Учебное пособие

по курсовому проектированию

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Микропроцессорные системы

УДК 681.3

ББК 32.97

М 88

Рецензенты:

УДК 681.3

ББК 32.97

ISBN, 2006

КГТУ, 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1.ПРОЕКТИРОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ 6

1.1.ПОНЯТИЕ СИСТЕМЫ 6

1.2.ЦИКЛ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ 7

1.3.ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 10

1.4.СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 11

1.5.ЗАЩИТА КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ 12

2.ТРЕБОВАНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ 13

3.ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ 16

4.ПРОЕКТИРОВАНИЕ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО УСТРОЙСТВА 18

4.1.ТИПОВАЯ СТРУКТУРА МПУ 18

4.2.СИСТЕМА ПИТАНИЯ МПУ 20

4.2.1.Питание от сети переменного напряжения ~220В 20

4.2.2.Питание от постоянного напряжения +10… +30В 22

4.2.3.Питание МПУ от источника +5В(+3В) 22

4.2.4.Питание от аккумуляторов 23

4.2.5.Комбинированный источник питания 24

4.2.6.Расчет потребляемой мощности 24

4.3.МОДУЛЬ СБРОСА И СИНХРОНИЗАЦИИ 25

4.3.1.Расчет схемы сброса и синхронизации 27

4.4.ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ МИКРОЭВМ 27

4.5.БЛОК СВЯЗИ С ОПЕРАТОРОМ (ПУЛЬТ УПРАВЛЕНИЯ) 29

4.5.1.Подключение клавиатуры 29

4.5.2.Подключение индикатора 31

4.5.3.Расчет пульта оператора 33

4.6.ОРГАНИЗАЦИЯ ВВОДА ДАННЫХ 33

4.6.1.Ввод аналоговой информации 34

4.6.2.Расчет входных схем 37

4.6.3.Ввод цифровой и дискретной информации 38

4.7.ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫВОДА ДАННЫХ 39

4.7.1.Цифровые выходы 39

4.7.2.Аналоговые выходы 39

4.7.3.Управление силовыми цепями 40

4.8.СТАНДАРТНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ 43

4.9.ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ РАЗВЯЗКА 45

4.10.ВЫБОР МИКРОКОНТРОЛЛЕРА 45

5.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ 48

5.1.ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 51

5.1.1.Технология задачи/состояния 51

5.1.2.Взаимодействие между задачами 59

5.2.ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ТИПОВЫХ МОДУЛЕЙ МПУ 65

5.2.1.Сопряжение с клавиатурой 65

5.2.2.Сопряжение с ЖКИ-модулем 78

5.2.3.Сопряжение с памятью по интерфейсу I2C 87

5.2.4.Сопряжение с последовательным асинхронным интерфейсом 93

5.2.5.Сопряжение с датчиком температуры 101

6.ПРИМЕР ПРОЕКТИРОВАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО УСТРОЙСТВА 105

6.1.ТРЕБОВАНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ И ПОСТРОЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СПЕЦИФИКАЦИИ 105

6.2.ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ 108

6.2.1.Проектирование аппаратной части устройства 112

6.2.2.Проектирование программной части 124

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ 148

Приложение А 153

Приложение В 160

Приложение Г 161

Введение

Курсовой проект предназначен для практического усвоения студентами основных разделов дисциплин «Микропроцессорные системы», «Программирование», «Электротехника и электроника», «Схемотехника», «Теория автоматов» типового учебного плана специальности “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”, закрепления знаний по проектированию аппаратных и программных средств микропроцессорных систем, развития практических навыков проектирования систем на базе современных микроконтроллеров.

В задачи курсового проекта по дисциплине «Микропроцессорные системы» входят: развитие у студентов навыка научно-исследовательской и проектно-конструкторской работы в области исследования и разработки микропроцессорных систем; принятие экономически и технически обоснованных инженерных решений; анализ научно-технической литературы и ресурсов сети “Интернет” в области проектирования микропроцессорных систем, а также использование стандартов, справочников, технической документации по элементной базе, аппаратным и программным решениям и т.д. При выполнении курсового проекта следует руководствоваться общими указаниями по организации и методике проведения курсового проектирования в вузе [1,2].

В предлагаемом пособии с единых методологических позиций разработки микропроцессорной системы рассматриваются вопросы выполнения курсового проекта на базе современных микроконтроллеров, даются конкретные указания по выполнению основных этапов проектирования: разработка аппаратной и программной частей системы. Существенное место в пособии занимают важные вопросы практической реализации алгоритмов. В пособии приведены варианты типовых заданий на разработку микропроцессорных устройств, которые могут быть выбраны в качестве основы тематики курсового проектирования.

В результате выполнения курсового проекта по дисциплине «Микропроцессорные системы» студент должен научиться работать с научно-технической и справочной литературой в области проектирования микропроцессорных систем, решать отдельные прикладные задачи по разработке микропроцессорных устройств, работать с современными инструментальными средствами проектировщика, выступать перед аудиторией с целью защиты результатов своей работы.

Курсовой проект готовит студента к решению более сложной задачи, завершающей обучение, – дипломному проектированию.