Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования Российской Федерации
Курсовая работа
На тему:
«Устройство измерения длительности периода»
Выполнил:
Студент гр. 123
Ольхов С.В.
Проверил:
Свиязов А.А.
Рязань 2005 г.
1. Введение 3
2. Задание 4
. Обзор существующих устройств 5
4. Описание функциональной схемы.
5. Разработка принципиальной схемы устройства
6. Программа работы устройства 16
7. Заключение 21
8. Список литературы. 22
9. Спецификация
Возможное рабочее описание термина «измерение», согласующееся с нашей интуицией, звучит так: «измерение - это получение информации». Одним из наиболее существенных аспектов измерения является сбор информации; измерения производится для того, чтобы, что-то узнать об объекте измерения, то есть об измеряемой величине. Это означает, что результат измерения должен описывать то состояние или то явление в окружающем нас мире, который мы измеряем. Второй аспект измерения состоит в том, что оно должно быть избирательным. Оно может снабдить нас сведениями только о том, что мы хотим измерить. Третий является то факт что измерение должно быть объективным. Любой наблюдатель должен извлекать из измерения одну и ту же информацию и приходить к одним и тем же выводам. Измерительная техника как раз и занимается созданием таких приборов, называемые измерительными системами.
В данном курсовом проекте разработан цифровой измеритель периода, в состав которого входит микропроцессор Intel 8086, работающий в минимальном режиме и модуль памяти на 56 кбайт, содержащий ОЗУ и ПЗУ, и блок индикации на ЖКИ.
|
Т, мкс |
Т, кГц |
tи, мкс |
Uвых, В |
Uвых, В |
Rн, кОм |
|
10-1000 |
1 |
10-100 |
12 |
0,1 |
4 |
Микропроцессор
Режим работы микропроцессора минимальный
Объем памяти, Кбайт 48
Адрес памяти Н
Адреса портов ввода-вывода А90Н-А9FH
Тип индикатора ВЛИ
3. Обзор существующих устройств.
Электронно-счетные частотомеры по своим возможностям являются универсальными приборами. Их основное назначение —измерение частоты непрерывных и импульсных колебаний, осуществляемое в широком частотном диапазоне (примерно от 10 Гц до 100 МГц) при погрешности измерений не более 0,0005 %. Зная частоту можно найти период T = 1/f. Кроме того, они позволяют измерять периоды низкочастотных колебаний, длительности импульсов, отношения двух частот (периодов) и т. д. Действие электронно-счетных частотомеров основано на дискретном счете числа импульсов, поступающих за калиброванный интервал времени на электронный счетчик с цифровой индикацией. На рис. 1 приведена упрощенная функциональная схема прибора. Напряжение измеряемой частоты fx в усилительно-формирующем устройстве преобразуется в последовательность однополярных импульсов, повторяющихся с той же частотой fх. Для этой цели часто используется система из усилителя-ограничителя и триггера Шмитта, дополненная на выходе дифференцирующей цепочкой и диодным ограничителем. Временной селектор (электронный ключ с двумя входами) пропускает эти импульсы на электронный счетчик лишь в течение строго фиксированного интервала времени Δt, определяемого длительностью прямоугольного импульса, воздействующего на его второй вход. При регистрации счетчиком т импульсов измеряемая частота определяется формулой.
fx=m/Δt Tx=1/fx
Погрешность измерения частоты определяется главным образом погрешностью калибровки выбранного интервала времени счета. Задающим компонентом в системе формирования этого интервала является высокостабильный кварцевый генератор, положим, частоты 100 кГц. Создаваемые им колебания с помощью группы последовательно включенных делителей частоты преобразуются в колебания с частотами (fo) 10 и 1 кГц, 100, 10, 1 и 0,1 Гц, которым соответствуют периоды (To) 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1 и 10 с.
Колебания выбранной (посредством переключателя В2) частоты fo (числовое значение последней является множителем к отсчету по счетчику) с помощью триггера Шмитта преобразуются в прямоугольные колебания с частотой повторения fо. Под их действием в управляющем устройстве формируется интервальный импульс длительностью Δt =Тo=1/fo строго прямоугольной формы. Этот импульс вызывает сброс предыдущих показаний счетчика, а затем (с задержкой на несколько микросекунд) поступает на селектор и открывает его на время Δt для пропускания импульсов с частотой повторения fx. После закрывания селектора число пропущенных им импульсов m фиксируется индикатором счетчика, а измеряемая частота определяется по формуле
fx = m*f0.
Рис. 1. Упрощенная функциональная схема электронно-счетного (цифрового) частотомера
Цепь управления селектором может запускаться вручную (нажатием кнопки «Пуск»); в этом случае управляющее устройство посылает на селектор одиночный импульс длительностью Δt и счетчик выдаст разовый результат измерений c неограниченным временем индикации его. В режиме автоматического измерения частоты импульсы реле времени периодически повторяются и результаты измерения обновляются через выбранные интервалы времени.
Частотомер может служить источником колебаний ряда опорных частот fо, получаемых с помощью кварцевого генератора, умножителя и делителей частоты и снимаемых со специального выхода. Эти же колебания, поданные на вход частотомера, могут служить для проверки правильности показаний счетчика.
Счетчик частотомера собирается из 4-7 пересчетных декад на триггерных схемах и цифровых индикаторных лампах. Число декад определяет максимальное число значащих цифр (разрядов) в результатах измерений. Возможная ошибка счета, называемая погрешностью дискретности, составляет одну единицу в цифре самого младшего разряда. Поэтому желателен выбор такого интервала времени счета Δt, при котором используется максимальное число разрядов счетчика. Так, в рассмотренном выше примере при Δt=0,01 с (fo= 100 Гц) для отсчета оказалось достаточным четырех разрядов счетчика и результат измерений fx=576,5 кГц
± 100 Гц. Предположим, что измерения повторены при Δt= 0,1 с (fo= 10 Гц) и получен отсчет m = 57 653 импульсов. Тогда fx = 576,53 кГц ± 10 Гц. Еще меньшая погрешность дискретности (± 1 Гц) будет получена при Δt = 1 с (в этом случае счетчик должен иметь не менее шести декад).
При расширении диапазона измерений частотомера в сторону высоких частот ограничивающим фактором является быстродействие пересчетных декад. При выполнении триггерных схем на высокочастотных кремниевых транзисторах (например, типа КТ316А), имеющих время рассасывания заряда в базе примерно 10 нc, верхняя предельная измеряемая частота может достигать десятков мегагерц. В некоторых приборах при измерении высоких частот, превышающих, например, 10 МГц, их предварительно преобразуют в частоту, меньшую 10 МГц (например, частоту 86,347 МГц в частоту 6,347 МГц), пользуясь гетеродинным методом.
Фактором, ограничивающим нижнюю предельную измеряемую частоту, является время измерений. Если, например, установить наибольший для многих частотомеров интервал времени счета Δt = 1 с, то при регистрации счетчиком 10 импульсов результатом измерений явится частота fx = 10 ± 1 Гц, т. е. погрешность измерения может достигать 10%. Для уменьшения погрешности, положим, до 0,01% необходимо было бы производить счет импульсов в течение времени Δt =1000 с. Еще большее время требуется для точного измерения частот, равных 1 Гц и менее. Поэтому в электронно-счетных частотомерах измерение очень низких частот fx заменяют измерением периода их колебаний Тх = l/fx. Схема измерения периода колебаний образуется при установке переключателя В1 в положение Tx (рис. 12-4). Исследуемое напряжение после преобразования в триггере Шмитта воздействует на управляющее устройство, в котором формируется прямоугольный импульс длительностью Тх, поддерживающий временной селектор в открытом состоянии; в течение этого времени счетчик регистрирует импульсы, формируемые из колебаний одной из опорных частот fо, определяемой установкой переключателя В2. При числе m отмеченных импульсов измеряемый период
Tx = m/fo.
Например, при m = 15625 и fo = 1000 Гц период Тх = 15,625с, что соответвует частоте fx = 1/Тx = 0,064 Гц. Измерения, в целях уменьшения их погрешости желательно производить при возможно большем значении частоты fo (исключающем перегрузку счётчика). Если период Tx < 1c (fx > 1 Гц), то может оказаться рациональным использование колебаний частоты fo равной 1 или 10 МГц, получаемых после умножителей частоты. При этом нижний предел измеряемых частот удаётся расширить до 0,01 Гц.
Измерению отношения двух частот f1/f2 (f1 > f2) соответствует установка переключателей В2 в положение «Выключено», а В1 —в положение «fх». Напряжение меньшей частоты f2 подводят к зажимам «f0», и его период определяет интервал времени счёта Δt. Напряжение частоты f1,подводимое ко входу «fx», преобразуется в импульсы, число которых (m) регистрируется счётчиком в течение времени Δt = 1/f2. Искомое отношение частот f1/f2 = m (с погрешностью до единицы). Данным способом имеет смысл находить отношение лишь значительно различающихся частот.
К недостаткам электронно-счетных частотомеров следует отнести сложность их схем, значительные габариты и массу, высокую стоимость.
4. Описание функциональной схемы.
Рис.2. Функциональная схема цифрового измерителя периода.
Устройство, функциональная схема которого представлена на рис. 2, состоит из ГТИ; микропроцессора, обрабатывающего информацию; памяти; системной шины, по которой передаются все данные; устройства ввода-вывода информации, через которое осуществляется ввод данных на системную шину, и вывод их на индикатор.
Производительность работы микропроцессора (МП) зависит от частоты тактовых импульсов, поступающих с генератора тактовых импульсов (ГТИ), типа микропроцессора и разрядности МП.
Обращение МП к микросхемам осуществляется по выдаче на шину адреса соответствующего адреса и сигналов управления.
Программа работы микропроцессора, постоянные и временные данные хранятся в модуле памяти, который образуют микросхемы оперативного и постоянного запоминающих устройств (ОЗУ и ПЗУ).
Ввод информации с внешнего устройства (схемы измерения периода), а также её вывод на индикатор производится через параллельный программируемый интерфейс (ППИ).
Схема измерения периода состоит из счётчиков, которые подсчитывают количество тактовых импульсов, укладывающихся в одном импульсе, длительность которого равна периоду следования импульсов поступающих на вход устройства; схемы которая формирует этот импульс; схемы выделения фронта, которая обнуляет счётчик перед измерением.
5. Разработка принципиальной схемы устройства
Процессорный блок
Основу процессорного блока составляет микропроцессор Intel 8086 (D2) с тактовой частотой 5 МГц.
Так как надо, чтобы микропроцессор работал в минимальном режиме,
то подаем на вход MN/MX напряжение питания.
Вывод HOLD в минимальном режиме является входом подачи сигнала запроса, режима прямого доступа к памяти. Этот вход соединяется с ПКПДП. А т.к он отсутствует, то на этот вход подаем не активный уровень.
На вход CLK подаётся сигнал тактовой частоты. Он формируется с по-мощью специализированной микросхемы генератора тактовых импульсов КР1810ГФ84 (D1). К этой микросхеме подключен кварцевый резонатор РК169МА-6ВС (Q) c частотой 15 МГц. В итоге частота на выходе генератора D1, равная 1/3 частоты кварцевого резонатора и равняется 5 МГц, что соответствует частоте микропроцессора.
На вход GND подаётся активный уровень-земля.
На вход Uсс подаётся +5 В с источника питания.
Входы INT и NMI подключаются на землю, т.к. они используются,
если есть программируемый контроллер прерываний.
Вход READY микропроцессора подключается к одноимённому выходу генератора D1.
Вход подачи сигнала начальной установки устройства на вход RESET (S)
осуществляется кнопкой и RC - цепочкой, сигнал с выхода, которых подаются на вход RES генератора D1.
Сигнал на шину адреса (ША) формируется с помощью трёх 8-разрядных регистров-защёлок КР580ИР82 (D3, D4, D5).
Сигнал на шину данных (ШД) формируется с помощью двух 8-разрядных двунаправленных буферов КР580ВА86 (D7, D8), имеющих трёхстабильные выходы.
С помощью логических элементов “НЕ” КР1554ЛН1 (D6-2) , “2ИЛИ” КР1554ЛЛ1 (D9) и регистра защёлки (D10) на основе сигналов M/IO, RD и WR с одноимённых выходов микропроцессора подаётся сигнал на шину управления (ШУ).
Рис.3.Процессорный модуль микропроцессора Intel 8086 в минимальном режиме
Модуль памяти.
В курсовом проекте объём выделенной памяти составляет 64 Кбайт.
Разбить его можно так:
Следует помнить, что микропроцессор Intel 8086 имеет 16-ти разрядную шину данных. Это значит, что заданный объём памяти надо разбить на 2 банка, старший и младший. Причём младший банк будет выбираться при сигнале А0=0, старший же при BHE=0.
В качестве ПЗУ используем микросхемы К568РЕ1 с организацией 16kx8 по одной в каждом банке, а в качестве ОЗУ –КР537РУ10 с организацией 16kx8 по две в каждом банке.
Для выбора ПЗУ и ОЗУ в адресном пространстве используются адреса А19-А13. При помощи адресов А13, А14 происходит обращение к дополнительным микросхемам ПЗУ через дешифратор К555ИД4. Оставшиеся адреса А0-A12, подаются на входы микросхем памяти.
При подаче активного уровня, сигнала на вход RESET микропроцессора, на ША устанавливается код FFFF0H. Поэтому по данному адресу и в старшем, и в младшем банках, находится дополнительное ПЗУ, в которое записывается первая исполняемая команда программы. Модуль памяти представлен на Рис 4.
Разбиение ПЗУ и ОЗУ на младший и старший банк.
На адресные входы микросхем ПЗУ подаются адреса A0-A12 c ША.
Микросхема D18 является старшим банком ПЗУ (H-банк), а микросхемы D17 являются младшим банком ПЗУ (L-банк).
Выбор ПЗУ осуществляется путём подачи на элемент D25-1 и D25-3 сигналов с ША, с ША, (если H-банк) и A0 (если L-банк). Выход D26-4 и D33-1 подключается ко входу стробирования ПЗУ (ESE).
Адреса области памяти выглядят следующим образом:
|
ПЗУ |
16к |
74000H |
0 |
0 |
0 |
0 |
||||||||||||||||
|
|
16к |
77FFFH |
0 |
|||||||||||||||||||
|
ОЗУ |
16к |
7А000H |
0 |
1 |
0 |
0 |
||||||||||||||||
|
|
16к |
7DFFFH |
0 |
1 |
0 |
Здесь адреса с A1 поA12 будет поступать ПЗУ и ОЗУ, с А19 по А13 будет поступать на дешифратор.
Дополнительное ПЗУ.
На адресные входы микросхем дополнительного ПЗУ подаются адреса A13-A14 c ША.
В дополнительное ПЗУ записывается команда JMP по старшим адресам. Это позволяет после нажатия кнопки RESET подать тот адрес, который нужно (в данном курсовом проекте 74000H).
Для организации дополнительной ПЗУ возьмем микросхему КР556РТ23A с организацией 8kx8 (D15 и D16) которая делится на два банка H-банк (D16) и L-банк (D15).
Адресная карта, при помощи которой можно отобразить адресное пространство ПЗУ дополнительная, приведена в табл. 2.:
|
ПЗУ |
8К |
FE000H |
1 |
|||||||||||||||||||
|
FEFFFH |
1 |
1 |
1 |
Разбиение дополнительного ПЗУ на младший и старший банк.
На адресные входы микросхем ПЗУ подаются адреса A1-A13 c ША.
Микросхемы D20 и D22 является старшими банками ПЗУ (H-банк), а микросхемы D19 и D21 является младшими банками ОЗУ (L-банк).
Выбор ПЗУ осуществляется путём подачи на элемент D25-1 и D25-3 сигналов с ША, (если H-банк) и A0 (если L-банк). Выход D11 и D13 подключается ко входу стробирования ОЗУ (CE1) и через D27-1, D27-2, D33-2, D33-3 к(CE2).
На входы выбора микросхем памяти ОЗУ (OE) подаётся сигнал с элемента D28 ко входам которого подключены сигналы и с ШУ, те если хотя бы один из этих сигналов равен лог.0, то выбираются микросхемы ОЗУ. На вывод подаётся сигнал с ШУ.
Разбиение буфера данных на младший и старший банк.
На информационные входы подаётся сигнал с выходов микросхем памяти ПЗУ и ОЗУ. Вход стробируется сигналом , если H-банк, и A0, если L-банк. Вход DBN стробируется сигналом выбора хотя бы одной микросхемы памяти и с ШД.
Рис.3.Модуль памяти.
Блок ППИ
Индикаторная панель
Согласно заданию информация должна отображаться на вакуумно-люминесцентном индикаторе. Выбираем индикаторы ИВ6, подключаем их через дешифраторы К555ИД18.
6.Программа работы устройства
Блок схема программы
Текст программы:
; Программа измерения длительности периода
stack_sg segment stack ; Сегмент стека
db 256 dup (?) ; Задание размера стека 256 байт
stack_sg ends
data_sg segment ; Сегмент данных
tzad db ? ; Время задержки
Nx dw ? ; Значение счетчика после измерения
Timpuls dw ? ; Длительность импульса
TZadStarsh dw ? ; Старшая тетрада длительности задержки
data_sg ends
code_sg segment
assume cs:code_sg, ds:data_sg, ss:stack_sg
begin: push ds ; Сохранить в стеке значение ds
sub ax,ax ; Обнулить регистр ax
push ax ; Записать в стек нулевое значение
mov ax,data_sg ; Инициализация
mov ds,ax ; Регистра ds
Инициализация ППИ
mov dx,0A96H ; Указать адрес РУС
mov al,82H
out dx,al
Инициализация ППИ 2
mov dx,0A97H ; Указать адрес РУС
mov al,82H
out dx,al
Инициализация таймера
cli ; Запрещение прерываний
mov dx,0A9FH ; Указать адрес РУС
mov al,30H
out dx,al
sti ; Разрешение прерываний
tzycl:
Считывание параметров из портов
mov dx,0A92H ; Указать адрес канала B PPI1
in al,dx ; Ввести данные с канала B PPI1
mov tzad,al ; Сохранить данные
Обработка параметров
IZMERENIE_1:
mov al,0FFH ; Загрузить в al все "1"
mov dx,0A99H
out dx,al ; Загрузить все "1" в младший байт Сч0
out dx,al ; Загрузить все "1" в старший байт Сч0
xor ax,ax ; Обнулить ах
mov dx,0A93H ; Указать адрес канала B PPI2
in al,dx ; Ввести данные с канала B PPI2
mov dx,0A91H ; Указать адрес порта вывода
out dx,al
cmp al,01H ; сравнение с 1 (импульса)
jz IZMERENIE_1
IZMERENIE_0:
mov dx,0A93H ; Указать адрес канала B PPI2
in al,dx ; Ввести данные с канала B PPI2
mov dx,0A91H ; Указать адрес порта вывода
out dx,al
cmp al,0H ; сравнение с 0 (импульса)
jz IZMERENIE_0
Подсчет числа тактовых импульсов
mov dx,0A99H
in al,dx ; Чтение младшего байта Nx из Сч0
mov cl,al ; в регистр
mov dx,0A99H
in al,dx ; Чтение старшего байта
mov ch,al ; в регистр
mov bx,0FFFFH
sub bx,cx ; Вычисление длительности импульса
mov Timpuls,bx
push bx
Считывание и формирование задержки tzad
mov dx, 0A92H
in al, dx
MOV CL, 4
MOV CH, 10
MOV BL, al
AND BL, 0FH
AND AL, 0F0H
ROR AL, CL
MUL CH
ADD AL, BL
xor ah, ah
mov bx, 6B6CH; 27500d
mul bx
inc dx
mov TZadStarsh, dx
mov cx, ax
pop bx
Вывод полученных результатов с учётом установленной задержки tzad
mov al,bh
mov dx,0A94H
out dx,al ; Указать адрес порта вывода старших разрядов
mov al,bl
mov dx,0A90H ; Указать адрес порта вывода младших разрядов
ZADERJKA:
out dx,al
loop ZADERJKA
mov bx, TZadStarsh
dec bx
jz tzycl
mov TZadStarsh, bx
mov cx, 0FFFFH
jmp ZADERJKA
mov ah,4CH ; возврат в DOS
int 21H
code_sg ends
end begin
7. Заключение.
В данном курсовом проекте был разработан цифровой измеритель периода. В устройство также вошли микропроцессор Intel 8086, и модуль памяти на 64 Кбайт. Отображение информации осуществляется с использованием жидкокристаллических индикаторах.
8. Список литературы.
1. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник. Под ред. В. А. Шахнова.- М.: Радио и связь, 1988.- т. 1- 368 с.
. В. Н. Пильщиков. Программирование на языке ассемблера IBM PC.- М.: «ДИАЛОГ-МИФИ», 1996.- 288 с.
. Л. Скэнлон. Персональные ЭВМ IBM PC и ХТ. Программирование на языке ассемблера: Пер. с англ. –М.: Радио и связь. 1989.- 336 л.
. Ю-Чжен Лю, Г. Гибсон. “Микропроцессоры семейства 8086 / 8088. Архитектура, программирование и проектирование микрокомпьютерных систем”: Перевод с английского –Москва: Радио и связь, 1987. - 512 c
. О. Н. Лебедев. Микросхемы памяти и их применение.- М.: Радио и связь, 1990.- 160 с.
. З. П. Вострикова. Программирование на языке ассемблера ЕС ЭВМ.- М.: Наука, 1985.- 304 с.
. В. Л. Григорьев. Программирование однокристальных микропроцессоров.- М.: Энергоатомиздат, 1987.- 288 с.
. Интегральные микросхемы: Справочник. Под ред. Б. В. Тарабрина.- М.: Энергоатомиздат, 1985.- 528 с.
. А. М. Меерсон. Радиоизмерительная техника.- Л.: Энергия, 1978.- 408 с.