Пристрій мікропроцесорної обробки аналогової інформації

---

Міністерство освіти і науки України

Національний університет “Львівська Політехніка”

Кафедра САПР

Курсова робота

з курсу“ Компютери та мікропроцесорні системи”

Пристрій мікропроцесорної обробки

аналогової інформації

Керівник: Виконав:

Процько І.О. студент: _________

“Допущено до захисту” група: КН-________

_____________2004р. Залікова книжка № ________

Оцінка: _________________

підпис______________ підпис___________________

Львів - 2004

Завдання на курсову роботу

Тема курсової роботи: “Мікропроцесорна обробка аналогової інформації”.

Постановка задачі: Розробити компоненти технічного і програмного забезпечення мікропроцесорного пристрою на базі МП КР580ВМ80, який включає аналогово-цифровий і цифро-аналоговий перетворювачі і виконує функцію цифрової обробки аналогової інформації. Обробка описується заданим пропорційно-інтегро-диференціальним рівнянням, що повязує аналогові сигнали x(t) на вході і y(t) на виході системи.

Термін здачі курсової роботи: 29.12.2004 року.

Початкові дані:

Функціональна залежність:

Розрядність АЦП і ЦАП: 12;

Полярність вхідного сигналу: двополярний;

Організація обміну з АЦП: через переривання RST 5; використати 1-й режим роботи КР580ВВ55;

Обєм ОЗП: 8Кб; організація мікросхеми памяті: 2048x8;

Вид функціонального вузла: системний контролер з використанням КР580ВК28.

Анотація

“Пристрій мікропроцесорної обробки аналогової інформації”. Курсова робота. - НУ ”Львівська політехніка”, каф.: САПР, дисципліна: “Компютери і мікропроцесорні системи”, 2004.

Курсова робота складається з 35 сторінок, 11 таблиць, 16 схем, 1 додатку.

В даній роботі розроблено компоненти апаратного і програмного забезпечення мікропроцесорного пристрою, який включає аналого - і цифро-аналогові перетворювачі і виконує обробку за функціональною залежністю . Дана робота охоплює ввід і первинну обробку аналогової інформації, подальшу цифрову обробку інформації за програмою і вхідними даними, а також вивід обробленої інформації в аналоговій формі для подальшого використання.

Виконання курсової роботи має за мету: поглиблення теоретичних знань, технічних і програмних засобів мікропроцесорних пристроїв; розвиток навиків самостійної розробки загальної структури МПП з аналогово-цифровим і цифро-аналоговим перетворенням інформації, побудови принципових схем окремих вузлів принципів, розробки та відлагодження програмного забезпечення на мові асемблеру мікропроцесора КР580ВМ80; набуття навиків роботи з технічною та довідниковою літературою з питань реалізації ряду вузлів МПП, вибору аналого-цифрового і цифро-аналогово перетворювачів (АЦП і ЦАП), використання стандартних підпрограм з прикладного програмного забезпечення МП КР580ВМ80.

Зміст

Перелік умовних скорочень

Вступ

1. Синтез аналогової схеми фільтру

2. Синтез структурної схеми цифрового фільтру

3. Вибір і обґрунтування типу АЦП і ЦАП

3.1 Вибір типу АЦП

3.2 Вибір типу ЦАП

3.3 Структура представлення даних

4. Структурна схема та алгоритм функціонування МПП

4.1 Опис структурної схеми МПП

4.2 Розподіл адресного простору

4.3 Алгоритм функціонування МПП

5.Загальна структура програми роботи МПП

5.1 Опис програм вводу, виводу

5.2 Опис програми обробки інформації

5.3 Оцінка верхньої фінітної частоти вхідного аналогового сигналу

6. Опис функціонального вузла

Аналіз результатів та висновки

Список використаної літератури

Додаток 1

Перелік умовних скорочень

Скорочення	Пояснення
МП ОП ГТІ ТІ ШК ШД ША ППІ ПКП РЗК РКС ЦІС ІС ТТЛ АЦП ЦАП ВІС ЕОМ ОЗП ПЗП КМОН	мікропроцесор; операційний підсилювач; генератор тактових імпульсів; тактові імпульси; шина керування; шина даних; шина адрес; програмований паралельний інтерфейс; програмований контролер переривань; регістри загального користування; регістр керуючого слова; цифрові інтегральні мікросхеми; інтегральна схема; транзисторно транзисторна логіка; аналогово-цифровий перетворювач; цифро-аналоговий перетворювач; велика інтегральна схема; електронно-обчислювальні машини; оперативний запамятовуючий пристрій; постійний запамятовуючий пристрій; комплементарний метал оксид напівпровідник;

Вступ

Сучасний рівень автоматизації в промисловості значною мірою забезпечується застосуванням систем програмного керування на базі мікропроцесорних обчислювальних пристроїв. Тому спеціалісти, які експлуатують та проектують системи автоматичного керування, повинні володіти відповідними знаннями не тільки для програмування мікропроцесорних обчислювальних пристроїв, але й для побудови та функціонування мікропроцесорних систем, мати навики роботи з ними для використання під час проектування та експлуатації систем програмного керування найрізноманітнішими пристроями та механізмами. Адже сфери використання мікропроцесорних пристроїв та систем надзвичайно різноманітні. Це універсальні обчислювальні пристрої - компютери та калькулятори, а поза тим - системи керування електроприводами промислових механізмів та установок, робототехніка, системи контролю та сигналізація, електропобутова техніка, електричні системи і комплекси транспортних засобів тощо.

Електроніка як галузь техніки розвивається виключно швидкими темпами. Вона пройшла шлях від громіздких ламп до компактних транзисторів які з часом майже повністю замінили великі інтегральні схеми з густиною розміщення компонентів до десятків мільйонів транзисторів на одному кристалі. Зараз відбувається глобальні інтеграція електронних пристроїв: наприклад ядро мікропроцесора Pentium II з частотою 400 MHz запросто поміщається на монеті в 25 копійок, а сам персональний компютер на його основі без проблем поміщається на письмовий стіл, тоді як років 10 назад набагато менш потужні системи займали величезні приміщення і коштували купу грошей; мобільний телефон, процесор якого по потужності наближається до всієї обчислювальної потужності Пентагону 70-х років запросто ховається в долоні.

Забезпечення високого технічного рівня автоматичних систем управління, радіотехнічних комплексів, засобів звязку, гнучких автоматизованих виробництв можливе лише на основі оптимального розподілу функцій між цифровими та аналоговими частинами в межах конкретної системи. Тому аналогові мікросхеми поряд із цифровими мікросхемами широко застосовуються у сучасних радіоелектронних засобах для підсилення, перетворення та обробки аналогових сигналів. Одночасно з розвитком інтегральної технології методи розробки та застосування аналогових мікросхем стають дійовим засобом успішного розвязання складних інженерних задач проектування радіоелектронної апаратури за умови оволодіння ними інженером-розробником.

1. Синтез аналогової схеми фільтру

Пристрій, що реалізує на основі певної функціональної залежності перетворення вхідного аналогово сигналу у аналоговий вихідний сигнал називають аналоговим фільтром. Передавальна характеристика аналогово фільтру забезпечує відповідні амплітудно-частотні та фазово частотні залежності, що визначає тип фільтру.

У відповідності до індивідуального завдання функціональна залежність виглядає наступним чином:

де x(t) - вхідний аналоговий сигнал; y(t) - вихідний аналоговий сигнал;

Виразимо y(t):

; (1.1)

На схемі.1 зображена функціональна схема аналогово фільтру. На основі ОП1,ОП3, ОП4 зібрано схему диференціатора, на ОП2,ОП5 - схема інвертування, на ОП6 - схема додавання.

Схема 1. Функціональна схема аналогового фільтра

А константи при змінних тоді будуть виражені так:

; ; ;

2. Синтез структурної схеми цифрового фільтру

Технічні характеристики аналогових схем фільтрів на практиці обмежені та потребують схем корекції від температурного дрейфу та інших зовнішніх впливів. Цифрові методи обробки інформації оминаєть ці недоліки і знайшли широке застосування з появою мікропроцесорних пристроїв. Мікропроцесорна обробка характеризується збільшенням точності функціонального перетворення, швидкістю та гнучкістю, що забезпечується цифровим програмуванням та можливістю фільтрації більшого числа аналогових сигналів.

В лінійних системах вхідний х(t) та вихідний y(t) аналогові сигнали в загальному випадку звязані пропорційно-інтегро-диференціальним законом регулювання. Розглянемо перехід від пропорційно-інтегро-диференціальної функціональної залежності до її представлення в кінцево-різницевій формі.

Дискретизація аналогово рівня полягає в заміні безперервної величини її дискретними відліками ( x(t)x_n, y(t) y_n ) і відповідними перетвореннями похідних та інтегралів. Очевидна дискретизація першої похідної - її заміна першою скінченною різницею:

де t -інтервал дискретизації.

Аналогічно скінченні різниці використовуються для дискретизації похідних вищих порядків. Так, наприклад, похідна другого порядку може бути замінена виразом:

Одним із способів дискретизації інтеграла полягає в його усунені шляхом диференціювання рівняння. Інший спосіб прямої дискретизації повязаний з такими перетвореннями:

В результаті часової дескретизації при заміні безперервної величини її дискретними відліками ( x(t)x_n, y(t) y_n ) для заданого рівняння отримаємо рівняння цифрового фільтру. Це рівняння в загальній формі при обробці інформації в реальному масштабі часу, має вигляд:

де m i k - кількість відліків, які обробляються цифовим фільтром в кожний момент часу ( додатні цілі числа ); a_i , b_j коефіцієнти, які визначають характеристики фільтра.

При наявності в правій частині рівняння членів виду y_n-1 фільтр називається рекурсивним, при відсутності таких членів - нерекурсивним.

Розглянемо наступне рівняння:

; (2.1)

Застосувавши до нього вищевказані заміни отримаємо:

;

;

А замінивши константи на коефіцієнти:

; ; ;

Отже рівняння цифрового фільтру не є рекурсивним і виглядатиме наступним чином:

; (2.2)

Цифровий фільтр може бути реалізований як апаратурно, так і програмно. При апаратурній розробці необхідними схемними елементами є вузли, що реалізують перемножувачі, суматори і елементи затримки.На схемі 3 зображена структурна схема апаратної реалізації цифрового фільтра, який описується рівнянням (2.2).

Схема 3. Структурна схема цифрового фільтра

Де використані такі структурні елементи:

Дана структурна схема складається з суматора, який обєднує три складові.

3. Вибір і обґрунтування типу АЦП і ЦАП

3.1 Вибір типу АЦП

Вибір типу АЦП здійснювався за такими критеріями:

Кількість розрядів повинно відповідати умовам індивідуального завдання;

Керування роботою здійснюватиметься з мінімальними апаратними і програмними затратами;

Цифрові виходи повинні мати логічні рівні ТТЛ-логіки, тобто допускається пряме підключення до каналів вводу-виводу;

Відповідність полярності вхідного сигналу до завдання.

Проаналізувавши запропоновані мікросхем ЦАП, зокрема К572ПВ1 (КР572ПВ1) і К1108ПВ2, я дійшов висновку що найкраще вище перерахованим критеріям відповідає ВІС АЦП К572ПВ1. Дамо коротку характеристику цій мікросхемі.

Напівпровідникова ВІС 12-ти розрядного АЦП, типу К572ПВ1 (А, Б, В) є універсальним багатофункціональним вузлом для пристроїв вводу-виводу МП систем низької і середньої швидкодії. Разом із зовнішніми ОП , ГТІ мікросхема виконує функції АЦП послідовного наближення з виводом паралельного двійкового коду через вихідні каскади з трьома станами, а також помножуючого АЦП з паралельним і послідовним вводом інформації. Конструктивно ВІС виконана в плоскому металокерамічному герметичному корпусі типу 4134.48-2.

У склад ВІС входять пристрої для організації побайтового обміну інформації з 8-розрядною шиною даних МП. В режимі АЦП існує можливість організації синхронної і циклічної роботи, довільного зменшення числа розрядів і виводу даних в послідовному коді.

Основні електричні параметри мікросхеми при температурі довколишнього середовища 25 10 ⁰С

Не менше Не більше

Нелінійність _L, %:

К572ПВ1А -0,05 0,05

К572ПВ1Б -0,1 0,1

К572ПВ1В -0,2 0,2

Диференційна не лінійність _LD, %:

К572ПВ1А -0,1 0,1

К572ПВ1Б -0,2 0,2

К572ПВ1В -0,4 0,4

Вихідна напруга низького рівня U_0L, B: -- 0.3

Вихідна напруга високого рівня U_0H, B: 2,4 --

Струм споживання І_СС1, мА: -- 3

Струм споживання І_СС2, мА: 5 --

Типове значення вихідного струму при U_REF = 10 В становить 50 мА. Вхідний струм управління не перевищує 1 мкА. Нормальне функціонування ВІС забезпечується при тактовій частоті до 250 кГц.

Кількість виводів мікросхеми становить 48. Їх нумерація і призначення наведені у таблиці 1.

Таблиця 1.Призначення виводів ВІС К572ПВ1

Вивід	Призначення
1 2 3 4-15 16 17 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 40 41 42 43 44 45 46 47 48 18-21, 33-39	послідовний вхід; вхід управління СР; напруга живлення UCC1; цифровий вхід-вихід ( від СР до МР ); вхід управління МР; вхід управління режимом; вихід Цикл; вхід порівняння; напруга живлення UCC2; вхід ТІ; вихід Кінець перетворення; вхід Пуск; вхід Цикл; вхід стробування ЦАП; цифрова земля; кінцевий вивід РМ R-2R; загальний вивід резисторів R/2, R/4; вивід резистора R/4; вивід резистора R/2; зразкова напруга UREF; аналоговий вхід 1; аналоговий вхід 2; загальний вивід резисторів аналогових входів 1 і 2; аналоговий вихід 1; аналоговий вихід 2; аналогова земля; незадіяні виводи.

Мікросхема працює від двох джерел живлення U_CC1 = ( 5 15 ) В 5 % і U_CC2 = 15 В 5 %. При узгоджені мікросхеми з ТТЛ схемами, напругу живлення U_CC1 установлюють 5 В 5%, а при узгоджені з КМОП схемами - 15 В 5 %. При любій U_CC2 напруга високого рівня на вході порівняння не повинна бути менша за 10 В.

Гранично допустимі і граничні значення електричних режимів експлуатації:

Гранично допустимі Граничні

Не менше Не більше Не менше Не більше

Зразкова напруга U_REF, В: -10,29 10,29 -15 15

Вхідна напруга високого рівня U_IH, В: -2,4 5,25 2,4 17

Вхідна напруга низького рівня U_IL, В: 0 0,4 0 0,4

Вихідний струм високого рівня I_0H, мА: -- 0,04 -- 0,04

Вхідний струм низького рівня I_0L, мА: -- 0,4 -- 0,4

Робота ВІС в режимі АЦП проходить у відповідності з добре відомим принципом послідовного наближення з програмованим зсувом. Часова діаграма АЦП наведена на схемі 4. Перетворення здійснюється за 12 робочих тактів, кожен з яких за тривалістю рівний двом імпульсам ГТІ. Допоміжний такт використовується для формування сигналу “кінець перетворення”. По цьому сигналу відбувається зчитування цифрової інформації.

Схема 4. Часова діаграма роботи ВІС К572ПВ1 в режимі АЦП.

В циклічному режимі роботи за періодом зчитування йде період повернення АЦП в початковий стан ( скидання ) по сигналу з виводу 22 ( Цикл ). Включення резисторів R/2 або 2R на вході компаратора А1 ( див. Додаток 2 ) забезпечує зміну U_IRN від 0,5 до 2 U_REF відповідно. Типовий час перетворення складає 110 мкс. Полярність діапазону вхідної напруги може бути любою і встановлюється вибором полярності U_REF.

Число розрядів перетворення може бути зменшено шляхом подачі на вхід 27 повторного сигналу “Запуск” по закінченню (n+1) такту. Зєднання виводів 22 і 28 переводить схему з синхронного режиму роботи в циклічний, при цьому на вхід 27 подається логічний 0.

Особливістю конструктивного-технологічного виконання ВІС АЦП К572ПВ1 дає можливість її сумісній роботі із серійними МП комплексами без застосування додаткових зовнішніх пристроїв.

Для спряження АЦП з МП доцільно використовувати програмований паралельний інтерфейс ( ППІ ) КР580ВВ55. У даній роботі використовується 1-й режим роботи ППІ.

На схемі 4 наведено фрагмент схеми підключення ВІС АЦП К572ПВ1 до шин МПП через КР580ВВ55 в режимі вводу інформації через ПКП.

Схема 4. Фрагмент схеми підключення ВІС АЦП К572ПВ1 до шин МПП.

На аналоговий вхід АЦП подається сигнал х(t). Цифрові виходи P(0-7) АЦП (молодші 8 біт ) підключені до каналу А ППІ, а цифрові виходи P(8-11) АЦП ( старші 4 біти ) - до молодшої тетради каналу В ППІ.

Вивід АЦП П ( пуск ) підключений до розряду 0 порта С. Цей сигнал кожен раз буде формуватись програмно.

Обмін між ППІ і МП здійснюється через виводи D(0-7), які підключені до шини даних. Канал А та В ППІ запрограмовані на ввід, розряди каналу С використовуються для керування обміном.

Запуск АЦП ( сигнал П ), здійснюється через паралельний інтерфейс КР580ВВ55 ( розряд 0 каналу С ).При поступлені на АЦП x(t) і при закінченні перетворення він виробляє сигнал готовності ГТ, який підключений до ПКП.Який в свою чергу подає сигнал INT на МП, і дочекавшись сигналу INTA від СК подає на шину даних код команди CALL і діставши іще два сигнали INTA подає на шину даних два байти адреси підпрограми обробника переривання. По такомуж алгоритму і буде підключена ВІС до нашого Програмованого Контроллера Переривань.

3.2 Вибір типу ЦАП

Вибір типу ЦАП здійснювався з урахуванням наступних вимог:

Кількість розрядів ЦАП співпадає із АЦП і відповідає умовам індивідуального завдання;

Цифрові входи мають логічні рівні ТТЛ - логіки, тобто допускають пряме підключення до каналів вводу-виводу;

Відповідність полярності вихідного сигналу до завдання і схем вибору ЦАП.

Проаналізувавши такі мікросхеми ЦАП, як К572ПА2 (КР572ПА2), К594ПА1, К1108ПА1, я зупинився на виборі мікросхеми К594ПА1.

Мікросхема типу К594ПА1 являє собою паралельний ЦАП з сумуванням струмів, комбінованою матрицею (зважених і R-2R резисторів), використовується для перетворення двійкового 12 розрядного коду в струм та працює зі стандартними рівнями сигналів від ТТЛ та КМОН ЦІС. Конструктивно ЦАП створений на двох кристалах, які знаходяться в металокерамічному корпусі. Мікросхема створена по біполярній планарно-епітаксіальній технології з p-n-p та n-p-n транзисторами.

Основні електричні параметри при температурі навколишнього середовища 2510 ^оС:

Не менше Не більше

Число розрядів ......12

Диференціальна нелінійність д(%)T: EI ; дозвіл переривань

DI ; перевірка не повинна перериватися

LDA 40BH ; Цикл очікування готовності АЦП,

CPI 1; перевірка змінної в памяті (“індикатора”) на рівність два.

JNZ WAIT; (чи відбулось переривання?), якщо ні, то продовжити цикл

DI ; програма не повинна перериватися

XRA A ; обнулити “індикатор”,

STA 40BH

CALL DEALW ; Викликати підпрограму обробки інформації

CALL CAP ; Вивести результат на ЦАП

JMP WAIT ; перехід на наступний робочий цикл

; Підпрограма ініціалізації

INIT: DI ; Ініціалізація не повинна перериватися

MVI A,92H; Програмування ППІ1: 0-й режим, порт А,В - ввід,С - вивід.

OUT 07H ; Адреса РКС для ППІ1

MVI A,80H; Програмування ППІ2: 0-й режим, порт А,В,С - вивід.

OUT 0FH ; Адреса РКС для ППІ2

MVI A,14H; Програмування таймера: лічильник - 0, спосіб запису -

OUT 0BH ; молодший байт, режим - 2, лічильник - двійковий.

MVI A,8 ; Запис в лічильник коефіцієнту ділення частоти - 8

OUT 08H ; Адреса РКС таймера

MVI A,F7H; Програмування програмованого контролера переривань ICW1.

OUT PICUL; молодший байт,адреси підпрограми обробки переривань.

MVI A,00H ; задання ICW2

OUT PICUH; старший байт,адреси підпрограми обробки переривань.

MVI A,FDH; задання OCW1,тобто задання обслуговуваних входів PIC.

OUT PICUH ; запис OCW1 в PIC.

MVI A,0h ; запис в память „0”

STA 40BH ; для індикації

LXI H,400H ; Встановлення адреси на початок ОЗП

MOV M,а₀ ; Запис в память коефіцієнту а₀

INX H ; Перехід на наступну комірку памяті

MOV M,а₁ ; Запис в память коефіцієнту а₁

INX H ; Перехід на наступну комірку памяті

MOV M,a₂ ; Запис в память коефіцієнту a₂

LXI H,0000H ; Встановлення „0” для x.

SHLD H,405H ; Встановлення „0” для x_n-1.

SHLD H,407H ; Встановлення „0” для x_n-2.

EI ; дозвіл переривань

RET ; повернення в головну програму

5.1 Опис програми вводу, виводу

Вводом даних займається програма обробки переривання, в задачу якої входить прочитати дані з АЦП, тобто з портів А і В ППІ1, і записати їх в оперативну память.

; Обробник переривання

IR1: DI ; Інші переривання заборонені

PUSH PSW; Збереження в стеку регістра прапорців і акумулятора

IN 04H; Читання молодших 8 інформаційних розрядів із порта

А STA 403H ; їх запис в оперативну память.

IN 05H; Читання старших 4-ох інформаційних розрядів із порта В

STA 404H ; їх запис в оперативну память.

MVI A,1 ; Інкрементування “індикатора” на 1, тобто вказівка головній

STA 40BH ; програмі, що переривання відбулося.

POP PSW; відновлення зі стеку регістра прапорців і акумулятора

EI ; дозвіл переривань

RET ; повернення в перервану програму

Підпрограма виводу обробленої інформації на ЦАП викликається в кінці робочого циклу головної програми, і в її задачу входить почергово записати у буферні регістри інформаційні розряди результату, для того, щоб потім одночасно подати їх на ЦАП. Запис у буферні регістри здійснюється через програмований паралельний інтерфейс ( ППІ2 ).

; Підпрограма виводу інформації на ЦАП

CAP: LDA 408H ; Завантаження з памяті 8 молодших розрядів результату

OUT 0CH; Їх вивід в порт А ППІ2 (запис в 1-й буферний регістр)

LDA 409H ; Завантаження з памяті 4 старших розрядів результату

OUT 0DH; Їх вивід в порт В ППІ2 (запис в 2-й буферний регістр)

MVI A,08H; Дозвіл виводу інформації із буферних регістів на ЦАП

OUT 0FH ; ( встановлення 4-го біту порта С ППІ2 в 0 )

MVI A,09H; Заборона виводу інформації із буферних регістів на ЦАП

OUT 0FH ; ( встановлення 4-го біту порта С ППІ2 в 1 )

RET ; Повернення в головну програму

5.2 Опис програми обробки інформації

Підпрограмам цифрової обробки інформації здійснює обчислення за одержаним рівнянням цифрового фільтру, тобто необхідно провести обчислення значення y_n за відомими значеннями x_n, x_n-1, y_n-1, та постійними коефіцієнтами.

; Підпрограма обробки інформації.

INFW: LHLD 403H ; Завантаження з памяті в регістри HL значення x_n

MOV B,H; Перепис даних із HL в BC ( специфіка підпрограми DMULT)

MOV C,L

LDA 400H ; Завантаження в акумулятор коефіцієнту а₀

CALL DMULT ; Множення x_n з a₀. Результат в HL

PUSH ; Збереження результату в стеку.

LHLD 405H ; Завантаження з памяті в регістри HL значення x_n-1

MOV B,H ; Перепис даних із HL в BC

MOV C,L

LDA 401H ; Завантаження в акумулятор коефіцієнту а₁

CALL DMULT ; Множення x_n-1 з a₁. Результат в HL

XCHG; Виконання операції HL=HL-DE, тобто (x_n*a₀)- (x_n-1*a₁)

MOV A,D

CMA

MOV D,A

MOV A,E

CMA

MOV E,A

INX D

POP H

DAD D

XCHG

LHLD 407H ; Завантаження з памяті в регістри HL значення x_n-2

MOV B,H ; Перепис даних із HL в BC

MOV C,L

LDA 402H ; Завантаження в акумулятор коефіцієнту a₂

CALL DMULT ; Множення x_n-2 з a₂. Результат в HL

DAD D ; HL=HL+DE, тобто (x_n*a₀)-(x_n-1*a₁)+(x_n-2*a₂)

MVI A,H

ANI 80H

JZ OVERF ; Перевірка: якщо результат відємний

LXI H,0; то присвоюємо йому нижню межу виводу на ЦАП ( тобто 0 )

JMP EXT

OVERF: MOV A,H

ANI 10H

JZ EXT ; якщо результат більший за 12 розрядів,

MOV A,H

ANI 20H

JZ EXT ; якщо результат більший за 12 розрядів,

MOV A,H

ANI 40H

JZ EXT ; якщо результат більший за 12 розрядів,

LXI H,0FFFH; то присвоюємо йому верхню межу виводу на ЦАП ( 4095 )

EXT: SHLD 409H ; Запис результату в память

LHLD 405H ; Переписати значення x_n-1 на місце x_n-2

SHLD 407H

LHLD 403H ; Переписати значення x_n на місце x_n-1

SHLD 405H

RET ; Повернення в головну програму

; Підпрограма множення (спеціалізована). Вхід: BC-множене, A- множник. Вихід: HL- результат

DMULT: PUSH D ; Збереження в стеку регістрів DE

LXI H,0

MVI E,8

Z1: DAD H

RAL

JNC Z2

DAD B

Z2: ACI 0

DCR E

JNZ Z1

MOV L,H; Зсув результату на 8 розрядів вправо (Це повязано із

MOV H,A ; специфікою формату представлення даних ).

POP D ; Відновлення зі стеку регістрів DE

RET ; Повернення в підпрограму обробки інформації

5.3 Оцінка верхньої фінітної частоти вхідного аналогово сигналу

Для визначення верхньої фінітної частоти, тобто значення максимальної частоти, що може міститися в аналоговому вхідному сигналі, необхідно порахувати максимальну кількість тактів при виконані обміну і обробки інформації.

Таблиця 9. Кількість тактів, що виконуються основним циклом програми

Частина програми	Кількість тактів	Число виконань за основний цикл	Кількість тактів
Основна	152	1	152
Підпрограма ініціалізації	245	1	245
Підпрограма обробки	460	1	460
Підпрограма множення	506	3	1518
Підпрограма виводу	90	1	90
Програма обробки переривання (вводу даних)	105	1	105
Разом	2570

Кількість тактів в циклі очікування головної програми розраховується у відповідності з t_пер АЦП.

Отже загальна кількість тактів основного циклу програми: N= 2570.

На основі теореми про вибірки ( дискретизації ) визначимо фінітну частоту роботи МПП. Дана теорема в ряді випадків називається теоремою Котельникова, Шеннона або Уіттекера - на честь вчених, що її сформували і довели незалежно один від одного. Теорема стверджує можливість представлення аналогово сигналу дискретним рядом, отриманим з АЦП, у випадку виконання умови:

де f_t - частота дискретизації; f_max - фінітна частота вхідного аналогово сигналу.

При тактовій частоті роботи МП КР580ВМ80 рівній 2,5 МГц отримаємо тривалість виконання основного циклу програми:

що відповідає частоті обміну і обробки інформації в МПП, яка рівна:

За теоремою про вибірки фінітна частота вхідного аналогово сигналу має бути вдвічі менша f_t, тобто

Отже, МПП ефективно з великою достовірністю проводить перетворення за функціональною залежністю аналогових сигналів з верхньою обмежувальною частотою 486,38Гц.

6. Опис функціонального вузла

Системний контролер КР580ВК28 призначений для фіксації слова стану процесора КР580МВ80А, формування сигналів які керують памятю і зовнішніми пристроями і буферизації шини даних.

Таблиця 10. Технічні характеристики

Технологія	ТТЛШ
Число активних елементів у кристалі	1141
Тип корпуса	2121.28-4
Напруга живлення,В	+5
Струм споживання,А	190
Ємність вхідна,Пф	12
Ємність вихідна,Пф	15
Маса, г	5

На схемі 15 зображено корпус системного контролера, а на умовне графічне зображення схеми електричної принципової . Функціональне призначення виводів контролера приведено в таблиці.

Схема 15.Схематичне зображення корпусуКР580ВК28.

До складу системного контролера входять: регістр стану ; декодуюча схема шинний формувач. В кінці першого такту кожного машинного циклу генератор КР580ГФ24 видає на вхід STSTB системного контролера строб відємної полярності. По цьому імпульсу виконується фіксація слова стану мікропроцесора в регістрі стану системного контролера, які потім дешифруються з допомогою декодуючої схеми, і на відповідному керуючому виході (MEMR, MEMW, I/OR, I/OW ) появляється сигнал, призначений для керування памяттю або зовнішніми пристроями . Вхід BUSEN використовується для керування виходами DB0-DB7, які приєднуються до системної шини. Якщо на цей вхід подати сигнал високого рівня, то виводи DB0-DB7 переходять у високоімпендансний стан, цим самим дозволяючи другим пристроям обінюватись даними через шину даних.

Якщо до входу INTA підключити через опір 1кОм джерело живлення +12В, то системний контролер виставить на шину даних код команди RST7. Якщо у відповідь на підтверджуючий сигнал низького рівня системного контролера INTA зовнішні пристрої видадуть на системну шину перший байт команди CALL (1101101), то системний контролер видасть ще два сигнали INTA для того щоб прочитати останні два байти команди CALL. Схема підключення системного контролера до мікропроцесора КР580МВ80А зображена на схемі в додатку.

Таблиця 11.Функціональне ризначення.

15,17,12,10,6,19,21,8	D0-D7	Входи -виходи	Підключаються до одноіменних входів процесора
13,16,11,9,5,18,20,7	DB0-DB7	Входи -виходи	Підключаються до ША
1	STSTB	Вхід	Строб слова стану процесора
2	HLDA		Підтвердження захвату
3	WR		Строб вводу даних
4	DBIN		Строб ШД при вводі
27	I/OW	Вихід	Запис у зовнішній пристрій
26	MEMW		Запис у память
25	I/OR		Читання із зовнішнього пристрою
24	MEMR		Читання з памяті
23	INTA		Підтвердження переривання
22	BUSEN	Вхід	Сигнал керування системною шиною

Аналіз результатів та висновки

Отже в ході курсової роботи були розроблені компоненти технічного і програмного забезпечення мікропроцесорного пристрою на базі МП КР580ВМ80, який включає аналогово-цифровий і цифро-аналоговий перетворювачі і виконує функцію цифрової обробки аналогової інформації. Зробимо короткий аналіз результатів виконаних робіт.

Аналогово схема фільтру на пасивних елементах використовує меншу елементну базу ніж схема фільтру на операційних підсилювачах, тому її використання є більш доцільним;

Рівняння цифрового фільтру є досить простим і не викликає особливих труднощів при його програмній реалізації;

Вибір типів АЦП і ЦАП, а також структура представлення даних забезпечують високу точність обчислень;

Структурна схема МПП включає всі необхідні вузли для повноцінного функціонування. Використання програмованого таймера дає можливість як збільшувати, так і зменшувати частоту тактових імпульсів для АЦП;

Підключення АЦП і ЦАП до мікропроцесора відбувається через паралельний інтерфейс КР580ВВ55, що забезпечує простоту обміну і стабільність роботи;

Програми на мові асемблера мікропроцесора КР580ВМ80 для вводу інформації через АЦП і виводу через ЦАП, а також програми відповідної цифрової обробки є максимально оптимізованими, виконуючи при цьому всі покладені на них функції. Однак у звязку з тим, що доводиться обробляти 12-ти розрядку вхідну інформацію, кількість тактів, що виконуються основним циклом програми є досить великою. Велику частку тактів ( 66% ) займає підпрограма множення, якої немає в системі команд даного мікропроцесора, і доводиться її писати самому;

Верхня фінітна частота роботи цифрового фільтру складає 546 Гц. Тому обробка сигналів із більшими частотами не дасть бажаного вихідного результату;

Реалізація системного контролера з використанням буферного регісту К589ИР12 не є доцільною. Краще використати готову мікросхему системного контролера КР580ВК28.

Досягти збільшення фінітної частоти роботи ЦФ можна використавши мікропроцесор із більшою тактовою частотою, а також використавши новіші і швидші ЦАП та АЦП. Можна йти також шляхом оптимізації коду програмного забезпечення. Це дозволяють зробити системи команд сучасних мікропроцесорів.

Характеризуючи цифрові фільтри загалом, можна виділити наступні їхні переваги над аналоговими:

нечуттєвість характеристик фільтра до розкидування параметрів елементів, що у нього входять, їх часових та температурних дрейфів;

малі розміри і висока надійність фільтрів, повязані з використанням ВІС;

легкість зміни параметрів і характеристик цифрового фільтру через модифікацію програми і коефіцієнтів;

можливість реалізації фільтрів із змінними в процесі роботи параметрами.

Список використаної літератури

1. Мікропроцесорна обробка аналогової інформації: Методичні вказівки до курсової роботи з дисципліни “Компютерні і мікропроцесорні системи”. Панчак Р.Т., Процько І.О., Теслюк В.М.-Львів: НУ”Львівська політехніка”, 2003р.

2. Самофалов К.Г., Викторов О.В. Микропроцесоры. Б-ка инженера. 2-е изд., перераб. и доп. К.: Техника, 1989. 312 с.

3. Федорков В.Г. Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: Функционирование, параметры, применение. М.: Энергоатомиздат, 1990.

4. Баранов В.В. и др. Полупроводниковые БИС запоминающих устройств.-М.: Радио и связь, 1987.

5. Костюк Л.Д., Паранчук Я.С., Щур І.З. Мікропроцесорні засоби та системи: Навчальний посібник.-2-ге вид., перероб., доп., - Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2002. -200с.