Разработка и обоснование структурной схемы устройства

 Набор КП580 определяет типовой состав аппаратных средств, образующих структуру вычислительного ядра системы. В его состав входят МП, ОЗУ, ПЗУ, схемы формирования сигналов синхронизации, микросхемы формирования сигналов управления системой. Полная структурная схема МП- устройства получается при объединении структуры вычислительного ядра и дополнительных аппаратных узлов.

 Аппаратный состав фильтра в целом уже определен в п.2, незатронутым остается масштабирующий усилитель. Также следует произвести согласование адресов ОЗУ, ПЗУ, портов ввода-вывода с адресами МП.

 Вспомогательные схемы целесообразно выполнять с наименьшими аппаратными затратами, т.е. следует стремиться к сокращению количества микросхем.

 По заданию следует использовать микросхему 10-разрядного быстродействующего функционально законченного АЦП последовательного приближения К1108ПВ1, предназначенную для преобразования аналогового сигнала в двоичный параллельный цифровой код. Микросхемы серии К1108 изготовляются по биполярной технологии, в том числе с применением кремниевых структур с диэлектрической изоляцией, СВЧ транзисторов, элементов ЭСЛ. В состав функциональной схемы преобразователя входят ИОН, ГТИ, выходной регистр с тремя логическими состояниями и функцией хранения информации в течение одного цикла преобразования ВРг РПП, ЦАП, многовходовый КН с входным резисторным вычитающим устройством, дешифратором уровней тока и др. .

Микросхема рассчитана на преобразование однополярного входного напряжения в диапазоне от О до З В, подаваемого на вход через внешний ОУ или УВХ при максимальной частоте преобразования 1,1 МГц для 10-разрядного ре жима и 1,33 МГц для 8-разрядного режима.

В качестве масштабирующего усилителя возьмём операционный усилитель, обладающий низким коэффициентом шума и имеющий хорошие энергетические показатели.

Для согласования диапазона входного сигнала и рабочего диапазона АЦП добавим к нему цепь обратной связи . Также на вход ОУ придется подать дополнительное опорное напряжение для смещения сигнала. Схема инвертирующего включения ОУ представлена на рис.1. Для упрощения расчетов зададим

Поскольку:

· диапазон изменения входного сигнала – (-4.5 … 4.5) В.

· рабочий диапазон АЦП – (0 … 3) В.

 Напряжение смещения будет равно -4.5 В. Коэффициент передачи петли обратной связи будет равным:

Коэффициент усиления будет равен:

Т.о. если задать один из резисторов, можно легко вычислить величину двух других.

Рис.1

 Использовать дополнительные регистры для хранения данных, выдаваемых АЦП, ненужно, поскольку заданный АЦП имеет внутренний трёхстабильный регистр. Однако для корректной подачи сигнала прерывания, свидетельствующего об обновлении данных на выходе АЦП, на вход МП и сброса этого сигнала нам потребуется обычный D-триггер, на тактовый вход которого подается сигнал готовности данных с выхода  АЦП. Триггер должен переключаться в единичное состояние по заднему фронту тактового импульса, т.е. при изменении уровня L - H. Во время поступления сигнала чтения из порта, данные из внутреннего регистра АЦП поступают на шину данных ЦП. Одновременно с этим сбрасывается сигнал прерывания, путем установки триггера в нулевое состояние. Во время обработки ЦП очередного отсчета АЦП должно находиться в 3 состоянии, т.е. не нагружать шину данных ЦП, для чего на вход  АЦП должен быть подать сигнал высокого уровня.

 Для согласованной работы ОЗУ, ПЗУ и ЦП выберем микросхемы памяти, которые имеют несколько разрешающих входов и поддерживают трёхстабильное состояние. Для нашего случая наиболее подходящими являются микросхемы:

· RAM- K537РУ17, имеющая организацию 8192 слов 8 разрядов, а также необходимые нам входы:

- выбор микросхемы

- разрешение по выходу

·  ROM- К1603РЕ1. Организация- 2048 слов 8 разрядов.

Дополнительные входы:

- выбор микросхемы  

- сигнал разрешения выхода

Таблицы истинности обеих микросхем и их более подробное описание приведены в приложении.

 В связи с тем, что обе микросхемы памяти выполнены по КМОП технологии, можно отказаться от использования буферных регистров КП580ИП82/ИП83 в ЦП, поскольку нагрузочной способности шин адреса (ША) и данных МП вполне достаточно для обеспечения нормальной работы устройства в целом.

Выбор ОЗУ или ПЗУ при поступлении сигнала чтения памяти от ЦП удобней всего осуществить, используя 11-ю линию А11 ША (см. рис.2). При этом обращение к ПЗУ происходит при подаче процессором сигнала чтения памяти и наличия на ША адреса ячейки в диапазоне . В остальных случаях ПЗУ находиться в 3 состоянии.

Для обращения к ОЗУ ЦП должен сформировать сигнал читать (или записать) и на ША выставить адрес ячейки ОЗУ в диапазоне . В остальных случаях ОЗУ также находиться в 3 состоянии.

 Для обмена данными с внешним устройством организуем порт вывода, представляющий собой обычный 8- разрядный регистр с защелкой. Сигналом готовности данных внешнему устройству может служить сигнал вывода в порт ЦП.

 Анализируя всё выше перечисленное можно составить общую структурную схему устройства.

Рис.2