Имея в виду, что выход микросхемы может обычно находиться в одном из двух состояний, соответствующим логическим 0 и 1, указанное высокоомное состояние называют третьим. Выходное напряжение в третьем состоянии имеет уровень, равный приблизительно половине наибольшего значения выходного напряжения.

У некоторых микросхем памяти выход имеет незавершенную структуру: отсутствует нагрузка в цепи эмиттера - выход с открытым эмиттером (ОЭ), или в цепи коллектора - выход с открытым коллектором (ОК), аналогично для МДП - транзистора: открытый сток и исток. Такие выходы могут принимать два состояния - функциональное и высокоомное. При включении микросхемы в схему какого-либо устройства, как правило, к ее выходам ОЭ или ОК подключают резистивную нагрузку.

Для обращения к микросхеме для записи или считывания одного бита информации D необходимо подать разрешающий обращение сигнал CS с нулевым уровнем и сигнал W/R с соответствующим режиму уровнем: при записи - 1, при считывании - 0. В любом режиме вход и выход развязаны, т. е. не могут влиять на состояние друг друга. Таким свойством обладают микросхемы на три состояния.

Учитывая отмеченную особенность, можно объединять вход и выход микросхемы и подключать их к общей информационной шине, по которой информация подается в микросхему и выводится из нее.

Рисунок 2.1 - Условное графическое обозначение ИМС К561РУ2

Применение однокристальных микроконтроллеров в устройствах диагностирования аппаратуры привело к кардинальным изменениям в нахождении любых неисправностей и проведения их глубокого анализа.

При использовании стандартного микроконтроллера, для разработки различных устройств, в значительной степени сокращается объем трудозатрат, так как пропадает необходимость каждый раз придумывать что-то новое, разрабатывать индивидуально для каждого устройства, блока или платы свой модуль диагностики. Единственное, что необходимо это иметь набор программ разработанных для анализа аппаратуры.

При рассмотрении конструктивного исполнения ЭВМ А-15, ее внешний вид представлен на рисунке 3.4, как целостной системы обработки информации, можно заметить, что А-15А выполнен из множества составляющих и разбит на блоки. Каждый блок отвечает за выполнение определенных для него задач. ЭВМ А-15А состоит из вычислительного устройства (ВЧУ), двух блоков ОЗУ (ОЗУ-15), четырех блоков ДЗУ, блока ДЗУС и блока питания. Такой принцип построения вычислительной системы очень удобен, как в эргономическом отношении, так и в эксплуатационном. Это позволяет при контроле функционирования всей системы выявлять неисправные блоки и производить их быструю замену. Что не маловажно при несении боевого дежурства.

Этот принцип осуществления ремонта данного изделия является очень удобным но, он лишает возможности эксплуатирующим органам производить ремонт неисправной аппаратуры, что тоже может повлиять на боеготовность всего изделия. Поэтому проведение комплексного контроля функционирования недостаточно для выявления неисправности. Чтобы произвести полный анализ каждого блока, необходимы: специальные лаборатории, оборудование и различные стенды. Исходя, из вышеупомянутых причин предлагается, использование модуля диагностики и программного контроля, как средство, позволяющее с помощью прошивки в память устройства тестирующих программ, произвести тестирование изделия, блоков и отдельных плат и, выявить неисправности.

Рисунок 3.4 - Внешний вид ЭВМ А-15А

Основной проблемой использования модуля диагностики и программного контроля, является наличие различных типов разъемов соединения.

Для подключения модуля диагностики необходимо знать, какие разъемы используются в данном изделии. В ЭВМ А-15 используются различные типы разъемов. Их внешний вид представлен на рисунках 3.5,3.6

В качестве экспериментальной части данной работы рассмотрим и проанализируем модуль усилителя воспроизведения УВ-19 блока ОЗУ-15. Принципиальная схема представлена на рисунке 3.6.

Рисунок 3.5 - Розетка

Рисунок 3.6 - Вилка

Рисунок 3.6 - Принципиальная схема модуля усилителя воспроизведения УВ-19

Мультиплексор К555КП2- это два мультиплексора 14 с общим дешифратором адреса канала и входами выбора (стробирующими входами) одного из мультиплексоров Е.0 и E.1. Условное графическое обозначение ИС КП555КП2 представлено на рисунке 3.2.

Инверторы на входах Е.0 и Е.1 предназначены для развязки внутренних цепей от входных шин и обеспечивают помехоустойчивость схемы по входу.

Запрещена передача информации через мультиплексор, когда он находится в невыбранном состоянии (при этом выход находится в состоянии низкого уровня). Каждый из мультиплексоров имеет по четыре информационных входа и свои стробирующие входы Е.0 и Е.1. Два адресных входа SED1 и SED2 управляют одновременно двумя мультиплексорами.

Рисунок 3.2 - Условное графическое обозначение ИС КП555КП2

Код, который, набран на адресных входах SED1 и SED2, разрешает работу только одного из информационных входов каждого мультиплексора. Сигнал с выбранного информационного входа появляется на выходе только при наличии на стробирующем входе Е низкого уровня.

Первая ступень мультиплексора выполнена на инверторах, вторая на логических элементах И-ИЛИ (без инверсии), использует стробирующие свойства функции И аргументов канала информации и адреса.

ИС К555КП2 включает входы управления с передачи при низком уровне напряжения на входе и с запретом передачи при высоком уровне напряжения на входе.

Таблица 3 - Характеристика микросхемы К555КП2

Принцип работы микросхемы КР580ИР82.

КР580ИР82 представляет собой 8-разрядный буферный регистр, предназначенный для ввода и вывода информации со стробированием. Условное графическое обозначение представлено на рис. 4

Микросхема имеет восемь триггеров D-типа и восемь выходных буферов, имеющих на выходе состояние “выключено”. Управление передачей информации осуществляется с помощью сигнала STB “строб”.

При поступлении на вход STB сигнала высокого уровня осуществляется не тактируемая передача информации от входа DI до выхода DO. При подаче на вход STB сигнала низкого уровня микросхема хранит информацию предыдущего такта; при подаче на вход STB положительного перепада импульса происходит “защелкивание” входной информации. Выходные буферы управляются сигналом ОЕ “разрешение выхода”. При поступлении на вход ОЕ сигнала высокого уровня выходные буферы переводятся в состояние “выключено”.

Рисунок 3.3. - Условное графическое обозначение ИМС КР580ИР82.

Выводы

1) микросхемы динамических ОЗУ отличаются от микросхем статических ОЗУ большей информационной емкостью, что обусловлено меньшим числом компонентов в одном ЭП и, следовательно, более плотным их размещением в полупроводниковом кристалле.

2) микросхемы динамических ОЗУ имеют более сложное управление, чем микросхемы статических ОЗУ. Это обусловлено необходимостью организации принудительной регенерации хранимой микросхемой информации, осуществляемой с помощью специальных внешних устройств с интервалом, определяемым периодом регенерации. Для наиболее распространенных и чаще всего применяемых в БЭВМ микросхем серии К565 период регенерации равен 2 мс.

3) микросхемы динамических ОЗУ в своем большинстве построены с мультиплексированием кода адреса, т. е. вначале в микросхему вводят код адреса строки (например, А0 - А6), фиксируя его на внутреннем входном регистре стробирующим сигналом RAS, затем вводят код адреса столбца (например) А7 - А15, фиксируя его на регистре, стробирующим сигналом CAS. Число адресных выводов, таким образом, уменьшают вдвое: так, например, у микросхемы К565РУ6 с информационной емкостью 16Кбит их всего семь.

4) обычно требования к информационной емкости ОЗУ значительно превосходят возможности одной ИС памяти, как в отношении разрядности, так и числа хранимых слов. Поэтому при построении ЗУ ИС объединяют в модули, которые вместе с регистрами и устройством управления образуют функционально-законченный блок ОЗУ.

3. Расчёт надёжности системы автоматизированного контроля

В качестве показателей надежности широко применяют вероятность безотказной работы Р(t) за время t и среднюю наработку до отказа Т ср.

Вычисляется коэффициент К_DL, учитывающий эквивалентную дозу отказов различных типов в зависимости от разрядности исправляемой ошибки L. При отказах БИС ЗУ можно выделить следующие основные типы отказов:

- отказ всей микросхемы (доля таких отказов а₁),

- отказ строки (доля таких отказов а₂),

- отказ столбца (доля таких отказов а₃),

- отказ ЭП (доля таких отказов а₄)

а₁=2 а₂=14

а₃=17 а₄=42

если код исправляет одноразрядную ошибку (L=1):

где: - К_M- коэффициент, учитывающий число разрядов БИС ЗУ (если число разрядов n_M =1, то К_М=0, иначе К_М=1);

- K_Z- коэффициент, учитывающий тип ЗУ (для ПЗУ К_Z=0.5, а для ОЗУ К_Z=1);

- E- информационная емкость БИС ЗУ (в битах).

После проведенного анализа микросхем известно, что они совместимы по всем параметрам, но возникает проблема управления блоком динамического ОЗУ. Поэтому для решения задачи необходим промежуточный элемент, обеспечивающий обмен данными между микроконтроллером и ДОЗУ. Моей основной задачей данной работы является создание устройства управления блоком динамического ОЗУ.

Для реализации модуля памяти необходимы: накопитель информации, состоящий из микросхем памяти (ИМС К565РУ5), и схемы управления, которая собрана на мультиплексорах. В качестве данного устройства предлагаю использовать динамическое ОЗУ с мультиплексором кода адреса.

3.1 Определение вероятности безотказной работы

Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в пределах заданной наработки, т.е. заданного интервала времени, отказ объекта не возникнет

где: - n₀- разрядность слова ЗУ;

- л_м- интенсивность отказов БИС ЗУ;

- N_R- число строк в БИС ЗУ в ЗУ;

- л_Z- интенсивность отказов схем обрамления и элементов конструкции ЗУ (например, паек, контактов соединителей, линий связи, печатного монтажа и т.п.)

-К_р1, К_р2- поправочные коэффициенты, используемые для компенсации погрешностей в ЗУ с большим и средним числом БИС ЗУ.

- К_Р2- значение коэффициента определяется в зависимости от типа ЗУ и разрядности исправляемой ошибки (для ОЗУ с L=1 если n_м=1 то К_Р2=1);

- К_Р1- значение коэффициента в зависимости от n_м (при n_м=1 то К_Р1=1).

Вычисление значения параметра Х_L, определяющего соотношение между интенсивностью отказов элементов ЗУ, охваченных и неохваченных корректирующим кодом:

3.2 Определение средней наработки до отказа

Средняя наработка до отказа, или средняя время безотказной работы - это ожидаемая наработка объекта до первого отказа.

где: - b_Li- коэффициенты разложения полиномов для L = 1;

- b_L1 = 1,2533;

- b_L2 = -1,0006;

- b_L3 = 0,6308.

Заключение

В ходе выполнения дипломной работы я проанализировал возможности микроконтроллера МК51, его структурную организацию, организацию доступа к внешней памяти, порты ввода/вывода информации, а также правильность синхронизации микроконтроллера с внешней памятью, определения команд обращения к внешней памяти для правильного формирования адресного кода. Это является основным вопросом при расширении пространства памяти, что позволило увеличить возможности микроконтроллера.

Для расширения внутренней памяти и увеличения возможностей микроконтроллерного устройства был разработан модуль памяти с мультиплексированием кода адреса. В качестве элементов памяти были выбраны микросхемы динамического ОЗУ, что обусловлено большей информационной емкостью, в тоже время уменьшение потребляемой мощности и стоимости микросхем по сравнению со статическими ОЗУ.

На основе этого был разработан модуль диагностики аппаратуры и программного контроля. Он представляет собой программно-аппаратный модуль, который можно считать универсальным средством по выявлению неисправностей в аппаратуре. Что позволит снизить трудозатраты по выявлению и устранению неисправности, а так же избавит от разработки новых устройств диагностики, потому как для любого модуля, устройства, платы нужно лишь затратить на разработку программного средства по тестированию любого элемента устройства.

В данной работе приведен пример программной реализации тестовой программы модуля усилителя воспроизведения УВ-19 блока ОЗУ-15 бортовой ЭВМ А-15А.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

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.

Приложение 1

Функциональная схема одного элемента ИС КП555КП2

Приложение 2

Таблица истинности мультиплексора К555КП2

Приложение 3

Назначение выводов ИС К555КП2

Приложение 4

Назначение выводов ИМС КР580ИР82.

Таблица Г.1

Таблица истинности микросхемы КР580ИР82.

Таблица Г.2

D00 - состояние выхода в предыдущем такте.

Х - логический уровень на входе не влияет на состояние входа.

Z - состояние “выключено”.

Приложение 5

Схема модуля расширения памяти

Приложение 6

Схема функциональная системы автоматизированного контроля

Размещено на Allbest.ru