Обоснование выбора микросхем
Цифровые микросхемы включают в себя арифметические и логические устройства, триггеры, запоминающие устройства и микропроцессорные комплекты. В основу классификации цифровых микросхем положены следующие признаки: вид компонентов логической схемы (биполярные, униполярные), способ соединения полупроводниковых приборов в логическую схему и вид связи между логическими схемами.
По этим трем признакам логические микросхемы следующим образом: РТЛ-схемы, входная логика которых осуществляется на резисторных цепях; РЕТЛ-схемы с резисторно - емкостными связями; ДТЛ-схемы, входная логика которых осуществляется на диодах; ТТЛ и ТТЛШ-схемы, входная логика которых выполняется многоэмиттерным транзистором; ЭСЛ-схемы со связанными эмиттерами; НСТЛМ-схемы с непосредственными связями на МОП-структурах; И Л-схемы с совмещенными транзисторами (интегрально-инженерные логические). [?]
В настоящее время наиболее широко используются микросхемы серий ТТЛ, ТТЛШ и КМОП типов. Основным преимуществом для ТТЛ и ТТЛШ серий высокое быстродействие, а для КМОП серий - малая потребляемая мощность.
При построении схем на микросхемах часто используют не все их входы. Исходя из логики работы схемы, на эти входы следует подать либо логический уровень нуля, либо единицы.
Исходя из техническою задания, в качестве базового процессора, при разработке микропроцессорного устройства (МПУ) рекомендуется использовать серийно выпускаемые микропроцессорные комплекты больших интегральных схем (ИМС БИС) К580, К1810, К1816.
Современные процессоры в IBM PC совместимых компьютерах основаны на работе микропроцессора КР580ВМ80А, поэтому данный микропроцессор был выбран в качестве базового при разработке МПУ. Микропроцессор КР580ВМ80А имеет раздельные 16-разрядный канал адреса и 8-разрядную шину данных. Канал адреса обеспечивает прямую адресацию внешней памяти до 65536 Байт, 512 устройств ввода/вывода.[?]
Условное графическое обозначение микропроцессора КР580ВМ80А приведено на рисунке 2.1, назначение выводов — в таблице 2.1.
Рисунок 2.1- микросхема КР580ВМ80А
Таблица 2.1
| Вывод | Обозначение | Тип вывода | Функциональное назначение вывода | ||
| 1, 25-27, | А10, А0-А2, АЗ-А9, | Выходы | Канал адреса | ||
| 29-40 | А15, А12-А14, АН | ||||
| GND | Power | Общий | |||
| D4-D7, D3-D0 | Входы/выходы | Канал данных | |||
| U10 | Power | Напряжение источника смещения минус 5 В | |||
| SR | Вход | Установка в исходное состояние | |||
| HLT | Вход | Захват | |||
| INT | Вход | Запрос прерывания | |||
| С2, С1 | Входы | Тактовые сигналы | |||
| INTE | Выход | Разрешение прерывания | |||
| RS | Выход | Прием информации | |||
| TR | Выход | Выдача информации | |||
| SYN | Выход | Сигнал синхронизации | |||
| Ucc1 | Power | Напряжение питания +5 В | |||
| HLDA | Выход | Подтверждение захвата | |||
| RDY | Вход | Сигнал «Готовность» | |||
| WI | Выход | Сигнал «Ожидание» | |||
| Ucc2 | Power | Напряжение питания +12 В | |||
Так как процессор КР580ВМ80А имеет ТТЛ-логику, то МПУ необходимо реализовать с использованием той же самой логики, потому что в ином случае необходимо вводить в принципиальную схему цепи согласования по току и напряжению.
Для реализации таймера используем микросхему КР580ВИ53 -трехканальное программируемое устройство [?]. Программируемый таймер реализован в виде трех независимых 16-разрядных каналов с общей схемой управления. Каждый канал может работать в шести режимах. Программирование режимов работы каналов осуществляется индивидуально и в произвольном порядке путем ввода управляющих слов в регистры режимов каналов, а в счетчики - запрограммированного числа байтов.
Рисунок 2.2 -микросхема КР580ВИ53
Управляющее слово определяет режим работы канала, тип счета (двоичный или двоично-десятичный), формат чисел (одно или двухбайтовый).
Обмен информацией с микропроцессором осуществляется по 8-разрядному двунаправленному каналу данных. Максимальное значение счета: в двоичном коде 216; в двоично-десятичном коде 10 . Частота синхронизации каналов (0..2,5) МГц.
Условное графическое обозначение микросхемы КР580ВИ53 приведено на рисунке 2.2, назначение выводов - в таблице 2.2.
Таблица 2.2
| Вывод | Обозначение | Тип вывода | Функциональное назначение вывода | |
| 1-8 | D7-D0 | Входы/выход ы | Канал данных | |
| 9,15,18 | СО, С1, С2 | Синхронизация каналов 0-2 | ||
| 10, 13, | OUT0, OUT1, OUT2 | Входы | Сигналы каналов 0, 1, 2 соответственно | |
| Выходы | ||||
| 11, 14, | CEO, CE1, CE2 | Входы | Сигналы каналов 0, 1, 2 соответственно | |
| GND | - | |||
| А0, А1 | Входы | Общий | ||
| 19,20 | CS | Вход | Сигналы выбора каналов 0, 1, 2 | |
| RD | Вход | Выбор микросхемы | ||
| WR | Вход | Чтение | ||
| Ucc | - | Запись | ||
| Напряжение питания 5 В±5% | ||||
ГТИ реализуется на микросхеме КР580ГФ24.[?] Генератор формирует две фазы Cl, C2 с положительными импульсами , сдвинутыми во времени, амплитудой 12 В и частотой (0,5-3,0) МГц; тактовые сигналы опорной частоты амплитудой напряжения уровня ТТЛ; стробирующий сигнал состояния STB длительностью не менее (Топ/9-15 нс), где Топ — период тактовых сигналов опорной частоты; тактовые сигналы С, синхронные с фазой С2, амплитудой напряжения уровня ТТЛ. Генератор синхронизирует сигналы RDYIN и RESIN с фазой С2.
Условное графическое обозначение микросхемы КР580ГФ24 приведено на рисунке 2.3, назначение выводов дано в таблице 2.3.
Рисунок 2.3 -микросхема КР580ГФ24
Таблица 2.3
| Вывод | Обозначение | Тип вывода | Функциональное назначение вывода | ||||
| SR | Выход | Установка в исходное состояние микропроцессора и системы | |||||
| RESIN | Вход | Установка 0 | |||||
| RDYIN | Вход | Сигнал «Готовность» | |||||
| RDY | Выход | Сигнал «Готовность» | |||||
| SYN | Вход | Сигнал синхронизации | |||||
| С | Выход | Тактовый сигнал, синхронный с фазой С2 | |||||
| STB | Выход | Стробирующий сигнал состояния | |||||
| GND | Общий | ||||||
| Uсс2 | Вход | Напряжение питания +12 В | |||||
| C2 | Выход | Тактовые сигналы — фаза С2 | |||||
| Cl | Выход | Тактовые сигналы — фаза С1 | |||||
| OSC | Выход | Тактовые сигналы опорной частоты | |||||
| TANK | Вход | Вывод для подключения колебательного контура | |||||
| 14, 15 | XTAL1, XTAL2 | Вход | Выводы для подключения резонатора | ||||
| Ucc1 | Напряжение питания +5 В | ||||||
При выборе модуля памяти ОЗУ одним из основных критериев является логика реализации. Из имеющихся микросхем была выбрана К155РУ2[?], так как остальные реализованы с использованием МОП-логики. Если рассматривать принцип построения модуля памяти: модуль на МОП-логике обладает большой емкостью, но малым быстродействием. Так как МПУ реализовано на ТТЛ-логике, то для реализации ОЗУ необходимо согласующее устройство. В связи с тем, что уровень единицы и нуля в МОП-логике меньше, чем в ТТЛ-логике, то требуется подключение дополнительного питания. Также существует необходимость расширения функциональных возможностей блока питания МПУ. При использовании ТТЛ-логики отпадает необходимость использования согласующего устройства и расширение функциональных возможностей блока питания. Ко всему прочему ТТЛ-логика имеет большее быстродействие по сравнению с МОП-логикой, что позволяет сделать устройство, работающее в реальном времени. ТТЛ-логика имеет меньший объем, чем МОП-логика.
Условное графическое обозначение микросхемы К155РУ2 приведено на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4
Технические характеристики микросхемы К155РУ2:
- технология изготовления ТТЛ;
- информационная емкость, бит (организация, слово*разряд) 64(16*4);
- время выборки адреса, не 60;
- напряжение источников питания (Ucc), В 5±5;
- выход ОК.
Тип ПЗУ выбирается исходя из объема программы, которую необходимо записать. Нужно такое ПЗУ, у которого в одной строке размещается 8 бит информации, так как процессор 8-разрядный. Возможно использование МОП и ТТЛ-логик, но лучше использовать ПЗУ на ТТЛ-логике, потому что все остальные устройства реализуются на ТТЛ-логике. Микросхема памяти, реализованная на МОП-логике обладает большим объемом, но низким быстродействием, А в ТТЛ-логике наоборот. Но для реализации МПУ не требуется большого объема памяти, не целесообразно выполнять согласование ТТЛ и МОП-логик, так как это приведет к увеличению объема МПУ. При использовании ТТЛ-логики, МПУ может работать в режиме реального времени, поэтому в качестве модуля памяти выбрана микросхема К155РЕЗ.[?]
Условное графическое обозначение микросхемы К155РЕЗ приведено на рисунке 2.5.
Рисунок 2.5
Технические характеристики микросхемы К155РЕЗ:
- технология изготовления ТТЛ;
- информационная емкость, бит (организация, слово*разряд) 256(32*8);
- время выборки адреса, не 50;
- напряжение источников питания (Ucc), В 5±5%;
- выход ОК.
Так как по техническому заданию необходимо выводить на блок индикации результаты контроля параметров импульсных сигналов, то нужно выбрать элемент, выполняющий данную функцию. Поскольку МПУ формирует двоичный код, то его необходимо преобразовать в код семи сегментного индикатора. Для этого необходимо использовать дешифратор К555ИД18.[?] Для отображения информации на индикаторе нужно выбрать тип индикатора. Различают следующие типы индикаторов: газоразрядные, жидкокристаллические и полупроводниковые. Газоразрядные индикаторы обладают большими габаритами и имеют большую потребляемую мощность, поэтому их не целесообразно использовать при реализации МПУ. Так как дешифратор реализован по схеме с открытым коллектором, то нужно выбрать индикаторы обратного свечения. Индикатор АЛС338А [?] имеет обратное свечение. Исходя из эргономичности и удобства чтения индикации выбирается цвет свечения: красны, синий, зеленый или белый. Зеленый - теплый цвет, он не раздражает сетчатку глаза, в отличие от красного. Синий - холодный цвет, а белый едва заметен при дневном свете. Индикатор АЛС338А имеет цвет свечения зеленый, он и является наиболее подходящим индикатором по всем параметрам. Условное графическое обозначение дешифратора АЛС338А приведено на рисунке 2.6.
Рисунок 2.6
Для того, чтобы преобразовать сигнал датчика в код, нужно выбрать АЦП, который должен по параметрам соответствовать аналоговому сигналу, а этим параметром является опорное напряжение. Так как по техническому заданию на датчике формируется импульсный сигнал с амплитудой 2 В±(10- 20)%, то выбирается АЦП с напряжением питания +5В. Необходимо, чтобы АЦП преобразовывал внешние воздействия в 8-разрядный двоичный код. Для оптимизации работы МПУ нужно выбрать АЦП, имеющий максимальное быстродействие. Для реализации АЦП можно использовать следующие микросхемы: К572ПВЗ, К1107ПВ2 и К572ПВ1. К572ПВЗ, К1107ПВ2 не подходят, так как преобразуют только отрицательные сигналы. Наиболее подходящий АЦП К572ПВ1, имеющий следующие параметры: N=12; Ubx, В = 10; Uon, В =10,24; +Uon, В = (5-15); -Uon, В = (15±0,75).
Условное графическое обозначение микросхемы К572ПВ1 приведено на рисунке 2.7.
Рисунок 2.7