Схемотехника и микропроцессорные
СХЕМОТЕХНИКА И МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ
УСТРОЙСТВА
В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Курсовая работа: «Программируемый контроллер радиолокатора»
| Работу проверил: | ||
| Н.В.Поваренкин | ||
| (подпись, дата) | (И.О. Фамилия) | |
| Работу выполнил студент: | ||
| Заочный | III | |
| (факультет) | (курс) | |
| Макарова А.К. | ||
| (Фамилия И.О.) | ||
| 0914.0269 | ||
| (номер зачетной книжки) |
Оглавление
Цель работы.. 3
Назначение работы.. 3
Актуальность темы.. 3
1 Основные типы цифровых вычислительных систем, применяемых для сбора и переработки радиолокационной информации. 3
2 Основные типы локальных вычислительных сетей, применяемых при построении радиолокационных систем. 5
3 Современные типы программируемых контроллеров, применяемые в системах сбора и переработки радиолокационной информации. 8
3.1 Общие сведения. 8
3.2 Отличительные особенности. 8
3.3 Описание архитектуры.. 9
3.4 Основные технические параметры.. 15
4 Расчеты технических характеристик программируемых контроллеров. 16
4.1 Расчет параметров функционирования контроллеров. 16
4.1.1 Расчет коэффициента использования оборудования. 16
4.1.2 Определение среднего времени пребывания сообщения в системе. 16
4.1.3 Определение среднего времени обслуживания для всех сообщений. 17
4.1.4 Определение среднего времени ожидания сообщением обслуживания для всех сообщений. 17
4.1.5 Определение вероятности того, что в системе находятся N сообщений 17
4.1.6 Определение вероятности того, что время 
пребывания в очереди больше данного времени T для экспоненциального распределения времени обслуживания 17
4.2Расчет необходимой емкости ОЗУ контроллера. 17
4.2.1 Определение частоты поступления сообщений в часы пик. 17
4.2.2 Определение необходимой емкости памяти. 18
4.2.3 Результаты расчетов. 18
Вывод. 19
Список литературы.. 19
Цель работы
Закрепление знаний по дисциплине схемотехника и микропроцессорные устройства в радиотехнических системах.
Назначение работы
Освоить основные типы цифровых вычислительных систем, применяемых для целей радиолокации, основные типы локальных вычислительных сетей, применяемых при построении радиолокационных систем. На примере разобраться с такими микропроцессорными системами, как микроконтроллеры. Научиться аналитическим расчётам технических характеристик программируемых контроллеров.
Актуальность темы
Во всем мире уже долгое времянаблюдаетсявсе большее внедрение цифровой электроники в повседневную жизнь. Также не отстают, а порой и опережают, и отрасли промышленной радиоэлектроники, а в частности и радиолокация, где все больший приоритет имеет цифровая обработка информации, извлекаемая из принимаемых сигналов, а также выполнение вычислений на базе цифровых устройств коими и являются микропроцессорные устройства. Таким образом, актуальность данной темы сложно переоценить.
1 Основные типы цифровых вычислительных систем, применяемых для сбора и переработки радиолокационной информации
В настоящее время к основным типам структур вычислительных систем относятся такие архитектуры как «фон-неймановская» и гарвардская.
Сущность «фон-неймановской» архитектуры заключается в том, что система обладает единой памятью для кода программы и данных используемых в ходе исполнения этой программы. Система содержит единую шину для передачи, как команд, так и данных. Подобная архитектура процессоров применяется в универсальных вычислительных машинах. Если посмотреть в сторону радиолокации, то подобные универсальные машины применяются в основном на этапах вторичной и третичной обработки, а также на компьютерах оператора РЛС. Примером применения данной архитектуры может послужить РЛС «Лира-Т», где на этапе вторичной обработки применяется универсальная вычислительная машина, в составе которой имеется микропроцессор серии x86 компании intel.
Сущность гарвардской архитектуры состоит в том,что для хранения кода программы и,используемые в ходе выполнения программы, данных используются различные устройства памяти. Таким образом, система содержит раздельные шины для передачи команд программы и данных. Следствием подобной реализации следует, что возможно одновременное обращение, как к командам программы, так и к данным. В радиолокации микропроцессорные системы с подобной архитектурой применяются на этапах первичной обработки (цифровые сигнальные процессоры), в блоках управления (микроконтроллеры).
Приведем достоинства и недостатки рассмотренных архитектур микропроцессоров.
«Фон-неймановская» архитектура имеет следующие достоинства и недостатки:
· достоинства:
- относительная простота реализации;
- возможность оперативного перераспределения памяти между областями команд и данных.
· недостатки:
- последовательная выборка команд и данных, передаваемых по одной и той же системной шине, что ограничивает производительность;
- возможность непреднамеренного нарушения работоспособности системы (программные ошибки) и преднамеренного (вирусные атаки).
Гарвардская архитектура имеет следующие достоинства и недостатки:
· достоинства:
- хранение кода программы и данных на разных физических устройствах;
- применение отдельных шин для передачи данных и команд;
- одновременная работа с командами и данными;
- исключена возможность записи в память программ.
· недостатки:
- относительно сложнее в реализации;
- невозможность оперативного перераспределения памяти команд и данных.
2 Основные типы локальных вычислительных сетей, применяемых при построении радиолокационных систем
Компьютеры и другие компоненты локальной сети соединяются между собой различными способами. Используемая схема физического расположения сетевых компонентов называется топологией.
Выделяют три вида топологии сети:
· кольцо;
· общая шина;
· звезда;
При кольцевой топологии (Рисунок 1) все компьютеры сети подключаются к единому кольцевому кабелю. Пакеты проходят по кольцу в одном направлении через все сетевые платы подключенных к сети компьютеров. Преимущества кольцевой топологии состоят в том, каждый компьютер является повторителем: он усиливает сигнал перед отправкой следующей машине, что позволяет значительно увеличить размер сети.
Рисунок 1- Топология "Кольцо"
Недостатки сети с кольцевой топологией:
· отказ одного компьютера в сети может повлиять на работоспособность всей сети;
· кольцевую сеть трудно диагностировать;
· добавление или удаление компьютера вынуждает разрывать сеть.
В случае использования общей шины (Рисунок 2) все компьютеры подключаются к одному кабелю, который называется шиной данных. При этом пакет будет приниматься всеми компьютерами, которые подключены к данному сегменту сети. Быстродействие сети во многом определяется числом подключенных к общей шине компьютеров. Чем больше таких компьютеров, тем медленнее работает сеть.
Рисунок 2- Топология с "общей шиной"
Преимуществами использования сетей с топологией "общая шина" являются значительная экономия кабеля, а так же простота создания и управления.
К недостаткам общей шины относятся:
· вероятность появления коллизий при увеличении числа компьютеров в сети;
· низкий уровень защиты передаваемой информации;
· все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру или терминатору, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.
При использовании звездообразной топологии (Рисунок 3) каждый кабельный сегмент, идущий от любого компьютера сети, будет подключаться к центральному коммутатору или концентратору. Все пакеты будут транспортироваться от одного компьютера к другому через это устройство.
Рисунок 3- Топология "Звезда"
Преимуществами "звезды" является простота создания и управления, высокий уровень надежности сети, высокая защищенность информации, которая передается внутри сети (если в центре звезды расположен коммутатор).
Главный недостаток - поломка концентратора приводит к прекращению работы всей сети.
3 Современные типы программируемых контроллеров, применяемые в системах сбора и переработки радиолокационной информации
В соответствии с вариантом рассмотрим однокристальные микроЭВМ (ОМЭВМ) серии КР1816.
3.1 Общие сведения
Микропроцессорный комплект серии K.P18I6 состоит из микросхем КР1816ВЕ35, КР1816ВЕ39, КМ1816ВЕ48 и КР1816ВЕ49, выполненных по n-МДП-технологии. Каждая микросхема представляет собой однокристальную 8-разрядиую микро-ЭВМ, содержащую функциональные узлы (центральный процессор, ОЗУ данных, многоканальный интерфейс ввода/вывода, 8-разрядный таймер/счетчик, векторную систему прерываний с приоритетом, тактовый генератор, устройство синхронизации, программную память), обеспечивающие универсальность, автономность и гибкость применений в устройствах самого различного назначения. Микросхемы серии К1816 имеют идентичную структуру, но отличаются друг от друга только наличием (КМ1816ВЕ48, КР1816ВЕ49) или отсутствием (КР1816ВЕ35, КР1816ВЕ39) внутренней программой памяти, объемом внутреннего ОЗУ, типом и объемом ПЗУ, максимальным быстродействием. Так, микросхема КМ1816ВЕ48 содержит электрически перепрограммируемое ПЗУ (ППЗУ>, стирание информации в котором осуществляется ультрафиолетовым облучением. Таким образом, пользователь микросхем КМ1816ВЕ48 имеет возможность самостоятельно производить запись информации в программную память, в отличие от КР1816ВЕ49, где эта операция осуществляется с помощью отдельного шаблона в процессе изготовления микросхемы.
3.2 Отличительные особенности
В каждой микро-ЭВМ предусмотрена возможность расширения памяти программ до 4К байт, памяти данных до 384 байт и увеличения числа линий ввода/вывода за счет подключения внешних кристаллов ППЗУ (ПЗУ), ОЗУ и интерфейсов ввода/вывода серии КР580.Пользователь микросхем КМ1816имеет возможность самостоятельно производить запись информации в программную память, в отличие от КР1816ВЕ49, где эта операция осуществляется с помощью отдельного шаблона в процессе изготовления микросхемы.
3.3 Описание архитектуры
Регистр состояния –PSW
Регистр состояния программы (PSW) предназначен для хранения данных о состоянии микро-ЭВМ.
Регистр состояния изображен на рисунке 6.
Рисунок 3 – Регистр состояния
разряды 0-2 — разряды указателя стека (S0-S2);
разряд 3не используется (при чтении всегда 1);
разряд 4 указывает используемый банк рабочих регистров общего назначения;
разряд 5 - флаг пользователя (F0), используется по команде условного перехода;
разряд 6 — разряд дополнительного переноса (АС), используется для десятичной коррекции;
разряд 7 — перенос, указывающий на переполнение аккумулятора после предыдущей операции (CY).
Регистр PSW может программно проверяться, модифицироваться весь и поразрядно. При прерываниях по входу INT и по флагу таймера/счетчика содержимое четырех разрядов (D4—D7) заносится в стек, а при возврате из программы прерывания по команде RETR содержимое этих разрядов восстанавливается.
СХЕМОТЕХНИКА И МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ
УСТРОЙСТВА
В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
Курсовая работа: «Программируемый контроллер радиолокатора»
| Работу проверил: | ||
| Н.В.Поваренкин | ||
| (подпись, дата) | (И.О. Фамилия) | |
| Работу выполнил студент: | ||
| Заочный | III | |
| (факультет) | (курс) | |
| Макарова А.К. | ||
| (Фамилия И.О.) | ||
| 0914.0269 | ||
| (номер зачетной книжки) |
Оглавление
Цель работы.. 3
Назначение работы.. 3
Актуальность темы.. 3
1 Основные типы цифровых вычислительных систем, применяемых для сбора и переработки радиолокационной информации. 3
2 Основные типы локальных вычислительных сетей, применяемых при построении радиолокационных систем. 5
3 Современные типы программируемых контроллеров, применяемые в системах сбора и переработки радиолокационной информации. 8
3.1 Общие сведения. 8
3.2 Отличительные особенности. 8
3.3 Описание архитектуры.. 9
3.4 Основные технические параметры.. 15
4 Расчеты технических характеристик программируемых контроллеров. 16
4.1 Расчет параметров функционирования контроллеров. 16
4.1.1 Расчет коэффициента использования оборудования. 16
4.1.2 Определение среднего времени пребывания сообщения в системе. 16
4.1.3 Определение среднего времени обслуживания для всех сообщений. 17
4.1.4 Определение среднего времени ожидания сообщением обслуживания для всех сообщений. 17
4.1.5 Определение вероятности того, что в системе находятся N сообщений 17
4.1.6 Определение вероятности того, что время пребывания в очереди больше данного времени T для экспоненциального распределения времени обслуживания 17
4.2Расчет необходимой емкости ОЗУ контроллера. 17
4.2.1 Определение частоты поступления сообщений в часы пик. 17
4.2.2 Определение необходимой емкости памяти. 18
4.2.3 Результаты расчетов. 18
Вывод. 19
Список литературы.. 19
Цель работы
Закрепление знаний по дисциплине схемотехника и микропроцессорные устройства в радиотехнических системах.
Назначение работы
Освоить основные типы цифровых вычислительных систем, применяемых для целей радиолокации, основные типы локальных вычислительных сетей, применяемых при построении радиолокационных систем. На примере разобраться с такими микропроцессорными системами, как микроконтроллеры. Научиться аналитическим расчётам технических характеристик программируемых контроллеров.
Актуальность темы
Во всем мире уже долгое времянаблюдаетсявсе большее внедрение цифровой электроники в повседневную жизнь. Также не отстают, а порой и опережают, и отрасли промышленной радиоэлектроники, а в частности и радиолокация, где все больший приоритет имеет цифровая обработка информации, извлекаемая из принимаемых сигналов, а также выполнение вычислений на базе цифровых устройств коими и являются микропроцессорные устройства. Таким образом, актуальность данной темы сложно переоценить.
1 Основные типы цифровых вычислительных систем, применяемых для сбора и переработки радиолокационной информации
В настоящее время к основным типам структур вычислительных систем относятся такие архитектуры как «фон-неймановская» и гарвардская.
Сущность «фон-неймановской» архитектуры заключается в том, что система обладает единой памятью для кода программы и данных используемых в ходе исполнения этой программы. Система содержит единую шину для передачи, как команд, так и данных. Подобная архитектура процессоров применяется в универсальных вычислительных машинах. Если посмотреть в сторону радиолокации, то подобные универсальные машины применяются в основном на этапах вторичной и третичной обработки, а также на компьютерах оператора РЛС. Примером применения данной архитектуры может послужить РЛС «Лира-Т», где на этапе вторичной обработки применяется универсальная вычислительная машина, в составе которой имеется микропроцессор серии x86 компании intel.
Сущность гарвардской архитектуры состоит в том,что для хранения кода программы и,используемые в ходе выполнения программы, данных используются различные устройства памяти. Таким образом, система содержит раздельные шины для передачи команд программы и данных. Следствием подобной реализации следует, что возможно одновременное обращение, как к командам программы, так и к данным. В радиолокации микропроцессорные системы с подобной архитектурой применяются на этапах первичной обработки (цифровые сигнальные процессоры), в блоках управления (микроконтроллеры).
Приведем достоинства и недостатки рассмотренных архитектур микропроцессоров.
«Фон-неймановская» архитектура имеет следующие достоинства и недостатки:
· достоинства:
- относительная простота реализации;
- возможность оперативного перераспределения памяти между областями команд и данных.
· недостатки:
- последовательная выборка команд и данных, передаваемых по одной и той же системной шине, что ограничивает производительность;
- возможность непреднамеренного нарушения работоспособности системы (программные ошибки) и преднамеренного (вирусные атаки).
Гарвардская архитектура имеет следующие достоинства и недостатки:
· достоинства:
- хранение кода программы и данных на разных физических устройствах;
- применение отдельных шин для передачи данных и команд;
- одновременная работа с командами и данными;
- исключена возможность записи в память программ.
· недостатки:
- относительно сложнее в реализации;
- невозможность оперативного перераспределения памяти команд и данных.
2 Основные типы локальных вычислительных сетей, применяемых при построении радиолокационных систем
Компьютеры и другие компоненты локальной сети соединяются между собой различными способами. Используемая схема физического расположения сетевых компонентов называется топологией.
Выделяют три вида топологии сети:
· кольцо;
· общая шина;
· звезда;
При кольцевой топологии (Рисунок 1) все компьютеры сети подключаются к единому кольцевому кабелю. Пакеты проходят по кольцу в одном направлении через все сетевые платы подключенных к сети компьютеров. Преимущества кольцевой топологии состоят в том, каждый компьютер является повторителем: он усиливает сигнал перед отправкой следующей машине, что позволяет значительно увеличить размер сети.
Рисунок 1- Топология "Кольцо"
Недостатки сети с кольцевой топологией:
· отказ одного компьютера в сети может повлиять на работоспособность всей сети;
· кольцевую сеть трудно диагностировать;
· добавление или удаление компьютера вынуждает разрывать сеть.
В случае использования общей шины (Рисунок 2) все компьютеры подключаются к одному кабелю, который называется шиной данных. При этом пакет будет приниматься всеми компьютерами, которые подключены к данному сегменту сети. Быстродействие сети во многом определяется числом подключенных к общей шине компьютеров. Чем больше таких компьютеров, тем медленнее работает сеть.
Рисунок 2- Топология с "общей шиной"
Преимуществами использования сетей с топологией "общая шина" являются значительная экономия кабеля, а так же простота создания и управления.
К недостаткам общей шины относятся:
· вероятность появления коллизий при увеличении числа компьютеров в сети;
· низкий уровень защиты передаваемой информации;
· все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру или терминатору, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.
При использовании звездообразной топологии (Рисунок 3) каждый кабельный сегмент, идущий от любого компьютера сети, будет подключаться к центральному коммутатору или концентратору. Все пакеты будут транспортироваться от одного компьютера к другому через это устройство.
Рисунок 3- Топология "Звезда"
Преимуществами "звезды" является простота создания и управления, высокий уровень надежности сети, высокая защищенность информации, которая передается внутри сети (если в центре звезды расположен коммутатор).
Главный недостаток - поломка концентратора приводит к прекращению работы всей сети.
3 Современные типы программируемых контроллеров, применяемые в системах сбора и переработки радиолокационной информации
В соответствии с вариантом рассмотрим однокристальные микроЭВМ (ОМЭВМ) серии КР1816.
3.1 Общие сведения
Микропроцессорный комплект серии K.P18I6 состоит из микросхем КР1816ВЕ35, КР1816ВЕ39, КМ1816ВЕ48 и КР1816ВЕ49, выполненных по n-МДП-технологии. Каждая микросхема представляет собой однокристальную 8-разрядиую микро-ЭВМ, содержащую функциональные узлы (центральный процессор, ОЗУ данных, многоканальный интерфейс ввода/вывода, 8-разрядный таймер/счетчик, векторную систему прерываний с приоритетом, тактовый генератор, устройство синхронизации, программную память), обеспечивающие универсальность, автономность и гибкость применений в устройствах самого различного назначения. Микросхемы серии К1816 имеют идентичную структуру, но отличаются друг от друга только наличием (КМ1816ВЕ48, КР1816ВЕ49) или отсутствием (КР1816ВЕ35, КР1816ВЕ39) внутренней программой памяти, объемом внутреннего ОЗУ, типом и объемом ПЗУ, максимальным быстродействием. Так, микросхема КМ1816ВЕ48 содержит электрически перепрограммируемое ПЗУ (ППЗУ>, стирание информации в котором осуществляется ультрафиолетовым облучением. Таким образом, пользователь микросхем КМ1816ВЕ48 имеет возможность самостоятельно производить запись информации в программную память, в отличие от КР1816ВЕ49, где эта операция осуществляется с помощью отдельного шаблона в процессе изготовления микросхемы.
3.2 Отличительные особенности
В каждой микро-ЭВМ предусмотрена возможность расширения памяти программ до 4К байт, памяти данных до 384 байт и увеличения числа линий ввода/вывода за счет подключения внешних кристаллов ППЗУ (ПЗУ), ОЗУ и интерфейсов ввода/вывода серии КР580.Пользователь микросхем КМ1816имеет возможность самостоятельно производить запись информации в программную память, в отличие от КР1816ВЕ49, где эта операция осуществляется с помощью отдельного шаблона в процессе изготовления микросхемы.
3.3 Описание архитектуры