Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

По дисциплине: Эксплуатация и сервис ЭВМ

На тему: Проектирование системы автоматизированного контроля работоспособности электронных плат

Оглавление

Введение

1. Анализ возможности разработки системы автоматизированного контроля на базе микроконтроллера МК51

1.1 Анализ структурной схемы МК51

1.2 Анализ портов ввода/вывода данных

1.3 Анализ возможности организации доступа к внешней памяти

1.4 Анализ системы команд МК51

Выводы

Библиографический список

Введение

В настоящее время развитие микроэлектроники и широкое применение в самых разных отраслях привело к созданию новых высокоэффективных средств, что в свою очередь вызвало необходимость развития средств управления процессами, начиная от автоматизированных систем управления и заканчивая отдельными узлами этих систем.

Все автоматизированные системы (АСУ) представляют собой комплекс технических средств, функционально связанных между собой и образующие целую систему по сбору информации об объектах, обработки ее по определенным алгоритмам, в соответствии со сложившейся ситуацией, состоянием внешней среды и условиям применения. Ведь успешное выполнение задач зависит от:

- тактико-технических характеристик;

- качества его оборудования;

- целостного и правильного взаимодействия между системами управления.

Актуальность данной курсовой работы заключается в разработке устройства, которое способно быстро выявлять неисправности и тоже время соответствовать жестко отведенным требованиям. Основными требованиями предъявляемые к устройству являются маленькие габариты, не очень дорогая себестоимость и способность выполнять определенный перечень задач.

Для решения данной задачи целесообразно использовать микроконтроллерное устройство, потому что применение микроконтроллеров связано с их доступностью, надежностью, легкостью программирования и недорогой себестоимостью, а так же архитектурная организация микроконтроллеров разрешает подключение внешней памяти, что расширяет круг решаемых задач, сферу его применения.

1. Анализ возможности разработки системы автоматизированного контроля на базе микроконтроллера МК51

Микроконтроллер выполнен на основе высокоуровневой n-МОП технологии и выпускается в корпусе БИС, имеющем 40 внешних выводов. Для работы МК51 требуется один источник электропитания +5В. Через четыре программируемых порта ввода/вывода МК51 взаимодействует со средой в стандарте ТТЛ-схем с тремя состояниями выхода.

Корпус МК51 имеет два вывода для подключения кварцевого резонатора, четыре вывода для сигналов, управляющих режимом работы и восемь линий порта 3, которые могут быть запрограммированы пользователем на выполнение специализированных (альтернативных) функций обмена информацией со средой.

1.1 Анализ структурной схемы МК51

Рисунок 1.1 - Схемотехника портов ввода/вывода МК51 а - порт 0; б - порт 3

Все выводы порта 3 могут быть использованы для реализации альтернативных функций. Альтернативные функции могут быть задействованы путем записи 1 в соответствующие биты регистра-защелки (РЗ.0-Р3.7) порта 3.

Порт 0 является двунаправленным, а порты 1, 2 и 3 - квазидвунаправленными. Каждая линия портов может быть использована независимо для ввода или вывода информации. Для того чтобы некоторая линия порта использовалась для ввода, в D-триггер регистра-защелки порта должна быть записана 1, которая закрывает МОП - транзистор выходной цепи.

По сигналу СБР в регистры-защелки всех портов автоматически записываются единицы, настраивающие их тем самым на режим ввода.

Все порты могут быть использованы для организации ввода/вывода информации по двунаправленным линиям передачи. Однако порты 0 и 2 не могут быть использованы для этой цели в случае, если МК-система имеет внешнюю память, связь с которой организуется через общую разделяемую шину адреса/данных, работающую в режиме временного мультиплексирования.

Запись в порт. При выполнении команды, которая изменяет содержимое регистра-защелки порта, новое значение фиксируется в регистре в момент S6P2 последнего цикла команды. Однако опрос содержимого Регистра-защелки выходной схемой осуществляется во время фазы P1 и, следовательно, новое содержимое регистра-защелки появляется на выходных контактах порта только в момент S1P1 следующего машинного цикла.

Нагрузочная способность портов. Выходные линии портов 1, 2 и 3 могут работать на одну ТТЛ-схему. Линии порта 0 могут быть нагружены на два входа ТТЛ-схем каждая. Линии порта 0 могут работать и на n - МОП-схемы, однако при этом их необходимо подключать на источник электропитания через внешние нагрузочные резисторы за исключением случая, когда шина порта 0 используется в качестве шины адреса/данных внешней памяти.

Входные сигналы для МК51 могут формироваться ТТЛ - схемами или n-МОП - схемами. Допустимо использование в качестве источников сигналов для МК51 схем с открытым коллектором или открытым стоком. Однако при этом время изменения входного сигнала при переходе из 0 в 1 окажется сильно затянутым.

Особенности работы портов. Обращение к портам ввода/вывода возможно с использованием команд, оперирующих с байтом, отдельным битом и произвольной комбинацией бит. При этом в тех случаях, когда порт является одновременно операндом и местом назначения результата, устройство управления автоматически реализует специальный режим, который называется «чтение-модификация-память». Этот режим обращения предполагает ввод сигналов не из внешних выводов порта, а из его регистра-защелки, что позволяет исключить неправильное считывание ранее выведенной информации.

Подобный механизм обращения к портам реализован в следующих командах:

ANL- логическое И, например ANL P1, A;

ORL- логическое ИЛИ, например ORL P2, A;

XRL- исключающее ИЛИ, например XRL P3, A;

JBC- переход если в адресуемом бите единица, и последующий сброс бита, например JPC P1.1, LEBEL;

CPL- инверсия бита, например CPL P3.3;

INC- инкремент порта, например INC P2;

DEC- декремент порта, например DEC P2;

DJNZ- декремент порта и переход, если его содержимое не равно нулю, например DJNZ P3, LABEL;

MOV PX.Y, C- передача бита переноса в бит Y порта X;

SET PX.Y- установка бита Y порта X;

CLR PX.T- сброс бита Y порта X.

Совсем не очевидно, что последние три команды в приведенном списке являются командами «чтение-модификация-запись». Однако это именно так. По этим командам сначала считывается байт из порта, а затем записывается новый байт в регистор-защелку.

Причиной, по которой команды «чтение-модификация-запись» обеспечивают раздельный доступ к регистру-защелке порта и к выводам порта, является необходимость исключить возможность неправильного прочтения уровней сигналов внешних выводах. Предположим для примера, что линия Y порта X соединяется с базой мощного транзистора и выходной сигнал на ней предназначен для его управления. Когда в данный бит записана 1, то транзистор включается. Если для проверки состояния исполнительного механизма (в нашем случае - мощного транзистора) прикладной программе требуется прочитать состояние выходного сигнала в том же бите порта, то считывание сигналя с внешнего вывода порта, а не из D-триггера регистра-защелки порт приведет к неправильному результату: единичный сигнал на базе транзистора имеет относительно низкий уровень и будет интерпретирован в МК как сигнал 0. Команды "чтение-модификация-запись" реализуя считывание из регистра-защелки, а не с внешнего вывода порта, что обеспечивает получение правильного значения 1.

1.3 Анализ возможности организации доступа к внешней памяти

Система команд МК51 допускает больше комбинаций способов адресации операндов в командах, что делает ее более гибкой и универсальной.

Флаги результата. Слово состояния программы (PSW) включает в себя четыре флага: С - перенос, АС - вспомогательный перенос, OV -переполнение и Р - паритет.

Флаг паритета напрямую зависит от текущего значения аккумулятора. Если число единичных бит аккумулятора нечетное, то флаг Р устанавливается, а если четное - сбрасывается. Все попытки изменить флаг Р, присваивая ему новое значение, будут безуспешными, если содержимое аккумулятора при этом останется неизменным. Флаг АС устанавливается в случае, если при выполнении операции сложения/вычитания между тетрадами байта возник перенос/заем. Флаг С устанавливается, если в старшем бите результата возникает перенос или заем. При выполнении операций умножения и деления флаг С сбрасывается. Флаг OV (отсутствует в МК48) устанавливается, если результат операции сложения/вычитания не укладывается в семи битах и старший (восьмой) бит результата не может интерпретироваться как знаковый. При выполнении операции деления флаг OV сбрасывается, а в случае деления на нуль устанавливается. При умножении флаг OV устанавливается, если результат больше 255.

Флаги модифицируются командами, в которых местом назначения результата определены PSW или его отдельные биты, а также командами операций над битами.

Символическая адресация. При использовании ассемблера МК51 (ASM 51) для получения объектных кодов программ допускается применение в программах символических имен регистров специальных функций (РСФ), портов и их отдельных бит Для адресации отдельных бит РСФ и портов (такая возможность имеется не у всех РСФ) можно использовать символическое имя бита следующей структуры: < имя РСФ или порта >. < номер бита.

Например, символическое имя пятого бита аккумулятора будет следующим: АСС.5. Символические имена РСФ, портов и их бит являются зарезервированными словами для ASM51, и их не надо определять с помощью директив ассемблера.

Группа команд передачи данных

Большую часть команд данной группы составляют команды передачи и обмена байтов. Команды пересылки бита, представлены в группе команд битовых операций. Все команды данной группы не модифицируют флаги результата, за исключением команд загрузки PSW и аккумулятора (флаг паритета).

Структура информационных связей. В зависимости от способа адресации и места расположения операнда можно выделить девять типов операндов, между которыми возможен информационный обмен. Аккумулятор (А) представлен на этом графе отдельной вершиной, так как многие команды используют неявную (подразумеваемую) адресацию.

Аккумулятор. В МК51 обращение к аккумулятору может быть выполнено с использованием неявной и прямой адресации.

В зависимости от способа адресации аккумулятора применяется одно из символических имен: А или АСС (прямой адрес). При прямой адресации обращение к аккумулятору производится как к одному из РСФ, и его адрес указывается во втором байте команды.

Использование неявной адресации аккумулятора предпочтительнее, однако, не всегда возможно, например, при обращении к отдельным битам аккумулятора. Обращение к внешней памяти данных. При использовании команд MOVX @ Ri обеспечивается доступ к 256 байтам внешней памяти данных.

Существует также режим обращения к расширенной ВПД, когда для доступа используется 16-битный адрес, хранящийся в регистре-указателе данных (DPTR). Команды MOVX @DPTR обеспечивают доступ к 65 536 байтам ВПД.

Группа команд арифметических операций

Данную группу образуют 24 команды, выполняющие операции сложения, десятичной коррекции, инкремента/декремента байтов. Дополнительно по сравнению с МК48 введены команды вычитания, умножения и деления байтов.

Команды ADD и ADDC аналогичны командам сложения МК48, но допускают сложение аккумулятора с большим числом операндов. Аналогично командам ADDC существуют четыре команды SUBB, что позволяет более просто, чем в МК48, производить вычитание байтов и многобайтных двоичных чисел. В МК51 реализуется расширенный (по сравнению с МК48) список команд инкремента/декремента байтов, введена команда инкремента 16-битного регистра-указателя данных.

Группа команд логических операций

Данную группу образуют 25 команд, реализующих те же логические операции над байтами, что и в МК48. Однако в МК51 значительно расширено число типов операндов, участвующих в операциях.

В отличие от МК48 имеется возможность производить операцию "исключающее ИЛИ" с содержимым портов. Команда XRL может быть эффективно использована для инверсии отдельных бит портов.

Группа команд операций с битами

Отличительной особенностью данной группы команд является то, что они оперируют с однобитными операндами. В качестве таких операндов могут выступать отдельные биты некоторых регистров специальных функций (РСФ) и портов, а также 128 программных флагов пользователя.

Существуют команды сброса (CLR), установки (SETB) и инверсии (CPL) бит, а также конъюнкции и дизъюнкции бита и флага переноса. Для адресации бит используется прямой восьмиразрядный адрес (bit). Косвенная адресация бит невозможна.

К данной группе команд относятся команды, обеспечивающие условное и безусловное ветвление, вызов подпрограмм и возврат из них, а также команда пустой операции NOP. В большинстве команд используется прямая адресация, т.е. адрес перехода целиком (или его часть) содержится в самой команде передачи управления. Можно выделить три разновидности команд ветвления по разрядности указываемого адреса перехода.

Длинный переход. Переход по всему адресному пространству ПП. В команде содержится полный 16-битный адрес перехода (ad 16). Трехбайтные команды длинного перехода содержат в мнемокоде букву L (Long). Всего существует две такие команды: LJMP -- длинный переход и LCALL -- длинный вызов подпрограммы. На практике редко возникает необходимость перехода в пределах всего адресного пространства и чаше используются укороченные команды перехода, занимающие меньше места в памяти.

Абсолютный переход. Переход в пределах одной страницы памяти программ размером 2048 байт. Такие команды содержат только 11 младших бит адреса перехода (ad 11). Команды абсолютного перехода имеют формат 2 байта. Начальная буква мнемокода -- A(Absolute). При выполнении команды в вычисленном адресе следующей по порядку команды ((РС)= (PC) + 2) 11 младших бит заменяются на ad 11 из тела команды абсолютного перехода.

Относительный переход. Короткий относительный переход позволяет передать управление в пределах -128 ч- +127 байт относительно адреса следующей команды (команды, следующей по порядку за командой относительного перехода). Существует одна команда безусловного короткого перехода SJMP (Short). Все команды условного перехода используют данный метод адресации. Относительный адрес перехода (rel) содержится во втором байте команды.

Косвенный переход. Команда JMP @A + DPTR позволяет передавать управление по косвенному адресу. Эта команда удобна тем, что представляет возможность организации перехода по адресу, вычисляемому самой программой и неизвестному при написании исходного текста программы.

Выводы

1) наличие ОЗУ небольшой емкости для временного хранения переменных и эффективных, следовательно, разных методов адресации памяти программ и памяти данных;

2) нагрузочная способность портов. Выходные линии портов 1, 2 и 3 могут работать на одну ТТЛ-схему. Линии порта 0 могут быть нагружены на два входа ТТЛ-схем каждая. Линии порта 0 могут работать и на n-МОП-схемы, однако при этом их необходимо подключать на источник электропитания через внешние нагрузочные резисторы за исключением случая, когда шина порта 0 используется в качестве шины адреса/данных внешней памяти;

3) альтернативные функции порта 3 позволяют организовать управление и взаимодействие с внешней памятью.

4) входные сигналы для МК51 могут формироваться ТТЛ - схемами или n-МОП - схемами;

5) многие логические операции могут быть выполнены без участия аккумулятора.

Библиографический список

1. Волосенцов В.О. Цифровые устройства и микропроцессоры. Конспект лекций. Часть 2. Запоминающие устройства. 1998.

2. Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение - М.: Радио и связь, 1998.

3. Песков С.А., Гуров А.И., Кузин А.В. Центральные и периферийные устройства электронных вычислительных средств - М.: Радио и связь, 2000.Учебник для вузов.

4. Предько М. Руководство по микроконтроллерам. Пер. с англ.. М.: Предприятие Постмаркер, 2001.

5. Сташин В.В., Урусов А.В., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах - М.: Энергоатомиздат, 1990.

6. Баранов В. В., Егоренков Ю. И. О показателях оценки эффективности АСУВ. Москва. Научно-техническое обозрение. 1991. N 135. С. 42-49.

7. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учебник. Москва. Физматгиз. 1962.

8. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Изд-во “Наука”. Москва. 1968.

9. Фрид Э. И др. Малая математическая энциклопедия. Академия наук Венгрия. Будапешт. 1976.

Размещено на Allbest.ru