МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)»

(СПбГЭТУ)

Факультет ФРТ Кафедра РС Индивидуальное домашнее задание №2 По дисциплине: Цифровые устройства и микропроцессоры На тему: Контроллер имитатора поверхностного сигнала (Код задания 246)

Выполнил	Оценка __________________
студент гр. 8106	Проверил
Митянин Е.А.	Добырн В.В.
	Дата ____________________

Санкт-Петербург

2011г.

Раздел 2.Разработка аппаратной части контроллера.

2.1.Блок cpu.

Основой проектируемой системы является микропроцессор i8085. Исходя из указанной в задании тактовой частоты 5 МГц выберем его модификацию 8085AH-2, работающий на тактовой частоте 5МГц, выполненный по CMOS–технологии, он использует лишь один источник питания +5В и имеет TTL–совместимые сигналы. Обоснованием такого выбора является более экономичное решение. Для управления БИС общего назначения необходимо сформировать сигналы MEMR#, MEMW#, I/OR#, I/OW#, поэтому CPU содержит демультиплексор 1533КП11. Схема изображена на рис 10.

Рис.10. Блок CPU

Сигналы, поступающие на CPU: AD[0,7] - мультиплексная шина адреса-данных; SID -вход канала последовательной передачи данных (ввод одного разряда по каналу SOD в разряд D7 аккумулятора производится командой RIM); HOLD - сигнал запроса прямого доступа к памяти (если HOLD=1, при READY=1, МП прерывает работу после выполнения текущего машинного цикла выполняемой программы, выдав значение сигнала подтверждения захвата шин HLDA=1, шины данных и адреса МП переводятся в Z-состояние); INTR - сигнал запроса прерывания (INTR=1 записывается во внутренний триггер запроса прерывания, при условии INTE=1 и HOLD=0, далее сбрасывается в 0 внутренний триггер INTE и устанавливается активный уровень сигнала INTA#); RESIN# - сигнал перезапуска контроллера (выведен в виде кнопки на внешнюю панель контроллера); READY - сигнал готовности, его использование обуславливается не достаточным быстродействием прибора 8755 в блоке памяти; TRAP - вход запроса немаскированного прерывания, сигнал TRAP предназначен для обслуживания аварийных ситуаций, и в нашем контроллере не используется, поэтому мы делаем TRAP=0 (нa землю); RST5.5, RST6.5. RST7.5 - входы маскируемых запросов прерывания для вызова подпрограмм, управление маскированием производится командами RIM и SIM; X1, X2 - входы для подключения кварцевого генератора.

Сигналы, поступающие из CPU: А[8,15] - старший байт адреса внешнего устройства; SOD -выход канала последовательной передачи данных (вывод разряда D7 аккумулятора на линию SOD производится сигналом SIM); HLDA, INTA - описаны выше; RESOT - выходной сигнал системного сброса (реакция на входной сигнал RESIN#); IO/M# - сигнал обращения МП к внешнему устройству (IO /М#=1) или к памяти (IO/M#=0); RD# - сигнал чтения IO или памяти; WR# - сигнал записи данных в память или IO; ALE – сигнал фиксации младшего байта адреса A[0,7] во внешнем регистре; CLK – выходной тактовый сигнал МП.

2.2 Блок индикации.

Блок индикации выполнен по стандартной динамической схеме (используем минимальное число дополнительных микросхем). Индикацию осуществляем за счет использования СИД дисплеев двух типов: красный LA-401VD (5 разр.) и зеленый LA-401MD (5 разр.). СИД дисплеи включены по схеме с ОА.

Структурная схема, использующая 7-сегментную динамическую индикацию, показана на рис. 11.

Рис.11. Структурная схема динамического индикаторного устройства

Принцип динамической индикации предполагает параллельное соединение сегментов всех СИД-индикаторов, подачу кода на все индикаторы сразу, но включение производится только одного  того, код разряда которого подан в данный момент на сегменты. Задание кода разрешения текущего разряда производится сигналами С1, С2, С3, С4, С5. По истечении определенного времени, в течение которого текущий разряд воспроизводит информацию, происходит подача кода следующего разряда и кода разрешения на него, и т. д.

Для работы индикаторного устройства в динамическом режиме требуется только 2 регистра (независимо от числа разрядов) и 2 драйвера. Регистр 1 используется для фиксации и временного хранения кода (8-4-2-1) цифры очередного разряда (Data(И1), Data(И2), Data(И3), Data(И4), Data(И5)), регистр 2 – для подачи разрешающих стробов (C1, C2, C3, C4, С5) на очередной разряд устройства.

Как уже отмечалось (раздел 1, пункт 1.4., стр. 10), для комфортного восприятия информации частота обновления должна быть больше 50 Гц. При 5-разрядном индикаторе и использовании частоты обновления информации 50 Гц длительность свечения одного разряда будет 4 мс, т. е. темп обновления информации в индикаторном устройстве должен быть 1/4 мс = 250 Гц. Наиболее простое решение периодического обновления информации может быть получено введением аппаратного генератора частоты сканирования (F_scan= 250Гц) и вызова по его сигналам ППОП, которая циклически записывает необходимые коды в регистры 1 и 2.

В соответствии с заданием используем СИД-индикаторы с общим анодом. Электрическая эквивалентная схема управления СИД-индикаторами с ОА представлены на рис. 12.

Рис.12. Электрическая эквивалентная схема включения СИД-индикаторами с ОА.

В цепи каждого светодиода (сегмента) включен ключ (K1…K7), который замыкается в соответствии с кодом индикатора, который должен быть высвечен на конкретном разряде. Резисторы R1, …, R7 используются для задания величины тока нормального свечения каждого сегмента СИД-индикатора. Нужный разряд индикатора выбирается ключом K8. Ключи K1, …, K7 в схеме ОА управляют втекающим током одного сегмента. Ключ K8 должен управлять суммарным током сегментов от нулевого уровня (СИД-индикатор выключен) до I_sb + I_sc (код единицы) и I_sa + I_sb + I_sc + I_sd + I_se + I_sf + I_sg (код восьмерки). Параметры СИД-индикаторов представлены в табл.2., где I – яркость свечения, I_F – ток 1-го сегмента,V_F- напряжение на открытом сегменте,V_R – допустимое обратное напряжение на сегменте.

Табл.3. Параметры СИД-индикаторов

Тип	Общий	I		IF тип (мА)	VF тип (В)	VR Макс (В)	Цвет	Фирма	Схема
		(lum)	(mcd)
LA-401VD	Анод		10	15	2.0	3	red	Rohm	Б
LA-401MD	Анод		16	20	2.1	3	green	Rohm	Б

Для динамического режима работы приборов ток, обеспечивающий такую же яркость в импульсном режиме, должен быть в Q раз больше (Q – скважность).

Таким образом, получаем для LA-401VD (красн.) I_s = I_Fимп = I_F  Q = 15  5 = 75 мА, I_sum = 75  7 = 525 мА. Током I_s должны управлять ключи K1, …, K7, а током I_sum  ключ K8. Для LA-401MD (зелен.) I_s = I_Fимп = I_F  Q = 20  5 = 100 мА, I_sum = 100  7 =700 мА.

Для реализации ключей K1, …, K8 могут быть применены интегральные микросхемы и транзисторы. Для транзисторного варианта на рис.13 представлена электрическая схема одного разряда СИД-индикатора с ОА.

Рис. 12. Схема управления СИД-индикатором с ОА

Теперь необходимо выбрать транзисторы. Импульсные токи зажигания одного сегмента СИД-индикатора I_s = 75 мА (красн.) и 100мА(зелен.). На такие импульсные токи коллектора должны быть выбраны транзисторы VT1…VT7. Коллекторные токи транзистора VT8, управляющие включением одного разряда СИД-дисплея, I_sum = 525 мА (красн.) и 700мА (зелен.).

Для LA-401VD (красн.), LA-401MD (зелен.) можно предложить использовать транзистор управления сегментами типа KT373Г (максимальный импульсный коллекторный ток I_VT равен 100 мА), параметры которого приведены в табл. 4. Транзистор для управления разрядами СИД-индикатора LA-401VD (красн.) выбираем КТ350А. Транзистор для управления разрядами СИД-индикатора LA-401MD (зелен.) выбираем КТ321Е.

Таблица 4. Некоторые параметры импульсных транзисторов КТ373Г, КТ350А,КТ321Е.

Тип прибора	KT373Г	KT350А	КТ321Е
IК макс (мА)	50	60	200
IК, и макс (мА)	200	600	2000
h21э	50…125	20…200	80…200
VКЭ нас (В)	0,1	1	2,5
fгр (мГц)	250	100	60
PК макс (мВт)	150	300	210

Отпирающий ток базы транзисторов VT1-VT7 равен I_Б = I_s / h21э_мин, где h21э_мин- минимальный коэффициент усиления транзистора по току:

I_Б =100мА / 50=2 мА.

Для обеспечения режима отсечки в базовой цепи VT1 должен быть дополнительно введен ключ DD29. Назначение этого элемента  выключить сегмент A СИД-идикатора при нулевом значении управляющего кода. Для этого выходное напряжение ключа V_OH1 должно обеспечивать закрытое состояние транзистора VT1. Для кремневого транзистора V_БЭ (напряжение между базой и эмиттером) в закрытом состоянии должно быть не более 0,7 В, т. е. V_OH1 ключа должна быть не менее 4,3 В. Выбираем КМОП ключ 561ЛН2 из таблицы п.2.3. [5, с. 865], для которого имеем: V_OL1 = 0,4, I_OL1=6,4 мА и I_OH1/V_OH1 = =1,6 мА /4,6 В. Последняя запись означает, что ключ при выходном напряжении 4,6 В обеспечивает вытекающий ток 1,6 мА. Выбранный ключ – инвертирующий, таким образом, требуется программная инверсия кода при загрузке в регистр временного хранения данных (регистр 1 [5],на рис. 3.11,стр.116).

Имея параметры транзисторов VT1 и VT8 и предполагая, что они работают в режиме насыщения, можно вычислить значения резисторов для СИД-индикаторов:

R_i = (V_cc – V_КЭнасi – V_КЭнас8 – V_F) / I_s, где i = 1…7.

Подставляя значения для выбранных транзисторов из табл.2,4, получим:

1-7(красн.): R=(5-0,1-1-2)/0,075=25.33 Ом. Округляем до 26 Ом;

1-7(зел.): R=(5-0,1-2,5-2,1)/0,1=4 Ом.

Величины резисторов R8…R14 вычисляем из выражения:

R_i = (V_OH1 – V_БЭнас1) / I_Б, I_Б = I_{Бнас ,} i = 8…14.

8-14(красн.):R=(4,6-0,7)/(75мА/50)=2,6кОм, 8-14(зел.): R=(4,6-0,7)/(100мА/50)=1,95кОм.

Ток базы для насыщения транзистора в наихудших условиях должен быть: I_Б8 = I_Бнас = I_sum / h21э_мин = 700/80 = 8,75мА. Такой ток может быть получен от схемы с открытым коллектором DD27 531ЛН2(V_OL = 0,4В и V_OH = 5В, I_OL =20мА) [5, с. 311]. Резистор R15 рассчитывается на требуемый ток базы I_Бнас R15 = (V_сc  V_БЭнас  V_OL) / I_Бнас, где V_БЭнас – напряжения база-эмиттер насыщения транзистора VT8, V_OL – напряжение низкого уровня на выходе ключа DD27 при протекании тока базы.

R15 =(5-0,7-0,4)/8,75мА=445 Ом.

Значение резистора R20 будет равно 1кОм.

Генератор частоты сканирования может быть построен на свободном таймере прибора 8155. Требуемая для обновления регистров 1 и 2 ППОП должна запускаться с частотой F_scan = 250 Гц. При наличии тактовой частоты F_clk = 5 мГц для получения частоты F_scan необходим делитель частоты с модулем пересчета

M_scan = F_clk / F_scan = 5  10⁶ / (2,5  10²) =2*10⁴.

Таймер прибора 8155 имеет коэффициент пересчета 2¹⁴, следовательно, он может быть использован для генерации запросов прерывания по входу R5.5.

Поскольку вход прерывания R5.5 потенциальный, то для исключения повторного срабатывания ППОП на входной потенциал, равный «1», необходимо предусмотреть снятие его с входа R5.5 до окончания прерывания. Такое управление может быть создано с помощью D-триггера, который устанавливается по входу С выходным сигналом переполнения таймера (D = 1) и сбрасывается по входу R сигналом, сформированным в ППОП.