Курсовой проект выполняется с целью закрепления знаний по курсу «Организация ЭВМ, комплексов и систем» и развития навыков самостоятельного проектирования вычислительных систем.
В курсовом проекте разрабатывается вычислительная система (ВС) обработки данных в реальном времени, состоящая из устройства ввода (УВ) и ПЭВМ. Входным сигналом является аналоговое напряжение. Устройство ввода включает в себя блок АЦП, блок цифровой обработки и блок интерфейса.
Курсовой проект предназначен для приобретения навыков по проектированию вычислительных систем.
Задачами курсового проекта являются:
практическое овладение методикой проектирования вычислительной системы на основе современной элементной базы, технических средств вычислительной техники, на основе современной теории организации ЭВМ и систем;
оценка параметров проектируемой системы и применение мер по повышению качества проектирования;
повышение уровня конструкторского проектирования;
приобретение практических навыков оформления и выпуска конструкторской документации в соответствии с ГОСТ.
Входным сигналом устройства ввода является аналоговое напряжение, меняющегося в пределах от -2,5 до 2,5 В. Блок АЦП преобразует полученный сигнал в 10_разрядный цифровой код. Полученный цифровой код обрабатывается в блоке цифровой обработки по следующему закону:
где Xi - текущее значение входного сигнала;
Xi-1 - предыдущее значение входного сигнала;
Yi - выходной сигнал.
На вычислительную систему и отдельные ее блоки накладываются следующие ограничения:
конфигурация ВС: однопроцессорная система на базе микропроцессорного комплекта К1810 в минимальном режиме;
тип применяемого АЦП - параллельного действия.
Связь УВ с ПЭВМ осуществляется через интерфейс системной шины. Синхронизация работы УВ и ПЭВМ осуществляется по готовности данных.
Курсовой проект должен быть представлен графической частью и пояснительной запиской с приложениями, содержащими конструкторскую документацию проекта. Пояснительная записка (ПЗ) оформляется согласно требованиям ЕСКД к текстовым документам и должна содержать:
1) титульный лист;
2) введение;
3) основное содержание;
4) заключение;
5) библиографический список;
6) приложения, содержащие конструкторскую документацию проекта:
Графическая часть содержит:
1) схему электрическую функциональную (Э2) устройства ввода;
2) схему электрическую принципиальную (Э3.1) устройства ввода;
3) схему электрическую принципиальную (Э3.2) блока АЦП;
4) временную диаграмму (ТЧ) работы УВ.
Работа над курсовым проектом включает следующие основные этапы:
1) Анализ технического задания и синтез варианта функциональной организации ВС;
2) Выбор элементной базы на основе анализа исходных данных;
3) Разработка алгоритма вычисления функции;
4) Разработка функциональной схемы УВ на основе синтеза функциональных схем его основных модулей;
5) Разработка принципиальных схем модулей УВ;
6) Разработка программного обеспечения УВ;
7) Получение временных диаграмм, оценивание параметров УВ и всей системы в целом;
Анализ задания позволяет сделать следующие предварительные выводы:
1. Максимальная разрядность выходного значения указанной функции, в соответствии с разрядностью входных значений, равна 20, а максимальная разрядность интерфейса системной шины равна 16. Данное обстоятельство обуславливает выбрать разрядность выходного слова в 16 бит;
2. Т.к. функция содержит операцию деления, а также разрядность результата превышает разрядность системной шины, то возможны исключительные ситуации (переполнение, деление на нуль и т.п.), что требует наличие в составе УВ слов состояния и управления;
3. Небольшая номенклатура микросхем комплекта К1810 (всего 16) может потребовать применения необходимых микросхем других совместимых комплектов (например, К580);
4. Поскольку процессор должен работать в минимальном режиме, то вся вычислительная задача и задачи обмена возлагаются на него.
Основным элементом данного блока являются микросхемы АЦП. Требуемому типу АЦП - параллельного действия - соответствуют микросхемы серии К1107, причем наиболее подходящими являются микросхемы К1107ПВ3 (А, Б) и К1107ПВ4 (А, Б), являющиеся 6- и 8_разрядными преобразователями соответственно. Т.к. собственная разрядность данных АЦП меньше требуемой, то необходимо расширение разрядности. С учетом специфики расширения разрядности данных микросхем, которая будет описана ниже, наиболее подходящей является микросхема К1107ПВ4А.
Микросхема представляют собой БИС быстродействующего 8_разрядный АЦП с ЭСЛ выходом и частотой преобразования 100 МГц. Предназначены для преобразования входного напряжения в диапазоне от -2,5 до +2,5 В в параллельный двоичный прямой код.
Преобразователь выполнен в герметичном металлокерамическом корпусе типа 2136.64-1 с вертикальным двухсторонним расположением выводов. Масса не более 22 г.
Ниже приведены основные электрические параметры.
Диапазон входного напряжения Uвх, В
-2,5.. 2,5
Напряжение питания Ucc1, В
Напряжение питания Ucc2, В
5 5%
-5,2 5%
Ток потребления от источника питания Icc1, мА
Ток потребления от источника питания Icc2, мА
300
350
Выходное напряжение высокого уровня UOH, В
Выходное напряжение низкого уровня UOL, В
-1,1.. - 0,7
-2,0.. - 1,5
Ток потребления от ист. оп. напряжения IОП1, мА
Ток потребления от ист. оп. напряжения IОП2, мА
20
|-20|
Входной ток, мА
5
В БИС К1107ПВ4 использована типовая для класса преобразователей считывания функциональная электрическая схема. Поскольку в ней отсутствует выходной регистр, то часть периода тактирования проходит при неопределенной цифровой информации на выходе. При низком уровне тактирующего сигнала происходит выборка аналогового сигнала, на который реагируют компараторы. При подаче высокого уровня тактирующего сигнала информация с выходов компараторов переписывается в регистр, а компараторы отключаются от аналогового сигнала. Режим хранения начинается с подачи положительного фронта тактирующего импульса, но информация на цифровых выходах появляется после задержки. Период, в течение которого на цифровых выходах код не определен, равен длительности периода выборки и сдвинут во времени относительно его начала.
На рисунке 1 показана схема включения данной БИС и описание ее выходов [4, 6].
Рис. 1. Схема включения К1107ПВ4: R1…R15 = 100 Ом; C1…C9 = 1 мкФ
1,2,3 - опорное напряжение (2,5 В);
4 - общий (цифровая земля);
5…9, 11, 14, 17, 20, 23…30, 33, 35, 38…46, 48…51, 55…59, 63 - свободные;
10 - выход переполнителя;
12 - выход 1 (старший разряд);
13 - выход 2;
15 - выход 3;
16 - выход 4;
18 - выход 5;
19 - выход 6;
21 - выход 7;
22 - выход 8 (младший разряд);
31 - вывод корректировки нелинейности Uоп3/4;
32 - напряжение питания Uп1;
34 - напряжение питания - Uп2;
37 - вывод корректировки нелинейности Uоп1/4;
47 - вход (тактовый сигнал);
52,53,54 - опорное напряжение (-2,5 В);
60 - вход (аналоговый сигнал);
61 - контроль гистерезиса;
62 - вывод корректировки нелинейности Uоп1/2;
64 - общий (аналоговая земля).
Калибровка ИС (компенсация абсолютных погрешностей в конечных точках шкалы) проводится регулировкой опорных напряжений UопXXX. Вывод 61 применяется для управления гистерезисов компараторов при подаче внешнего постоянного напряжения Uг. Для большинства случаев ИС применяются без внешнего напряжения гистерезиса, оставляя данный вывод свободным. Подача регулируемого Uг в пределах 0…2 В позволяет в небольших пределах управлять гистерезисом компараторов и рекомендуется при использовании ИС на высокой частоте для обеспечения правильной и стабильной работы АЦП.
Страницы: 1, 2, 3, 4
