Разработка тестопригодной микропроцессорной системы на базе микроконтроллера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Курсовой проект - самостоятельная комплексная работа, выполняемая учащимся на заключительном этапе изучения дисциплины «Техническая эксплуатация и ремонт ЭВС».

Темой данного курсового проектирования является: «Разработка тестопригодной микропроцессорной системы на базе микроконтроллера».

Целью курсового проектирования является применение теоретических знаний и практических навыков полученных при изучении дисциплины ТЭ ЭВС, а также формирование практических навыков по выбору параметров для диагностики, построения алгоритма поиска неисправностей, выбора необходиой аппаратуры контроля, формирования знаний основных теоретических положений, необходимых для решения вопросов, связанных с разработкой, эффективной эксплуатацией, обслуживанием и ремонтом электронных вычислительных систем.

Основные задачи курсового проектирования:

1) Разработать микроконтроллерную систему, выполняющую функциональный контроль цифровых интегральных микросхем.

2) Дать техническую характеристику объекта диагностирования с описанием принципа его функционирования на основании технического описания паспорта и принципиальной схемы.

3) Разработать диагностические тесты для заданной логической ИМС.

4) Разработать алгоритм функционирования микропроцессорной системы и по нему написать программу на языке Ассемблер.

5) Разработать алгоритм поиска и устранения неисправности в микроконтроллерных систем.

6) Разработать технологические инструкции по эксплуатации микроконтроллерных систем.

7) Дать рекомендации по применению методов энерго- и материалосбережения при производстве и использовании микроконтроллерных систем, мер по охране труда при эксплуатации и производстве микроконтроллерных систем.

Выполнение заданий курсового проектирования предусматривает использование знаний, как из лекционного материала, так и из литературных источников, изучаемых самостоятельно.

1. Расчётно-проектировочный раздел

1.1 Назначение и область применения проектируемой ИМС

Разрабатываемое устройство предназначено для тестирования центровых микросхем по принципу функционального контроля.

Данное устройство используется на производстве для измерения и исследования микросхем при верификации новых проектов, контроле на серийном производстве, на входном контроле. Оно также используется при проведении дополнительных отбраковочных испытаний и сертификации микросхем высокой сложности, а также для комплексной автоматизированной проверки микросхем большой и сверхбольшой степени интеграции методами функционального контроля и параметрических измерений.

Преимущество и достоинства таких устройств заключается в достоверности результатов тестов, и их быстродействии. Такие тестеры имеют лаконичный интуитивно-понятный интерфейс, графическую и текстовую интерпретацию тестовых воздействий и результатов измерения, что позволяет легко разобраться с инструкцией по использовании, поэтому они очень просты. Они небольшие по габаритам и такие устройства не требуют большого количества затрат по энергоресурсам.

Если брать в сравнение разрабатываемое устройство, построенное на микроконтроллере, аналогичными, разработанными на логических элементах, то можно увидеть ряд преимуществ:

1) устройство, построенное на микроконтроллере, имеет возможность тестировать большее количество различных видов и типов микросхем. Устройство, построенное на микроконтроллере, имеет возможность быстрой переналадки на другие интегральные микросхемы.

2) один микроконтроллер заменяет несколько логических элементов. Что уменьшает количество необходимых элементов и уменьшает габариты устройства.

3) устройство на микроконтроллере позволяет получить больше информации о неисправности микросхемы.

4) при выходе из строя микроконтроллера, его легче заменить чем, перепаивать некоторое количество логических элементов.

На рисунке 1.1.1 представлен тестер цифровых микросхем LEAPER-1.

Рисунок 1.1.1 - Тестер цифровых микросхем LEAPER-1

LEAPER-1 - универсальный тестер. Он используется для измерения постоянного, переменного напряжения и сопротивления, характеризуется точностью, удобством обращения и экономным расходом электроэнергии. Благодаря использованию батарей и легкому подключению LEAPER-1 позволяет работать как со стационарными компьютерами, так и с компьютерами типа NOTEBOOK. Комбинированный электроизмерительный прибор позволяет определить все необходимые параметры быстро и без привлечения дополнительного оборудования.

Прибор LEAPER-1 имеет дополнительную защиту от перегрузок, что повышает его надежность. Яркий дисплей исключит возможность неправильного прочтения данных. У модели LEAPER-1 понятный интерфейс, ее удобно использовать в работе при обнаружении неисправностей электрической цепи. Модель компактна, удобна в переноске и использовании, поскольку приборы данного класса используются в различных условиях.

Таким образом, тестер LEAPER-1 - оптимальный инструмент для проведения исследования перед ремонтными и другими работами подобного типа. Его быстродействие и доступное управление позволяют увеличить скорость работы с прибором.

Особенности тестера LEAPER-1:

· Используется для проверки микросхем TTL 54/74 (серии 155, 555, 1533);

· Используется для проверки микросхем CMOS 40/45 (серии 561, кр1561, кр1564);

· Автономное питание 9 В;

· Удобный и простой интерфейс управления (7 функциональных клавиш, 1-строчный дисплей, мнемосхема на лицевой панели);

· Компактное исполнение.

· Тестовое напряжение 5 В;

В таблице 1.1 приведены технические характеристики тестера цифровых микросхем LEAPER-1.

Таблица 1.1 - Технические характеристики LEAPER-1

Параметры	Значения
Тип тестируемых ИМС	TTL 54, TTL 74, CMOS 40, CMOS 45
Тестовое напряжение	5 В (DC)
Тестовая колодка	5 В (DC)
Время тестирования	0,8-0,9 с / ИМС
Тип дисплея	ЖК-индикатор
Напряжение питания	Батарея 1,5 В (АА) х4
Габаритные размеры	160 х 45 х 110 мм
Формат индикации	1 строка, 16 символов (9 х 7 точек)
Масса	0,34 кг

1.2 Разработка структурной схемы МПС

микроконтроллерный технологический интегральный цифровой

На основании проведенного аналитического обзора аналогов проектируемого устройства и согласно задания на курсовой проект разработана структурная схема микроконтроллерной системы имеющей вид, представленный на рисунке 1.2.1

Рисунок 1.2.1 Структурная схема микроконтроллерной системы

Назначение блоков структурной схемы:

БУ - блок управления. Предназначен для выбора работы тестирования и управления режимами работы микроконтроллерной системы.

БС - блок сопряжения. Предназначен для подключения тестируемой ИМС к микроконтроллерной системе.

БИО - блок индикации ошибок. Предназначен для вывода результатов тестирования в виде сигналов ошибка и норма.

БЦИ - блок цифровой индикации. Предназначен для индикации номера строки в тестовой последовательности при ручном режиме тестирования.

БИС - блок индикации состояний. Предназначен для индикации состояний входов и выходов тестируемой ИМС при ручном режиме тестирования.

МК - микроконтроллер.

Принцип работы.

Блок управления представляет собой кнопки, при нажатии кнопки тест происходит подготовка системы к тестированию. Выбор режима осуществляется кнопкой авт./ручн. тестирование, при нажатии которой осуществляется ручной режим тестирования согласно разработанных таблиц диагностических тестов. Тестирование осуществляется построчно при каждом нажатии кнопки шаг. Результаты тестирования отображаются на светодиодной индикации в виде сигналов ошибка и норма. Дополнительно на цифровой индикации отображается номер строки тестовой последовательности и на светодиодной индикации состояние выходов тестируемой ИМС в двоичном коде. При автоматическом режиме тестирования производиться тестирование ИМС согласно разработанных диагностических тестов и конечный результат отображается на светодиодной индикации в виде сигналов норма и ошибка. После окончания тестирования при нажатии кнопки сброс система переходит в исходное состояние. Для подключения ИМС используется сокет DIP 14. Питание ИМС осуществляется в начале каждого цикла тестирования.

1.3 Описание элементной базы

ИМС К555ЛА13 - четыре логических буферных элемента 2И-НЕ с открытым коллектором.

Условное графическое обозначение и цоколёвка представлены на рисунке 1.3.1 [5]



Рисунок 1.3.1 Условное графическое обозначение и цоколёвка К555ЛА13

Основные электрические параметры приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1 - Основные электрические параметры ИМС К555ЛА13

Число выводов корпуса	Рор,мВт	tз ср, нс	Iпот, мА
14	38.5	30	12

ИМС К155ЛН3 - шесть логических элементов НЕ.

Условное графическое обозначение и цоколёвка представлены на рисунке 1.3.2

Рисунок 1.3.2 Условное графическое обозначение и цоколёвка К155ЛН3

Основные электрические параметры приведены в таблице 1.2

Таблица 1.2 - Основные электрические параметры ИМС К155ЛН3

Номинальное напряжение питания	5В + 5%
Выходное напряжение	Не более 30 В
Входной ток низкого уровня	Не более -1.6 мА
Входной ток высокого уровня	Не более 0.04 мА
Входной пробивной ток	Не более 1 мА
Ток потребления при низком уровне выходного напряжения	Не более 51 мА
Ток потребления при высоком уровне выходного напряжения	Не более 48 мА
Потребляемая статическая мощность на один логический элемент	Не более 43.3 мВт
Время задержки распространения при включении	Не более 23 нс
Время задержки распространения при выключении	Не более 15 нс

КР1533ИР33 - Регистр

Условное графическое обозначение и цоколёвка представлены на рисунке 1.3.3 [3]

Рисунок 1.3.3 Условное графическое обозначение и цоколёвка КР1533ИР33

Основные электрические параметры приведены в таблице 1.4

Таблица 1.4 - Основные электрические параметры КР1533ИР33

Номинальное напряжение питания	5 В
Выходное напряжение низкого уровня	0.5 В
Выходное напряжение высокого уровня	2.5 В
Ток потребления	27 мА

К1816ВЕ751 - Восьмиразрядный высокопроизводительный однокристальный микро ЭВМ

Основные электрические параметры приведены в таблице 1.5

Таблица 1.5 - Основные электрические параметры К1816ВЕ751

Объйм внутренней памяти программ, байт	Тип памяти программ	Объём внутренней памяти данных, байт	Максимальная частота следования тактовых сигналов, МГц	Ток потребления, мА
4К	ППЗУ	128	12	220

1.4 Разработка принципиальной схемы МПС

Разработка блока микроконтроллера

Согласно задания на курсовой проект в качестве МК используется МК семейства MCS-51. Для работы МК семейства MCS-51 необходимо:

- подключить времязадающую цепь для работы внутреннего тактового генератора;

- обеспечить сброс при включении электропитания;

- подключить память программ (внутреннюю или внешнюю);

Типовая схема подключения МК семейства MCS-51 представлена на рисунке 1.4.1



Рисунок 1.4.1 Типовая схема подключения МК семейства MCS-51

Для обеспечения генерации тактовой частоты ко входам XTAL1, XTAL2 подключен кварцевый генератор. Для обеспечения запуска внутреннего генератора применяют конденсаторы С₂ и С₃.

Для фильтрации высокочастотных помех, возникающих на выводах источника питания применяют конденсатор С₄.

Для разрешения работы внутренней памяти программ на вход ЕА подан высокий уровень напряжения. Для сброса МК при подаче питания используют цепочку C₁R₁.

Для выполнения сброса используют кнопку SB1. К выводам порта Р0 подключены «подтягивающие» резисторы, которые обеспечивают ток микросхем DTL, подключенные к этому порту. Порты Р1, Р2, Р3 имеют внутренние подтягивающие резисторы.

Параметры элементов в подключении к микроконтроллеру являются типовой схемой и рассчёту не подлежат. Согласно [1] выбираем резисторы и конденсаторы:

R₇ МЛТ-0.125-8.2 кОм +5%

R_5-6-R_8-13 МЛТ-0.125-4.7 кОм +5%

C₁ К50-31-40В-10мкФ+20%

C_2-3 КТ4-21-100В-20пФ+20%

C₄ К53-30В-0.1мкФ+20%

XS1- К155ИМ1

ZQ1-РК 442-9 МГц

SB5-кнопка 1

Разработка блока сопряжения

Для подключения проверяемой микросхемы типа DIP-14 используют разъём (сокет) XS1. Выводы разъёма подключены к линиям порта Р1 и Р2. Принципиальная схема блока сопряжения представлена на рисунке 1.4.2

Рисунок 1.4.2 Принципиальная схема блока сопряжения

Согласно задания на курсовой проект в качестве тестируемой ИМС используем цифровую микросхему К155ИМ1. Условное обозначение и цоколевка ИМС представлена на рисунке 1.4.3 [2]



Рисунок 1.4.3 Условное обозначение и цоколевка ИМС К155ИМ1

Питание микросхемы осуществляется при помощи электронного ключа на основе транзистора VT₁. Ключ управляется от линии порта Р3.2 микроконтроллера. При Р3.2=0 ключ открыт и подается напряжение питания. При Р3.2=1 питание отключено, ключ закрыт.

Выбираем транзистор VT₁ исходя из максимального потребляемого тока логической ИМС, который равен Iпот=35мА.

Выбираем транзистор,имеющий параметры:

I_{к max} = 150мА; U_{кэ max} = 25В; U_{кэ нас} = 0.6В; Р_{к max} = 350мВт; h_21Э = 120.

Максимальный необходимый ток базы транзистора равен

(1)

Электронный ключ управляется низким уровнем напряжения на выводе порта Р3.2. проверяем возможность управления транзистором от микроконтроллера.



(2)

Задаваясь током управления и выходе I⁰_{вых Р3} = 1мА определяем сопротивление токоограничительного резистора.

, (3)

где U_{бэ нас} = 0.4 В - напряжение на базо-эммитерном переходе открытого транзистора.

U⁰_{вых Р3} = 0.2 В - уровень выходного напряжения логического «0» порта микроконтроллера.

Выбираем из стандартного ряда Е24 значение сопротивления R=4.3кОм.

Согласно [1] выбираем резистор R_22,23 - МЛТ-0.125-4.3кОм+5%. Резистор R₂₃ служит для надежного отпирания и запирания транзистора.

Разработка блока индикации ошибок

Блок индикации выполнен на основе светодиодной индикации и отображает основные режимы микроконтроллерной системы.

Назначение сигналов блока индикации:

- «готов» - индикатор загорается при включении питания МК устройства и гаснет при нажатии кнопки тест.

- «норма» - индикатор загарается при правильном прохождении диагностического теста.

- «ошибка» - индикатор загорается при неправильном прохождении диагностического теста.

Индикаторы управляются от линии порта Р3.5-Р3.7. в качестве индикаторов используют светодиоды типа Ал307Б.

Параметры светодиодов:

- Цвет свечения - красный;

- Максимальное рбратное напряжение на светодиоде - 2 В;

- Средний прямой ток через светодиод - 10 мА;

- Прямое падение напряжения на светодиоде - 2 В.

Для обеспечения тока светодиода используем усилительный элемент на основе инвертора К155ЛН3, для которого I⁰_вых= 40 мА.

Принципиальная схема блока индикации ошибок представлена на рисунке 1.4.4

Рисунок 1.4.4 Принципиальная схема блока индикации ошибок

Сопротивление токоограничительных резисторов выбираем из условия

(4)

где = 0.4 В - уровень напряжения лог «0» инвертора.

Выбираем из стандартного ряда значений Е24 величину сопротивления 270 Ом. Согласно [1] выбираем резистор R_2-4 - МЛТ-0.125-270Ом+5%.

Разработка блока цифровой индикации

Блок цифровой индикации формирует номер строки диагностического теста в режиме ручного тестирования. Для получения семисегментного кода, отображаемого на индикаторе, используем програмную перекодировку.

В качестве индикатора используем одноразрядный полупроводниковый семисегментный индикатор с общим анодом типа АЛС321Б, имеющий параметры:

- средний прямой ток через один сегмент индикатора I_пр=20 мА;

- прямое падение напряжения на одном сегменте U_пр=3.6В.

Для обеспечения обратного прямого тока индикатора используюем буферный регистр типа КР1533ИР33, обладающий высокой нагрузочной способностью (I⁰_вых=20мА).

Управление регистром осуществляется по входу С от линий порта Р3.4. при высоком уровне сигнала С=1 триггеры регистра «прозрачны» и их выходы повторяют сигналы на входах, при низком уровне сигнала С=0 триггеры защелкиваются, т.е. запоминают состояние входа в этот момент, после этого сигналы на входах регистра могут иметь произвольное значение.

Так управление индикатором осуществляется уровнем логического «0» с выхода регистра, то на вход регистра необходимо подавать инверсное значение данных с порта Р0 микроконтроллера для отображения их на индикаторе HG1.

Принципиальная схема блока цифровой индикации изображена на рисунке 1.4.4

Рисунок 1.4.4 Принципиальная схема блока цифровой индикации

Токоограничительные резисторы выбираем из условия



, (5)

где = 0.4 В - напряжение логического «0» на выходе регистра.

Выбираем из стандартного ряда значений Е24 сопротивление равное 51 Ом. Согласно [1] выбираем резисторы R_14-21-МЛТ-0.125-51Ом+5%

Так как при програмной перекодировке все линии порта Р0 заняты, то для подключения блока управления к линиям этого же порта необходимо применить дополнительный буферный регистр.

Разработка блока индикации состояний

Блок предназначен для отображения в двоичном коде выходных сигналов тестируемой ИМС в режиме ручного тестирования. В качестве индикаторов используем полупроводниковые светодиоды типа Ал307Б. для обеспечения среднего прямого тока, протекающего через светодио и управления режимом работы светодиода используем буферный логический элемент типа К555ЛА13 - элемент 2И-НЕ с открытым коллектором (I⁰_вых=28мА).

Принципиальная схема блока индикации состояний представлена на рис. 1.4.5

Рисунок 1.4.5 Принципиальная схема блока индикации состояний



Управление индикацией осуществляется по линии порта Р3.1. при высоком уровне сигнала Р3.1=1 на выходе логических элементов формируется напряжение низкого уровня и на индикаторах отображается значение выходных сигналов тестируемой ИМС. При низком уровне Р3.1=0. Значение сопротивления токоограничительных резисторов выбираем из условия

, (6)

где = 0.4 В - уровень напряжения логического «0» на выходе логического элемента.

Из стандартного ряда значений Е24 выбираем сопротивление R=270 Ом. Согласно [1] выбираем резистор R_24-26-МЛТ-0.125-270Ом+5%

Расчёт блока управления

Блок управления предназначен для выбора режима тестирования и управления работой ИМС. Блок управления включает следующие устройства управления:

- кнопка «тест» при нажатии которой гаснет индикаторв готов и МК переходит в режим тестирования;

- кнопка «сброс» после нажатия которой происходит гашение индикаторов результата тестированя, включается индикатор готов и проверяемую микросхему можно извлечь из сокета;

- кнопка 2авт./ручн.» предназначена для выбора режима тестирвования автоматический или ручной;

- кнопка «шаг» предназначена для ввода следующей строки диагностического теста.

Кроме этого к блоку управления относится кнопка аппаратного сброса SBI-«сброс аппаратный».

Принципиальная схема блока управления представлена на рисунке 1.4.6

Рисунок 1.4.6 Принципиальная схема блока управления

Схема предназначена для програмной перекодировки и одного знакоместа цифрового дисплея.

Согласно [1] выбираем резистор R₁-МЛТ-0.125-4.7кОм+5%. Регистр управляется от линии порта Р3.3 при низком уровне Р3.3=0 триггеры регистра «прозрачны», при высоком уровне напряжения Р3.3=1 выходы регистра переходят в Z состояние.

1.5 Разработка блока питания

Для питания схемы необходим источник постоянного напряжения +5В. Определяем полный потребляемый ток МКС на основании данных таблицы 1.6

Таблица 1.6 - Ток потребления элементов МКС

Элемент	Количество	Iпот, мА	Итого, мА
К1816ВЕ751	1	220	220
КР1533ИР33	2	27	54
К555ЛА13	1	12	12
К155ЛН3	1	51	51
АЛ307Б	6	10	60
АЛС321Б	7	20	140
К155ИМ1	1	35	35
Итого:	572

В качестве схемы стабилизатора выбираем ИМС К142ЕН4. ИМС имеет защиту от перегрева и перегрузки по току.

Основные электричесике параметры ИМС:

U_{вх min}>9В; U_{вых max}<48В; I_{вых max}<10³мА; К_{нс U}<0.05%; К_{нс I}<0.25%; U_вых=3..30В.

Принципиальная схема блока питания представлена на рисунке 1.5.1

Рисунок 1.5.1 Принципиальная схема блока питания

Рекомендуемые справочные значения элементов:

C₆=2.2мкФ; C₇=4700нФ; R₂₈=1.6кОм; R₂₉=22кОм.

Для разгрузки ИМС используем транзистор VT₁, который выбираем из условия:

I_{к max}>I_пот=0.572А; (7)

U_{кэ max}>U₀-U_+5B=16.8-5=11.8В; (8)

Р_{к max}>U_{кэ max}•I_пот=16.8•0.572=9.61Вт. (9)

где U₀-среднее выпрямленное значение напряжения на входе стабилизатора.



U₀=(U_+5B+ U_{вх min})•(1+К_н+К_п)=(9+5)•(1+0.1+0.1)=16.8В (10)

К_н=0.1- коэффициент нестабильности сети;

К_п=0.1 - коэффициент пульсации на входе стабилизатора.

Выбираем транзистор КТ825Г, имеющий параметры:

I_{k max}=20A; U_{кэ max}=90В; Р_{к max}=125Вт; - h_21Э=750…18000.

Сопротивление R₂₇ выбираем из условия

U_вх=I_{вых max}• R₂₇=0.7В; (11)

(12)

Принимаем из ряда Е24 ближайшее стандартное значение R₂₇=3.6Ом.

В качестве выпрямителя используем мостовую схему, для которой согласно справочных данных режимы работы диодов определяется выражением.

U_{0 обр}=1.57•16.8=26.4В; (13)

I_{ср пр}=0.5•I₀=0.5•0.572=0.286А, (14)

где I₀=I_пот=0.572А

I_{ср max}=1.57• I₀=0,898А. (15)

Выбираем диод типа КД242А, имеющий параметры:

U_{об max}=100В; I_пр=10А; I_{пр max}=10А; U_пр=1В.

В качестве фильтра на выходе выпрямителя применяем емкость C₁, значение ёмкости определяем исходя из заданного коэффициента пульсации.

(16)



где =7 мс - время разряда ёмкости при частоте 50 Гц и двухполупериодном выпрямлении.

(17)

- эквивалентная нагрузка на постоянном токе.

Выбираем ближайшее стандартное значение из ряда Е24 С₁=2200мкФ.

Согласно [1] выбираем резисторы и конденсаторы:

R₂₇-МЛТ-0.125-3.6Ом+5%;

R₂₈- МЛТ-0.125-1.6Ом+5%;

R₂₉-СП3-19-0.25-30кОм;

C₅-К50-25В-2200мкФ-+30%;

С₆-К10-47В-25В-22мкФ+30%;

С₇- К10-47В-25В-4700нФ+30%.

Действующее значение вторичного напряжения трансформатора равно:

, (18)

где =1В - прямое падение напряжения на диодах мостового выпрямителя.

Полная габаритная мощность трансформатора при подключении мостового выпрямителя работающего на емкостную нагрузку равна:

S_Т=1.66•U₀•I₀=1.66•16.8•0.8=22.2ВА. (19)

Действующее значение тока вторичной обмотки при подключении мостового выпрямителя:



I₂=1.11•I₀=0.64А. (20)

Выбираем стандартный трансформатор из условия

S_н>S_т=22.3ВА; U_2н>U₂=14.5В; I_2н>I_2y=0.64А.

Согласно [1] выбираем трансформатор ТПП251. Имеющего параметры

S_н= 22,3ВА; U₂= 15,08В; I₂= 0,73А;



2. Эксплуатационно технологический раздел

2.1 Построение диагностических тестов для заданной ИМС

Таблица истинности тестируемой имс представлена в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Таблица истинности тестируемой имс К155ИМ1

№	А1	А2	А3	А4	В1	В2	В3	В4	Р1	S	S?	Р2
1	0	1	1	1	0	1	1	1	0	0	1	1
2	1	1	1	1	0	1	1	1	0	1	0	1
3	0	1	1	1	1	1	1	1	0	1	0	1
4	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	1	1
5	0	1	1	1	0	1	1	1	1	1	0	0
6	1	1	1	1	0	1	1	1	1	0	1	0
7	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0	1	0
8	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0

На основании талицы истинности составляем таблицы диагностических тестов для состояния разрядов порта Р1 и Р2 микроконтроллера (таблица 2.2; 2.3; 2.4).

Таблица 2.2 - состояние разрядов порта Р1 при тестировании имс

№	Вывод ИМС	-	6	5	4	3	2	1	-	DEC	HEX
	Назначение вывода	-	S?	S	Р2	Р1	В4	В3	-
	Вывод порта	Р1.7	Р1.6	Р1.5	Р1.4	Р1.3	Р1.2	Р1.1	Р1.0
1	Состояние выводов	0	1	1	1	0	1	1	0	118	76
2		0	1	1	1	0	1	1	0	118	76
3		0	1	1	1	0	1	1	0	118	76
4		0	1	1	1	0	1	1	0	118	76
5		0	1	1	1	1	1	1	0	126	7Е
6		0	1	1	1	1	1	1	0	126	7Е
7		0	1	1	1	1	1	1	0	126	7Е
8		0	1	1	1	1	1	1	0	126	7Е



Таблица 2.3 - состояние разрядов порта Р2 при тестировании имс

№	Вывод ИМС	-	13	12	11	10	9	8	-	DEC	HEX
	Назначение вывода	-	В2	В1	А4	А3	А2	А1	-
	Вывод порта	Р2.7	Р2.6	Р2.5	Р2.4	Р2.3	Р2.2	Р2.1	Р2.0
1		0	1	0	1	1	1	0	0	94	5С
2		0	1	0	1	1	1	1	0	92	5Е
3		0	1	1	1	1	1	0	0	124	7С
4		0	1	1	1	1	1	1	0	126	7Е
5		0	1	0	1	1	1	0	0	92	5С
6		0	1	0	1	1	1	1	0	94	5Е
7		0	1	1	1	1	1	0	0	124	7С
8		0	1	1	1	1	1	1	0	126	7Е

Таблица 2.4 - состояние выходов имс при правильном тестировании

№	Вывод ИМС	4	6	5	DEC	HEX
	Назначение вывода	Р2	S?	S
	Вывод порта	Р1.4	Р1.6	Р1.5
1		1	1	0	6	6
2		1	0	1	5	5
3		1	0	1	5	5
4		1	1	0	6	6
5		0	0	1	1	1
6		0	1	0	2	2
7		0	1	0	2	2
8		0	0	1	1	1

2.2 Разработка программы тестирования на языке Assembler

Р3.7	Р3.6	Р3.5	Р3.4	Р3.3	Р3.2	Р3.1	Р3.0
0	0	0	0	0	1	0	0

00000100₂=4₁₀=04Н

Для инициализации выводим в порт Р3 словосостояние 00000100=04Н



Управление блоками МПС осуществляется от линий порта Р3 согласно данных таблицы 2.5

Таблица 2.5 - состояние линий порта Р3 при управлении МПС

Р3	Состояние	Назначение
Р3.7	Логическая 1	Индикатор ошибка, включен
	Логический 0	Индикатор ошибка, выключен
Р3.6	Логическая 1	Индикатор норма, включен
	Логический 0	Индикатор норма, выключен
Р3.5	Логическая 1	Индикатор готов, включен
	Логический 0	Индикатор готов, выключен
Р3.4	Логическая 1	Регистр цифровой индикации, ввод данных
	Логический 0	Регистр цифровой индикации, запоминание данных
Р3.3	Логическая 1	Регистр клавиатуры, блок управления включен
	Логический 0	Регистр клавиатуры, блок управления выключен
Р3.2	Логическая 1	Питание ИМС, отключено
	Логический 0	Питание ИМС, выключено
Р3.1	Логическая 1	Индикация состояний ИМС, включено
	Логический 0	Индикация состояний ИМС, выключено
Р3.0	Логическая 1	-
	Логический 0	-

При первом включении МПС все порты МК настроены на ввод информации и на их выходах сформированы логические 1. Поэтому необходимо выполнить инициализацию МПС: погасить индикаторы и настроить линии портов на ввод сигналов от блока управления.

Временная задержка используется в программе работы МПС после подачи питания на тестируемую ИМС, а так же для устранения влияния дребезга контактов при срабатывании управляющих кнопок. Временная задержка реализуется подпрограммой DELAY, в которой используется 2 вложенных цикла:

MOV R6, #EXTR

MOV R7, #INTR

LOOP1:DJNZ R7, LOOP1

LOOP2:DJNZ R6,LOOP2

RET

В описании команд на контроллер указывается, за сколько машинных циклов выполняется каждая команда:

MOV-2 МЦ;DJNZ-2 МЦ; RET-2 МЦ; CALL-2 МЦ.

Время машинного цикла связано со тактовой частотой контроллера в соотношении.

Принимаем время внутреннего цикла t_внутр=500мкс, а внешнего t_внешн=20мс. Таким образом подпрограмма реализует задержку на 20мс используя повторение внутреннего цикла 500мкс.

Таблица 2.6 - Формирование результата в ячейке 23Н

Разряд ячейки	23Н.7	23Н.6	23Н.5	23Н.4	23Н.3	23Н.2	23Н.1	23Н.0
Вывод порта	-	-	-	-	-	Р1.4	Р1.6	Р1.5
Вывод ИМС	-	-	-	-	-	Р2	S?	S

2.3 Разработка алгоритма поиска и устранения неисправности

Методы поиска неисправности в устройствах ЭВС:

1) Метод измерений. Метод применяется в случаях, когда имеется информация о предположительном местонахождении неисправности в блоке. Метод заключается в том, чтобы после проверки значений постоянных (переменных) напряжений в схеме ЭВС найти противоречия в его работе и на их основе отыскать неисправные ЭРЭ. При данном методе производят измерения в характерных точках, для установления формы электрического сигнала, длительности импульсов, величины постоянных и переменных напряжений.

2) Метод воздействия - заключается в том, что специалист, осуществляющий ремонт ЭВС воздействует на различные участки цепи. Реакция устройства на эти воздействия дает дополнительную информацию о местонахождении дефекта. К способам воздействия относится: установка перемычек, замыкание контрольной точки на корпус, подключение работоспособному конденсатору параллельно другому элементу РЭА, подача электрических сигналов к различным участкам цепи.

3) Метод исключения - элементы, входящие в состав блоков ЭВС, условно можно разделить на 2 группы: основные и вспомогательные. К основным относятся элементы, формирующие выходные параметры устройства. К вспомогательным, относятся элементы, предназначенные обеспечить качество выходных параметров (устройство защиты по току и напряжению, устройство стабилизации выходного уровня, дополнительные фильтры по питанию и т.д.). Метод исключения состоит в том, чтобы из неисправного блока изъять вспомогательный элемент и провести анализ блока в целом. Основные способы отыскания неисправностей: соединение или закарачивание электрических цепей, отключение элементов, исключение последовательных и параллельных цепей и т.д.

Неисправность	Причина	Метод устранения
Не поступает питание на устройство	Отсутствие контакта, отсутствие напряжения в сети	Проверить наличие напряжения в сети, проверить контакт проводников питания и устройства
Не работает световая индикация	Отсутствие напряжения питания в устройстве, выход из строя световой индикации	Проверить наличие напряжения питания, проверить световую индикацию на работоспособность



2.4 Разработка технологической инструкции технической эксплуатации микропроцессорной системы

Разработанная микроконтроллерная система предназначена для тестирования ИМС типа К155ИМ1, по принципу «Годен»/«Негоден», выполняя функциональный контроль интегральной микросхемы.
Для подключения к устройству интегральной микросхемы используется разъем (сокет) для корпуса типа DIP-14.

Техническая инструкция технологической эксплуатации микропроцессорной системы по проверке интегральной микросхеме:

1) Включить электропитание устройства, при этом загорается индикатор с надписью «Готов».

2) Вставить тестируемую интегральную микросхему в сокет устройства.

3) Нажать кнопку с надписью «Тест». При нажатии кнопки «Тест» подается электропитание на тестируемую интегральную микросхему и гаситься индикатор «Готов».

4) Выбирается режим тестирования при помощи кнопки «Автоматический/Ручной».

4.1) При нажатии кнопки «Автоматический/Ручной», выбирается ручной режим тестирования, который выполняется при нажатии кнопки «Шаг». При этом на цифровой индикации отображается номер строки диагностического теста, а на светодиодной индикации, состояние выходов тестируемой интегральной микросхемы и результаты тестирование на индикаторах «Норма» и «Ошибка».

4.2) При отжатом состоянии кнопки «Автоматический/Ручной», выбирается автоматический режим тестирования. При этом результаты тестирования отображаются на индикаторах «Норма» и «Ошибка».

5) По окончании тестирования нажать кнопку «Сброс» для перевода устройства в исходное состояние.

6) При неправильной работе устройства (зацикливание режимов работы, отсутствие реакции на управляющие кнопки и т.д.) нажать кнопку «RESET» для перевода устройства в исходное состояние.



3. Энерго- и материалосбережение

Энергообеспечение системы измерения для почти любой цифровой схемы заключается в использовании микросхем ТТЛШ типа, которые обладают наибольшим быстродействием и малой потребляемой мощностью по сравнению почти с любыми отечественными сериями микросхем их характеристики лучше, чем у самых распространенных микросхем ТТЛ типа.

Необходимо обеспечить, чтобы как можно меньшее количество электроэнергии, проходящей через проводники, превращалось в тепловую; это обеспечит большее КПД устройства, а следовательно большую долговечность устройства.

Для выполнения устройства менее энергоёмким и материало-затратным могут применяться следующие решения:

- использование элементной базы с пониженным энергопотреблением (в данном устройстве использован микроконтроллер с пониженным энергопотреблением);

- уменьшение площади, занимаемой данным изделием - миниатюризация;

-объединение нескольких блоков в один, что позволит применить один источник питания, для как можно большей части схемы.

Так же можно привести примеры, позволяющие уменьшит затраты при производстве устройства:

-уменьшение размеров печатной платы за счет увеличения плотности компоновки и рационального использование пространства платы, что экономит текстолит, затрачиваемый на изготовление платы;

-использование более оптимальных способов монтажа элементов на плату, что позволит еще больше уменьшить площадь, занимаемую радиоэлементами, что приведет к еще большей миниатюризации данного устройства.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта, были выполнены следующие задачи:

· Разработана структурная схема МПС;

· Произведен выбор элементной базы;

· Разработана принципиальная схема;

· Разработан блок питания МПС;

· Разработано программное обеспечение;

· Были разработаны диагностические тесты для тестируемой микросхемы К155ИМ1 и написана программа тестирования на языке Assembler;

· Разработана технологическая инструкция по поиску и устранению неисправностей устройства;

· Разработана технологическая инструкция по эксплуатации МПС;

· Рассмотрены такие темы как охрана труда, охрана окружающей среды и энерго- материалосбережение.



Литература

1. Акимов Н.Н., Е.Л. Ващуков, Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справочник.- Мн: Беларусь, 1994 г.

2. Богданович М.И., Цифровые интегральные микросхемы Справочник.

-М.: Радио и связь, 1994 г.

3. Мальцев П. П., Цифровые интегральные микросхемы Справочник.

-М.: Радио и связь, 1994 г.

4. Новаченко И.В. Телец В.А. «Охрана труда и окружающей среды». Дополнение второе: Справочник. - М.: Радио и связь, 1991 г.

5. Якубовский С.В., Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990 г.

Размещено на Allbest.ru