Загрузка...
Учебная работа. Курсовая работа: Разработка устройства сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC
Пензенский муниципальный институт
Кафедра «Информационная сохранность систем и технологий»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по теме
«Разработка устройства сопряжения для индивидуального компа типа IBM PC»
ПГУ 3.090105.001 ПЗ
Пенза 2007
Реферат
УСТРОЙСТВО СОПРЯЖЕНИЯ, СИСТЕМНАЯ шина ISA, ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ, СЕЛЕКТОР АДРЕСА, БЛОК ВЫРАБОТКИ внутренних СТРОБОВ
Цель работы — разработка устройства сопряжения для индивидуального компа типа IBM PC по интерфейсу ISA. Устройство сопряжения создано для приёма инфы от компа, обработки данной нам инфы по данному методу, выдачи результата обработки инфы в комп.
В процессе выполнения работы было спроектировано устройство сопряжения, подключаемое к системной шине ISA. Устройство сопряжения делает функцию измерения частоты следования импульсов. Моделирование данной функции было проведено в программке Electronics Workbench.
В итоге работы были спроектированы многофункциональная схема, принципная схема, а так же операционная часть.
Содержание
Реферат
Введение
1. Описание метода функционирования УС
2. Описание многофункциональной схемы УС
2.1 Описание работы многофункциональной схемы интерфейсной части УС
2.2 Описание работы многофункциональной схемы операционной части УС
3. Описание принципной схемы
4. Моделирование схемы ОЧ УС в EWB
5. Построение диаграммы работы устройства сопряжения
Заключение
Перечень использованных источников
приложение А. Непременное. Метод функционирования УС
Приложение Б. Непременное. ПГУ 3.090105.002 Э2 Устройство сопряжения. Схема многофункциональная интерфейсной части
Приложение В. Непременное. ПГУ 3.090105.003 Э2 Устройство сопряжения. Схема многофункциональная операционной части
Приложение Г. Непременное. ПГУ 3.090105.004 Э3 Устройство сопряжения. Схема электронная принципная
приложение Д. Непременное. ПГУ 3.090105.004 ПЭ3 Устройство сопряжения. Список частей
Введение
Устройства, которые разрешают компу получать информацию от наружных источников, именуются устройствами сопряжения. Для их подключения на материнской плате предусмотрены шины расширения. Применение компа для контроля состояния каких-то наружных физических действий разумеется – на долю аппаратуры возлагается задачка адаптации сигнала от источника для обработки программкой, а на долю компа приходится логическая обработка приобретенной инфы.
В данном курсовом проекте нужно спроектировать УС, позволяющее определять частоту следования прямоугольных импульсов от наружного источника.
К индивидуальному компу типа IBM PC устройства сопряжения могут быть подключены 3-мя способами, надлежащими трем типам обычных наружных интерфейсов, средства которых входят в базисную конфигурацию компа:
— через системную магистраль либо шину (это ISA (Industrial Standard Architecture), EISA (Extended ISA), PCI (Peripheral Component Interconnect), VLB (Video Local Bus) либо VESA (Video Electronics Standards Association), PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association);
— через параллельный интерфейс Centronics;
— через поочередный интерфейс RS-232C.
Любой из 3-х обозначенных способов подключения имеет свои достоинства и недочеты. Для данного проекта было выбрано подключение к системной магистрали ISA, как устройство ввода-выода [1]
1.
Описание метода функционирования УС
Устройство сопряжения (УС) делает прием от компа инфы, обработку инфы по данному методу и выдачу результата обработки инфы в комп.
УС функционально состоит из 2-ух частей: интерфейсной и операционной. В согласовании с вариантом задания в процессе проектирования УС употреблялся шестнадцатиразрядный обмен по шине ISA. Данная разрядность шины данных просит внедрение 1-го адреса, доступного по записи и чтению и 1-го адреса для флага готовности. В согласовании с данными требованиями был разработан последующий метод функционирования УС:
1. Формирование кода адреса УС и сигнала –IOW на шине ISA.
2. Декодирование селектором адреса (СА) адреса устройства, к которому вышло воззвание.
3. Формирование Блоком выработки внутренних стробов (БВВС) строба записи по избранному адресу и запись младшей части числа M=214
в вычитающий счетчик. Сброс суммирующего счетчика.
4. Прием импульса измеряемой частоты.
5. Уменьшение значения вычитающих счетчиков. Повышение значения суммирующего счетчиков.
6. Если
7. Выставление флага готовности.
8. Формирование кода адреса УС и сигнала –IOR на шину ISA.
9. Декодирование селектором адреса СА устройства, к которому вышло воззвание.
10.установка числа N на шину данных шины ISA.
11.Выставление старшего адреса УС и сигнала –IOR на шину ISA.
12. Декодирование селектором адреса СА адреса устройства, к которому вышло воззвание.
13. Выставление старшей части числа N на шину данных шины ISA.
Функция вычисления измеряемой частоты реализуется программно. В процессе цикла счета программка производит опрос флага готовности и по факту его конфигурации запрашивает вывод результата. Вычисление частоты делается по формуле:
–N – число, приобретенное в итоге измерения;
–F0
– частота тактового генератора;
–F –разыскиваемая частота;
–М – число, устанавливаемое на счётчике тактовых импульсов, т.е размер временного окна цикла измерения
2. Описание многофункциональной схемы
Многофункциональная схема интерфейсной части УС представлена в Приложении Б.
2.1 Описание работы многофункциональной схемы интерфейсной части УС
Многофункциональная схема интерфейсной части УС содержит последующие элементы:
1. входные и выходные буферы;
2. селектор адреса;
3. блок выработки внутренних стробов;
4. блок реализации асинхронного обмена;
Буферирование магистральных сигналов применяется для электронного согласования и делает две главные функции: электронная развязка (для всех сигналов) и передача сигналов в подходящем направлении (лишь для двунаправленных сигналов). Это 1-ая и более тривиальная интерфейсная функция хоть какого УС. Буферирование — это 1-ая и более тривиальная интерфейсная функция хоть какого УС. время от времени при помощи буферирования реализуется также мультиплексирование сигналов, что и нужно по заданию. Более нередко употребляются микросхемы магистральных приемников, передатчиков, приемопередатчиков, часто также именуемые буферами.
Требования к приемопередатчикам содержат в себе требования к приемникам и передатчикам, т. е. малый входной ток, большенный выходной ток, высочайшее быстродействие и непременное отключение выходов. При большенном количестве разрядов нужно применять особые микросхемы приемопередатчиков. Эти микросхемы бывают 2-ух главных типов: с 2-мя двунаправленными шинами либо с 3-мя шинами (одной двунаправленной, одной входной и одной выходной шиной). Для управления работой приемопередатчиков употребляются два управляющих сигнала. Отметим, что если приемопередатчики с открытым коллектором употребляются для буферирования шины данных, то на их выходах нужно включать резисторы на шину +5В (если они не работают на линию, к которой эти резисторы уже подключены).
2-ой главный интерфейсной функцией, выполняемой УС, работающими в режиме программного обмена, является дешифрация адреса. Эту функцию делает селектор адреса (СА), который должен выработать сигналы, надлежащие выставлению на шине адреса магистрали кода адреса, принадлежащего данному УС, либо 1-го из зоны адресов данного УС. В данном курсов проекте СА строился на адресе 0x36С для чтения-записи и на адресок флага готовности 0х36D. В данной курсовой работе СА был реализован с внедрением микросхем компараторов кодов (КК).
Блок выработки внутренних стробов производит формирование внутренних стробов для записи и чтения по данным адресам синхронно с сигналами –IOW и -IOR, принимаемых с шины ISA.
Главный метод обмена по магистрали ISA – синхронный. При данном типе обмена не учитывается быстродействие исполнителя. При наличии низкого быстродействия исполнителя есть возможность того, что передача данных будет неправильна. Для устранения способности неверной передачи данных употребляется асинхронный обмен, средством снятия сигнала –I/O CH RDY по сигналу, выдаваемому УС. Асинхронный обмен обеспечивает блок DK.
Работа интерфейсной части УС происходит последующим образом. С ISA во входные буферы поступают адресок 0х36C, сигнал –IOW, данные – число М=214
. Опосля прохождения буферной части, код адреса поступает на СА. Опосля СА сигнал поступает на БВВС, синхронно с сигналом –IOW. Так же сигнал с СА поступает на шину ISA для выработки сигнала I/O CS 16, для определения того, что воззвание к УС делается в шестнадцатиразрядном режиме. Дальше БВВС производит строб, который идет на операционную часть, производя параллельную загрузку вычитающих счетчиков и сброс суммирующих, и на управляющий вход мультиплексора шины данных, обеспечивая передачу данных в подходящем направлении. Опосля цикла измерения происходит чтение флага готовности, при котором на шину ISA подается сигнал –I/O CH RDY в случае, если флаг готовности установлен. Опосля этого делается цикл работы по чтению. Делается установка и дешифрация адреса, выработка строба чтения, установка мультиплексора шины данных на передачу в другом направлении, установка на шину данных кода числа N.
2.2 Описание работы многофункциональной схемы операционной части УС
Операционная часть УС содержит последующие элементы:
1. Опорный тактовый генератор
2. Вычитающий счетчик
3. Суммирующий счетчик
4. Три D-триггера.
5. Логические элементы
Тактовый генератор задает определенную частоту, которая употребляется для подсчета суммирующим счетчиком импульсов. Методом подачи импульсов измеряемого напряжения и импульсов опорного генератора на элемент логического умножения и вывода выхода этого элемента на синхронный вход суммирующего счетчика. Так, когда оба импульса находятся в положении высочайшего напряжения, на синхронном входе счетчика происходит перепад и делается переключение его состояния. Данный генератор имеет фиксированную частоту, лучшую от измеряемой частоты.
Вычитающие счетчики определяют продолжительность цикла измерения. В данный счетчик заводится число М, определяющее размер временного окна считывания. Вычитающий шестнадцатиразрядный счетчик представляет собой четыре параллельных четырехразрядных счетчика, запись в которые делается по одному адресу 0х36C. Опосля того, как на счетчик приходит строб записи, он раскрывается для параллельной загрузки, и в него загружается код с шины данных. Опосля прихода импульса измеряемой частоты счетчик начинает вычитание.
Суммирующий счетчик опосля прихода строба записи сбрасывается в нулевое
Триггеры и логические элементы образуют схему управления счетом. По приходу строба записи на синхронизирующий вход, триггер Т1 устанавливается в 1 и устанавливает это момент, когда вычитающий счетчик обнулится сигнал переноса с вычитающего счетчика поступит на вход данных триггера Т3 и с него на входы сброса триггеров Т2 и Т1. Опосля сброса триггеров в 0 делается установка флага готовности.
3. Описание принципной схемы
Схема электронная принципная УС приведена в приложении В.
Работа принципной схемы начинается с поступления данных в буферный блок УС. С адресных выводов А31-А16 шины ISA на входы частей DD1 и DD2 поступает код адреса 0х36C, по которому делается воззвание к УС для записи. С выхода А13 на 4 вывод элемента DD3.1 поступает сигнал –IOW. С выходов А9-А2 и С11-С18 шины ISA на входы 3, 6, 10, 13 частей DD8, DD11, DD13, DD17 поступает код данных.
Опосля прохождения буферной части устройства сигналы адреса проходят на селектор адреса. Селектор адреса реализован на микросхемах К134СП1 – четырехразрядных компараторах кодов серии ТТЛ. С выходов 18, 16, 14, 12 элемента DD1 сигналы поступают на входы частей DD5, DD9. С выходов 9, 7, 5, 3 элемента DD1 сигналы поступают на входы элемента DD5. С выходов 18, 16, 14, 12 и 9, 7, 5, 3 элемента DD2 сигналы поступают на входы частей DD6 и DD7 соответственно. С выхода 3 элемента DD4 сигнал поступает на вход 15 элемента DD10. С выхода 3 элемента DD5 сигнал поступает на вход 2 элемента DD10. С выхода 3 элемента DD6 сигнал поступает на вход 7 элемента DD10. С выхода 3 элемента DD7 сигнал поступает на вход 10 элемента DD10. Таковым образом, делается декодирование адреса 0х36C. На компараторах DD4-DD7 установлен код адреса 0х36C, с которым сравнивается код, пришедший с ISA на СА, опосля совпадения всех четырехразрядных частей кода с выходов равенства всякого компаратора сигнал логической единицы поступают на компаратор DD10, на котором установлено случае, если весь код адреса совпадет с требуемым. Дальше описывается декодирование адреса 0х36D для чтения флага готовности. С выхода 3 элемента DD9 сигнал поступает на вход 15 элемента DD14. С выхода 3 элемента DD5 сигнал поступает на вход 2 элемента DD12. С выхода 3 элемента DD6 сигнал поступает на вход 7 элемента DD12. С выхода 3 элемента DD7 сигнал поступает на вход 10 элемента DD12. Выработка сигнала будет выполняться лишь в том случае если код адреса совпадет с кодом 0х36D, установленным на компараторах.
Опосля прохождения СА вырабатывается сигнал соответственный декодированному адресу. С вывода 3 элемента DD10 сигнал идет на вывод В1 (– I/O CS 16) шины ISA для установки режима шестнадцатиразрядного обмена.
Опосля декодирования адреса УС сигнал, соответственный определенному адресу поступает на блок выработки внутренних стробов.
С выходов 3 частей DD10 и DD12 сигнал поступает на входы 1 и 2 элемента DD18.1 и на входы инверторов DD16.1 и DD16.2., опосля что инвертированный сигнал поступает на входы элемента DD18.2. С выходов 3 и 4 частей DD18.1 и DD18.2 сигналы поступают на входы инверторов DD19.1 и DD19.2 соответственно. С выхода 2 инвертора DD19.1 сигнал поступает на вход 1 элемента DD21 и с выхода 4 элемента DD19.2 сигнал поступает на вход 15 элемента DD21. На вывод 2 элемента DD21 поступает сигнал с вывода 17 элемента DD3 и на вывод 16 элемента DD21 поступает сигнал с вывода 18 элемента DD3. На выводы 3 и 13 подаются сигналы с выводов 1 и 2 элемента DD1.
Дальше происходит выработка строба записи (в цикле записи) либо строба чтения (в цикле чтения).
С выхода 6 дешифратора DD21 сигнал поступает на входы 15 частей DD8, DD11, DD13, DD17 для управления направлением передачи данных по шине ISA.
С вывода 10 дешифратора DD21 сигнал подается на входы 3 и 11 триггеров DD20.1 DD20.2, на вход 2 элемента логического ИЛИ DD30.1, на входы 11 вычитающих счетчиков DD22, DD27, DD32, DD34 и на входы сброса 14 суммирующих счетчиков DD23, DD28, DD33, DD35.
Выводы 2 и 4 триггера DD20.1 и вывод 10 триггера DD20.2 заведены на логическую единицу через резистор R1. Выводы 1 и 13 триггеров DD20.1 и DD20.2 соединены с выводом 5 триггера DD35.1 для реализации сброса триггеров по окончании цикла счета.
Вывод 5 триггера DD20.1 подается на вывод 12 триггера DD20.2. Вывод 9 триггера DD20.2 подается на вход 5 логического «И» DD25.1, на иной вход которого подается измеряемая частота. Опосля прохождения инвертора DD26.1 сигнал поступает на вход 1 логического «ИЛИ» DD30.1. C выхода этого элемента сигнал поступает на вход 4 счетчика DD22.
Счетчики DD22, DD27, DD32, DD4 представляют собой каскадированные четырехразрядные счетчики, которые производят счет по модулю 16. Каскадирование счетчиков осуществляется последующим образом: выходы 13 предшествующего счетчика соединяются с входом 4 последующего счетчика. На входы 15, 1, 10, 9 подаются данные с шины данных. Входы 14 счетчиков заводятся на землю, входы 5 заводятся на логическую единицу. Выход 13 старшего счетчика заведен на вход 2 триггера DD36.1. Выход 5 этого триггера заведен на входы сброса 1 и 13 триггеров DD20.1 и DD20.2.
При чтении флага готовности строб чтения с вывода 3 элемента DD21 будет поступать через инвертор DD13.1 на вход 1 логического «И» DD15.1, на иной вход которого заведен через инвертор DD13.2 сигнал DK, снимаемый с вывода 5 триггера DD20.1. Таковым образом, сигнал –I/O CH RDY будет формироваться лишь при наличии строба чтения по адресу флага готовности и при нулевом состоянии флага готовности.
В цикле чтения сигналы будут поступать аналогично рассмотренному выше методу, заместо –IOW будет формироваться –IOR.
При чтении данных единичное состояние сигнала, снимаемого с вывода 6 элемента DD21, будет обеспечивать состояние мультиплексора шины данных для передачи кода N на шину ISA.
4.
Моделирование схемы операционной части устройства сопряжения в EWB
Крайним шагом курсовой работы являлась разработка схемы, моделирующей процесс функционирования операционной части устройства сопряжения. Управляющие сигналы, которые должны поступать с интерфейсной части устройств сопряжения формируются генератором двоичных слов.
Схема реализована на счетчиках 74163, триггерах 7474. В схеме так же употребляются логические элементы.
Работа измерителя частоты начинается с установки исходных значений. При включении тумблера питания на рабочей панели Electronics Workbench генератором слов вырабатывается сигнал, имитирующий строб записи. Синхронно с эти сигналом делается запись числа М в вычитающие счетчики и сброс в нулевое состояние суммирующих счетчиков.
Опосля того, как схема окончит свою работу на выходах суммирующих счетчиков устанавливается итог счета – число N и устанавливается флаг DK.
Схема операционной части УС, разработанная в EWB приведена в Приложении В.
5. Построение диаграммы работы устройства сопряжения
Для построения временной диаграммы работы устройства сопряжения следует направить внимание на метод его работы. Из метода видна очерёдность возникновения разных сигналов. Цикл работы устройства сопряжения начинается с обработки кода адреса устройства, к которому осуществляется воззвание, выставленного на шину адреса шины ISA.
Дальше следует команда записи. В цикле записи задатчик выставляет записываемые данные и аккомпанирует их стробом записи -IOW.
Опосля записи начинается работа операционной части УС.
При цикле чтения задатчик выставляет сигнал -IOR, в ответ на который исполнитель (УС) должен выдать данные на шину данных. Эти данные должны быть сняты исполнителем опосля окончания сигнала -IOR.
Временная диаграмма 1-го цикла работы УС приведена на Рис.1.
Заключение
В процессе выполнения проекта была создано устройство сопряжения, отвечающее последующим требованиям:
–наружный интерфейс – шина ISA;
–формат данных – параллельный;
–разрядность данных – 16 разрядов;
–количество устройств, ввода-вывода – 1;
–адреса устройства ввода/вывода для инфы –0х36С;
–адресок устройства вывода из флага готовности – 0х36D;
–мультиплексор шины данных (МШД) на базе приёмопередатчика с 3-мя шинами;
–селектор адреса (СА) на базе компараторов кода;
–блок выработки внутренних стробов (БВВС) на базе дешифратора;
–обмен – асинхронный;
–операционная часть (ОЧ) измеритель частоты следования импульсов (ИЧСИ);
–количество периодов входного сигнала – 214
.
Проверка корректности работы операционной части устройства сопряжения была произведена путём её моделирования в программке Еlectronics Workbench 5.12
Таковым образом, задание на курсовую работу было выполнено в полном объёме.
Перечень использованных источников
1
Новиков Ю.В. Разработка устройства сопряжения для индивидуального компа типа IBM PC. – М: ЭО, 1998 – 224с.
2 Сапаров В.Е., Максимов Н. А. системы эталонов в электросвязи и радиоэлектронике: Учеб. Пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1985. – 248 с., ил.
3 Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др.; Под ред С.В. Якубовского. – М.: Радио и связь, 1990. – 496 с.: ил.
приложение A. Непременное. ПГУ 2.075500.002 Э. Устройство сопряжения. Схема многофункциональная.
Устройство сопряжения
метод функционирования
приложение А
(непременное)
ПРИЛОЖЕНИЕ A. Непременное. ПГУ 2.075500.002 Э2. Устройство сопряжения. Схема многофункциональная.
ПГУ 3.090105.002 Э2
Устройство сопряжения
Схема многофункциональная интерфейсной части
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(непременное)
ПРИЛОЖЕНИЕ A. Непременное. ПГУ 2.075500.002 Э2. Устройство сопряжения. Схема многофункциональная
ПГУ 3.090105.003 Э2
Устройство сопряжения
Схема многофункциональная операционной части
ПРИЛОЖЕНИЕ В
(непременное)
]]>