микропроцессоры.

Система (бортовая) управления вооружением самолета. Исторически сложившиеся особенности (различные интерфейсы вооружений, аналоговые и цифровые)

                Система задания режимов работы бытовой аппаратуры (стиральная машина, радиокомбайн).

История усложнения задач, решаемых с помощью встраиваемых систем. Развитие встраиваемых систем в понимании их стандартизации и универсализации. Общее определение встраиваемой системы как универсальной среды для решения задач управления различной ориентации но примерно равной сложности. Градация встраиваемых систем по их возможностям.

Концепция специализации:

- разработчиков микроЭВМ

- разработчиков аппаратуры на базе микроЭВМ.

Тенденция улучшения качества продукции той или иной группы разработчиков за счет специализации. Решение обратной проблемы специализации - неохвате проблемы в целом  - с помощью стандартов на интерфейсы.

Краткое понятие об интерфейсах.

Понятие о жизненном цикле встраиваемой системы. Преемственность новых разработок со старыми (8080-8086-80286...Pentium). Промышленные стандарты и долгосрочная их поддержка изготовителями. Примеры устройств с длительным жизненным циклом.

 

Лекция 2

Обобщенная архитектура микроЭВМ (микропроцессора).

                ШД, ША, ШУ.

Примеры микроЭВМ и микропроцессоров. Краткая история создания. Отличия от устройств жесткой логики. Перспективы развития. Сферы применения.

Объекты, управляемые посредством микроЭВМ. Общие способы сопряжения устройств с микроЭВМ (использование ШД, ША, ШУ).

Подключение елочных гирлянд. Ключи на биполярном транзисторе. Расчет входной цепи ключа применительно к ТТЛ сигналам. Расчет входной цепи ключа с подключенным светодиодом и лампой накаливания. Особенности расчета для светод. и ламп нак.

ТТЛ сигналы. Общие особенности, уровни лог. сигналов.

 

Лекция 3

Подключение устройств вывода к ШД

Регистры

                Однобитовый запоминающий элемент на базе триггера. Построение из таких элементов регистров разрядности 4, 6, 8. Примеры ТТЛ микросхем.

Подключение выходных регистров к ШД. 

Подключение одиночного 8-битового регистра к ШД с использованием сигнала WR

Подключение нескольких 8-битовых регистров. Решение проблемы разделения процессов записи во времени путем ввода понятия о № (адресе) регистра и использованием ША.

Адресное пространство микроЭВМ. Рисунки адресного пространства 8-ми 16-ти битовых ША с шестнадц. значениями адресов.

Лекция 4

Источники логических сигналов (ИЛЛ), построенные на базе кнопок (переключателей) с добавлением резистора.

-Для чего нужен резистор (для задания лог.уровня при разомкнутой кнопке)

-Как оценить номинал резистора (исходя из входных импедансов входов лог. элементов)

 

Подключение устройств ввода к ШД

Подключение 8-ми битов источников логических сигналов (ИЛЛ) к 8-битовой ШД с использованием только сигнала RD.

Подключение двух 8-мибитовых ИЛЛ к ШД: проблема разделения ИЛЛ по времени считывания, решаемая

введением в обиход понятия о буферных элементах с тристабильным выходом и управляемая разрядом А0 ША. Установка "черного ящика №1" с двумя входами (RD, A0) и двумя выходами (RD1,RD2).

                Понятие о логических элементах.

  УГО, цоколевка и таблицы истинности элементов НЕ,2И,2ИЛИ,2И-НЕ... Примеры микросхем из ТТЛ серий 155, 555 (ЛН1, ЛА3, ЛИ1, ЛП8).

- Сколько элементов НЕ, 2И-НЕ размещается в корпусе DIP-14

Понятие о базисных логических функциях. Примеры базисов.

  Подключение нескольких (2^N) ИЛЛ к ШД: установка "черного ящика" с2^N выходами и N входами (А0-Аn) плюс RD.

                - Сколько ИЛЛ можно опросить для заданной рахрядности ША (2^N)

- Сколько выходных регистров можно подключить к ША, если к ней уже подключено 65000 ИЛЛ (65536)

Синтез схемы "черного ящика №1" с использованием базиса (НЕ,тристабильный буфер) и (НЕ, ИЛИ)

- Как построить "ч.я.№1" в базисе (НЕ,И)- дом.задание.

 

Лекция 5

Примеры реальных элементов с уровнями ТТЛ логики

155ир22  - понятие буферных элементов с 3-стабильным выходом, их назначение;

ориентация на ввод, ориентация на вывод; временная диаграмма работы.

                589ир12 - более универсальное устройство, специально спроектированное для применения в микропр. системах; аппаратная настройка на режим ввода (MD=1) и вывода (MD=0); логика на входе и как ее использовать.

                8255 - еще более универсальное устройство, обладающее свойством программной настройки; состав компонентов (каналы A, B ,C, регистр управления Y).

 

Лекция 6

8255 - работа в режиме 0. Состав и назначение контактов; доступ к регистру управления; формат управляющих слов; настройка каналов на вывод; настройка каналов на ввод;

подключение 8255 к микроЭВМ.

особенности режимов 1 и 2.

 

Лекция 7

8216/8226 - организация двунаправленных магистральных буферов.  Внутренняя структура и способы включения. Режимы работы, исключение одновременного включения буфера ввода и вывода, способ буферирования ШД, развязка памяти с раздельными входом и выходом. Нагрузочная способность линий микропроцессора и необходимость их умощнения, понятие о втекающем и вытекающем токах при подключении нагрузки. Обобщенная структура выходного каскада на комплементарных транзисторах (биполярных и МОП).  Отличительные свойства 8226.

 

 

 

Лекция 8

7-сегментная индикация. АЛС324 А(общий катод), Б(общий анод).

    aaa

f         b

   ggg

e         c

    ddd

 

   Принцип построения индикаторов с общим анодом и общим катодом. Программный способ подключения 7-сегментного индикатора. Синтез логических схем, преобразующих двоичный код в 7-сегментный.

 

Цифра	x3	x2	x1	x0	a	b	c	d	e	f	g
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1
1	0	0	0	1	1	0	0	1	1	1	1
2	0	0	1	0	0	0	1	0	0	1	0
3	0	0	1	1	0	0	0	0	1	1	0
4	0	1	0	0	1	0	0	1	1	0	0
5	0	1	0	1	0	1	0	0	1	0	0
6	0	1	1	0	0	1	0	0	0	0	0
7	0	1	1	1	0	0	0	1	1	1	1
8	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
9	1	0	0	1	0	0	0	0	1	0	0
-	1	0	1	0	x	x	x	x	x	x	x
-	1	0	1	1	x	x	x	x	x	x	x
-	1	1	0	0	x	x	x	x	x	x	x
-	1	1	0	1	x	x	x	x	x	x	x
-	1	1	1	0	x	x	x	x	x	x	x
-	1	1	1	1	x	x	x	x	x	x	x

 

Построение схемы без оптимизации в ДНФ и КНФ. Оптимизация при наличии неопределенных состояний (для входных наборов с номером более 1001Н).

- сколько необходимо линий, чтобы подключить один 7-сегм. индикатор (=4)?

- какое максимальное число можно отобразить с помощью трех 7-сегм. индикаторов ( а)=FFFH или б) 99 в 9 степени)?

- как построить все шестнадцатеричные цифры?

- сколько необходимо линий, чтобы подключить два 7-сегм. индикатора (=5)?

Динамическая индикация.

 

 

Лекция 9

Пример минимальной микропроцессорной системы, содержащей МП 8085, ПЗУ, ОЗУ и

параллельный адаптер 8255. Регистр фиксации адреса. Организация дешифраторов адреса. Буферирование ШД и ША.

“Если обвести регистр и ПЗУ красным цветом, получим 8755”.

“Если обвести регистр и ОЗУ синим цветом, получим 8156”.

Структура 8156 (8155) и 8755.

 

Лекция 10

 

Пропущена

 

 

Лекция 11

 

????

 

Лекция 12

 

Аналоговые и цифровые сигналы. Дискретизация аналоговых сигналов с заданной точностью. Понятие об АЦП и ЦАП.

ЦАП. Основные характеристики (разрядность, точность, линейность, быстродействие, потребление). Способы преобразования (весовые токи, токовые делители, матрица R-2R).

Как построить простейший ЦАП? (весовые резисторы к выходу цифровой микросхемы)

Примеры задач, где используются ЦАП (воспроизведение звука в мультимедиа, формирование сигнала терапевтической стимуляции (“Амплипульс”), )

Примеры реальных ЦАП.

AD558- 8-битовый с параллельным интерфейсом, однополярным питанием и однополярным выходным сигналом.

AD7845 - 12-битовый умножающий (4-ех квадрантный), с параллельным интерфейсом, двуполярным питанием и двуполярным выходным сигналом.

 

 

Лекция 13

АЦП. Основные характеристики. Некоторые способы построения АЦП. Примеры АЦП

AD570/571 - 8/10 битовый АЦП

MAX153 - 8-битовый АЦП

MAX191 - 12-битовый АЦП

 

Лекция 14

 

 

 

Лекция 15

 

Последовательный обмен данными. Синхронная и асинхронная передача. Стандарт RS-232. Протокол обмена. Понятие о стартовом, стоповом, контрольном битах. Почему нельзя информационную составляющую делать 100-битовой и тем снизить накл. расходу на передачу бита ( из-за разности частот синхрогенераторов приемника и передатчика). Общая структура UART и его подключение к микро-ЭВМ.

 

Лекция 16

Таймеры. Применение таймеров. Архитектура микросхемы 8253. Режимы работы (0-3).

Как построить будильник (часовой механизм) с заданным интервалом срабатывания в минутах?

 

Лекция 17

Одноплатные и однокристальные микроЭВМ. Чем отличаются от микропроцессора?  Обобщенная архитектура. Типичные встроенные компоненты (таймер, ОЗУ, ПЗУ, порты вв-выв, UART). Особенности системы команд (работа с большим набором РОН). i 8248. Производители микроЭВМ.

 

 

 

Устройства ввода логических сигналов.

Кнопки  с фиксацией (тумблеры)

кнопки без фиксации

П2К

"колеса" с унитарным кодом

"колеса" с двоичным кодом

 

Примеры использования устройств ввода

 

Индикаторы и дисплеи

светодиоды

7-сегментная индикация

ЖКИ индикаторы

      - 7-сегментные

  - символьные

  - графические

 

динамическая индикация

мультиплексирование индикаторов и колес

 

 

                Многовходовые элементы И, ИЛИ.

Основы формального синтеза в базисе И-НЕ.

 

 

580ир82/83

АЦП

ЦАП

 

Примеры микроЭВМ

8048

8051

z8

 

Последовательный обмен данными.  8251