Автоматизированные системы управления технологическими процессами

Министерство образования РБ

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра “Робототехнические системы ”

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

“Автоматизированные системы управления технологическими процессами”

Исполнитель

Руководитель

Минск 1998

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение

2. Аннотация

3. Формулировка задачи

4. Функциональная схема устройства и ее описание

5. Выбор элементной базы и характеристики микросхем

6. Описание схемы электрической принципиальной

7. Временные диаграммы цикла "ввод" с описанием

8. Литература

Введение

Связь между центральным процессором (ЦП), запоминающими устройствами и внешними устройствами осуществляется через общий системный канал.

Пользователь может подключать к каналу как собственные устройства ввода-вывода, так и дополнительные устройства, соблюдая при этом требования и условия работы интерфейса системного канала.

Связь между двумя устройствами, подключенными к каналу, осуществляется по принципу "управляющий-управляемый". В каждый момент времени только одно устройство является активным. Активное устройство управляет циклами обращения к каналу, при необходимости удовлетворяет требованиям прерываний от внешних устройств, контролирует предоставление прямого доступа.

Пассивное устройство является исполнительным. Оно может принимать и передавать информацию только под управлением активного устройства.

Типичный пример активного устройства - центральный процессор, выбирающий команду из памяти, которая всегда является пассивным устройством; устройство, работающее в режиме прямого доступа к памяти (ПДП).

Связь между устройствами через системный канал является замкнутой и асинхронной.

В ответ на управляющий сигнал, передаваемый активным устройством, поступает сигнал от пассивного устройства. Процесс обмена между устройствами не зависит от длины канала и времени ответа пассивного устройства (в пределах заданного интервала времени - как правило, не более 10 мкс).

Обмен между двумя устройствами может выполняться как 16-разрядными словами, так и байтами. Системный канал Q-bus обеспечивает три типа обмена данными: программный, в режиме прямого доступа к памяти, прерывание программы.

Физически, канал Q-bus представляет собой унифицированную магистраль, содержащую 72 линии, по которым осуществляется передача информации, необходимой для работы ЭВМ.

Использование единого интерфейса позволяет иметь общий для всех устройств алгоритм связи, и, следовательно, унифицированную аппаратуру сопряжения.

Аннотация

В данной курсовой работе разработана схема электрическая принципиальная устройства пользователя, работающая в программном режиме в составе микропроцессорной системы с магистралью Q-bus.

В состав устройства пользователя входит один 8-битовый и два 16-битовых регистра, из которых один 8-битовый на чтение, а 16-битовые на запись информации.

При разработке электрической схемы использованы интегральные схемы серии К 155, К 555.

Формулировка задачи

В курсовой работе необходимо разработать схему электрическую принципиальную интерфейса, работающего в программном режиме для микропроцессорной системы с магистралью Q-bus.

В состав устройства пользователя должны входить два (не меньше) регистра для записи и чтения информации. При разработке электрической схемы, необходимо использовать интегральные ТТЛ-микросхемы серий К 155, К 555, а также другие ТТЛ-совместимые микросхемы.

Адреса регистра для чтения - 160 075,

для записи - 160 076,

- 160 100.

Функциональная схема устройства и ее описание

Функциональная схема устройства приведена на рис. 1. Адреса регистров даются перемычками или переключателями на входах схемы сравнения.

Схема обеспечивает программный доступ к 4-м регистрам (RG), как для записи (076, 100), так и для чтения (075).

Сигналы ВУ и данные адреса Д3-Д15 обеспечивают выбор соответствующего регистра внешнего устройства, адрес которого находиться в пределах 160000-177777.

Адрес регистра внешнего устройства задается перемычками или переключателями.

В качестве регистра можно использовать 16 триггеров, входы которых объединены и подключены к логике сравнения.

В данной схеме разряды Д0-Д1 определяют выбор устройства, разряды Д3-Д15 выбирают регистр. Сигнал СИА информирует о том, что на линиях ДА установлен адрес и используется для запоминания внутреннего сигнала "выбор устройства", а также разрядов адресов с 0 по 2. Если внутренний сигнал ВУ после окончания адресной части цикла будет активным, то после поступления сигнала "ввод" или "вывод" логика вырабатывает сигнал записи или чтения в соответствующий регистр. После того, как данные будут переданы или приняты устройством, логика управления должна вырабатывать сигнал СИП и если он не будет передан в процессор за 10мкс, процессор переходит к подпрограмме обслуживания внутреннего прерывания с адресом вектора 4.

От ВУ К ВУ

К ДА 15 1 чтение

К ДА 14 1 RG

К ДА 13 1 Q

К ДА 12 1 D

К ДА 11 1 D T Q1 & C

К ДА 10 1 C ED

К ДА 9 1 R Q1

К ДА 8 1 D Q2 & ШД

К ДА 6 1 C запись

К ДА 5 1 R Q2 С RG

К ДА 4 1 ED Q

К ДА 3 1 D

К ДА 2 1 к ВУ

К ДА 1 1 к ШД

К ДА 0 1

ВУ 1

СИА 1

сброс 1

ввод 1

вывод 1

&

1

Рис. 1. Функциональная схема устройства.

Описание схемы электрической принципиальной

Любой цикл обращения к каналу начинается с посылки сигнала "Сброс", который вызывает очистку регистров Д15-Д19 (ИР 23) и триггера Д9 (ТМ 7).

После этого на входах ДА0 - ДА15 устанавливают адрес регистра, к которому осуществляется обращение, а ЦП вырабатывает сигнал "ВУ". Если общая часть адреса соответствует поданной на дешифратор, состоящий из элементов Д 4.1 - Д 4.6 (ЛН 1); Д12, Д13 (ЛА 2) и Д14 (ЛЕ1), то на выходе Д14 будет "1". Эта "1" подается на схему выбора регистра Д 6.1 - Д 8.3 (ЛА 3), где при наличии сигналов "ввод" или "вывод" генерируется сигнал "СИП", который подается в ЭВМ, а также сигналы управления регистрами (23-27), которые запоминаются в триггере Д9 (ТМ 7).

По сигналу "СИП" из ЭВМ начинается передача информации, если 27 - "1", 25 - "0", иначе прием информации из одного регистра чтения. Регистру с адресом 160 076 соответствуют сигналы 23 - "1", 24 - "0", а с адресом 160 100 - 24 - "1", 23 - "0".

Выбор элементной базы и характеристики микросхем

В курсовой работе по возможности использованы микросхемы серии К 555, у которых вместо многоэлементного транзистора на входе используется матрица диодов Шотке.

Введение этих диодов исключает накопление лишних базовых зарядов, увеличивающих время выключения транзистора, и обеспечивает стабильность времени переключения транзистора в диапазоне температур.

Кроме того, в схеме используется несколько микросхем серии К 155.

Основные параметры микросхемы ТТЛ К 555:

tзгр=10 нс; Рнот=2 мВт; Энд=20.

Нагрузка: Сн=15 нФ; Рном=2 кОм; Кветв.=10.

Логические элементы, используемые в устройстве пользователя реализованы на следующих микросхемах:

а) ЛЕ 1 выполняет логическую операцию "ИЛИ - НЕ".

б) ЛА 2, ЛА 3 - выполняют логическую функцию "И" с несколькими входами.

в) ЛН1 представляет собой инвертор, снабженный двухтактным входным каскадом, выполняющий операцию "НЕТ".

В качестве элемента задержки использован Д-триггер, воспользовавшись микросхемой ТМ 7, содержащей две пары Д-триггеров.

Регистры выполнены на микросхемах ИР 23.

Микросхема ИП 2 - 8-разрядная схема контроля четности и нечетности суммы единиц входного слова с целью выявления ошибок при передаче данных. Имеются два входа разрешения: четный ЕЕ и нечетный ОЕ. Они должны получать разноуровневые логические сигналы. Основные параметры микросхемы:

Основные параметры ЛА 2:

Микросхема ЛН 1 содержит 6 инверторов и имеет двухконтактный выходной каскад. Ее основные параметры:

.

Временная диаграмма цикла “ВВОД”

Направление передачи при выполнении операций обмена данными определяется по отношению к активному устройству . При выполнении цикла ВВОД данные передаются от пассивного устройства к активному .

Временные диаграммы приведены на рисунке 2.1 и 2.2 для активного и пассивного устройств соответственно.

АД 1,2 АД 2,1

ОБМ1 ОБМ 2

ДЧТ 1 ДЧТ 2

ОТВ 2 ОТВ 1

ВУ 1 ВУ 2

ПЗП 1 ПЗП 2

Рис. 2.1 и 2.2 Временные диаграммы цикла ВВОД.

На рисунке обозначены:

1 - передаваемый сигнал;

2 - принимаемый сигнал;

* - состояние сигнала не имеет значения.

Порядок выполнения операций следующий :

Активное устройство в адресной части цикла передаёт по линиям 00-15 адрес и вырабатывает сигнал ВУ , если адрес находится в диапазоне 160 000 – 177 777 ;

Не ранее чем через 150 нс после установки адреса активное устройство вырабатывает сигнал ОБМ, предназначенный для запоминания адреса во входной логике выбранного устройства;

Пассивное устройство дешифрирует адрес и запоминает его;

Активное устройство снимает адрес с линий 00-15 , очищает линию ВУ , вырабатывает сигнал ДЧТ сигнализируя о готовности принять данные от пассивного устройства , и ожидает поступления ответного сигнала ОТВ;

Пассивное устройство помещает данные на линии 00-15 и вырабатывает сигнал ОТВ ,сигнализирующий о наличии данных в канале. Если сигнал ОТВ не вырабатывается в течении 10 мкс после выработки сигнала ДТЧ , то МП переходит к обслуживанию внутреннего прерывания по ошибке обращения к каналу с адресом вектора 4;

Активное устройство принимает сигнал ОТВ , принимает данные и снимает сигнал ДЧТ;

Пассивное устройство снимает сигнал ОТВ по заднему фронту сигнала ОТВ , завершая операцию передачи данных;

Активное устройство снимает сигнал ОБМ по заднему фронту сигнала ОТВ, завершая канальный цикл ВВОД.

Во время выполнения цикла ВВОД сигнал ПЗП не вырабатывается

Сигналы передачи адреса и данных:

АД15 - АД00 - передача адреса и данных;

ОБМ - синхронизация активного устройства в циклах обмена данными;

ДЧТ - ввод данных (чтение);

ДЗП - вывод данных (запись);

ПЗП - байт (признак записи байта);

ВУ - выбор внешнего устройства.

Литература

1. Р.И.Фурунжиев ; Н.И.Бохан “Микропроцессорная техника в автоматике” Минск “Ураджай” 1991 г.

2. МикроЭВМ в 8 кн. :практическое пособие / под редакцией Л.Н.Преснухина.-М.:Высшая школа , 1988 . 172 с .

3. О.Н.Лебедев “Микросхемы памяти и их применение ” , М.:Радио и связь ,1990

4. Богданович М.И., Грель И.Н., Прохоренко В.А. "Цифровые интегральные микросхемы". - Справочник, - Мн. "Беларусь", 1991 г.

5. МикроЭВМ: в 8 кн. Практическое пособие. (Под ред. Л.Н. Треснухина. Кн. 1 "Семейство ЭВМ". "Электроника-60" - М.: Высшая школа" 1988 г.

6. "Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных схем": Справочник в 2-х томах; под ред. Шахнова В.А. - М.: Радио, связь, 1988 г.

7. Шило В.И. "Популярные цифровые микросхемы". - Справочник. - Москва "Радио и связь" 1987 г.