- шина данных (разрядность 8 бит);
- шина адресации блоков (разрядность 7 бит);
- управляющие сигналы (чтение, запись и так далее).
Структурная схема процессорного модуля представлена на рисунке 2.2.
Как видно из рисунка, процессорный модуль состоит из следующих блоков:
вырезано
Это может понадобится если характеристики или сигналы меняются со скоростью, которая не позволяет их анализировать и, одновременно, передавать на ПЭВМ. В этом случае значения сигналов (с интервалами длина которых определяется частотой дискретизации, так как объем памяти данных ограничен) записываются в память данных, а затем, после окончания процесса преобразования, передаются на ПЭВМ по последовательному каналу RS-232.
Как видно из структурной схемы, представленной на рисунке 2.1, управление в стенде автоматизированного контроля электрических параметров дискретных элементов возложено на процессорный модуль.
У процессорного модуля имеется память программ, где хранится программа МОНИТОР (программа начальной инициализации учебного стенда) управления стендом и драйвер обмена между стендом и ПЭВМ. А также в состав операционного блока входит память программ на статических оперативных запоминающих устройствах с произвольным доступом, в которой хранятся программы необходимые для обслуживания конкретных модулей (загружаемых пользователем).
Итак, после включения питания производится загрузка МОНИТОРА в однокристальный микроконтроллер, при этом загрузка производится из памяти программ.
После того как связь с ПЭВМ будет установлена, производится загрузка программы обслуживающей конкретный модуль установленный на стенде (пусть, например, это будет модуль диагностики сигналов дискретных элементов). Затем управление передается программе, которая была только что загружена, и дальнейшие действия на учебном стенде производятся под её управлением. Начиная с этого момента управление над учебным стендом по автоматизированному контролю параметров дискретных элементов переходит к ПЭВМ.
С ПЭВМ производится установка режимов измерения, режимов работы и функционирования стенда, а также способы передачи и кодировки информации.
Установка учебного стенда в начальное состояние производится следующими путями:
- аппаратный сброс всей системы с помощью соответствующих кнопок «Reset» (на стенде и ПЭВМ, соответственно);
- программный сброс стенда с персональной электронно-вычислительной машины.
Работа процессорного модуля заключается в синхронизации обмена информации между ПЭВМ и блоками установленными в системные разъемы стенда. После включения стенда производится загрузка МОНИТОРА из памяти программ. Далее однокристальный микроконтроллер производит программный сброс модулей и переходит в режим установки связи с персональной ЭВМ.
После установки связи производится определение режима работы учебного стенда вцелом, путем передачи соответствующих команд на процессорный модуль стенда, и передача управляющей программы с ПЭВМ в память данных процессорного модуля.
После передачи управляющей программы производится установка формата передачи управляющих кодов и стенд переводится в состояние, которое определяется командами, подаваемыми с ПЭВМ.
Обобщенный алгоритм функционирования учебного стенда для автоматизированного контроля параметров дискретных элементов представлен в приложении А.
3.2 Описание работы диагностического модуля
Работа с диагностическим модулем начинается с момента, когда производится его выбор процессорным модулем. То есть на шине адресации блоков устанавливается его адрес (семиразрядным кодом). Эта ситуация определяется «устройством определения адреса блока
Одновременно с поступлением сигнала выбора модуля производится определение адреса субблока и режима работы. В данной системе предусмотрены следующие режимы работы:
- запись данных;
- чтение данных;
- определение номера модуля.
После определения всех указанных выше режимов и производится, собственно, инициализация обмена информацией между процессорным модулем и блоком исследования параметров дискретных элементов.
Далее производится передача полученной информации или результаты передачи (успешно или нет) на персональную электронно-вычислительную машину посредством последовательного канала.
Вся внутренняя коммутация производится на основе переданных команд по линии [ПЭВМ]-[операционный блок]-[Диагностический модуль].
Рассмотрим работу диагностического модуля на примере преобразования аналогового сигнала с пользовательского разъема в цифровую форму.
Для преобразования сигнала в цифровую форму необходимо выбрать один из трех аналого-цифровых преобразователей и по завершении преобразования передать значение кода на процессорный блок.
Последовательность действий по преобразованию сигнала и передаче его на процессорный блок представлена ниже:
- преобразование сигналов производится в автоматическом режиме, то есть независимо от процессорного модуля. Предположим что началось N-е преобразование аналогового сигнала в цифровую форму;
- затем после окончания преобразования производится запись сигналов во внутренний регистр аналого-цифрового преобразователя;
- после этого производится выбор преобразователя и одновременная выдача записанных сигналов на шину данных;
- в этот момент однокристальный микроконтроллер производит чтение значения с шины данных.
На этом процесс преобразования аналогового сигнала в цифровую форму заканчивается.
4 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ ПЕЧАТНОГО УЗЛА
4.1 Описание принципиальной электрической схемы процессорного модуля
Принципиальная электрическая схема процессорного модуля определяется его структурой.
На основе данных о структуре представленных в пункте 3, данной пояснительной записки, была разработана схема диагностического модуля представленная на чертеже 1.
Процессорный модуль состоит из следующих частей:
- однокристальный микроконтроллер КР1816ВЕ51 со схемами выработки тактовых импульсов и схемой сброса;
- буферный регистр КР555ИР23 (для фиксации значения младших адресов шины адреса);
- памяти данных размерностью 4096х8 бит (ИМС КР573РУ10);
- памяти программ со свободным доступом 4096х8 бит (RAM ИМС КР573РУ10);
- памяти программ только для чтения 2048х8 бит (ROM ИМС КР573РУ10);
- схем согласования сигналов канала С2 (К553УД2 и К521СА4);
- шинного формирователя КР555АП6;
- схемы формирования сигналов записи/чтения;
- системного разъема (ГРПМ-61);
- фильтрующих резисторов и конденсаторов (КМ-4 и МЛТ-0.125).
Однокристальный микроконтроллер. Однокристальный микроконтроллер включен по типовой схеме. Схема тактирования (С1, С2, BQ) генерирует импульсы заданной полярности, скважности и уровня, необходимые для нормального функционирования однокристального микроконтроллера. Схема сброса микроконтроллера (R1, C3) построена с учётом временных параметров необходимых для полного сброса микроконтроллера и компонентов, подключенных к системному разъему (XP). Импульс сброса снимается с системного разъема и формируется, как прямой (DD2), так и обратный (для возможности сброса соответствующих БИС используемых в данном стенде). Сигналы таймеров и внешних источников прерываний также выведены на системный разъем (ХР).
Квазидвунаправленный порт Р1 подключен к системному разъему и поэтому может использоваться для параллельной передачи данных между устройствами установленными в системный разъем.
Квазидвунаправленный порт Р2 используется в качестве старших разрядов шины адреса при обращении к памяти программ и памяти данных.
Двунаправленный порт Р0 используется в режиме разделения времени как внутренняя шина данных и как шина адреса младших разрядов. При этом во время передачи значения младших адресов производится их запись (по сигналу ALE) в буферный регистр-защелку.
Системный порт Р3 используется для генерации сигналов управления памятью, для выдачи сигнала о том, что на линии данных находится значение адреса и для формирования сигналов обмена по последовательному каналу С2.
Буферный регистр. Данное устройство (DD5 КР555ИР23) необходимо, как уже говорилось выше, для установки младших разрядов шины адреса снимаемых с шины данных по сигналу ALE.
Память данных. Эта память реализована на двух ИМС статического оперативного запоминающего устройства (КР537РУ10). Так как эти ИМС по 2 Кб, то для реализации 4-ч Кб установлен инвертор на базе ИМС КР155ЛН1 (DD2).
Управление памятью данных осуществляется с помощью схемы формирования сигналов чтения/записи в/из памяти, УВВ и так далее.
Выходы памяти данных подключены на шину данных. Адрес подается с мультиплексированной сигналом ALE шины данных (точнее с буферного регистра защелки DD5) и с порта Р2.
Память программ. Память программ в процессорном блоке двух видов:
- постоянное запоминающее устройство;
- статическое запоминающее устройство с произвольным доступом.
В постоянное запоминающее устройство (ИМС DD7 КР573РФ5) загружается программа МОНИТОР, которая отвечает за начальный сброс устройства и инициирование обмена с персональной ЭВМ. Для данного типа запоминающего устройства памяти программ возможны различные варианты размещения в адресном пространстве учебного стенда. Также, для удобства работы, предусмотрена возможность программирования ПЗУ, с ультрафиолетовым стиранием, непосредственно на печатном узле стенда.
В статическом запоминающем устройстве (DD9, DD10 КР537РУ10) храниться программа пользователя загружаемая непосредственно с персональной ЭВМ по последовательному каналу.
Выходы памяти программ подключены на шину данных. Адрес подается с мультиплексированной сигналом ALE шины данных (точнее с буферного регистра защелки DD5, аналогично с памятью данных, только в различные промежутки времени) и с порта Р2.