Установка маски запрещает соответствующее прерывание. Смена маски в соответствии с А0 – А2 выполняется только при разрешении ее установки (А3 = 1). В противном случае функция установки маски подавляется. Для маски прерывания RST 6.5 содержимое аккумулятора будет следующим ( Dh ):
A7 = 0; A6 = 0; A5 = 0; A4 = 0; A3 = 1; A2 = 1; A1 = 0; A0 = 1.
3. Разработка и описание общего алгоритма функционирования устройства
Общий алгоритм функционирования фильтра строится на основе выводов и определений, сделанных при анализе задачи, и включает в себя все функции устройства, реализуемые аппаратно и реализуемые программно. Он содержит также все сигналы и сообщения, необходимые для взаимосвязи аппаратно-реализуемых и программно-реализуемых операций (сигналы и сообщения, которые обеспечивают взаимодействие аппаратной части фильтра и программы).
Общий алгоритм функционирования фильтра приведен на рис.2
При подаче питания , схема сброса формирует импульсы сброса , который обнуляет счетчик команд МП и инициирует формирование импульса сброса RESET для установки МП - системы в исходное состояние. Запускается программа инициализации МП – системы, которая должна начинаться с нулевого адреса. При инициализации:
q в указатель стека SP записывается начальный адрес , с которого начинается стек;
q порт PA (РФ55) настраивается на ввод данных ; в регистр направления передачи записывается управляющее слово;
q таймер настраивается на период переполнения , равным в режиме 3;
q порт PA (РУ55) настраивается на ввод ;
q пуск таймера;
q настройка режима прерывания.
Программа инициализации завершается остановом МП. Из состояния останова МП выводится сигналом INTRA , поступающим на вход RST 7.5 МП. Последующие операции выполняются под управлением рабочей программы фильтра. Выполнение рабочей программы - это реакция на прерывание, поэтому после обслуживания прерываний по команде возврата из подпрограммы МП возвращается в состояние останова.
Рис. 2. Общий алгоритм функционирования фильтра
4. Обоснование аппаратной части устройства
Основой аппаратной части устройства является многопроцессорный набор К1821 , в состав которого входят три микросхемы:
q К1821ВМ85 – микропроцессор;
q КР1821РФ55 – ПЗУ с двумя портами ввода/вывода , работающими в режиме простого обмена;
q КР1821РУ55 – ОЗУ, таймер и два направленных порта ввода/вывода. Выходной сигнал должен иметь аналоговый вид, для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал , используя ЦАП типа К572ПА1.
Микросхема ЦАП К572ПА1 преобразует 10 – разрядный входной параллельный двоичный код в ток на аналоговом выходе, пропорциональный значениям кода и опорного напряжения.
Для преобразования кода в ток используют внешний источник опорного напряжения и матрица резисторов R – 2R.
В устройство РФ55 входит ПЗУ емкостью 2К х 8 бит и два 8-разрядных порта ввода – вывода. Каждая линия обоих портов может программироваться индивидуально и определяться как входная или выходная. Порты могут работать только в режиме простого обмена без каких-либо сопровождающих сигналов, причем выводимый байт запоминается в буферном регистре порта, а вводимый – не запоминается.
В устройство РУ55 входит статическое ОЗУ емкостью 258 х 8 бит, два 8-разрядных (А и В) и один 6-разрядный (С) порты ввода-вывода и 14-разрядный программируемый счетчик/таймер. Все разряды портов А и В используются для ввода-вывода параллельно, т.е. невозможна установка направления передачи индивидуально для каждого разряда. Порты А и В содержат буферные регистры для запоминания пересылаемого байта данных.
Для преобразования выходного тока в выходное напряжение, пропорциональное значению входного кода, требуются внешние операционные усилители (ОУ) с цепью отрицательной обратной связи.
Рабочая программа разработана на основе спроектированного алгоритма функционирования устройства и результатов анализа и формализации задачи. Программа привязана к минимальной конфигурации аппаратной части фильтра.
Распределение памяти ПЗУ:
0000h….003Bh – программа инициализации;
003Ch….07FFh – программа реакции на прерывание RST 6.5.
Распределение памяти ОЗУ:
5000h, 5001h, 5002h – хранение отсчетов x n , x n – 1, x n – 2;
5003h, 5004h, 5005h – хранение отсчетов y n , y n – 1, y n – 2;
5006h, 5007h, 5008h, 5009h – хранение произведений p 1n , p 2n, p 3n , p 4n ;
50FFh – начальный адрес стека.
;Программа "Фазовый корректор"
;Автор: студент гр.114 Тришин Сергей Викторович
;Дата: 10 апреля 2004 г.
;Разностное уравнение: yn = 0,988 xn – 1,6 xn – 1 + xn – 2 + 1,6 yn – 1 –0,988 yn – 2;
;Определение символических имен
;Инициализация по сигналу "Сброс"
Листинг программного модуля вычисления выходного отсчета
С целью проверки на переполнение осуществлен ручной и машинный просчет программы. В качестве исходного случая взят случай, когда все отсчеты имеют максимальное значение.
Xn = 1(10)= 0,1111111(2) = 7F(16);
Xn-1 = –1(10)= 1,0000000(2) = 80(16);
Xn-2 = 1(10)= 0,1111111(2) = 7F(16);
Yn-1 = 1(10)= 0,1111111(2) = 7F(16);
Yn-2 = –1(10)= 1,0000000(2) = 80(16);
kМ = 0,1619(10) » 0,0010100(2) = 0,15625;
xn=XnkМ=0,9921875*0,15625 = 0,155029296(10)»0,0010011(2) = 13(16);
xn-1=Xn-1kМ=–1*0,15625=–0,15625 (10)»1,1101100(2)= EC(16);
xn-2=Xn-2kМ=0,9921875*0,15625 = 0,155029296(10)»0,0010011(2) = 13(16);
yn-1=Yn-1kМ=0,9921875*0,15625 = 0,155029296(10)»0,0010011(2) = 13(16);
yn-2=Yn-2kМ=–1*0,15625=–0,15625 (10)»1,1101100(2)= EC(16);
Разностное уравнение имеет вид: yn = pn1 + pn2+ xn-2 + pn3+ pn4 , где с учётом погрешности
pn1=0,984375*xn, pn2=1,59765625*xn-1,
pn3=1,59765625*yn-1, pn4=0,984375*yn-2.
pn1=0, 984375*0,1484375=0,146118164 (10) » 0,0010010(2) = 12(16);
pn2=ï pn2ï=ï1,59765625*(–0,15625) ï =ï–0,24963379(10) ï » 0,0011111(2) = 1F(16);
pn3=1,59765625*0,1484375=0,237152099(10) » 0,0011110(2) = 1E(16);
pn4=ï pn4ï=ï0, 984375*(–0,15625) ï =ï–0,153808593(10) ï » 0,0010011(2) = 13(16);
yn =12 (16)+ 1F (16)+ 1E (16)+ 13 (16)=62(16).
Таким образом при ручном просчёте переполнения не произошло.
Машинный просчёт программного модуля вычисления выходного отсчета представлен на рисунке :
Результат машинного просчёта совпадает с результатом ручного просчёта. Таким образом в процессе выполнения программы переполнения не происходит.
Электрическая принципиальная схема цифрового фазового корректора содержит следующие микросхемы:
DD1 – МП К1821ВМ85
DD2 – ПЗУ КР1821РФ55
DD3 – ОЗУ КР1821РУ55
DA1 – ЦАП К572ПА1
DA2 – ОУ К154УД3
DA3 – ОУ К154УД3
Опишем назначение выводов микросхем.
К1821ВМ85 :
1 – вход линии подключения кварцевого генератора ;
2 – выход линии подключения кварцевого генератора ;
3 – выход сброса системы ;
4 – выход линии последовательной передачи данных ;
5 – вход линии последовательной передачи данных ;
6 – вход немаскируемого прерывания с фиксированным вектором типа RST n (n = 4.5) высшего приоритета ;
7 – 9 – входы запроса маскируемогопрерывания с фиксированным вектором типа RST n (n = 5.5 , 6.5 , 7.5) ;
10 – вход запроса векторного маскируемого прерывания ;
11 – выход подтверждения прерывания ;
12 – 19 – мультиплексная шина адреса / данных ;
20 – общий ;
21 – 28 – выходы адресной шины ;
29 , 33 , 34 – выходы типа машинного цикла ;
30 – выход разрешения фиксации адреса: сигнал появляется в течение такта каждого машинного цикла и разрешает запись адреса во внешний регистр адреса ;
31 – выход управления записью ;
32 – выход управления чтением ;
35 – вход готовности пересылать или получать информацию ;
36 – вход приёма сигнала сброса МП в начальное положение ;
37 – выход импульсов синхронизации ;
38 – выход подтверждения захвата шин адреса и данных ;
39 – вход запроса захвата адресной шины и шины данных внешним модулем ;
40 – питание (5В) .
КР1821РФ55 :
1 , 2 – вход выбора кристалла ;
3 – вход синхронизации ;
4 – вход сброса ( все линии обоих портов настраиваются на ввод ) ;
6 – выход запроса состсяния ожидания МП ;
7 – вход выбора портов или памяти ;
8 – вход управления чтением из портов (А или В) ;
9 - вход управления чтением из ПЗУ ;
10 – вход управления записью в портоы (А или В) ;
11 - вход разрешения фиксации адреса, поступающего по шине AD0 – AD7(выводы 12 – 19) во внутренний регистр адреса.
21 – 23 – вход адреса (три старших разряда) ;
24 – 31 - двунаправленная шина данных порта А ;
32 – 39 - двунаправленная шина данных порта В ;
КР1821РУ55 :
1 , 2 , 5 , 37 – 39 – двунаправленная шина данных порта С ;
6 – выход счётчика таймера ;
7 – вход выбора порта или памяти ;
8 – вход выбора кристалла ;
9 – вход управления чтением данных из БИС ;
10 – вход управления чтением данных из БИС ;
11 – вход разрешения фиксации адреса, поступающего по шине AD0 – AD7(выводы 12 – 19) во внутренний регистр адреса.
21 – 28 – двунаправленная шина данных порта А ;
29 – 36 – двунаправленная шина данных порта В ;
К572ПА1 :
1 – аналоговый выход 1;
2 – аналоговый выход 2;
3 – общий вывод;
4-13 – цифровые входы (4 – старший разряд, 13 – младший разряд);
14 – напряжение источника питания;
15 – опорное напряжение;
16 – вывод резистора обратной связи.
К микропроцессору подключается кварцевый резонатор для обеспечения работы внутреннего генератора тактовых импульсов CLK.
Схема формирования импульса сброса на микропроцессоре состоит из RC – цепи и диода KD522, так же возможно принудительное формирование импульса сброса при замыкании переключателя.
Передача сигналов микросхем DD1, DD2, DD3 осуществляется по мультиплексированной шине адреса/данных (AD0 – AD7). Микросхема K1821РУ55 соединена с ЦАП портом PВ (PВ0 – PВ7).
Для синхронизации передачи данных микросхемы DD1, DD2, DD3 соединены по тактовым входам CLK.
7. Расчёт быстродействия устройства
Быстродействие фильтра в рабочем режиме оценивается как время, необходимое для обработки прерывания микропроцессора. Рабочая программа фильтра линейная, поэтому общее число машинных тактов, требуемых для выполнения программы, получили как сумму машинных тактов всех последовательно выполняемых команд, составляющих рабочий цикл процессора.
Сумма машинных тактов рабочего цикла программы равна 895. При частоте процессора и процессор не успевает выполнить подпрограмму обслуживания прерывания, так как , то есть интервал дискретизации равен 187 машинным тактам. Необходимо увеличить тактовую частоту микропроцессора дои скорректировать слово загрузки в таймер:
получим управляющее слово таймера:
Необходимо провести коррекцию в программе, заменив эти константы.
8. Расчет АЧХ и ФЧХ устройства для заданных и реальных значений коэффициентов. Оценка устойчивости устройства
Разностное уравнение проектируемого фильтра в общем виде можно представить следующим образом:
yn = b 0 x n + b 1x n – 1 + b 2x n – 2 – a 1 y n – 1 – a 2 y n – 2
Коэффициенты bi , ai определяют характеристики фильтра.
Значения коэффициентов: b 0 = 0.988;b 1 = -1,6;b 2 = 1; a 1 = -1.6;a 2 = 0.988
Разностное уравнение задает во временной области порядок получения выходной последовательности отсчетов из входной. Приведенное уравнение соответствует однокаскадному цифровому фильтру: каскад вычисляет выходную последовательность yn .
В z-плоскости свойства цифрового фильтра описывает передаточная функция H(z), которая при однокаскадной структуре и для приведенного выше разностного уравнения имеет вид:
При z = e jwT = e j2pfT, где Т = ТД = 1/FД ( FД = 8кГц ) сигнал на входе фильтра – синусоида с частотой f и с единичной амплитудой, а функция H(e j2pfT) равна частотной характеристике фильтра, из которой можно получить АЧХ и ФЧХ. Значения коэффициентов разностного уравнения определяют форму и параметры частотных характеристик, поэтому для выявления влияния их приближенного представления следует рассчитать АЧХ и ФЧХ при заданных (точных) и реальных (приближенных) значениях коэффициентов. Расчёт заданной и реальной ФЧХ по формулам :
= arg(HТ(e j2pfT)) и = arg(HР(e j2pfT))
Расчёт заданной и реальной АЧХ по формулам :
,
Для проектируемого фазового корректора :
Результаты расчета заданной и реальной АЧХ приведены на следующих графиках.
Результаты расчета заданной и реальной ФЧХ приведены на следующих графиках.
В данном курсовом проекте было разработано МП–устройство. Также составлена программа, которая и обеспечивает работу этого устройства как всепропускающее фазовое звено. Аппаратная часть по возможности была минимизирована, а программа оптимизирована, что обеспечивает работу устройства в реальном масштабе времени. Основой данного устройства являются набор К1821 и ЦАП К572ПА1, что соответствует заданию.
1. Рафикузаман М. Микропроцессоры и машинное проектирование микропроцессорных систем: В 2-х кн. Пер. С англ. - М.: Мир, 1988.
2. Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1988.
3. Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем: Учеб. Пособие для радиотехнич. спец. вузов/Гришин Ю.П., Катаков В.М. и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова . – М.: Высш. шк., 1985.
4. Микропроцессоры: системы программирования и отладки / В.А. Мясников, М.Б. Игнатьев, А.А. Кочкин, Ю.Е. Шейнин; Под ред. В.А. Мясникова, М.Б. Игнатьева. – М.: Энергоатомиздат, 1985.
5. Р. Токхайм. Микропроцессоры. Курс и упражнения. Пер. с англ. В.Н Грасевиче и Л.А. Ильяшенко. М.: Энергоатомиздат, 1988.
6. Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы .- М.: Радио и связь,1989.
7. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение.- М.: Энергоатомиздат , 1990.
8. Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. - М.: Радио и связь, 1990.
9. Микропроцессорные комплекты интегральных схем: состав и структура. Справочник / Под ред. А.А. Васенкова, В.А. Шахнова. - М.: Радио и связь, 1982
Страницы: 1, 2
