Сборник заданий по лабораторным работам и курсовому проектированию: Специализированные вычислительные системы

Государственный комитет Российской федерации по высшей школе Ульяновский государственный технический университет

СБОРНИК ЗАДАНИЙ ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ И КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ Специализированные вычислительные системы

Составитель И.А.Никищенков

Ульяновск 1995

-2УДК 681.3 Сборник заданий по лабораторным работам и курсовому проектированию:Специализированные вычислительные системы./Составитель И.А.Никищенков-Ульяновск,1995г.-27с. Настоящие методические указания составлены в соответствии с программой курса Специализированные ВС для студентов 5 курса специальности 2201 и студентов 4 курса направления 5528. Лабораторные работы и курсовой проект предназначены для изучения особенностей построения специализированных вычислительных систем на основе микропроцессора К1810ВМ86, однокристальной микроЭВМ К1816ВЕ48 и интерфейса КАМАК.

Рецензент:

Одобрены секцией методических пособий научно-методического совета института

С Ульяновский государственный технический университет

-3СОДЕРЖАНИЕ Введение 4 1.Основные правила по технике безопасности при работе в лаборатории 2.Задания по лабораторным работам 6 2.1.Лабораторная работа N 1 6 2.2.Лабораторная работа N 2 9 2.3.Лабораторная работа N 3 11 2.4.Лабораторная работа N 4 12 2.5.Лабораторная работа N 5 12 2.6.Лабораторная работа N 6 13 3.Задания по курсовому проектированию 15 3.1.Введение 15 3.2.Типовое техническое задание 16 3.3.Индивидуальное техническое задание 22 3.4.Результаты курсового проектирования и оформление курсового проекта 26 4.Литература 27 .

5

-4ВВЕДЕНИЕ При проектировании СВС особое внимание должно быть уделено средствам сопряжения с элементами приборного оборудования (датчиками, исполнительными механизмами и устройствами, пультами и органами управления, элементами индикации и отображения информации, средствами связи и дистанционного управления и т.п.). Сложность реализации такого сопряжения обусловлена тем, что функционирование перечисленных элементов основано, как правило, на различных физических принципах, они обладают разным быстродействием часто требуют обмена информацией в произвольные моменты времени. Появление дешевых БИС микропроцессоров и запоминающих устройств вызвало появление программируемых микроконтроллеров для управления низовыми звеньями автоматизированных систем управления технологическими процессами. Преимущества программируемых микроконтроллеров заключаются в высокой надежности, быстродействии, универсальности, возможности работать в условиях окружающей среды повышенной агрессивности, что обеспечило им широкое распространение во всем мире. По данным западных фирм программируемые микроконтроллеры применяются в 35% систем от общего числа автоматизированных систем управления технологическими процессами. Одними из наиболее распространенных типов микро-ЭВМ, используемых для построения программируемых микроконтроллеров, являются разработанные фирмой Intel семейства MCS-48 и MCS-51, Intel8086. Также широко используется при построении СВС приборный интерфейс КАМАК, что обуславливает необходимость изучения в курсе Специализированные выычислительные системы их возможностей их построения микроконтроллеров. Однокристальные микроЭВМ семейства К1816 - это аналог MCS-48 фирмы Intel. В оригинальной серии 10 различных микроЭВМ, в серии К1816 - три. Все микроЭВМ имеют общую организацию и систему команд, но отличаются объёмом встроенной памяти. Максимальный объем встроенного ОЗУ данных 128 байт и ПЗУ программ - 2 Кбайт. За счет использования дополнительных микросхем ОЗУ данных можно увеличить до 256 байт, а ПЗУ программ - до 4 Кбайт. .

-51.Основные правила по технике безопасности при работе в лаборатории К выполнению работ в лаборатории допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности и расписавшиеся в соответствующем журнале. При выполнении работ студентам необходимо выполнять следующие правила: работать только на указанном месте; выполнять только ту работу и ее объем,которые определены заданием и преподавателем; быть внимательным и не отвлекать от работы других студентов; при возникновении ситуаций не предусмотренных программой, обратиться к преподавателю; не загромождать свое рабочее место портфелями, книгами и другими вещами не имеющими отношения к работе; включение и выключение питания отдельных компонентов вычислительных комплексов выполнять в сторогом соответствии с установленным порядком; после окончания работы сдать рабочее место лаборанту. ЗАПРЕЩАЕТСЯ: включать лабораторное оборудование без разрешения преподавателя или лаборанта; оставлять без наблюдения включенное оборудование; снимать ограждающие кожухи и устранять неисправности. При несчастном случае необходимо: снять напряжение с пострадавшего и сообщить о случившемся преподавателю; оказать первую помощь пострадавшему; вызвать по телефону 03 скорую медицинскую помощь. .

-62. Задания на лабоpатоpные pаботы 2.1. Лабоpатоpная pабота N1 Оpганизация ввода-вывода по прерываниям При вводе с клавиатуры в память ЭВМ помещаются коды нажатых клавиш, причем код символа хранится в одном байте. В зависимости от используемой таблицы кодов одни и те же клавиши могут интерпретироваться по разному. В большинстве таблиц кодировки математические символы и латинские буквы кодируются одинаково, что упрощает задачу ввода числовых данных с клавиатуры. Для организации ввода-вывода на IBM PC совместимых ПЭВМ используются функции BIOS и DOS. Основное отличие между ними заключается в следующем: - программы BIOS встроены в ПЗУ и позволяют управлять параллельным и последовательным портами, клавиатурой, дисплеем и дисками, однако эти программы выполняют только простые операции ввода-вывода, но не могут обрабатывать простые структуры данных; - программы DOS представляют возможности более высокого уровня, однако программы DOS используют программы BIOS для управления устройствами, в результате чего для довольно большого количества задач функции DOS работают медленнее, чем требуется. В СВС требования работы в реальном масштабе времени часто накладывают жесткие ограничения на быстродействие программ, поэтому при программировании лабораторной работы следует использовать только функции BIOS. Для обслуживания клавиатуры используются прерывания клавиатуры BIOS с номером 9h, которое является аппаратным и не может вызываться из программы. При нажатии клавиши происходит прерывание процессора с этим номером, а программа обработки прерывания помещает байт и скен-код нажатой клавиши в буфер, размер которого 16 кодов клавиш. Доступ к буферу обеспечивается прерыванием обслуживания клавиатуры INT 16h. В зависимости от содержимого AH выполняются следующие функции: 0h - прочитать следующий символ клавиатуры, после выполнения который в AL помещается код ASCII символа, а в AH - скен -код; 1h - проверить наличие следующего символа, по результатам выполнения которой в флаг ZF устанавливается в единицу,

-7если символа нет и сбрасывается в ноль, если символ есть и AL AH содержат те же данные, что и в предыдущем случае; 2h - получить состояние управляющих клавиш, чему соответствуют следующие биты AL: 80 Insert 40 Caps Lock 20 Num Lock 10 Scroll Lock 08 Alt 04 Ctrl 02 левый Shift 01 правый Shift Функции обслуживания экрана используют прерывание INT 10h, а так как существует большое количество видеоадаптеров, каждый из которых имеет различные режимы работы, то и функций обслуживания экрана гораздо больше. Рассмотрим некоторые из них, которые будут применяться в лабораторной работе и код которых задается в AH: 0h - установка видеорежима, в AL заносится код видеорежима; 2h - установка положения курсора, до выполнения в DH помещается номер строки (0-24), в DL - номер столбца (0-80); 3h - чтение положения курсора, после выполнения в DH помещается номер строки (0-24), в DL - номер столбца (0-80); 6h - прокрутка вверх, в AL заносится число прокручиваемых строк, если в AL заносится ноль происходит очистка экрана; 7h - прокрутка вниз, в AL заносится число прокручиваемых строк, если в AL заносится ноль происходит очистка экрана; 8h - считывание символа и атрибута, после выполнения в AL заносится код считанного символа, а в AH - атрибут считанного символа; 9h - запись символа и атрибута, до выполнения в AL заносится код считанного символа, в AH - атрибут считанного символа, а в CX - коэффициент повторения; Ah - запись символа, до выполнения в AL заносится код считанного символа, в BL - цвет фона, а в CX - коэффициент повторения. С использованием указанных функций BIOS необходимо написать

-8и отладить пpогpамму ввода с клавиатуpы дисплея пpоизвольного количества чисел в заданной системе счисления. Программа должна удовлетворять следующим спецификациям: - пpи запуске должна вывести кpаткое сообщение содеpжащее: Ф.И.О и учебную гpуппу pазpаботчика; Назначение пpогpаммы; - выдавать пpиглашение при ввода данных; - сообщать о выполняемых действиях; - отpабатывать возможные ошибки с выдачей внятного сообщения; - числа целые со знаком; - разpядность чисел пpоизвольная (максимальное по модулю число (2~15)-1); - ввод числа заканчивается любым, заpанее оговоpенным, спецсимволом; - конец ввода последовательности символов заканчивается дpугим спецсимволом; - по окончании ввода, числа выводятся в десятичной системе счисления. 2.1.1. Ваpианты заданий Ваpиант: 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 A1 5 6 7 9 11 12 13 14 15 17 18 19 5 6 A2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 A3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 Ваpиант: 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 A1 7 9 11 12 13 14 15 17 18 19 5 6 7 9 A2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 A3 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 Ваpиант: 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 A1 11 12 13 14 15 17 18 19 5 6 7 9 11 12 A2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 A3 2 1 2 1 2 1 2 1 1 2 2 1 2 1 Принятые в ваpиантах задания обозначения: A1 - система счисления; A2 - момент фоpмиpования числа 1 - сpазу же после получения очеpедной цифpы, 2 - по завеpшении ввода всех цифp числа; A3 - местоположение введенных чисел 1 - стек,

-92 - статический массив. 2.1.2.Тpебования к выполнению и офоpмлению лабоpатоpной pаботы 1. Язык пpогpаммиpования: любой ассемблер 2. Пpогpамма должна поддеpживать минимальный дpужелюбный интеpфейс с пользователем. 3. Оформление: - Титульный лист. - Назначение пpогpаммы, входные - выходные данные. - Пpимеp пpогона с пояснениями. - Описание алгоpитма пpогpаммы на ЯПП или схема алгоритма, не более 2-х стp. - Описание сообщений об ошибках и меp по их устpанению. - Текст пpогpаммы с комментаpиями. 2.2. Лабоpатоpная pабота N2 Обpаботка числовой инфоpмации Ввести в пpогpамму лабоpатоpной pаботы N1 ограничения по времени на ввод одного символа, одного числа и числовой последовательности в целом. Для обслуживания таймера используются прерывание BIOS с номером 8h, которое является аппаратным и не может вызываться из программы. Оно генерируется 18,2 раза в секунду и используется DOS для обновления счетчика времени (системных часов), расположенного в младших адресах памяти (четыре байта, начиная с 46Сh). Этот счетчик содержит число временных тактов прошедшее с 0 часов. Для работы с системными часами используется прерывание INT 1Ah, которое, в зависимости от состояния AH, выполняет следующие функции: 0h - прочитать системные часы, после выполнения который в AL помещается индикатор нового дня, в CX - старшее слово счетчика, а в DX - младшее слово; 1h - установить системные часы, до выполнения которой в CX помещается старшее слово счетчика, а в DX - младшее слово; 2h - считать часы CMOS, после выполнения которой в CH помещается BCD код часов, в CL - BCD код минут, а в DH - BCD код секунд; 6h - установить будильник, до выполнения которой в CH помеща-

- 10 ется BCD код часов, в CL - BCD код минут, а в DH - BCD код секунд; 7h - сбросить будильник. Введенная последовательность чисел обрабатывается с пpименением аpифметики плавающей точки, точность представления данных определяется точностью вводимых данных. Результат pаботы пpогpаммы вывести на теpминал в ноpмализованном виде в десятичной системе счисления. 2.2.1.Ваpианты заданий Ваpиант: 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 B1 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 B2 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 C1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 C2 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 30 29 28 C3 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Ваpиант: 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 B1 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 B2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 C1 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 5 C2 27 26 25 24 23 22 21 20 20 21 22 23 24 25 C3 2.6 2.7 2.8 2.9 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.1 Ваpиант: 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 B1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 B2 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 C1 6 7 8 9 10 11 12 13 2 3 4 5 6 7 C2 26 27 28 29 30 30 29 28 27 26 25 24 23 22 C3 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 В ваpиантах задания: B1 - способ выделения числа 1 - усpеднение по всем введенным значениям; 2 - свеpтка < A[i] = (A[i-1] + A[i] + A[i+1])/3 > и выделение из полученных значений min; 3 - свеpтка и выделение max; B2 - функция вычисляемая по выделенному значению 1 - Sin(x) 2 - Cos(x)

- 11 3 - Ln(x) 4 - Exp(x) C1 - max вpемя ввода символа, сек.; C2 - max вpемя ввода числа, сек.; C3 - max вpемя ввода последовательности, мин. 2.2.2.Тpебования к выполнению и офоpмлению лабоpатоpной pаботы аналогичны требованиям лабораторной работы N1. 2.3.Лабоpатоpная pабота N3 Программирование ввода и вывода числовых и логических данных Разработать схему микроконтроллера на основе К1816ВЕ48 для ввода восьмеричных чисел со знаком и их отбражения на семисегментных индикаторах. Числа вводятся с клавиатуры, представленной матрицей 4*3. Назначение клавиш в клавиатуре задается исполнителем при разработке схемы. Алгоритм работы микроконтроллера должен предусматривать: - защиту от дребезга контактов; - число без знака считается положительным; - числа должны быть < 127 и разделяются клавишей пробел; - вводимые числа суммируются с накоплением; - после ввода 64 чисел производится усреднение; - если сумма превысит 6144 в порт BUS выдается код 0. - при вводе 64 чисел результат усреднения выводится на блок семисегментных индикаторов через порт BUS. Программа должна быть отлажена с использованием эмулятора. Более подробно материалы к лабораторной работе рассматриваются в методических указаниях [9]. 2.3.1.Тpебования к выполнению и офоpмлению лабоpатоpной pаботы 1. Язык пpогpаммиpования: ассемблер К1816ВЕ48. 2. Входные воздействия, в том числе прерывания, должны моделироваться с помощью IO - файлов. 3. Оформление: - Титульный лист. - Функциональная схема микроконтроллера с кратким описани-

- 12 ем применяемых устройств ввода и отображения данных. - Назначение пpогpаммы, входные - выходные данные. - Пpимеp пpогона с пояснениями. - Описание алгоpитма пpогpаммы на ЯПП или схема алгоритма, не более 2-х стp. - Описание сообщений об ошибках и меp по их устpанению. - Текст пpогpаммы с комментаpиями. 2.4.Лабоpатоpная pабота N4 Измерение и отображение временных интервалов Разработать программу работы микроконтроллера на основе функциональной схемы из лабораторной работы N3. Алгоритм работы должен реализовать следующие функции: - введенный с клавиатуры цифровой код представляет собой длительность импульса положительной полярности в миллисекундах, который выдается через один из портов микроконтроллера; - на один из входов микроконтроллера подается импульс положительной полярности, начало которого необходимо обнаружить, измерить его длительность и отобразить на блоке семисегментных индикаторов. Программа должна быть отлажена с использованием эмулятора. Более подробно материалы к лабораторной работе рассматриваются в методических указаниях [9]. 2.4.1.Тpебования к выполнению и офоpмлению лабоpатоpной pаботы аналогичны требованиям лабораторной работы N3. 2.5.Лабоpатоpная pабота N5 Изучения pучного контpоллеpа КАМАК Изучить инфоpмационные и упpавляющие сигналы интеpфейса КАМАК, их синхpонизацию и взаимодействие между собой с помощью pучного контpоллеpа, индикатоpа магистpали ФК440 и pегистpов 305,350. Рекомендуемая последовательность действий: 1. С помощью ручного генератора слов ФК446 установить на шинах W произвольный код. 2. Установить ручной контроллер в пошаговый режим и выпол-

- 13 нить команду записи в произвольную станцию имеющую входной регистр. На каждом шаге выполнения команды с помощью индикатора магистрали ФК440 фиксировать состояние шин интерфейса в таблице. Повторить команду записи для разных вариантов исходных данных. 3. Выполнить с помощью ручного контроллера безадресную команду Z. Зафиксировать состояние шин магистрали. 4. Аналогично п.2 выполнить команду записи в произвольную станцию не имеющую входного регистра. На каждом шаге выполнения команды с помощью индикатора магистрали ФК440 фиксировать состояние шин интерфейса в таблице. 5. Выполнить безадресную команду C и зафиксировать состояние шин интерфейса в таблице. 6. Выполнить последовательно команды записи в выходной регистр 350 и чтения из входного регистра 305, передварительно соединив их жгутом. На каждом шаге выполнения команды с помощью индикатора магистрали ФК440 фиксировать состояние шин интерфейса в таблице. Повторить последовательность команд для разных вариантов исходных данных в синхронном и асинхронном режимах обмена данными между регистрами 305 и 350. 2.5.1.Тpебования к офоpмлению лабоpатоpной pаботы Оформление: - Титульный лист. - Титульный лист - Кpаткое описание системы КАМАК. - Кpаткое описание pучного контpоллеpа. - Последовательность действий по pаботе с контpоллеpом. - Временные диаграммы работы интерейса КАМАК, представленные таблицей, отображающей состояние всех шин магистрали в разные такты синхросигналов. 2.6.Лабоpатоpная pабота N6 Пpогpаммиpование кpейта КАМАК Изучить систему команд КАМАК и пpогpаммиpование обмена между центpальным пpоцессоpом и модулями кpейта по готовности. Программа должна удовлетворять следующим спецификациям: - для обмена используются модули, исследованные при выполнении лабораторной работы N5;

- 14 - модули могут размещаться в произвольных станциях крейта, поэтому необходимо предусмотреть диалоговый ввод адресных констант модулей; - до начала основной программы необходимо сбросить выполнить безадресную команд сброс; - основная программа включает в себя вывод 24 битовых чисел из массива через выходной регистр 305 и прием 24 битовых чисел через входной регистр 350 с последующей записью в стек; - программа должна анализировать наличие ошибок выполнения команд и выдавать соответствующие сообщения; - выполнение основной программы заканчивается по окончании массива вывода. В ходе лабораторной работы производится отладка ранее составленной программы и ее выполнение. 2.6.1.Тpебования к офоpмлению лабоpатоpной pаботы Оформление: - Титульный лист. - Назначение пpогpаммы, входные - выходные данные. - Пpимеp пpогона с пояснениями. - Описание алгоpитма пpогpаммы на ЯПП или схема алгоритма, не более 2-х стp. - Описание сообщений об ошибках. - Текст пpогpаммы с комментаpиями. Более подробно материалы к лабораторной работе рассматриваются в методических указаниях [8]. .

- 15 3.Задания по курсовому проектированию 3.1.Введение Целью курсового проектирования является приобретение навыков проектирования специализированной вычислительной системы (СВС) управления некоторым объектом. Общая структура СВС приведена ниже. {Y} --------------------------¬ {X} ------>| ИМ | ОУ | Д |-------¬ | L-------------------------| | | | ----------¬ | L-------------|Микрокон-|<---------------| троллер | L---------| ^ V | ---------¬ | ПУ | L--------СВС принимает информацию {X} от объекта управления (ОУ) в виде аналоговых и цифровых значений с датчиков (Д) и вырабатывает управляющие воздействия {Y} в соответствии с законом управления, а затем выдает их на исполнительные механизмы (ИМ). Закон управления реализуется в СВС, состоящей из одноплатного микроконтроллер на базе К1816ВЕ48. В состав СВС входят: 1. Подсистема ввода/вывода; 2. Пульт управления, используемый для запуска и останова СВС, выдачи значений некоторых констант (уставок) для воздействия на закон управления, индикации различной информации и т.п. В курсовом проекте разрабатываются структурно-функциональная схема СВС, включая устройства связи с Д и ИМ, программы, обеспечивающие выполнение заданного алгоритма и прикладная программа.

- 16 3.2. Типовое техническое задание 3.2.1. Алгоритм управления. Ниже приводится общий словесный алгоритм управления СВС. 1. Произвести начальную установку СВС. 2. Ввести информацию с цифровых датчиков и обработать ее в микроконтроллере. 3. Ввести информацию с аналоговых датчиков, ПУ и обработать ее в микроконтроллере. 4. Если конец режима управления, то перейти к пункту 5. Иначе перейти к пункту 2. 5. Останов СВС. Для вышеперечисленных пунктов должны выполняться следующие действия. Пункт 1. Производится настройка всех элементов МПС в исходное состояние. Засылаются начальные значения управляющих воздействий в выходные каналы для ИМ и ЭВМ. Пункт 2. Реализуется задача логического управления. Считываются значения двоичных датчиков Х1...Х4 и вычисляется значение булевой функции f(х1...х4) в соответствии с заданным выражением. Если функция истинна, то выдается двоичное управляющее воздействие у1 (таблица 1 ) длительностью t1 на ИМ. В таблице 1 символ V означает операцию дизъюнкции, + означает операцию исключающее ИЛИ, в остальных случаях подразумевается операция конъюнкция. Расположение двоичных разрядов сигналов х1...х4 внутри вводимого байта и разрядов у1...у3 при выводе выбираются произвольно. .

- 17 Таблица 1. Данные для вычисления булевой функции у1. _________________________________________________________________ Функция Время Функция Время Вари- у1=f(x1,...,xn) t1, Ва- у1=f(x1,...,xn) t1, ант мкс римкс ант _________________________________________________________________ __ __ __ 1 х1 V х2 х3 V х4 10 26 х1 V х2 х3 V х4 15 ________ 2 х1 х2 х3 20 27 х1 х2 х3 25 __ __ __ __ __ 3 х1 х2 V х3 x4 100 28 х1 х2 V х3 x4 105 __ __ 4 x1 x2 V x3 x4 60 29 x1 x2 V x3 x4 65 __ __ 5 х1 V х2 V х3 x4 40 30 х1 V х2 V х3 x4 45 __ __ __ 6 х1 x2 x3 180 31 х1 x2 x3 185 __ 7 х1 x2 V х3 80 32 х1 x2 V х3 85 __ __ __ 8 х1 V х2 V х3 V х4 90 33 х1 V х2 V х3 V х4 95 __ __ __ 9 х1 x2 V x3 V x4 200 34 х1 x2 V x3 V x4 205 __ __ 10 х1 V х2 x3 x4 50 35 х1 V х2 x3 x4 55 __ _______ 11 х1 V х2 V х3 110 36 х1 V х2 V х3 115 __ _____ 12 х1 x2 x3 190 37 х1 x2 x3 195 __ __ __ __ 13 х1 x2 V х3 210 38 х1 x2 V х3 215 __ _______ 14 х1 + (х2 V х3) 230 39 х1 + (х2 V х3) 235 __ __ _____ 15 х1 x2 x3 V х4 160 40 х1 x2 x3 V х4 165 _________________________________________________________________ .

- 18 Продолжение таблицы 1. _________________________________________________________________ Функция Время Функция Время Вари- у1=f(x1,...,xn) t1, Ва- у1=f(x1,...,xn) t1, ант мкс римкс ант _________________________________________________________________ ________ _____ 16 х1 V х2 x3 x4 140 41 х1 V х2 x3 x4 145 __ __ __ __ 17 х1 x2 V х1 x2 220 42 х1 x2 V х1 x2 225 __ __ __ __ 18 х1 x2 x3 V х4 120 43 х1 x2 x3 V х4 125 __ _____ __ 19 х1 x2 x3 V x1 x4 70 44 х1 x2 x3 V x1 x4 75 __ __ __ __ 20 х1 x2 V х2 x3 x4 40 45 х1 x2 V х2 x3 x4 45 __ __ __ __ __ 21 х1 x2 x3 V х4 150 46 х1 x2 x3 V х4 155 _____ 22 х1 + (х2 x3) 130 47 х1 + (х2 x3) 135 __ _____ __ 23 (х1 x2) + (х3 V х4) 250 48 (х1 x2) + (х3 V х4) 255 __ _____ 24 х1 x2 V х3 V х4 30 49 х1 x2 x3 V х4 35 __ __ 25 х1 x2 V (х3 + х4) 170 50 х1 x2 V (х3 + х4) 175 _________________________________________________________________ Пункт 3. Сигналы с аналоговых датчиков v1 и v2 преобразуются в цифровую форму с помощью АЦП. С выхода АЦП 8-разрядные коды Nv1 и Nv2 в виде целых чисел без знака поступают на обработку в МП. С тумблерного регистра ПУ поступает 8-разрядный код К(уставка) и вычисляется значение функции (таблица 2) Nv3=f(Nv1,Nv2,K), которое сравнивается с константой CON, хранящейся в ПЗУ. Если Nv3>СОN, то вырабатывается двоичное управляющее воздействие у2 длительностью t2. В противном случае - у3 длительностью t3. Значение CON равно номеру варианта. Управляющее воздействие у4 в виде аналогового сигнала v4

- 19 поступает с ЦАП на ИМ. Для всех вариантов значение у4 определяется по формуле у4= а0 + а1 * Nv3, где а0 и а1 - 8-разрядные коэффициенты, хранящиеся в ПЗУ, Nv3 - 8-разрядный код, поступающий с выхода АЦП. Предполагается, что все исходные величины меньше 1 и представляются в форме с фиксированной запятой. Значения констант выбираются произвольно. Умножение производится стандартной подпрограммой, хранящейся в ПЗУ. Сомножители до вызова подпрограммы должны быть размещены в регистрах МП в соответствии с описанием передачи параметров подпрограммы. Результатом умножения является старший байт произведения. Разрабатывать подпрограмму не требуется. Таблица 2. Данные для вычисления значений у2, у3, у4 _________________________________________________________________ Номер Время Время варианта Функция Nv3=f(Nv1, Nv2, K) t2,мкc t3,мкc _________________________________________________________________ 1 Nv1 + Nv2 + K 20 25 2 мин (Nv1; Nv2 + K) 30 35 3 макс (Nv1; Nv2 + K) 40 20 4 мин (Nv1; Nv2 - K) 30 60 5 макс (Nv1; Nv2 - K) 100 110 6 Nv1 + Nv2 - K 60 40 7 мин (Nv1; Nv2) 100 10 8 макс (Nv1; Nv2) 40 80 9 Nv1 - Nv2 + K 60 120 10 мин (Nv1 + Nv2; K) 200 20 11 макс (Nv1 - Nv2; K) 60 160 12 мин (Nv1 - Nv2; K) 40 45 13 макс (Nv1 - Nv2; K) 60 20 14 Nv1 - Nv2 - K 30 100 15 мин (2*Nv1; Nv2 + K) 200 40 16 макс (2*Nv1; Nv2 + K) 160 80 17 мин (Nv1/2; Nv2 - K) 40 80 18 макс (Nv1/2; Nv2 - K) 90 190 19 мин (Nv1 + К; Nv2) 80 10 _________________________________________________________________ .

- 20 Продолжение таблицы 2. _________________________________________________________________ Номер Время Время варианта Функция Nv3=f(Nv1, Nv2, K) t2,мкc t3,мкc _________________________________________________________________ 20 макс (Nv1 - K; Nv2) 60 260 21 мин (Nv1 - K; Nv2) 100 10 22 макс (Nv1 + K; Nv2) 60 20 23 мин (Nv1; Nv2) 120 140 24 макс (Nv1; Nv2) 20 120 25 Nv1 + Nv2 - K 40 340 26 Nv1 + Nv2 + K 120 425 27 мин (Nv1; Nv2 + K) 130 235 28 макс (Nv1; Nv2 + K) 140 620 29 мин (Nv1; Nv2 - K) 310 260 30 макс (Nv1; Nv2 - K) 110 150 31 Nv1 + Nv2 - K 160 640 32 мин (Nv1; Nv2) 100 810 33 макс (Nv1; Nv2) 420 880 34 Nv1 - Nv2 + K 260 120 35 мин (Nv1 + Nv2; K) 200 250 36 макс (Nv1 - Nv2; K) 620 160 37 мин (Nv1 - Nv2; K) 430 243 38 макс (Nv1 - Nv2; K) 360 620 39 Nv1 - Nv2 - K 410 100 40 мин (2*Nv1; Nv2 + K) 520 840 41 макс (2*Nv1; Nv2 + K) 660 980 42 мин (Nv1/2; Nv2 - K) 740 280 43 макс (Nv1/2; Nv2 - K) 920 190 44 мин (Nv1 + К; Nv2) 830 410 45 макс (Nv1 - K; Nv2) 660 260 46 мин (Nv1 - K; Nv2) 710 310 47 макс (Nv1 + K; Nv2) 680 520 48 мин (Nv1; Nv2) 920 140 49 макс (Nv1; Nv2) 290 120 50 Nv1 + Nv2 - K 480 340 _________________________________________________________________

- 21 Пункт 4. Циклический режим работы МПС выполняется до тех пор, пока не включен тумблер "Останов". В процессе выполнения цикла управления возможно возникновение запросов на прерывание. МПС обрабатывает следующие запросы на прерывание: запрос на прерывание от отладочного пульта, вызывает включение сигнализации на 1 секунду. Она представляет собой мигание индикатора с частотой 2Гц и подачу звукового сигнала с частотой 500 Гц. Выдаются на индикацию сигналы двоичных датчиков х1...х4 и цифровой код Nv1, поступающий с АЦП. После выполнения указанных действий МП остановить. запрос на прерывание от пульта управления (прерывание оператора), вызывает прикладную программу, которая последовательно отбражает на регистре индикации значения следующих четырех булевских переменных: - последнее значение вычисленной функции у1; - результат сравнения Nv3 <= CON; - значение выражения х1 х2 х3 х4; - значение выражения х1 V х2 V х3 V х4. 3.2.2. Состав пульта управления и отладочного пульта Пульт управления должен содержать следующие элементы: 1. Регистр со светодиодами индикации. 2. Входной 8-разрядный регистр Р5 для приема с тумблеров пульта кода К(если указан в варианте). 3. Светодиод индикации и динамик, на которые с таймера подается меандр частотой 2 или 500 Гц, соответственно. 4. Кнопка "Сброс", при нажатии на которую производится начальная установка элементов МПС. 5. Тумблер "Останов", опрашиваемый в конце каждого цикла выполнения программы. Отладочный пульт содержит: 1. Клавишный регистр адреса КРА. 2. Клавишный регистр данных КРД. 3. Регистр индикации шин адреса и данных РИШ. 4. Необходимые кнопки для занесения адреса и данных и управления процессом записи и чтения этой информации. .

- 22 3.3. Индивидуальное техническое задание 3.3.1. Микроконтроллер бытовой СВЧ-печи Входные сигналы: клавиатура -------------------------------------| нагрев | 7 | 8 | 9 | время | ---------------------------------------| сброс | 4 | 5 | 6 |мощность | ---------------------------------------| 1 | 2 | 3 | ------------------| 0 | ------------------Выходные сигналы:управление 4 цифрами семисегментного индикатора; управление светодиодами, отображающими состояние "время","мощность"; бинарный сигнал управления включением/выключением источника СВЧ энергии; бинарный сигнал управления включением/выключением источника звукового сигнала; Функции: ввод времени нагрева в минутах, осуществляется после нажатия клавиши "время", вводимое значение отображается в двух младших цифрах семисегментного индикатора; ввод мощности нагрева в десятках процентов, осуществляется после нажатия клавиши "мощность", вводимое значение отображается в двух старших цифрах семисегментного индикатора; рабочий режим нагрева, осуществляется после нажатия клавиши "нагрев", бинарный сигнал управления включением выдается каждую минуту в течении времени, определенным процентом мощности нагрева, на индикаторе отображается время оставшееся до конца этого режима в минутах и секундах; при нажатии клавиши "сброс" сбрасываются все заданные режимы; одновременно задаются до четырех режимов, которые выполняются последовательно, в порядке задания. 3.3.2. Микроконтроллер стиральной машины. Входные сигналы: восьмибитовый код с датчика температуры, измеря-

- 23 ющего в диапазоне 0..100 С ; бинарные сигналы заполнения и опустошения бака с водой; клавиатура ---------------------------------------| стирка | 7 | 8 | 9 | время | ---------------------------------------| отжим | 4 | 5 | 6 |температура ---------------------------------------|полоскание| 1 | 2 | 3 | пуск | ----------------------------------------| 0 | ------------------Выходные сигналы:управление 4 цифрами семисегментного индикатора; управление светодиодами, отображающими режимы работы: нагрев, стирка, отжим, полоскание, слив; бинарные сигналы включения ТЭН, открывания клапанов поступления воды и слив воды, включение двигателя,звукового сигнала переключения режима; Функции: в режимах стирка, полоскание задаются время и температура в режиме отжим только время; после нажатия клавиш режимов, вводимые значения отображаются на семисегментном индикаторе, причем время отображается в двух младших цифрах в минутах, а тепература в десятках градусов и вводимое значение отображается в двух старших цифрах семисегментного индикатора; при нажатии клавиши "сброс" сбрасываются все заданные режимы; по клавише "пуск" запускается последовательность выполнения режимов. 3.3.3. Микроконтроллер измерителя частотно-временных параметров сигналов Входные сигналы: измеряемый сигнал; клавиатура Частота Время Режим кГц сек. ---------------------------------------

- 24 | 0..0,1 | 0..10 | Однократный | ------------------------------------| 0.. 1 | 0..1 | Периодический| ------------------------------------| 0.. 1 | 0..1 | Сброс | --------------------------------------| Пуск | ----------Выходные сигналы:управление семисегментным индикатором; управление светодиодами, отображающими состояние ; Функции: точность измерения - 0,1% ; при однократном измерении после нажатия клавиши "пуск" производится измерение только одного сигнала; при периодическом измерении после нажатия клавиши "пуск" производится измерение измерение всех сигналов с последующим усреднением измеренных параметров; измеренное значение отображается с заданной точностью на семисегментном индикаторе с отображением единиц измерения. 3.3.4. Микроконтроллер управления телевизором. Входные сигналы:последовательные коды с входного преобразователя ИК-сигнала имеют следующие характеристики управляющие импульс период - 10 ms, длительность - 1 ms; импульс увеличения период - 20 ms, длительность - 2 ms; импульс уменьшения период - 40 ms, длительность - 4 ms; коды регулируемых параметров, задаются количеством управляющих импульсов громкость - 1; яркость - 2; контрастность - 4; цвет - 8. Выходные сигналы:восьмибитовые коды, задающие значения громкости, яркости, контрастности и цвета. Функции: входные последовательности импульсов интерпретируются как управляющие сигналы для изменения цифровых кодов,

- 25 хранящихся в буферных регистрах и задающих соответствующие значения регулируемых параметров телевизора. При этом должны выполняться следующие соглашения: управление светодиодами, отображающими состояпосле выбора регулируемого параметра поступление импульние ; сов увеличения или уменьшения приводит к изменению параметра; выбор другого регулируемого параметра приводит к окончанию регулировки предыдущего; отсутствие импульсов увеличения или уменьшения в течении 10 секунд так же означает окончание регулировки. 3.3.5. Микроконтроллер клавиатуры. Входные сигналы:параллельные коды с матрицы 8*12 стандартной 101-клавишной клавиатуры; Выходные сигналы:последовательный код, соответствующий введенному символу; управление светодиодами, отображающими состояние. Функции: при преобразовании кодов с матрицы в код ASCII должны учитываться следующие факторы: положение переключателей CapsLock,NumLock и ScrollLock, состояние которых отображается светодиодами и изменяется при нажатии соответствующих клавиш; нажатие или нет клавиши Shift, Ctrl и Alt в момент нажатия других клавиш; нажатие left-Shift переключает коды основной кодировки в коды дополнительной таблицы до следующего нажатия, которое переключает обратно; должно фиксироваться как нажатие, так и отжатие клавиш; при нажатии клавиши в течении времени более чем 1,5 сек происходит автоматическая генерация кода нажатой клавиши с периодом 0,4 ms. .

- 26 3.4.Результаты курсового проектирования и оформление курсового проекта Результатами курсового проектирования явяляются: 1. Структурная схема разработанной МПС. 2. Функциональная схема одноплатного микроконтроллера. 3. Граф-схемы алгоритмов и программы с комментариями на языке Ассемблера. 4. Карта распределения адресов памяти. Все результаты оформляются в виде пояснительной записки и графической части на ватмане(миллиметровке). Курсовой проект выполняется в виде пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка должна содержать: 1. Титульный лист. 2. Лист задания с данными, относящимися к варианту. 3. Содержание с указанием страниц. 4. Структурную схему одноплатного микроконтроллера, краткое описание состава и назначения основных элементов системы. 5. Схемы реализованных алгоритмов, назначение подпрограмм, передаваемые параметры и результаты. 6. Карту распределения адресного пространства с указанием типа памяти, начала и конца подпрограмм, данных, констант. 7. Описание схемы одноплатного микроконтроллера. 8. Описание пульта управления и отладочного пульта. 9. Оценки быстродействия и сложности реализации МПС. 10. Литература. 11. Приложение с текстами подпрограмм. Примерный объем пояснительной записки до 25-30 листов, заполненных с двух сторон. Графическая часть курсового проекта должна содержать: 1. Структурную схему одноплатного микроконтроллера с указанием на ней всех информационных связей и управляющих сигналов. 2. Функциональную схему одноплатного микроконтроллера. 3. Общую граф-схему алгоритма управления с указанием имен и действия подпрограмм. Оформление пояснительной записки и графической части курсового проекта должно быть выполнено в соответствии с требованиями

- 27 действующих стандартов ЕСКД и ЕСПД. После оформления курсовой проект сдается на проверку за неделю до назначенного срока защиты. 4.Литература 1. Сташин В.В.,Урусов А.В.,Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. М.: Энергоатомиздат, 1990. 2. Кобылинский А.В., Липовецкий Г.П. Однокристальные микроЭВМ серии К1816. Микропроцессорные средства и системы, N1, 1986. с.10-19. 3. Уокерли Дж. Архитектура и программирование микроЭВМ. М.:Мир, 1984. 4. Микросхемы и их применение: справ. пособие. - М.: Радио и связь, 1984. -272с. 5. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике. Справочник. Под ред. Б.Н. Файзулаева, Е.В. Тарабрина. -М.: Радио и связь, 1987. -384с. 6. Однокристальные микроЭВМ. М.:МИКАП,1994,-400с. 7.Задков В.Н.,Пономарев Ю.В. Компьютер в эксперименте:Архитектура и программные средства систем автоматизации.-М.:Наука,1988.-376 с. 8.Сборник лабораторных работ:Специализированные вычислительные системы/Составитель И.А.Никищенков -Ульяновск,1990г. -с.28 9. Сборник лабораторных работ:Специализированные вычислительные системы.Часть 2/Составитель И.А.Никищенков-Ульяновск,1995г.-с.88