Поиск по базе сайта:
Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине \"Микропроцессорные средства систем автоматизации\"для студентов специальности 230102- \"Автоматизированные системы обработки информации и управления\" всех форм обучения icon

Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине "Микропроцессорные средства систем автоматизации"для студентов специальности 230102- "Автоматизированные системы обработки информации и управления" всех форм обучения




Скачати 261.26 Kb.
НазваМетодические указания к курсовому проектированию по дисциплине "Микропроцессорные средства систем автоматизации"для студентов специальности 230102- "Автоматизированные системы обработки информации и управления" всех форм обучения
Дата конвертації26.11.2013
Розмір261.26 Kb.
ТипМетодические указания


Федеральное агенТство по образованию


Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Самарский государственный аэрокосмический

университет имени академика С.П.КОРОЛЕВА» (СГАУ)


ПРОЕКТИРОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ОДНОКРИСТАЛЬНЫХ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ


Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине

"Микропроцессорные средства систем автоматизации"для студентов специальности 230102– “Автоматизированные системы обработки информации и управления” всех форм обучения


Самара, 2012


Составитель: Иоффе Владислав Германович


УДК 681.3


Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине

"Микропроцессорные средства систем автоматизации ” / Сост. В. Г. Иоффе, Самарский гос. аэрокосмический ун–т. Самара, 2012, 19с.


В методических указаниях приведены основные этапы проектирования микропроцессорных устройств автоматизации, выполненных на однокристальных контроллерах, и приведены рекомендации по выбору проектных решений.

Методические указания предназначены для студентов специальности 230102– “Автоматизированные системы обработки информации и управления”.


Печатается по решению редакционно-издательского совета Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева


Рецензент:


^

1.Цель и задачи курсового проекта


Цель курсового проекта:

  • закрепление знаний и умений , полученных при изучении курса «Микропроцессорные средства систем автоматизации» МПСА,

  • освоение принципов проектирования микропроцессорных устройств (МПУ) на базе однокристальных микроконтроллеров (ОМК) с использованием современных симуляторов и оценочных модулей,

  • получение навыков оформления технической документации разработанных МПУ.

В процессе выполнения курсового проекта студент должен решить следующие задачи:

  1. получить задание у преподавателя и тщательно его проанализировать с целью уяснения основных задач проектирования,

  2. разработать структурную схему МПУ, на которой должны быть отражены компоненты, необходимые для реализации технического задания,

  3. разработать алгоритм функционирования МПУ, включая и средства проверки работоспособности проектируемого устройства,

  4. выбрать тип ОМК в соответствии со структурой МПУ, особенностями алгоритма, требованиям по быстродействию, энергопотреблению и условиям эксплуатации,

  5. уточнить структурную схему МПУ с учетом выбранного ОМК и требуемых дополнительных внешних устройств,

  6. разработать принципиальную электрическую схему МПУ,

  7. выбрать инструментальные средства разработки и отладки МПУ,

  8. адаптировать электрическую принципиальную схему к выбранным средствам отладки,

  9. разработать программное обеспечение в соответствии с алгоритмом функционирования МПУ,

  10. выполнить комплексную отладку на симуляторе или оценочном модуле,

  11. оценить технические характеристики МПУ и, в случае несоответствия требованиям технического задания, выполнить итерационное проектирование,

  12. оформить пояснительную записку с соответствии с требованиями стандарта СГАУ.

Глубина разработки отдельных этапов по сравнению с каноническим проектированием подобных устройств ориентирована на особенности учебного плана СГАУ по специальности 230102.

Курсовой проект базируется на знании следующих учебных дисциплин: Электротехника и электроника, Схемотехника, Гречишников, Организация ЭВМ и систем, Микропроцессорные средства систем автоматизации, программирование

Объектом проектирования являются микропроцессорные устройства или промышленные контроллеры, выполненные на однокристальных микроконтроллерах.

В качестве ОМК должны использоваться восьмиразрядные семейства MCS -51/52 различных фирм, AVR фирмы Atmel. По согласованию с преподавателем возможно применение и других ОМК.

Варианты технических заданий определяются преподавателем с учетом интересов студента.

Выполнение курсового проекта рассчитано на 16 недель.

Трудоемкость – 16 часов

Примерный график выполнения имеет следующий вид:


Номер

п/п

Содержание этапа

Срок выполн.

Начало

Срок выполн.

Окончание

Форма

отчетности

1

Анализ технического задания (ТЗ)

1 неделя

2 неделя

Утверждение согласованного ТЗ

2

Разработка структурной схемы

3 неделя

4 неделя

Глава в записку

3

Разработка функциональной схемы (алгоритма)

5 неделя

6 неделя

Глава в записку




Выбор типа ОМК

7 неделя

8 неделя

Глава в записку




Разработка принципиальной электрической схемы

9 неделя

10 неделя

Глава в записку

4

Выбор средств разработки и отладки

11 неделя

11 неделя

Глава в записку

5

Разработка и отладка программного обеспечения

12 неделя

13 неделя

Глава в в записку

6

Оформление пояснительной записки и защита курсового проекта

14 неделя

16 неделя

Пояснительная записка



^

2.Содержание и оформление пояснительной записки

2.1.Общие требования


 Пояснительная записка к курсовому проекту является основным документом, отражающим технические знания и навыки студента .

 Пояснительная записка к курсовому проекту формируется с учетом материалов, подготовленных студентом на каждом этапе проектирования самостоятельно, и представляется для проверки руководителю курсового проекта не позднее, чем за 3-4 дня до начала защиты.

 Объем пояснительной записка — 20-30 страниц формата А4

2.1.4 Оформление пояснительной записки должно быть выполнено в соответствии со стандартом предприятия СГАУ [ 1] .

      1. К процедуре защиты курсового проекта студент должен подготовить доклад, отражающий основные задачи проектирования, обосновать принятые проектные решения, прокомментировать листинги программ и принципиальную электрическую схему. Время доклада (5-7) минут.

Необходимо также ответить на дополнительные вопросы, которые могут возникнуть при защите курсового проекта.

2.1.6 Работоспособность спроектированного МПУ или его фрагментов ( по согласованию с преподавателем ) должна быть продемонстрирована с помощью выбранного симулятора или оценочного модуля.

^

2.2.Основные этапы проектирования


 Анализ технического задания включает:

ясное представление целей проектирования,

оценка требуемых технических характеристик и возможности их реализации,

определение функций, реализуемых МПУ,

составление дополнительных вопросов к преподавателю, уточняющих цели и задачи курсового проектирования,

оценка различных вариантов реализации задания и выбор оптимального.

 При разработке структуры необходимо в виде структурной схемы или словесного описания отобразить требуемые блоки или компоненты МПУ. Более предпочтительной является структурная схема.

К средствам ввода/вывода информации относятся частотно- временные и аналого-цифровые преобразователи, цифроаналоговые преобразователи, входные и выходные регистры, счетчики, различные органы управления и индикации, клавиатура, котроллеры последовательных интерфейсов и так далее.

Особенностью разработки структуры МПУ на основе ОМК является наличие в составе любого типа контроллера функционально полного процессорного блока ПБ, особенности которого будут рассмотрены на этапе выбора ОМК.

Состав и организация блоков памяти определяется требованиями технического задания и алгоритмами обработки.

Датчики и исполнительные устройства на структурной схеме не отображаются, а связь с ними осуществляется через разъемы.

Принципы работы основных блоков и их характеристики приведены в лекциях и методических указаниях [ 2,3,4 ].

При использовании внешних программируемых компонентов в пояснительной записке обязательно должны быть приведены их краткие характеристики, программная модель и схема соединения с проектируемым контроллером.

На основании разработанной структуры выполняется выбор МК.

Проиллюстрируем разработку структуры на следующем примере:

Разработать контроллер для измерения расхода топлива с использованием датчиков с частотным выходом.

Выходная частота датчика ( 10-500) Гц, меандр

Выходное напряжение датчика (0-4) В

Основная приведенная погрешность- 0,1%

Количество каналов i = 4

Характеристика датчика Qi=Ai*Ni, где Qi – значение расхода топлива в л/с, Ai - коэффициент преобразования датчика ( действительное число), Ni – значение кода пропорциональное текущему расходу (целое число).

Время измерения – не более 100мс на один канал.

Перед началом работы с помощью клавиатуры для каждого канала ввести значения Ai и допустимые значения, контролирующие текущий расход Nmini, Nmaxi.

Nmini, Nmaxi – целые числа.

Обработке подлежат значения, удовлетворяющие неравенству



При выходе за нижний диапазон Nmini включить зеленый светодиод, а верхний Nmaxi – красный.

Значения расхода вывести на индикатор в целочисленном виде с указанием типа параметра ( л\с) и номера канала. Результат измерений передать по последовательному каналу RS-485 на скорости 9600бит/с в формате асинхронного обмена с 10-битовым кадром.

Вывод - по прерыванию, поступающему от внешнего источника.

На индикатор постоянно выводится информация с канала, который задает оператор.

Запуск контроллера производится с помощью кнопки.

Предусмотреть возможность тестирования контроллера.

Для рассмотренного примера необходимы процессорный блок ПБ, ПЗУ,ОЗУ, блок преобразования частотного сигнал, клавиатура, индикатор, контроллер последовательного канала, формирователь ТТЛ-уровней в дифференциальные сигналы RS-485, входные и выходные регистры, счетчики.

Для обеспечения требуемой точности и быстродействия при измерении низкочастотного сигнала следует использовать метод мгновенного значения частоты, для реализации которого требуется счетчик СЧ с разрядностью не менее 10бит, генератор эталонных сигналов, конъюнктор, формирователь периода ФП, мультиплексор каналов измерения МХ и двухразрядный регистр адреса РгА [2 ].

Параметры эталонного генератора ( частота, погрешность) определяются требуемым быстродействием и методическими погрешностями, характерными для выбранного метода преобразования (значение единицы младшего разряда, задержки, возникающие, например, при работе схемы захвата и так далее).

Матрица клавиатуры должна позволять ввод коэффициентов, допустимых значений и номер канала (цифры 0-9), иметь идентификатор вводимой информации ( канал, коэффициент, допустимое значение). Для такой задачи достаточна матрица 3х4, управление которой выполняется с помощью трехразрядного выходного регистра РгКвых и четырехразрядного входного регистра РгКвх ( или наоборот).

Учитывая особенности отображаемой информации, наиболее целесообразно использовать модули алфавитно-цифровых индикаторов, в состав которых входит контроллер ЖКИ [ 3 ]. В зависимости от выбранного ОМК возможно использование модулей индикаторов с параллельным или последовательным каналами обмена информацией.

Передача информации по интерфейсу RS-485 может быть реализована асинхронным приемопередатчиком UART(USART) и преобразователем ТТЛ-уровней в дифференциальные сигналы ПУ.

Управление индикаторами может выполняться восьмиразрядным выходным регистром РгИ.

Структура контроллера для рассмотренного примера представлена на рисунке 1 (см.Приложение 2)

Для оценки требуемого объема ОЗУ необходимо учитывать количество и разрядность входных , выходных данных, размеры буферов для хранения результатов промежуточных вычислений. Требуемый объем входных и выходных данных определяется просто, а размеры буферов зависят от особенностей алгоритмов обработки.

Для приведенного примера объем ОЗУ, необходимый для хранения входных и выходных данных, может быть определен на основании следующих расчетов:

хранение коэффициентов преобразования -4х2=8 байт

хранение допустимых значений 4х2х2=16 байт,

хранение результатов измерения 4х2=8байт

Например, при использовании контроллера ЖКИ HD44780 для отображения выходных данных необходимо двоичный код преобразовать в двоично-десятичный , а затем - в кодASCII. Тогда преобразования 10-разрядного двоичного числа в распакованный двоично-десятичный код потребует 3х4 байта, а в код ASCII – еще столько же. Этот пример иллюстрирует логику рассуждений, а не конкретную методику расчета.

Практически требуемый объем ОЗУ и ПЗУ может быть определен экспериментально с помощью симулятора после выбора ОМК и разработки программного обеспечения. Тогда можно выбрать новую конфигурацию ОМК с целью сокращения его стоимости.

Параметры процессорного блока ПБ определяются особенностями алгоритмов обработки и требуемым быстродействием.


 ^ Разработка алгоритма функционирования МПУ выполняется на основе технического задания и структурной схемы. На этом этапе определяется математическая модель МПУ и выбирается методология её описания. Математическая модель включает алгоритмы сбора информации, обработки и управления.

Наиболее распространенными средствами являются объектно-ориентированное проектирование на языке UML [ 5 ], графо-символические среды, например, LabView [ 6 ] , проектирование на основе обобщенной граф-схемы алгоритма ГСА [4 ].

Принцип разработки ГСА и многочисленные примеры приведены в лекциях, методических указаниях, отчетах к лабораторным работам по курсу МПСА [4,7].

Поэтому при курсовом проектировании предлагается применять ГСА, но по согласованию с преподавателем возможно использование и других методологий.

Если алгоритмы сбора и управления для каждого задания индивидуальны, то используемые алгоритмы обработки, в основном, соответствуют тематике лабораторных работ: различные преобразования двоично-десятичных, семисегментных, ASCII, двоичных кодов, обработка массивов ( поиск максимум/минимума, сортировка, поиск требуемого элемента), допусковый контроль, медианная отбраковка и так далее.

Основные алгоритмы преобразования можно найти в [14].

 ^ Выбору ОМК посвящены многочисленные статьи, опубликованные в Интернете, например, [8,9 ].

Особенностью курсового проекта является разработка автономных МПУ для сбора и обработки измерительной и управляющей информации. Это определяет ряд дополнительных требований, к числу которых относятся минимальное энергопотребление, наличие различных режимов энергосбережения, возможность работы в широком диапазоне питающих напряжений, наличие резидентных средств отладки и контроля работоспособности ( монитор питания, сторожевой таймер, детектор падения частоты и так далее), малые габариты [8].

Выбранный в соответствие с техническим заданием ОМК должен обладать функциональной полнотой, чтобы минимизировать число внешних компонентов, необходимых для реализации требуемого МПУ, иметь минимальное количество неиспользуемых линий ввода-вывода, минимальные энергопотребление и стоимость [ 9].

Большинство ОМК различных фирм имеют общую систему команд для данного семейства, но отличаются составом периферии, объемом ОЗУ, ПЗУ, количеством внешних линий ввода-вывода, быстродействием, напряжением питания, потребляемой мощностью и так далее.

В курсовом проекте рекомендуется использовать ОМК с системой команд MCS-51/52 или AVR. Основные характеристики этих микросхем представлены в [7,10,11], а так же на сайтах gaw.ru, cec-mc.ru, atmel.ru, efo.ru и так далее.

^ По согласованию с преподавателем возможно применение и других ОМК.

Наиболее широко используются ОМК с системой команд MCS-51/52. Различные фирмы предлагают широкую номенклатуру ОМК, отличающихся как характеристиками, так и конструктивным исполнением. Рекомендуется обратить внимание на ОМК фирмы Atmel АТ89хххх ( Т89ххх), SiLabs (Silicon Laboratories) C8051хххх, в состав которых входят корпуса различных технологий с числом линий ввода-вывода от 5 до 64 ( общее количество выводов корпуса от 8 до 100) [10]. Для любителей системы команд MCS-51/52, напоминаю, что ОМК 8052 имеет 3 счетчика-таймера, 256 байт РПД и некоторые другие дополнительные функции [4].

ОМК с системой команд AVR представлены тремя классами контроллеров tiny, mega, xmega ( classic cняты с производства) с количеством линий ввода-вывода от 6 до 60 ( общее количество выводов корпуса от 8 до 100) [11].

При выборе ОМК в соответствии с разработанной структурой необходимо оценить состав резидентных средств ( ОЗУ, ПЗУ, периферийные блоки и так далее), требуемое количество линий ввода-вывода, быстродействие.

При этом следует контролировать отсутствие избыточности резидентных периферийных блоков, так как это приводит к увеличению стоимости микросхемы ОМК и МПУ.

В тех случаях , когда быстродействие не является определяющим, возможна программная реализация недостающих периферийных блоков. Однако необходимо контролировать требуемые ресурсы памяти программ, данных, линий ввода-вывода.

Использование внешних периферийных устройств целесообразно, если необходимые блоки отсутствуют в выбранном ОМК или не отвечают требованиям технического задания.

При выборе каналов обмена ОМК с внешними устройствами предпочтение следует отдавать последовательным интерфейсам ( SPI, I2C, CANbus, USB и так далее), так как это упрощает конструкцию МПУ, увеличивает надежность и, в некоторых случаях, улучшает метрологические характеристики.

Например, в системах сбора измерительной информации с повышенными метрологическими характеристиками, когда требуются АЦП с разрядностью более 10 бит и высоким быстродействием, более рационально использовать внешний АЦП , чем искать ОМК, в состав которого входит соответствующий преобразователь. При этом необходимо учитывать, что резидентные АЦП больше подвержены влиянию помех, а стоимость ОМК с прецизионными АЦП и ЦАП в несколько раз выше, чем ОМК общего применения.

Формирование аналогового выходного сигнала при отсутствии резидентного ЦАП возможно с использованием широтно-импульсного модулятора ШИМ и внешнего фильтра нижних частот [ 2 ].

В качестве внешних АЦП и ЦАП рекомендуется использовать микросхемы фирм Analog Devices, Texas Instruments, Maxim, National Instruments ( Burr Braun), Motorola и так далее.

Измерение и формирование частотно-временных сигналов с повышенной точностью требует тщательного анализа технических характеристик схем синхронизации и счетчиков-таймеров. В этом случае предпочтение следует отдавать ОМК, в которых возможно использование внешнего кварцевого резонатора. При большом числе частотно-временных каналов и повышенном быстродействии необходима матрица счетчиков, работающая в режимах захвата, сравнения, ШИМ. Если требования к быстродействию и точности невысокие, достаточно наличие 2-3 счетчиков- таймеров [ 2 ].

При организации обмена дискретными сигналами необходимо контролировать реализуемые способы ввода-вывода информации ( программный, по прерыванию, режим прямого доступа к памяти), нагрузочную способность портов по постоянному и переменному токам, быстродействие, особенности настройки на требуемый тип сигнала и направление обмена, наличие триггера Шмидта на входе и так далее [ 2 ].

Если процесс ввода-вывода можно выполнить в режиме с разделением времени, то рекомендуется использовать ОМК с коммутационной матрицей, позволяющей к одним и тем же выводам портов подключать различные источники сигналов. Это приводит к уменьшению размеров корпуса и печатной платы МПУ. Такими возможностями обладают, например, ОМК фирм Silicon Laboratories и Cypress Semiconductor [ 10,12 ]. Однако в некоторых случаях это может привести к увеличению внешних компонентов.

Одним из основных критериев выбора ОМК является его быстродействие, которое зависит от особенностей процессорного блока. Наиболее объективной характеристикой является среднее быстродействие, которое оценивается для некоторого набора операций ( теста), характерного для той или иной области применения ОМК [2 ].

При оценке характеристик процессорного блока необходимо анализировать форматы данных, команд, особенности архитектуры ( гарвардская или фон неймановская, RISC или CISC), допустимые объемы ОЗУ, ПЗУ, EEPROM, возможность расширения памяти и так далее [2]. В относительно простых алгоритмах бывает достаточным оценить время выполнения наиболее часто встречающихся операций : выборка элемента из массива, сравнение данных, организация цикла, обработка битовых данных, умножение, деление и так далее.

При отладке МПУ с помощью симулятора время выполнения программ или отдельных её фрагментов отображается на экране.

Для приведенного примера необходимы

линии ввода( вход счетчика таймера,TxD, 4 линии для РгКвх, линии для ввода информации с КЖКИ),

линии вывода ( 8 линий РгИ,2 –РгА, 3-РгКвых, линии для вывода информации с КЖКИ)),

1 или 2 счетчика – таймера,

блок, реализующий асинхронный последовательный обмен,

подсистема внешних прерываний на один вход,

процессорный блок и память.

При использовании параллельного интерфейса КЖКИ требуется ОМК, в котором было бы 6 линий ввода, 16 линий вывода, минимум 4 линии ввода-вывода, т.е. микросхема с 26 линиями ввода-вывода.

При последовательном интерфейсе КЖКИ ( I2C,SPI) – 21 линия. Если же использовать модуль клавиатуры и индикации СЕ110 с интерфейсом I2C, то количество линий можно сократить до 15.

В некоторых случаях требуемое сокращение линий ввода-вывода можно обеспечить за счет использования внешних регистров сдвига, обеспечивающих преобразование параллельного кода в последовательный и наоборот.

При большом числе внешних элементов более радикальным средством является использование программируемых логических интегральных схем ПЛИС .

Для хранения статических данных , как указывалось выше, требуется ОЗУ – 56 байт. Возможно, это число нужно увеличить в два раза, то есть необходимо резидентное ОЗУ – 128байт.

Так как погрешность преобразования должна быть не более 0,1%, программы обработки должны быть рассчитаны на 16-разрядную арифметику.

Использование клавиатуры и индикации предполагает наличие подпрограмм преобразования скан-кода нажатой клавиши в двоично-десятичный код, а затем в двоичный( для обработки) и ASCII ( для вывода на алфавитно- цифровой индикатор с контроллером HD-44780).

При обработке необходимы подпрограммы умножения действительного числа на целое или использование алгоритма преобразования [ 13,14 ] с последующим округлением, допускового контроля, формирования массива, выборки из массива, обработки битовых переменных.

В соответствие с заданием требования по быстродействию относительно низкие ( 100 мс на один канал).

При использовании параллельного интерфейса с контроллером ЖКИ возможно использование как ОМК с системой команд 8051, так и AVR, у которых число линий ввода-вывода – 32.

Более предпочтительны ОМК AVR соответствующей конфигурации, так как его система команд имеет индексную, автоинкрементную, автодекрементную способы адресации, что сокращает объем программ при обработке массивов и увеличивает быстродействие. Кроме того, имеются более разнообразные команды умножения . действительного числа на целое.

Особенностью Tiny является большая степень совмещения функций линий ввода- вывода (до 4). Поэтому необходимо контролировать структурную совместимость требуемых функций. Например, на одном выводе может оказаться вход АЦП, линия I2C, вход/выход счетчика/таймера и так далее.

В зависимости от требуемого количества линий можно использовать, например, ATtiny 2313(15 линий ввода-вывода), 46(16 линий), 44 ( 20 линий)1 ATmega 8 (23 линии) и его модификации 48, 88. 168, 328, отличающиеся объемом памяти программ и данных , 8535 (32 линии), ОМК с системой команд 8051 - AT89C51 (15 линий), АТ89С52 ( 32 линии) и так далее. Минимальный справочный материал прилагается в электронном виде.

Конкретная конфигурация выбирается в процессе отладки программного обеспечения.

^ После выбора ОМК и отладки МПУ следует составить карту распределения ОЗУ данных, памяти программ и резидентных периферийных устройств.


 Разработку принципиальной электрической схемы следует начинать с определения элементной базы, которая должна быть согласована с выбранным типом ОМК.

В зависимости от напряжения питания ОМК диапазон выходных напряжений может изменяться от 1,3В до 5В, а выходной ток – от 1,5мА до 20мА

Поэтому следует определить необходимость применения преобразователей уровня, усилителей мощности (магистральных усилителей), оптоэлектронную развязку, устройств согласования с внешними интерфейсами и так далее.

Выбранная элементная база должна отвечать требуемым параметрам по быстродействию, энергопотреблению и типу корпусов.

В курсовом проекте рекомендуется использование серий 1533, 1554 (американские аналоги – SN74ALSxxxx, 74ACxxxx). Однако в их состав входят схемы только средней степени интеграции. Поэтому более целесообразно использовать специализированные БИС различного назначения.

Реализацию сложных схем внешних компонентов следует выполнять на основе ПЛИС, применение которых существенно сокращает размеры печатных плат и повышает надежность. Предпочтение следует отдавать перепрограммируемым ПЛИС. Подобные ПЛИС выпускаются фирмами Altera, Xilinx , Atmel и другими.

При использовании внешней памяти рекомендуется в качестве ПЗУ использовать флеш-память, FRAM, MRAM, а ОЗУ выбирать на КМОП элементах статического типа.

На линиях питания микросхем следует устанавливать цепи развязки, состоящие из керамического и электролитического конденсаторов, соответству - ющих номиналов.

При выборе способа соединения внешних компонентов с ОМК предпочтение следует отдавать последовательным интерфейсам, если они удовлетворяют требованиям быстродействия.

Оформление электрической принципиальной схемы следует выполнять в соответствии с ГОСТ ЕСКД : 2.702-75, 2.710-81, 2.721 – 2.768.

В зависимости от сложности схемы используются индивидуальная или шинная организация соединений элементов.

Соединение на основе индивидуальных линий выполняется по принципу «точка – точка» и используется для схем с небольшим количеством элементов.

При использовании шинной организации каждая линия, входящая /выходящая из шины, должна иметь имя (наименование), в виде цифры, буквы или сочетания буквы и цифры. Наименование линий рекомендуется выбирать в соответствии с их функциональным назначением (например, для линий данных D0-D7, линий адреса A0-A15, линии записи -WR, чтения – RD и так далее).

Обозначения элементов схем следующие: DA- аналоговая микросхема, DD- дискретная микросхема , VD – диоды различного назначения, VT- транзисторы, R- резисторы, C- конденсаторы, L- индуктивности, ZQ - кварцевый резонатор и так далее ( см. ГОСТ 2.710-81).

Каждый элемент должен иметь позиционное обозначение. Обозначение должно находиться с правой стороны элемента или над ним. Порядковые номера элементов присваиваются в соответствии с последовательностью их расположения на схеме сверху вниз в направлении слева направо.

По согласованию с преподавателем электрическая принципиальная схема может быть выполнена вручную, с использованием различных редакторов или графических средств, входящих в состав систем для проектирования электрических схем ( ORCAD, PCAD, EAGLE и так далее). Часть из них дополнена библиотеками отечественных компонентов.

В качестве примера в Приложении 1 приведена электрическая схема, выполненная в EAGLE.

Разработка принципиальной схемы завершается составлением перечня элементов, используемых в проекте. Пример оформления перечня элементов:



Позиционное обозн.

Наименование

Кол-во

Примечание




Резисторы







R1

C2-33-0,25-3 кОм +\- 5%

1




R2…R7

C2-33-0,25-1 кОм +\- 5%

6







Конденсаторы







С1

К50-68-10,0 мкФ -25В

1




С2…С5

К10-17-1б-М750-2200+\- 10% пФ

4







Транзисторы







VT1,VT2

2Т3129А9

2







Микросхемы







DD1

ATmega8535

1




DD2,DD3

K1533ЛА3

2







Диоды







VD1…VD4

2Д522Б

4





 ^ Выбор языка программирования выполняется в зависимости от ресурсов данного ОМК (в первую очередь, объема ПЗУ и ОЗУ), сложности программного обеспечения, требований по быстродействию, допустимых сроков проектирования.

Программирование на языках высокого уровня (СИ, Паскаль, FORT) используется в проектах, содержащих сложные математические вычисления , если позволяет объем памяти данных и команд ОМК. Время разработки программ существенно сокращается по сравнению с ассемблером, но увеличиваются требуемые объемы программного кода и оперативной памяти, что может привести к снижению быстродействия МПУ.

Применение ассемблера целесообразно в том случае, если требуется высокое быстродействие и минимальный объем программного кода. Обычно ассемблер используют при разработке МПУ с относительно простым программным обеспечением.

В сложных проектах более оптимально применение языка высокого уровня, содержащего ассемблерные вставки.

Ряд производителей ОМК предлагают инструментальные средства с графической средой программирования, применение которой не требует знания ассемблера, например, Algorithm Builder for AVR. В этом случае написание программ заменяется составлением соответствующей графической схемы, которая автоматически компилируется в коды выбранного ОМК.

Существует большое количество инструментальных средств для разработки и отладки программного обеспечения ОМК. Большинство инструментальных средств (cимуляторов) поддерживают разработку одного определенного семейства ОМК: MCS -51/52 (Pinnacle,Keil), Atmel (VMLab, AVRStudio), Motorola, MicroChip, Z80 и так далее. Более развитые симуляторы позволяют работать с несколькими семействами ОМК. Например, PROTEUS содержит симуляторы MCS-51/52,Atmel, MicroChip, Motorola, MSP-430.

При выборе симуляторов необходимо учитывать:

поддержку требуемого языка программирования,

состав библиотек компонентов и возможность её расширения,

возможность эмуляции требуемых внешних устройств,

наличие средств для проверки качества проектирования (профайлеров),

возможность контроля временных диаграмм,

удобство интерфейса пользователя,

возможность работы в многопроцессорном режиме (если это необходимо),

наличие документации сопровождения, в которой описана методика работы с симулятором и приведены примеры программирования (желательно на русском языке),

доступность (наличие бесплатных версий, стоимость).

Из тех симуляторов, которые рассматривались в курсе «Микропроцессорные средства систем автоматизации», наиболее рационально использовать PROTEUS, так как он поддерживает работу с ассемблером и СИ, возможность работы в многопроцессорном режиме, содержит довольно обширную библиотеку ОМК и внешних компонентов, имеет развитый интерфейс пользователя, а разработка проекта включает создание принципиальной электрической схемы.

^ Следует однако отметить, что электрическая схема, разработанная в PROTEUS, не удовлетворяет требованиям ГОСТ ЕСКД, но является допустимой в данном курсовом проекте.

^

2.3.Содержание пояснительной записки


 Пояснительная записка должна содержать:

титульный лист;

задание на курсовой проект;

реферат;

перечень условных обозначений, единиц и терминов;

содержание;

введение;

основную часть отчета;

заключение;

список использованных источников;

приложения

 Заголовками соответствующих структурных частей отчета дол­жны служить «СОДЕРЖАНИЕ», «ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНА­ЧЕНИЙ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ», «ВВЕДЕНИЕ», «ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ», «ЗАКЛЮЧЕНИЕ», «СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ».

 Наименование разделов основной части

ВВЕДЕНИЕ

Особенность объекта управления и контроля, преимущества использования ОМК в качестве базового элемента

^ СТУКТУРАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

В соответствие с техническим заданием выбор и обоснование требуемых компонентов МПУ, их режимов работы и технических характеристик

^ АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ И УПРАВЛЕНИЯ

Обоснование выбранных алгоритмов, обобщенная ГСА с описанием используемых слов и массивов. В зависимости от сложности алгоритмов возможно их многоуровневое описание.

^ ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

Анализ структуры, выбор ОМК , обоснование выбора режимов работы резидентных и внешних периферийных устройств, краткое описание программной модели периферийных устройств и формирование значений управляющих слов , распределение ресурсов ОМК.


^ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА

Электрическая схема и спецификация элементов (в приложении), описание компонентов и их взаимодействия, принцип работы устройства .

^ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Обоснование выбора языка программирования, средств отладки, листинг программы (в приложении)

АЛГОРИТМ ТЕСТИРОВАНИЯ

В обобщенном виде представить алгоритм проверки работоспособности МПУ и обосновать необходимые для этого средства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Соответствие технического задания и результатов проектирования, результаты моделирования (объем памяти программ, данных, время выполнения отдельных подпрограмм и быстродействие системы в целом)

3.2.4. Приложения должны включать

Принципиальную схему, выполненную в редакторе САПР ORCAD ,PCAD, Eagle, Proteus и так далее.

Спецификацию элементов

Листинг программы с комментариями


Список использованных источников

1.СТО СГАУ 02068410-004-2007 Общие требования к учебным текстовым документам – Самара,2007, ssau.ru

2.Иоффе В.Г. Однокристальные микроконтроллеры в системах автоматизации - Самара: Самар. Гос. Аэрокосм. Ун-т, 2009. Электронная версия

3.Иоффе В.Г. Отображение информации на жидкокристаллических индикаторах с контроллером HD-44780 - Самара: Самар. Гос. Аэрокосм. Ун-т, 2007.-27с . Электронная версия

4.Иоффе В.Г., Графкин А.В. Архитектура и программирование однокристальных микроконтроллеров MCS-51/52- Самара: Самар. Гос. Аэрокосм. Ун-т, 2005.-73с. Электронная версия

5.Буч Г., Рамбо Дж., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя: Пер. с англ. – М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2004.-432с., илл.

6. Климентьев К.Е. Графическое программирование в среде LabVIEW-Самара: Самар. Гос. Аэрокосм. Ун-т, 2003.-76с

7.Сташин В.В., Урусов А.В., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. М., Энергоатомиздат, 1990.-224с.

8.Выбор микроконтроллера для автономных измерительных устройств. kasus.ru

9. Выбор микроконтроллера . gaw.ru

10. Николайчук О.И. х-51-совместимые микроконтроллеры фирмы Cygnal.- М.:ООО «ИД СКИМЕН», 2002.-472 с., илл.

11.Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семействаTiny и Mega фирмы «ATMEL» - М.:Издательский дом «Додэка-XXI», 2004. – 560 с.:ил.

12. Кузминский А. Программируемые системы на кристалле компании Cypress Semiconductor. Компоненты и технологии №2,2003. finestreet.ru

13. Фрунзе А.В. Микроконтроллеры? Это же просто! Том-3. – М.: ООО «ИД СКИМЕН», 2003.- 224с., илл.

14.Гуторовцев А.Л., Гудыменко С.И. Программы для микропроцессоров: Справ.пособие.- Мн.: Выш.шк., 1989. – 352 с.: ил.

Приложение 1.





Учебное издание Проектирование микропроцессорных устройств на базе однокристальных микроконтроллеров


Методические указания к курсовому проекту


Составитель: Иоффе Владислав Германович

Самарский государственный аэрокосмический

университет им. академика С.П.Королева,

443086 Самара, Московское шоссе, 34



Схожі:




База даних захищена авторським правом ©lib.exdat.com
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації