Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Разработка алгоритма работы

алгоритм микропроцессор программный ввод

Средства отображения информации являются одной из наиболее быстро развивающихся отраслей современной электроники, для которой характерно широкое использование больших интегральных схем и новых типов электронных индикаторов, основанных на различных физических принципах.

Большую часть информации (около 80%) человек получает по зрительному каналу. Если информация создается или передается электронными средствами, она воспроизводится с помощью средств отображения информации, которые являются электронным переводчиком, позволяющим воспринять закодированную электрическими сигналами информацию.

К средствам отображения информации относятся устройства коллективного пользования (стадионные, вокзальные и другие информационные табло), дисплейные терминалы для связи с ЭВМ, индикаторы встроенные в различные измерительные или бытовые электронные приборы. Соответственно различаются и предъявляемые к этим средствам психофизиологические, энергетические, стоимостные, габаритные и другие требования, которые должен учитывать разработчик.

Основным узлом СОИ является индикатор, преобразующий электрические сигналы в видимое изображение. До сих пор основным типом индикатора, используемого в СОИ, остается электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), которой присущи все недостатки электровакуумных приборов: большое потребление мощности, высокие питающие напряжения, большие масса и габаритные размеры. На смену ЭЛТ, особенно в применениях, связанных с ЭВМ, пришли матричные индикаторные панели самых различных типов, газоразрядные, электролюминесцентные, жидкокристаллические.

Другим важным компонентом СОИ являются интегральные микросхемы (ИМС). Современные СОИ почти целиком строятся на базе ИМС со средней и высокой степенью интеграции, все шире в них используются микропроцессорные средства и средства микро-ЭВМ.

Развитие средств отображения информации происходит как в направлении использования в них как усовершенствованных типов электронно-лучевых индикаторов, так и плоских матричных индикаторов для высококачественного отображения информации.

Проектирование средств отображения информации включает в себя создание информационной модели с учетом представляемой информации и свойств человека-оператора, выбор типа индикатора, разработку на этой основе структурной схемы СОИ, разработку модулей системы и т.д.

Для правильного проектирования средств отображения информации необходимо учитывать структуру и технические характеристики индикаторов, особенности построения модулей системы на основе современных интегральных микросхем, т.е. проектирование средств отображения информации требует комплексного подхода со стороны проектировщика.

Согласно условию технического задания, МП СОИ должна обеспечивать индикацию, ввод с клавиатуры и запись в ОЗУ всех строк символов, предусмотренных кодовой таблицей КОИ-7:

- цифры: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9;

- буквы латинского алфавита: А b C d Е F;

- специальные символы: пробел.

На включение питания, после инициализации устройства, в левом углу должен загораться курсор «мерцающий блок», показывающий позицию символа. Ввод осуществляется с клавиатуры, которая содержит выше перечисленные символы, а также функциональные клавиши: «», «», «», «»,» Enter» - ввод, «Space» - пробел, «Del» - удаление символа, «Ins» - вставка символа, «RESET» - стирание всех строк в памяти.

Вывод данных на индикатор осуществляется слева - направо. В случае, если вся строка оказывается заполненной, вывод переходит в начало строки, при этом состояние предыдущей строки сохраняется в ОЗУ, и очищается с индикатора. Переход на последующую строку можно осуществить принудительно, с помощью клавиши «Enter». Последовательность действий та же, что и при обычном переходе.

Когда все строки будут заполнены и нажимается еще одна клавиша, то данный символ записывается на место первого символа первой строки, т.е. экранная область памяти ОЗУ должна быть закольцованной.

Для замены символа необходимо подвести курсор к нужной позиции посредством функциональных клавиш. При нажатии любой информационой клавиши в той позиции, на которую указывает курсор, производится замена символа с потерей предыдущего.

Для удаления необходимо подвести курсор к нужной позиции и нажать клавишу «Del». При этом вся информация в строке, записанная после текущей позиции, сдвигается влево, а в последней позиции строки появится пробел.

Когда курсор находится в первой позиции и нажимается клавиша «», то происходит переход к последней позиции предыдущей строки, а если это была первая строка, то происходит переход к последней позиции последней строки.

В случае, когда курсор находится в крайней правой позиции и происходит нажатие клавиши «», курсор переходит в первую позицию следующей строки, либо первой строки.

Всего в данной системе используется 24 клавиши, из них 17 информационных, 7 функциональных, а также имеется одна клавиша Reset которая не входит в основную матрицу клавиатуры и предназначена для изменения режима работы клавиатуры.

2. Выбор и обоснование структурной схемы

При включении устройства, после загрузки микропроцессора (МП) командами, инициализации клавиатуры, и очистки экрана, устройство переходит в режим ожидания нажатия клавиши.

После нажатия любой клавиши, МП определяет принадлежность этой клавиши, к информационной или функциональной. Если нажата информационная клавиша, то МП производит обращение к подпрограмме обработки информационных клавиш, записанной в ПЗУ, после чего происходит непосредственный вывод символа на индикацию. Если нажата функциональная клавиша, то МП производит обращение к записанной в ПЗУ подпрограмме, отвечающей за выполнение данной операции.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Обобщенный алгоритм работы устройства

Структурная схема устройства изображена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Структурная схема микропроцессорного устройства

Микроконтроллер СОИ состоит из следующих функциональных блоков:

ЦП - блок центрального процессора. Основной узел микроконтроллера. В его функции входит управление всеми остальными узлами устройства. Процессор получает данные с клавиатуры, обрабатывает их и выдает результат обработки на индикацию.

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство. Хранит программы, определяющие работу микроконтроллера. Кроме того в ПЗУ записаны необходимые для работы константы, например, коды знаков в КОИ-7.

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство. Предназначено для хранения введенной информации.

СА - селектор адреса. Предназначен для программного выбора микросхемы в рабочую пару к ЦП с помощью ША. Под рабочей парой подразумевают два устройства (одно из которых - ЦП), в данный момент ведущих обмен информацией между собой.

ГТИ - генератор тактовых импульсов. Предназначен для синхронизации микропроцессорной системы тактовыми импульсами. Для тактирования используется двухфазная система импульсов С1 и С2. Тактовая частота процессора составляет 2 МГц.

УВВ - устройство ввода / вывода. Предназначено для ввода информации в систему посредством клавиатуры и вывода обработанной информации на индикацию.

Объединение функциональных блоков в микроконтроллере осуществляется посредством следующей системы шин:

ШД - 8-разрядная шина данных. Предназначена для передачи команд и данных.

ША - 16-разрядная шина адреса. Используется для передачи адресов, по которым осуществляется обращение к различным устройствам. С её помощью обеспечивается выбор одной из 65536 ячеек памяти.

ШУ - шина управления. Предназначена для передачи управляющих сигналов, с помощью которых производится синхронизация работы ЦП, ПЗУ, ОЗУ или внешнего устройства при обмене информацией.

3. Разработка функциональной схемы блока ввода и блока вывода

Блок клавиатуры и блок индикации содержатся в одной микросхеме intel 8279 (КР580ВВ79). Intel 8279 представляет собой программируемой интерфейсное устройство, предназначенное для ввода и вывода информации в системах на основе микропроцессоров выполненных на основе 8- и 16-разрядных микропроцессоров Intel i8080A(КР580ВМ80А) и Intel i8085 (КМ1810ВМ86). Кроме того, микросхема может применяться и как самостоятельное устройство при выполнении требований, предъявляемых к электрическим и временным параметрам. Микросхема программируемого контроллера клавиатуры и индикации (ПККИ) состоит из двух основных функционально разделимых частей: клавиатурной и дисплейной. Клавиатурная часть предназначена для сопряжения с клавиатурой печатающих устройств и с произвольными наборами переключателей. Дисплейная часть (ПККИ) позволяет отображать информацию с помощью индикаторов различных типов (дисплеев). На рисунке 3 изображена функциональная схема ПККИ в совокупности с дисплеем и микропроцессором.

Программируемый контроллер клавиатуры и индикации обеспечивает сканирование клавиатуры (или матрицы датчиков), и вывод информации на дисплей.

Клавиатурная часть работает следующим образом: Значение внутреннего счетчика ПККИ с линий сканирования поступает на дешифратор, преобразующий четырехразрядный в восьмиразрядный код. Это делается для того чтобы, последовательности сигналов сканирования, вырабатываемые в указанных режимах, совпадают с последовательностями сигналов сканирования, используемых для управления индикатором. При нажатии клавиши сигнал проходит на линии возврата RL (7 -0). Где в зависимости от того, какая клавиша

была нажата, во внутреннее ОЗУ записываются «координаты клавиши», которые выдаются на шину данных. ЦП, в ходе сканирования устройств, считывает слово состояния ПККИ, далее ЦП читает код нажатой клавиши, обрабатывает его и выставляет эквивалент клавиши в коде КОИ -7 на шину данных (таблица КОИ - 7 записана в центральном ПЗУ). Код клавиши в дальнейшем обрабатывается дисплейной частью ПККИ.

Дисплейная часть. Код символа в КОИ - 7 с ШД поступает в ПККИ, где записывается в ОЗУ отображения, и поступает на выходы DSPА (3-0), DSPB (3-0). Далее код поступает в ПЗУ знакогенератора, где по адресу кода записан семипозиционный код символа. То есть код, который будет непосредственно выводится на индикаторы. Данный код поступает в СС (схема согласования), где усиливается до уровня необходимого для активизации свечения, и подается на выводы индикаторов. Сетки индикаторов циклически перебираются дешифратором. В котором в зависимости от текущего значения счетчика подается сигнал на ту или иную сетку, и соответственно на индикаторе зажигается определенный символ.

Высвечивание информации происходит динамически, в любой момент времени горит только один из индикаторов дисплея, перебор индикаторов осуществляется с частотой большей критической частоты мелькания глаза и поэтому кажется, что информация высвечивается полностью на всем дисплее. При управляющем импульсе на первом индикаторе будет отображен символ «4», а в тот момент, когда управляющий импульс будет на N-ом индикаторе, отобразится символ «6». На рисунке 5 в качестве примера приведена некоторая часть строки информации наглядно показывающей, как и зачем, работает знакогенератор и зачем нужен позиционный код.

Рисунок 4 - Временные диаграммы динамического управления по индикаторам



Рисунок 5 - Пример функционирования индикаторов

При выборе индикатора необходимо учитывать особенности органов зрения, для комфортного восприятия светового излучения человеком.

Рассчитаем высоту индикатора:

где - высота индикатора, м;

- расстояние до наблюдателя, м;

- угол зрения, под которым видно изображение высотой на расстоянии до наблюдателя.

Расстояние до наблюдателя по условию задания = 0,5 м.

Угол зрения, необходимый для надежного различия элементов системы, зависит от их сложности, оцениваемой = 7 - количеством минимально различимых дискретных элементов, на которые их можно разложить и определяется по формуле

где - порог остроты зрения, характеризующийся минимальным углом, при котором возможно отдельное различие двух соседних точек. Для нормального зрения порог остроты равен . Рекомендуемое значение а₀ в расчётах берут равным . Таким образом, ,

Высота индикатора должна быть больше 1, мм, поэтому в качестве дисплея выберем 24 выстроенных в две строки по 12 индикаторов в строке цифровых одноразрядных восьми сегментных светодиодных индикаторов
КЛЦ 401А (HG1-HG24). Они предназначены для преобразования низковольтных электрических сигналов в визуальную буквенно-цифровую информацию, и подходят нам по цвету свечения и яркости.

Рисунок 6 - Обозначение выводов индикатора КЛЦ 401А: 1 - сегмент А; 2 - сегмент B; 3,9,14, - общий анод; 4 - сегмент C; 6 - сегмент D; 8 - сегмент E; 10 - сегмент F; 11 - сегмент G; 12 - сегмент DP; 5,7,13, - свободные

Таблица 1 - Характеристики КЛЦ 401А

Цвет свечения	Желтый
Яркость для сегмента, кд/м2, не менее	500
Яркость для децимальной точки, кд/м2, не менее	70
Спектральное распределение, нм	580-620
Характеристики знакоместа: - размер знака, мм: - диаметр световой ячейки, мм:	12Ч18 0,7
Число световых ячеек, образующих знак: - по вертикали: - по горизонтали:	4 3
Постоянный прямой ток через элемент , мА	20
Постоянное прямое напряжение при мА, В	4
Электрическая схема подключения	общий анод(ОА)

Совместное управление клавиатурой и индикацией можно осуществить с помощью программируемого контроллера клавиатуры и индикации (ПККИ). Микросхема ПККИ состоит из двух основных функционально разделимых частей: клавиатурной и дисплейной. Клавиатурная часть предназначена для сопряжения с клавиатурой печатающих устройств, произвольными наборами переключателей. Дисплейная часть ПККИ позволяет отображать информацию с помощью индикаторов различных типов (дисплеев).

В качестве ПККИ выберем микросхему intel 8279 (DD1), аналог К580ВВ79.

Рисунок 7 - Условно графическое обозначение микросхемы intel 8279

Таблица 2 - Описание выводов intel 8279

Номер вывода	Обозначение	Функциональное описание
12-19		Двунаправленная шина данных. Все данные и команды между ЦП и 8279 передаются по этим линиям.
3		Системный синхроимпульс. Используется для генерации внутренней временной диаграммы.
9		Сброс. Уровень логической 1 устанавливает 8279 в исходное состояние.
22		Выбор кристалла. Уровень логического 0 на этом входе разрешает интерфейсные функции приёма или передачи.
21		Адрес буфера. Уровень логической 1 на этом входе означает, что входные сигналы с шины данных интерпретируются как команды, а выходные - как слово состояния. Уровень логического 0 означает, что входные сигналы с шины данных интерпретируются как данные.
10/11		Чтение/запись. Уровень логического 0 на этом входе разрешает буферам данных либо принимать, либо посылать данные на внешнюю шину данных.
4		Запрос прерывания. В режиме сканирования клавиатуры выходной сигнал находится на уровне логической единицы при наличии данных в ОМ-ОЗУ. При считывании данных выходной сигнал переходит на уровень логического 0 и возвращается к уровню логической 1 если ещё есть информация в ОМ-ОЗУ. В режиме матрицы датчиков выходной сигнал IRQ переходит на уровень логической 1 при обнаружении изменения в датчиках.
32-35		Линии сканирования. Используются для сканирования клавиатуры или матрицы датчиков, а также дисплея. Информация на этих линиях может быть кодирована или дешифрированной.
38, 39, 1, 2, 5, 6, 7, 8		Линии возврата. Замыкаются с линиями сканирования через клавиши или ключи датчиков. Входы имеют активные внутренние сопротивления для поддержки сигналов на уровне логической 1 до тех пор, пока нажатие клавиши или ключа не переведёт их на уровень логического 0. В режиме стробируемого ввода эти выводы служат в качестве 8-разрядного входа данных.
36		Входной сигнал в режиме сканирования клавиатуры. Уровень сигнала записывается в разряд ОМ-ОЗУ вместе с кодом позиции нажатой клавиши.
37		Входной сигнал в режиме сканирования клавиатуры и стробированного ввода. В режиме сканирования клавиатуры состояние этого сигнала записывается в разряд ОМ-ОЗУ вместе с кодом позиции нажатой клавиши. В режиме стробированного ввода этот вход используется в качестве строба, вводящего в ОМ данные, поступающие по линиям .
27-24 31-28		Выходы регистров регенерации дисплея. (ОЗУ регенерации дисплея организовано как 2 матрицы объёмом 16 регистров по 4 разряда). Для получения мультиплексированного режима работы алфавитно-цифровых дисплеев данные с этих выходов выдаются синхронно с сигналами на линиях сканирования . Гашение отображения в двух 4-разрядных каналах вывода может осуществляться независимо. Они могут также рассматриваться и как один 8-разрядный канал.
23	Гашение дисплея. Сигнал, используемый для гашения отображения во время смены цифр или при при поступлении команды гажения отображения.
20	Земля.
40	+5В.

Микросхема состоит из двух функционально автономных частей: клавиатурной и дисплейной.

Клавиатурная часть обеспечивает ввод информации в микросхему через «линии возврата» RET7-RET0 с клавиатуры (клавиатурная матрица объемом 8 слов 8 разрядов с возможностью расширения до 4 8 слов 8 разрядов) и матрицы датчиков (8 слов 8 разрядов), а также ввод по стробирующему сигналу (8 слов 8 разрядов).

Для хранения вводимой информации в микросхеме предусмотрен обратный магазин - оперативное запоминающее устройство (ОМ-ОЗУ) емкостью 8 байт. Последний работает по принципу «первый вошел - первый вышел».

Дисплейная часть микросхемы обеспечивает вывод информации по двум 4-разрядным каналам DSPА (3-0), DSPB (3-0) в виде двоичного кода на дисплеи.

Для хранения информации, подлежащей отображению в микросхеме, имеется оперативное запоминающее устройство отображения объемом 16 слов 8 разрядов, которое также можно использовать как два устройства объемом по 16 слов 4 разряда, одно устройство объемом 16 слов 4 разряда или одно устройство объемом 8 слов 8 разрядов.

Информация на дисплей может выводиться двумя способами: слева направо без сдвига или справа налево со сдвигом. В нашем случае мы используем второй способ вывода, а именно слева направо со сдвигом.

Данная микросхема позволяет отображать информацию на всех известных в настоящее время типах дисплеев, подходит и для такого типа индикации как СИД.

Программирование режимов работы, запись информации в ОЗУ отображения, чтение информации из ОМ-ОЗУ отображения, а также чтение внутреннего состояния микросхемы осуществляются через 8-разрядный двунаправленный канал данных D7-D0 при подаче соответствующих управляющих сигналов.

Микросхема обеспечивает также формирование кодированных или дешифрованных интерфейсных сигналов сканирования S3-S0 клавиатуры и дисплея, а также сигнала для межразрядного гашения BD информации на дисплее.

Наличие выходной линии запроса прерывания INT и режима чтения внутреннего состояния позволяют использовать данную микросхему в системах с прерыванием и последовательным опросом внешних устройств. Микросхема допускает одновременное выполнение функций ввода / вывода и рассчитана по выводу INT на прямое подключение к шинам микропроцессоров КР580ВМ80А и КМ1810ВМ86.

Команды или данные записываются в микросхему после перехода сигнала WR из состояния низкого в состояние высокого уровня.

Микросхема 8279 имеет коэффициент деления предварительного делителя, он программируется в пределах от 2 до 31. Этот коэффициент должен быть выбран таким образом, чтобы обеспечить рабочую частоту синхронизации 100 кГц. Базовая частота делится 10-разрядным счетчиком для получения соответствующих периодов сканирования клавиш, ряда матрицы, дисплея. Счетчик устанавливается в исходное состояние программным и аппаратным способами.

Выберем коэффициент деления предварительного делителя 20 (код 10100 для деления входной частоты 2 МГц на 100 кГц).

Таблица 3 - Команда «Программирование синхронизации»

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
0	0	1	1	0	1	0	0

На рабочей частоте 100 кГц при дешифрированном сканировании, время сканирования клавиатуры 5,1 мс, время устранения дребезга контактов 10,3 мс, время сканирования клавиши 80 мкс, время сканирования индикаторов 10,3 мс.

Рассчитаем частоту сканирования индикаторов:

где - время сканирования индикаторов.

Контроллер клавиатуры и индикации занимает 2 порта ввода-вывода в адресном пространстве ввода-вывода МП.БИС 8279 сопрягается с младшим байтом шины данных (D0-D7), поэтому оба порта имеют четные адреса FFЕ8 и FFЕА. Функционирование 8279 определяется адресным битом А0 и сигналами RD, WR (таблица 8).

Таблица 4 - Таблица команд 8279

Входы 8279	Адрес порта	Действие
A0	RD	WR
0	0	1	FFESH	Чтение ОЗУ дисплея или клавиатуры
0	1	0	FFESH	Запись в ОЗУ дисплея
1	0	1	FFEAH	Чтение состояния
1	1	0	FFEAH	Запись команды

Программа монитора программирует БИС 8279 следующим образом: 16-разрядных индикаторов с вводом слева в две строки и кодированное сканирование клавиатуры с обнаружением 2-клавишных сцеплений;

Таблица 5 - Команда «Установка режимов работы клавиатуры / дисплея»

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
0	0	0	0	1	0	0	0

где D7-D5 код команды, D4-D3 режим работы дисплея, так как мы используем 16-разрядный дисплей и ввод слева, установим D4=0, D3=1, D2-D0 режим работы дисплея, установим кодированное сканирование с обнаружением двух клавишных сцеплений т.е. биты D2=0 D1=0 D0=0.

Таблица 6 - Команда «Чтение ОЗУ клавиатуры»

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
0	1	0	А	Х	Адрес

где D7-D5 код команды, А - флаг авто инкрементирования, Адрес - адрес строки.

Таблица 7 - Команда «Чтение ОЗУ дисплея»

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
0	1	1	А	0	Адрес

где D7-D5 код команды, А - флаг авто инкрементирования, Адрес - адрес строки.

Таблица 8 - Команда «Запись в ОЗУ дисплея»

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
1	0	0	А	Адрес

где D7-D5 код команды, А - флаг авто инкрементирования, Адрес - адрес строки.

Таблица 9 - Команда «Сброс»

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
1	1	0	1	1	0	1	1

где D7-D5 код команды, D4-D2 запись в ОЗУ отображения кода 20h, соответствующего пробелу, D1 - сброс регистра слова состояния и прерывания, D0 - программный сброс.

Таблица 10 - Команда «Гашение - запрет записи отображения»

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
1	0	1	Х	А	В	А	В

где D7-D5 - код команды «Гашения - запрет записи отображения»; D4 разряд не используется; D3 - запрет записи в ОЗУ отображения по входам D7-D4 для канала А; D2 - запрет записи в ОЗУ отображения по входам D3-D0 для канала В; D1 - гашение выходов DSPA3-DSPA0 для канала А; D0 - гашение выходов DSPB3-DSPB0 для канала В.

По инструкции завода изготовителя компании intel к выходам микросхемы питание «» и общий «», для того чтобы убрать высокочастотные помехи подключается конденсатор емкостью

Выберем конденсатор KF-100 пФ - 6.3В 10% из KF серии (размер 18Ч35,5). Конденсаторы серии KF применяются в средствах связи, в производстве электроинструмента, промышленных и компьютерных устройствах электропитания. Имеют время наработки - 2000-5000 часов при 105С.



Рисунок 8 - Условно графическое обозначение конденсаторов KF

Организуем работу клавиатуры с помощью этой микросхемы. Для этого сигналы с выходов сканирования (SL0-SL2), которые являются выходами встроенного в микросхему счетчика, подадим на дешифратор 3Ч8 который будет осуществлять выборку строк клавиатуры. Для дешифратора используем микросхему SN74ALS138N(DD2), аналог КР1533ИД7. Микросхем представляет собой дешифратор на 3 входа и 8 выходов, логические входы и выходы которого не инверсные. Содержит 119 интегральных элементов. Выходы дешифратора от 0 до 7 подадим на матрицу клавиш 3Ч8. Матрица клавиш 3Ч8 представляет собой матричную клавиатуру.

Рисунок 9 - Обозначение выводов микросхемы SN74ALS138N: 1 - вход A; 2 - вход B; 3 - вход C; 4 - стробирующий вход OE2A; 5 - стробирующий вход OE2B; 6 - стробирующий вход OE1; 7 - выход Y7; 8 - общий; 9 - выход Y6; 10 - выход Y5; 11 - выход Y4; 12 - выход Y3; 13 - выход Y2; 14 - выход Y1; 15 - выход Y0; 16 - напряжение питания

Таблица 11 - Характеристики SN74ALS138N

Номинальное напряжение питания	5 В ±5%
Выходное напряжение низкого уровня	не более 0,25 В
Выходное напряжение высокого уровня	3 В ±5%
Выходной ток	не более 1 мА
Ток потребления	не более 60 мА
Входной ток низкого уровня	не более -1,6 мА
Входной ток высокого уровня	не более 0,04 мА

Таблица 12 - Функциональная таблица работы SN74ALS138N

где H = Высокий уровень, L = Низкий уровень, X = Безразличие

По инструкции завода изготовителя компании Philips к выходам питание «» и общий «» для того чтобы убрать высокочастотные помехи подключается конденсатор емкостью .

Выберем конденсатор KF-56 пФ - 6.3В 10% из KF серии (размер 13Ч30).

Для клавиш будем использовать механические микропереключатели со встроенной защитой от анти дребезга DTSM-61 SMD (SA1-SA24). Также микропереключатель снабжен удобной кнопкой и возвратно-пружинным механизмом.



Рисунок 10 - Внешний вид кнопки «DTSM-61 SMD»

Таблица 13 - Характеристика DTSM-61 SMD

Рабочий диапазон напряжений	12 В ±5%
Сопротивление изоляции, не менее	10 МОм
Сопротивление контактов, не более	100 мОм
Усилие нажатия	3,3 Н
Число коммутационных циклов
Минимальное время сканирования	80 мкс
Размер	6х6x4.3 мм

Символы на клавиатуре разместим таким образом, чтобы они были удобны пользователю. Формируемый контроллером клавиатуры код нажатой клавиши определяется только положением этой клавиши в матрице.

Разместим микропереключатели на клавиатуре таким образом, чтобы они были удобны пользователю. Матрицу клавиш подключим ко входам сканирования RET0-RET2 с ПККИ и входы с дешифратора сканирования клавиатуры.

Рисунок 11 - Схема подключения матрицы клавиатуры

Составим таблицу кодировки клавиатуры. Клавиатура имеет размер 3Ч8.

Формируемый контроллером клавиатуры код нажатой клавиши определяется только положением этой клавиши в матрице.

Таблица 14 - Кодировка клавиатуры

Scan \ Ret	000	001	010	011	100	101	110	111
000	1	2	3	4	5	6	Ins	Del
001	7	8	9	0	A	_		Enter
010	b	C	d	E	F

В таблице 7 представлены коды клавиш, соответствующие их положению в матрице клавиатуры. Пользуясь данной таблицей, нетрудно определить, какой код выставит микросхема 8279 на шину данных при нажатии той или иной клавиши на клавиатуре нашего устройства.

При передаче кода по D7 и D6 всегда будут передаваться нули так как отвечающие за них SH и CO/STB у нас не используются. Код нажатой клавиши выставляется на ШД. Микропроцессор определяет принадлежность нажатой клавиши к информационной или функциональной и в зависимости от этого производит следующие операции. Если нажата информационная клавиша, то МП преобразует ее код в адрес ПЗУ, по которому записан код КОИ - 7, соответствующий этой клавише. Для этого МП прибавляет к данному коду некоторый коэффициент пересчета в адрес ПЗУ. Код символа в КОИ - 7 выставляется на ШД и микропроцессор пересылает его в ОЗУ ПККИ. Из ПККИ код КОИ - 7 поступает в знакогенератор, где он преобразуется в код для непосредственного вывода на индикатор и, затем, со знакогенератора, через схему согласования - на индикацию. Если нажата функциональная клавиша, то МП производит обращение к записанной в ПЗУ подпрограмме, отвечающей за выполнение данной функции.

На каждую подпрограмму обработки специальных клавиш выделим по 100 байт, этого вполне достаточно если учитывать, что программа выполняется на ассемблере, который славится своей компактностью.

В верхней области памяти расположим таблицу КОИ - 7. Таблица перекодировки содержит коды только информационных клавиш. Поскольку максимальное значение кода информационной клавиши равно 6Fh, то для того, чтобы расположить в памяти коды всех используемых символов с учетом верхнего и нижнего регистров, необходимо таблицу кодировки разместить, начиная с адреса: 07FFh-18h=07E7h. Тогда коэффициент пересчета кода клавиши в адрес ПЗУ будет равен начальному адресу таблицы перекодировки, т.е. 07E7h.

В таблице имеются пустые места с адреса 07F8 по 07FE. Это связано с тем, чтобы сохранить метод получения адреса символа из его кода с помощью коэффициента пересчета 07E7h. Эти адреса соответствуют функциональным клавишам, которые в таблице не кодируются. По этим адресам производим запись нулей.

Таблица 15 - Таблица кодировки символов клавиатуры

Адрес	Символ	Код ПККИ	КОИ-7 (HEX)	Адрес	Символ	Код ПККИ	КОИ-7
		BIN	HEX				BIN	HEX
07E7	1	00000000	00	31	07F3	C	00010001	11	43
07E8	2	00000001	01	32	07F4	d	00010010	12	64
07E9	3	00000010	02	33	07F5	E	00010011	13	45
07EА	4	00000011	03	34	07F6	F	00010100	14	46
07EВ	5	00000100	04	35	07F7	_	00001101	D
07EС	6	00000101	05	36			00001110	E
07ED	7	00001000	08	37			00010110	16
07EE	8	00001001	09	38			00010101	15
07EF	9	00001010	0A	39			00010111	17
07F0	0	00001011	09	30		Ins	00000110	06
07F1	А	00001100	0B	41		Del	00000111	07
07F2	b	00010000	10	62		Enter	00001111	0F

Перед таблицей кодировки расположим подпрограммы обработки. Т. к. в системе используется 7 функциональных клавиш (, , , , Ins, Del, Enter), то получится, соответственно, 7 подпрограмм обработки. Выделим на каждую подпрограмму по 100 байт, тогда все они займут в памяти 700 байт. Определим начальный адрес каждой из них, учитывая, что 100 = 64h, а 700 = 2BCh. Первая подпрограмма будет записана, начиная с адреса 07F7h - 2BCh = 52Bh, вторая с адреса 052Bh + 64h = 58Fh, третья с адреса 058Fh + 64h = 5F3h, четвертая с адреса 05F3h + 64h = 657h, пятая с адреса 0657h + 64h = 6BBh, шестая с адреса 06BBh + 64h = 71Fh, седьмая с адреса 071Fh + 64h = 783h.

С адреса 07F7h запишем подпрограмму обработки клавиши « «, с адреса 052B h - подпрограмму обработки клавиши « «, с адреса 058F h - подпрограмму обработки клавиши « «, с адреса 05F3h - подпрограмму обработки клавиши « «, с адреса 0657h - подпрограмму обработки клавиши «INS «, с адреса 06BBh - подпрограмму обработки клавиши «DEL «, с адреса 071Fh - подпрограмму обработки клавиши «ENTER «.

С адреса 0000h по 04D3h, включительно, расположена программа управления работой системы. Т. е. под эту программу отводится 1236 байт памяти, начиная с нулевого адреса.

Для обеспечения перебора сеток индикаторов, необходимо использовать дешифратор 4Ч16, так как по техническому заданию нужно, чтобы было двенадцать индикаторов в каждой из двух строк. Будем использовать микросхемы SN74154N(DD3) аналог К1533ИД16. Микросхема представляет собой сдвоенный дешифратор для управления светодиодной шкалой типа КЛЦ402.



Рисунок 12 - Обозначение выводов микросхемы SN74154N: 1 - выход 0; 2 - выход 1; 3 - выход 2; 4 - выход 3; 5 - выход 4; 6 - выход 5; 7 - выход 6; 8 - выход 7; 9 - выход 8; 10 - выход 9; 11 - выход 10; 12 - общий; 13 - выход 11; 14 - выход 12; 15 - выход 13; 16 - выход 14; 17 - выход 15; 18 - стробирующий строб G1; 19 - стробирующий строб G2; 20 - вход D; 21 - вход C; 22 - вход B; 23 - вход A; 24 - напряжение питания .

Таблица 16 - Характеристика SN74154N

Номинальное напряжение питания	25 В ±5%
Выходное напряжение низкого уровня,	не более 0,8 В
Выходное напряжение высокого уровня	не менее 20 В
Выходной ток	не более 20 мА
Помехоустойчивость	не более 0,4 В
Выходной ток низкого уровня	не более -1,6 мА
Входной ток высокого уровня	не более 0,04 мА

По инструкции завода изготовителя компании National Semiconductor Corporation к выходам питание «» и общий «», для того чтобы убрать высокочастотные помехи подключается конденсатор емкостью .

Выберем конденсатор KF-82 пФ - 6.3В 10% из KF серии (размер 16Ч31,5).

Чтобы обеспечить выборку того или иного индикатора, в строке индикаторов используем, разрешающие 3, 9, 14 выходы индикаторов.

Таблица 17 - Функциональная таблица работы SN74154N

H = Высокий уровень, L = Низкий уровень, X = Безразличие

Выходные сигналы с ПККИ DSPA (3-0), DSPB (3-0) подадим на адресные

входы ПЗУ знакогенераторов. Знакогенераторы представляют собой ПЗУ. То есть

при приходе на вход адреса знакогенератор выдает данные находящиеся по этому адресу. А по адресу в знакогенератор записываем позиционный код индикатора. Адресом к которому является непосредственно код КОИ-7. Код символа в КОИ -7 должен поступать на старшие линии адреса ЗГ: A10 - A7.

Для ПЗУ знакогенераторов возьмем две микросхемы intel 2716 (DD4.1-DD4.2) аналог К573РФ2. Микросхема 2716 это восьмиразрядная ПЗУ с информационной емкостью 16384 бита, что является более чем достаточно для таблицы с позиционным кодом. У этой микросхемы максимальное время выборки 0,45 мкс, потребляемая мощность равна 525 мВт.



Рисунок 13 - Обозначение выводов микросхемы 2716: 1-8 - входы A7-A0; 9-11 - выходы D0-D2; 12 - общий; 13-17 - выходы D2-D7; 18 - стробирующий вход CE; 19 - вход A10; 20 - стробирующий вход OE; 21 - начальное напряжение питания ; 22 - вход A9; 23 - вход A8; 24 - напряжение питания

Таблица 18 - Характеристика 2716

Номинальное напряжение питания	5 В ±5%
Выходное напряжение низкого уровня,	не более 0,8 В
Выходное напряжение высокого уровня	не менее 5 В
Выходной ток	не более 5 мА
Помехоустойчивость	не более 0,4 В
Выходной ток низкого уровня	не более -1,6 мА
Входной ток высокого уровня	не более 0,04 мА

Таблица 19 - Прошивка ПЗУ ЗГ DD4.1

ПЗУ ЗГ DD4.1
Символ	Код КОИ-7	Код на входе ЗГ	Адрес	Код на выходе ЗГ
		D7	D6	D5	D4		G	F	E	D	C	B	A
1		0	0	1	1	0001	0	0	0	0	1	1	0
2		0	0	1	1	0002	1	0	1	1	0	1	1
3		0	0	1	1	0003	1	0	0	1	1	1	1
4		0	0	1	1	0004	1	1	0	0	1	1	0
5		0	0	1	1	0005	1	1	0	1	1	0	1
6		0	0	1	1	0006	1	1	1	1	1	0	1
7		0	0	1	1	0007	0	0	0	0	1	1	1
8		0	0	1	1	0008	1	1	1	1	1	1	1
9		0	0	1	1	0009	1	1	0	1	1	1	1
0		0	0	1	1	000A	0	1	1	1	1	1	1
A		0	1	0	0	000B	1	1	1	0	1	1	1
b		0	1	1	0	000D	1	1	1	1	1	0	0
C		0	1	0	0	000E	0	1	1	1	0	0	1
d		0	1	1	0	000F	1	0	1	1	1	1	0
E		0	1	0	0	0010	1	1	1	1	0	0	1
F		0	1	0	0	0011	1	1	1	0	0	0	1
_		0	0	1	0	0012	0	0	0	1	0	0	0

Таблица 20 - Прошивка ПЗУ ЗГ DD4.2

ПЗУ ЗГ DD4.2
Символ	Код КОИ-7	Код на входе ЗГ	Адрес	Код на выходе ЗГ
		D3	D2	D1	D0		G	F	E	D	C	B	A
		0	0	0	1	0001	0	0	0	0	1	1	0
2		0	0	1	0	0002	1	0	1	1	0	1	1
3		0	0	1	1	0003	1	0	0	1	1	1	1
4		0	1	0	0	0004	1	1	0	0	1	1	0
5		0	1	0	1	0005	1	1	0	1	1	0	1
6		0	1	1	0	0006	1	1	1	1	1	0	1
7		0	1	1	1	0007	0	0	0	0	1	1	1
8		1	0	0	0	0008	1	1	1	1	1	1	1
9		1	0	0	1	0009	1	1	0	1	1	1	1
0		0	0	0	0	000A	0	1	1	1	1	1	1
A		0	0	0	1	000B	1	1	1	0	1	1	1
b		0	0	1	0	000D	1	1	1	1	1	0	0
C		0	0	1	1	000E	0	1	1	1	0	0	1
d		0	1	0	0	000F	1	0	1	1	1	1	0
E		0	1	0	1	0010	1	1	1	1	0	0	1
F		0	1	1	0	0011	1	1	1	0	0	0	1
_		0	0	0	0	0012	0	0	0	1	0	0	0

По инструкции завода изготовителя компании intel к выходам микросхем питание «» и общий «», для того чтобы убрать высокочастотные помехи подключается конденсатор емкостью

Выберем конденсатор KF-100 пФ - 6.3В 10% из KF серии (размер 18Ч35,5).

Информационные выходы ПЗУ ЗГ подключим к схеме согласования уровней. А со схемы согласования на катоды индикаторов. Схему согласования выполним на основе четырех микросхемы SN74LS247 (DD5.1-DD5.4) российских аналогов нет.

Микросхема SN74LS247 - дешифратор для управления линейной светоизлучающей шкалой зеленого или желтого цвета двоично-десятичного кода в код управления 7-сегментным индикатором. Выходы с открытым коллектором, рабочее напряжение выхода +15в.

Рисунок 14 - Обозначение выводов микросхемы SN74LS247: 1 - вход В; 2 - вход С; 3 - вход LT\ - контроль индикатора; 4 - вход BI/RBO\; 5 - вход RBI\ - гашение незначащих нулей; 6 - вход D; 7 - вход А; 8 - общий; 9 - выход сегмент Е; 10 - выход сегмент D; 11 - выход сегмент С; 12 - выход сегмент В; 13 - выход сегмент А; 14 - выход сегмент G; 15 - выход сегмент F; 16 - питание (+15в)

Таблица 21 - Характеристика КФ1533АП7

Номинальное напряжение питания	15 В ±5%
Выходное напряжение низкого уровня,	не более 0,8 В
Выходное напряжение высокого уровня	не менее 6 В
Выходной ток	25 мА
Помехоустойчивость	не более 0,4 В
Потребляемая мощность	не более -1,6 мА

Таблица 22 - Функциональная таблица работы SN74154N

Входы

Выходы

LT

RBI

BI/RBO

D

C

D

A

G

F

E

D

C

B

A

L

H

X

L

L

L

L

X

X

X

L

L

L

L

L

H

X

L

L

L

H

X

X

X

L

L

L

H

L

H

X

L

L

H

L

X

X

X

L

L

H

L

L

H

X

L

L

H

H

X

X

X

L

L

H

H

L

H

X

L

H

L

L

X

X

X

L

H

L

L

L

H

X

L

H

L

H

X

X

X

L

H

L

H

L

H

X

L

H

H

L

X

X

X

L

H

H

L

L

H

X

L

H

H

H

X

X

X

L

H

H

H

L

H

X

H

L

L

L

X

X

X

H

L

L

L

L

H

X

H

L

L

H

X

X

X

H

L

L

H

L

H

X

H

L

H

L

X

X

X

H

L

H

L

L

H

X

H

L

H

H

X

X

X

H

L

H

H

L

H

X

H

H

L

L

X

X

X

H

H

L

L

L

H

X

H

H

L

H

X

X

X

H

H

L

H

L

H

X

H

H

H

L

X

X

X

H

H

H

L

L

H

X

H

H

H

H

X

X

X

H

H

H

H

H = Высокий уровень, L = Низкий уровень, X = Безразличие

На LT и BI/RBO подать уровень логического 0, на входы ABCD подать двоично-десятичный код с выходыв ПЗУ ЗГ, на вход RBI\ подать логической 1. Таким образом, эта микросхема пригодна для питания индикаторов.

По инструкции завода изготовителя компании Texas Instrument к выходам микросхем питание «» и общий «», для того чтобы убрать высокочастотные помехи подключается конденсатор емкостью

Выберем конденсатор KF-15 пФ - 6.3В 10% из KF серии (размер 18Ч35,5).

Дисплей по условию должен быть размером 12Ч2. Следовательно, 24 индикаторов образуют две строки, в которых выводится информация, остальные 98 строк хранятся в ОЗУ.

Вывод курсора организуем программным способом, так как код КОИ-7 семи битный, будем использовать восьмой бит под курсор, для этого подключим ко входам А0-А7 ПЗУ ЗГ DD4.1, DD4.2, центральный процессор будет инициализировать содержимое адресов DD4.1, DD4.2, сопоставлять адреса выходящего с ПККИ кодов с позиционным кодом индикатора, записывая в старший бит D7 код бит курсора. Выход D7 подадим на входы 12 децимальных точек индикаторов. Децимальная точка имеет меньшую силу света при одинаковых условиях, чем сегмент индикатора.

Рисунок 15 - Пример функционирования отображения курсора

Разъемы возьмем типа 7УКНЦ-1Б имеющий характеристики:

Число контактов 20

Диаметр контакта 1 мм

Допустимое напряжение до 30 В

Сопротивление контактов не более 0.02 Ом

Программа управления работой системы записана в ПЗУ и работает следующим образом: при включении питания или при нажатии клавиши «Res» выполняется программа первоначальной установки и очистки экранной области ОЗУ. После этого процессор производит запрос информации у контроллера клавиатуры о наличии нажатых клавиш, коды которых записаны в буфер клавиатуры. Если буфер пуст, то запрос повторяется. Если же в буфере имеется информация, то процессор извлекает из буфера один байт и начинает обработку нажатия клавиши. Если код клавиши соответствует коду какой-либо из клавиш управления курсором или редактирования, то процессор переходит к соответствующей подпрограмме. Если нажатая клавиша не является клавишей управления курсором или редактирования, то с помощью таблицы перекодировки определяется код символа, соответствующего этой клавише. Полученный код символа вводится в ячейку экранной области ОЗУ, соответствующую текущему положению курсора и выполняется подпрограмма сдвига курсора вправо. Далее процессор опять производит опрос буфера клавиатуры ПККИ и цикл повторяется.

Произведем распределение внутренних регистров микропроцессора между переменными. В регистровой паре HL будет хранится адрес ячейки ОЗУ с текущим символом, отображаемым на дисплее. Регистр D хранит информацию о номере строки, а регистр E - о номере столбца. В регистр С заносится код нажатой клавиши. Регистр В содержит старший байт адреса таблицы перекодировки кода клавиши в код КОИ -7 и используется для дополнения регистра С при выборе адреса кода символа. Регистр А используется для временного хранения данных и для их преобразований.

Обращение ЦП по адресу 1000h означает, что производится передача данных из ПККИ в МП либо наоборот.

Обращение по адресу 1001h означает либо передачу команды в ПККИ, либо чтение слова состояния буфера клавиатуры ПККИ.

Программа работает циклически, т.е. чтение содержимого регистра слова состояния клавиатуры происходит постоянно, при этом дисплейная часть ПККИ выводит информацию из ОЗУ отображения самостоятельно, не требуя вмешательства процессора.

Выводы

В данном курсовом проекте согласно заданию была спроектирована линейная СОИ на основе микропроцессорного комплекта КР580. В качестве индикатора использовались светоизлучающие диоды КЛЦ401А.

СОИ обеспечивает индикацию кириллических символов, цифр; а также хранение в ОЗУ всех строк символов кодированных в КОИ-7. Ввод информации осуществляется с помощью клавиатуры.

Использование МП-техники не только унифицирует электронные устройства отображения информации и уменьшает число компонентов на плате, но сокращает срок разработки и расширяет функции, выполняемые устройством, вплоть до создания «интеллектуальных» дисплеев, способных обрабатывать тексты, т.е. осуществлять техническое редактирование, сдвиг по горизонтали или вертикали, подчеркивание слов или фраз, раздвижку и т.п.

В нашем случае спроектировано СОИ на дискретных индикаторах, которые в отличие от ЭЛТ можно считать чисто цифровыми устройствами. Основные функции схем управления цифровыми, буквенно-цифровыми и даже графическими СОИ на дискретных индикаторах (перекодирование и адресация информации, ее регенерация на индикаторном поле, формирование курсора, редактирование и т.д.) могут быть выполнены на программном уровне. Однако вследствие ограниченного быстродействия микропроцессоров и стремления наиболее эффективно использовать их вычислительную мощность микропроцессорные СОИ на дискретных индикаторах обычно строят как программно-аппаратную систему.

Список использованных источников

1 Алексеева, И.Н. В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 109 / Сост. И.Н. Алексеева. - М.: Патриот, 1991. - 80 с.

2 Бердоносов, В.Д. Проектирование систем отображения с использованием микропроцессоров: Методические указания к выполнению курсового проекта / Сост. В.Д. Бердоносов - Комсомольск-на-Амуре: гос. Техн. Ун-т, 1995. - 35 с.

3 Вуколов, Н.И. Знакосинтезирующие индикаторы: Справочник / Под ред. В.П. Балашова. - М.: Радио и связь 1987. - 514 с.: ил.

4 Лебедев, О.Н. Микросхемы памяти и их применение / О.Н. Лебедев - М.: Радио и связь 1990. - 215 с.

5 Марущенко, С.Г. Программируемый интерфейс клавиатуры / дисплея: Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Средства отображения информации» / Сост. С.Г. Марущенко - Комсомольск-на-Амуре гос. Техн. Ун-т, 1996. - 24 с.

6 РД ГОУВПО «КнАГТУ» 013-2011 Текстовые студенческие работы. Правила оформления. Введ. 2009-03-01. Комсомольск-на-Амуре. Гос. Техн. ун-т.: 2011. - 50 с.

Размещено на Allbest.ru