Мікропроцесорний модулометр




Скачати 158.78 Kb.
НазваМікропроцесорний модулометр
Дата конвертації14.07.2013
Розмір158.78 Kb.
ТипДокументы
uchni.com.ua > Фізика > Документы
Міністерство освіти та науки України

Вінницький державний технічний університет

Факультет радіоелектроніки

Кафедра радіотехніки

Мікропроцесорний модулометр




Курсова робота

З дисципліни МПС та МЕОМ


Керівник: доцент Задорожний В.К.

Студент: гр. ОТЗ-96 Долинний О.О.

Вінниця 2000

Міністерство освіти та науки України

Вінницький державний технічний університет

ФРЕ, кафедра радіотехніки
Долинний Олександр Олександрович

група ОТЗ-96
Завдання на курсову роботу з дисципліни
^
МПС та МЕОМ


Тема: мікропроцесорний модулометр.

Тип МП КР580ВМ80
Організація ПЗП 8кБ Тип ІМС 4к8
Блоку пам’яті ОЗП 2кБ Тип ІМС 1к4
Тип ІМС портів КР580ВВ55
Розрядність інформаційного слова 10 біт
Похибка вимірювання
Дата видачі
Термін виконання
Керівник роботи Задорожний В.К.

Зміст
Анотація . . . . . . . . 3

Перелік скорочень . . . . . . 4

Вступ . . . . . . . . 5

1.Техніко-економічне обгрунтування . . . 6

2. Обгрунтування структурної схеми . . . 8

3. Розробка функціональної електричної схеми . . 10

4. Розробка алгоритму та програми . . . . 12

Висновки . . . . . . . 17

Література . . . . . . . 18

Анотація
У даній курсовій роботі проведений аналіз структурних схем мікропроцесорних вимірювачів коефіцієнта модуляції. Для схеми вимірювання по вибірковим миттєвим значенням розроблена електрична функціональна схема, складений алгоритм вимірювання та розроблення програма для вибраної електричної функціональної схеми. Також зроблені висновки по покрашенню параметрів та швидкодії модулометра.

^ Перелік скорочень
МП - мікропроцесор

ОЗП - оперативний запам’ятовуючий пристрій

ПЗП - постійний запам’ятовуючий пристрій

ША - адресна шина

ШД - шина даних

ШК - шина керування

ПВВ - порт вводу виводу

ТТЛ - транзисторно-транзисторна логіка

АЦП - аналогово-цифровий перетворювач

АМ - амплітудна модуляція

Вступ

Сучасний етап розвитку вимірювальної техніки характеризується значним зростанням об’єму оброблюваної інформації, розширенням кола вирішуваних задач та виникненням нових можливостей по обробці результатів, автоматизації роботи і т.д.


Метою даної роботи є закріплення основних теоретичних положень курсу, набути навики проектування радіоелектронної апаратури, у котрій мікропроцесор використовується у якості пристрою обчислення відсотку модуляції сигналу та створення відповідної програми на мові Асемблер.

Основою вимірювальної техніки у наш час є вимірювальна система, що містить у загальному випадку первинні вимірювальні перетворювачі, процесор та засоби узгодження вказаних перетворювачів з процесором. Властивості сигналів первинних перетворювачів повинні бути приведені у відповідність з нормованими характеристиками процесора. Функціональні можливості такого пристрою визначається програмою що зберігається у ПЗП. Така схема дозволяє нарощувати функціональні можливості пристрою шляхом модернізації програми без суттєвих змін у його схемі.

Мікропроцесор являє собою функціонально закінчений виріб, що складається з однієї чи декількох програмно керованих ВІС і призначений для виконання операцій по обробці інформації та керуванню обчислювальним процесом. Застосування мікропроцесорів у радіотехнічних системах, для обробки сигналів та виміру їх параметрів дозволяє значно підвищити метрологічні та експлуатаційні характеристики приладів. Застосування цифрових методів обробки сигналів зблизило області радіотехніки і обчислювальної техніки.

^ 1. Техніко-економічне обгрунтування
Для реалізації пристроїв обробки інформації використовують апаратні, програмні та апаратно-програмні засоби. При апаратних – отримують пристрої обробки інформації з “жорсткою” логікою, що забезпечує найвищу швидкодію, однак необхідні великі апаратні витрати. В програмних пристроях обробка інформації реалізується у вигляді програми для типової універсальної мікро-ЕОМ, призначені для установки безпосередньо у розроблювані блоки. При апаратно-програмних засобах ведеться розробка як програмних, так і апаратних засобів на базі мікропроцесорів. Як правило системи обробки інформації, побудовані за апаратно-програмним принципом має досить високу точність на найменшу вартість апаратних засобів. Шляхом заміни аналогової частини та керуючої програми така вимірювальна система легко налаштовується на вимірювання потрібної фізичної величини, без змін у цифровій частині вимірювального засобу.

Цифрові амплітудні модулометри основані на вимірювання максимального та мінімального значень модулованих сигналів та обрахунку по цим значенням коефіцієнта модуляції за формулою:

Максимальне та мінімальне значення амплітудно-модульованих сигналів вимірюються за методом вибіркових миттевих значень. Структурна схема такого модулометра показана на рис.1.

ВП

^
АЦП
ПВВ

ЦП


Інд.
U(t)

БК







Рис. 1.
Модулометр працює за наступним алгоритмом. Амплітудно-модульований сигнал U(t) через вхідний пристрій (ВП) надходить до входу АЦП та до блоку керування (БК). Блок керування виділяє моменти часу, що відповідають максимальним значенням напруги несучої U(t) та запускає в ці моменти АЦП. Останній перетворює миттєві значення напруги в цифровий двійковий код, що через порт вводу/виводу (ПВВ) надходить до процесора (ЦП), де вони по черзі порівнюються один з одним до виділення максимального та мінімального значення. Після цього проводиться математична обробка отриманих сигналів за вище згаданою формулою. Отриманий результат виводиться на індикатор(Інд.).

Така схема використовується лише на відносно невисоких частотах, так як з підвищенням частоти потрібен більш швидкодіючий АЦП, так як вимірюється несуча АМ коливань. Швидкодіючі АЦП виконуються паралельної дії та мають невелику розрядність. Для обходження цього недоліку на високих частотах використовують схему вимірювання, представлену на рис. 2.
^

ВП

АЦП
ПВВ

ЦП


Інд.

Д

U(t)



Рис. 2.
Дана схема працює аналогічно першій схемі. Єдиною відмінністю є відсутність блоку керування. Визначення максимумів та мінімумів АМ сигналів відбувається шляхом рівномірного сканування огинаючої АМ сигналу, яка виділяється за допомогою детектора (Д).

Недоліком такої схеми є додаткова похибка, яка вноситься детектором. Перевагою – використання дешевого нешвидкодіючого АЦП. В обох випадках точність модулометра визначається розрядністю АЦП та рівнем АМ несучої.

В нашому випадку буде використана перша схема, так як більшість АМ коливань мають досить невисоку частоту (при більш високих частотах як правило використовується фазова або частотна модуляція).

^ 2. Обгрунтування структурної схеми
Для реалізації закінченого мікропроцесорного блоку необхідні наступні компоненти: тактовий генератор, мікропроцесор та шині формувачі. Для підключення ОЗП та ПЗП необхідні дешифратори, для спрощення схеми дешифратори виконуються на мілкій логіці. Для легкої модернізації схеми всі ІМС аналогової вимірювальної частини та індикатор підключаються до мікропроцесорного блоку через порт вводу/виводу. Порт А та друга половина порта С налаштовується на вивід інформації, а порт В та перша половина порта С на ввід. До порту А підмикається регист-дешифратор, а до нього індикатор, який відображає коефіцієнт модуляції. До порту В та двох перших виводів порту С підмикається десятирозрядний АЦП. Запуск АЦП виконує блок керування, який виділяє максимуми несучоє АМ коливань та формує в цю мить сигнал запуску АЦП. Також до порту С підключається вихід з АЦП, що сигналізує про готовність даних для считування та вхід вибірки данних з АЦП. Для узгодження із вхідими колами викоритовується вхідний повторювач на операційному підсилювачі.


^

МП та шині формувачі

ПЗП


Гене-ратор

ОЗП


Дешифратор ОЗП

Дешифратор ПЗП
^

АЦП


Блок керу-вання

Індикатор


Вхідний повто-рювач








Рис. 3.
^ 3. Розробка функціональної електричної схеми.

При розробці функціональної електричної схеми слід враховувати багато протиречивих факторів. Так, при використанні дорогих швидкодіючих ІМС, підвищується швидкодія та розширюється частотний діапазон модулометра, при використанні дешевих, як правило не швидкодіючих ІМС, обмежується швидкодія та частотний діапазон пристрою. До то ж треба по можливості використовувати поширені електронні компоненти, щоб при збірці не виникало труднощів з придбанням компонентів.

Велике значення має побудова самої схеми пристрою. Можна виконати схему з мінімальною кількістю ІМС, але така побудова не дає змоги легко нарощувати схему. Для легкої модернізації схеми вирішено використовувати порт вводу/виводу КР580ВВ55. Порт А налаштовується на вивід інформації, а порти В та С на ввід. До порту А підмикається регист-дешифратор, а до нього світлодіодний семисегментний індикатор, який відображає коефіцієнт модуляції. Регист-дешифратор потрібен для перетворення двійкового коду в код семисегментного індикатора та зберігання цього коду, поки процесор займається іншою роботою. До порту В та двох перших виводів порту С підмикається десятирозрядний АЦП. Так, як в даній схемі вимірюються миттєві значення несучої АМ коливань, то потрібен швидкодіючий АЦП, в той же час від повинен бути розповсюдженим та дешевим. З урахуванням цих вимог вибрана ІМС К1108ПВ1, яка має ТТЛ рівні на виходах. Для підключення ОЗП, ПЗП та порту вводу/виводу необхідні дешифратори. Для спрощення схеми, дешифратори виконуються на розповсюджених елементах мілкої логіки. Для логічної побудови схеми та можливості подальшої модернізації схеми ОЗП та ПЗП внесені в основний адресний простій, починаючи з нульового адресу, а порт вводу/виводу підмикається в простій портів.

Визначитмо адреси ОЗП, ПЗП, та портів вводу/виводу:

0000H – початок ПЗП

1FFFH – кінець ПЗП

2000H – початок ОЗП

27FFH – кінець ОЗП

00H – порт А

01H – порт В

02H – порт С

03H – порт керування портом вводу/виводу.

Для правильної роботи ІМС КР580ВВ55, до її керуючого регістру треба записати керуюче слово, яке визначається з табл. 1.

Табл. 1.

№ біту
Дія

0

Порт С0-С3: 1– ввід, 0 – вивід

1

Порт В: 1- ввід, 0 – вивід

2

Вибір режиму: 0 – режим 0, 1 – режим 1

3

Порт С4-С7: 1 – ввід, 0 – вивід

4

Порт А: 1 – ввід, 0 – вивід

5

Вибір режиму: 00 – режим 0, 01 – режим 1, 10 – режим 2

6

7

1 – керуюче слово


В нашому випадку керуюче слово: 1000 0011 (83Н)

^ 4. Розробка алгоритму та програми.


Алгоритм роботи програми можна побудувати за двома майже протилежними принципами вимірювання:

  1. Занесення даних, отриманих з АЦП до комірок ОЗП. Після проведення N вимірів проводять математичну обробку даних.

  2. Порівняння даних, отриманих з АЦП з ”еталонними” та занесення до комірок ОЗП тільки ті дані, які пройшли ”відбір”. Після проведення N вимірів проводять математичну обробку даних.

Модулююча частота, як правило набагато перевищує частоту корисного (модулюючого) сигналу і при послідовному занесенні всіх вимірів до ОЗП для находження хоча б двох точок максимума та мінімума сигналу потрібне ОЗП порядку 1-10 кБ. Наприклад: частота несучої 100 кГц, частота модулюючого сигналу 1 кГц, тоді для знаходження одного максимума та мінімума сигналу потрібно 100/1=100 комірок ОЗП, які мають таку ж розрядність, що й АЦП, або більшу. Якщо розрядність АЦП 10 біт, то буде використовуватись 2 байти ОЗП на кожний вимір. Для задовільної точності математичної обробки потрібно декілька десятків вимірів максимума та мінімума сигналу, наприклад 50. Ітого: 100/1*2*50=10000 байт ОЗП. Якщо проводити порівняння кожного вимру з АЦП з попередньо отриманими значеннями максимума та мінімума сигналу, то буде використовуватися лише 4 байти ОЗП

Оскільки в даному методі нас цікавлять тільки два значення сигналу: максимальне та мінімальне, а також враховуючи те, що заданий об’єм ОЗП всього 2 кБайти, то побудову алгоритму роботи програми будемо проводити за другим варіантом.

На початку треба проініціалізувати порти вводу/виводу та індикатор, а також становити “еталонні” значення максимума та мінімума сигналу. Після проведення N вимірів, запускається математична обробка данних, результатом якої є значення коефіцієнта модуляції сигналу. Для виводу його на індикатор необхідно попередньо це значення розділити на декади.



Рис. 4. Блок-схема алгоритму.
Розробка програми проводиться за блок-схемою алгоритму та функціональною електричною схемою.

Визначимо розташування даних в ОЗП (Табл. 3.). Так, як АЦП має 10 розрядів даних, то числа, що вводяться з нього будуть двобайтними.
Табл. 3.
Адреса

Зміст комірки ОЗП

2000H

Старший байт Umax

2001H

Молодший байт Umax

2002H

Старший байт Umin

2003H

Молодший байт Umin

2004H

Молодший байт (Umax – Umin)

2005H

Старший байт (Umax – Umin)

2006H

Молодший байт (Umax + Umin)

2007H

Старший байт (Umax + Umin)

2008H

Значення коефіцієнта модуляції


Оскільки даний процесор не має власних команд ділення та множення чисел, то для реалізації ділення двох чисел написані дві підпрограми для ділення одно- та двобайтних чисел. Для спрощення алгоритму ділення, об’єму та складності підпрограм, а також зменшення часу роботи підпрограм ділення виконується націло, тобто залишок після операції ділення просто відкидується, що спричиняє додаткову похибку вимірювання, яка становить від 0 до +1% коефіцієнта модуляції.

Лістинг програми.
MOV A, 83H ;Занесення до акумулятору керуючого слова

OUT 03H ;Запис керуючого слова до порту

MOV A, 70H ;Керуюче слово для обнуління індикатора

OUT 00H ;Обнуління всіх розрядів індикатора

Start: MOV E, FF ;Лічильник вимірів

Wait: LXI H, 2000H ;Завантаження в HL початкової адреси ОЗП

IN 02H ;Ввід даних з порту С

ANI 04H ;Виділення сигналу готовності АЦП

JNZ Wait ;Перехід, якщо немає готовності

OUT O2H ;Активізація виходу АЦП

IN 01H ;Ввести молодший байт з порту В

MOV C, A ;Зберегти у регістрі С

IN 02H ;Ввести старший байт з порту С

ANI 03H ;Виділення двох старших біт даних

MOV B, A ;Зберегти у регістрі В

MOV D, M ;Занесення до регістру D старшого байта Umax

CMP D ;Порівняння з даними з АЦП

INX H ;HL  2001H

JC Lo ;Якщо менше, перехід до порівняння з Umin

MOV A, M ;Занесення до регістру А молодшого байта Umax

CMP C ;Порівняння з даними з АЦП

JC Write ;Якщо менше, перехід до порівняння з Umin

Lo: INX H ;HL  2002H

MOV A, M ;Занесення до регістру А старшого байта Umin

CMP B ;Порівняння з даними з АЦП

JC Exit ;Якщо більше, перехід до наступного циклу

INX H ;HL  2003H

MOV A, C ;Занесення до регістру А молодшого байта з АЦП

MOV D, M ;Занесення до регістру D молодшого байта Umin

CMP D ; Порівняння з даними з АЦП

JNC Exit ; Якщо більше, перехід до наступного циклу

Write: MOV M, C ;Зберігання у ОЗП молодшого байта

DCX H ;HL  2002H/2000H

MOV M, B ;Зберігання у ОЗП старшого байта

Exit: DCR E ;Декримент лічильника кількості вимірів

JNZ Wait ;Якщо не 0, то повторити вимірювання

LXI H, 2000H ;Завантаження в HL початкової адреси ОЗП

MOV B, M ;Занесення до регістру B старшого байта Umax

INX H ;HL  2001H

MOV C, M ;Занесення до регістру C молодшого байта Umax

INX H ;HL  2002H

MOV D, M ;Занесення до регістру D старшого байта Umin

INX H ;HL  2003H

MOV E, M ;Занесення до регістру E молодшого байта Umin

INX H ;HL  2004H

MOV A, С ;Занесення до регістру А молодшого байта Umax

SUB E ;UmaxLO - UminLO

MOV M, A ;Зберігання результату в ОЗП

INX H ;HL  2005H

MOV A, B ;Занесення до регістру А старшого байта Umax

SBB D ;UmaxLO - UminLO

MOV M, A ;Зберігання результату в ОЗП

INX H ;HL  2006H

MOV A, C ;Занесення до регістру А молодшого байта Umax

ADD E ;UmaxHI + UminHI

MOV M, A ;Зберігання результату в ОЗП

INX H ;HL  2007H

MOV A, B ;Занесення до регістру А старшого байта Umax

ADC D ;UmaxHI + UminHI

MOV M, A ;Зберігання результату в ОЗП

LXI H, 2004H ;HL  2004H

MOV E, FFH ;Ініціалізація лічильника

MOV A, M ;A  (UmaxLO - UminLO)

INX H ;HL  2005H

MOV B, M ;B  (UmaxHI - UminHI)

INX H ;HL  2006H

L1: SUB M ;A  ((UmaxLO - UminLO) - (UmaxLO + UminLO))

MOV C, A ;Зберігання молодшого байта залишка в регістрі С

MOV A, B ;A  (UmaxHI - UminHI)

INX H ;HL  2007H

SBB M ;A  ((UmaxHI – UminHI) - (UmaxHI + UminHI))

MOV B, A ;Зберігання старшого байта залишка в регістрі В

DCX H ;HL  2006H

MOV A, C ;Занесення до рег. А молодшого байта залишка

INX D ;Інкремент лічильника (коефіцієнт модуляції)

JNС L1 ;Повтор, якщо делиме більше залишка

MOV A,E ;Занесення результату до регістру А

STA 2008H ;Занесення результату до ОЗП

JMP Start ;Перехід на новий цикл вимірювання


Висновки.
У даній курсовій роботі було розроблено принципову електричну схему мікропроцесорного модулометра. Даний модулометр вимірює коефіцієнт модуляції в діапазоні від 0 до 100%. В модулометрі використовується порт вводу/виводу КР580ВВ55, а також вхідний інтерфейс на основі операційного підсилювача К574УД1А та компаратора К554СА3. У якості ПЗП використовуються ІМС АМ27S43, у якості ОЗП – К537РУ13. У якості вимірювального пристрою використовується швидкодіючий АЦП К1108ПВ1.

Мікропроцесорний модулометр живиться напругою +12В, +5В, -5В та -12В, що пояснюється використанням мікропроцесора К580ВМ80 та АЦП К1108ПВ1.

При відповідній модифікації програми можливе доповнення функцій модулометра статистичною обробкою результатів, зберіганням останніх результатів у пам’яті і т.д.

Використання більш сучасного мікропроцесорного комплекту дозволить спростити схему та підвищити її якісні характеристики; за рахунок підвищення тактової частоти можливо підвищити точність вимірювання та скоротити час обчислення коефіцієнта модуляції, забезпечити можливості підключення мікропроцесорного модулометра до персональної ЕОМ для обробки результатів з використанням спеціалізованого програмного забезпечення.

Література.


  1. Справочник по цифровой схемотехнике / В.Н. Зубчук, В.П. Сигорский, А.Н. Шкуро. – К.: Техника, 1990.-448с.

  2. Тюрин Ю.Н. Макаров А.А. Анализ данных на компютере /Под ред. В.Э. Фигурнова. – М.: ИНФРА-М, Финансы и статистика, 1995.

  3. Справочник по схемотехнике для радиолюбителя / В.П. Боровский, В.И. Костенко, В.М. Михайленко, О.Н. Партала; под ред. Боровского – 2-е изд., доп.и испр.-К.: Техника, 1989.-480с.

  4. Холленд Р. Микропроцессоры и операционные системы: Краткое справочное пособие: пер.с англ.-М.: Энергоатомиздат, 1991.-192с.

  5. Микросхемы памяти. ЦАП и АЦП. Справочник. –2-е изд., Стереотип. / Лебедев О.Н., А-Й.К. Марцинкевичус, Э-А.К. Багданскис и др.;-М.: КУБК-а, 1996.

  6. Лебедев О. Микросхемы памяти и их применение – М.: Радио и связь, 1990.



Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2014
звернутися до адміністрації
uchni.com.ua
Головна сторінка