Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
основных мероприятий по подготовке и проведению реорганизации, изменению типа действующего федерального государственного учреждения, подведомственного...полностью>>
'Документ'
Монтаж и обслуживание разрешается только специальному персоналу, квалифицированному, обученному и допущенному к работе с оборудованием для сжиженных у...полностью>>
'Урок'
- Ребята, сегодня мы погопорим ещё о нескольких жанрах устного народного творчества: пословицах и поговорках. Но сначала скажите, чем отличаются следу...полностью>>
'Документ'

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Производственное издание

М.Н.Ушкар

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА

в радиоэлектронной аппаратуре

© Издательство «Радио и связь», 1988

ПРЕДИСЛОВИЕ

Современный этап развития радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) характеризуется широким применением методов цифровой обработки сигналов, реализуемых с использованием микропроцес­сорных средств. Однако ограниченные вычислительные возмож­ности существующих микропроцессорных средств не позволяют обеспечить требуемые параметры реализации большинства алго­ритмов обработки сигналов на одном микропроцессоре, что приво­дит к необходимости распараллеливания вычислений либо исполь­зования наряду с программными аппаратных средств. Выбор конк­ретной структуры построения микропроцессорного устройства об­работки радиосигналов зависит от особенностей реализуемого ал­горитма и конкретного набора микропроцессорных средств, на ба­зе которых предполагается реализовать исходный алгоритм. Это порождает множество вариантов построения микропроцессорных устройств, выполняющих функции некоторой части РЭА.

За последнее время появилось много работ отечественных и за­рубежных авторов, посвященных проектированию и применению микропроцессорных средств в различных отраслях техники, в том числе и в радиоэлектронике.

В данной книге приведены необходимые справочные сведения, методы и алгоритмы инженерного проектно-конструкторского син­теза микропроцессорных устройств обработки радиосигналов на ранних этапах разработки, включая по возможности весь комп­лекс вопросов от анализа заданного алгоритма до оценки конст­руктивных параметров его реализации на базе различных микро­процессорных средств. Предлагаемые алгоритмы формализованы и могут быть достаточно просто реализованы в виде пакета прог­рамм.

Большое внимание в книге уделяется вопросам создания спе­циализированных вычислителей на комбинационных схемах или аппаратным процессорам, работающим совместно с программируе­мыми микропроцессорными устройствами. Показана эффектив­ность этого известного приема для обеспечения высокой произво­дительности устройств.

Ограниченный объем книги не позволил подробно рассмотреть вопросы разработки и отладки программного обеспечения МПУ. Эти вопросы изложены в [9 — 12].

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ

d — динамический диапазон входного сигнала

FД — частота дискретизации

Fобр — интервал об;работки по частоте

H(пДw) — дискретная импульсная характеристика системы в частотной области

h(nДT) — дискретная импульсная характеристика системы во временной области

L — число этапов вычисления быстрого преобразования Фурье

l — разрядность микропроцессора

laцп — разрядность АЦП

N — размерность входного массива

р, Рдоп — удельная мощность рассеивания и ее допустимое значение

r — основание преобразования

S — площадь монтажной платы

S(nДw) — спектр дискретного входного сигнала

s(t), s(nДT) — непрерывный и дискретный входные сигналы

T — допустимое время выполнения программы микропроцессором

Tnp — время выполнения программы микропроцессором

Тс — длительность обрабатываемого сигнала

tу — время выполнения операции умножения

Y(nДw) — спектр дискретного выходного сигнала

ДF — ширина спектра анализируемого сигнала

Дf — полоса пропускания фильтра

бf — расстояние между центральными частотами соседних фильтров

б, бдоп — среднее квадрэтическое отклонение погрешности вычислений на выходе микропроцессора и его до­пустимое значение

Глава 1

МИКРОПРОЦЕССОРЫ — ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ

1.1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СРЕДСТВ

Микропроцессорные средства (МПС) возникли в резуль­тате развития технологии и вычислительной техники. По своей су­ти микропроцессор — это устройство, представляющее собой одну «ли несколько больших интегральных схем (БИС), выполняющих -функции процессора ЭВМ. Являясь частью вычислительных уст­ройств, МПС используют и принципы их построения. Вместе с тем, существующий уровень развития полупроводниковой техноло­гии вносит свои коррективы в эти принципы. Например, разряд­ность и сложность микропроцессорных (МП) БИС определяются максимальными размерами кристаллов, изготовление которых мо­жет обеспечить технология производства.

При построении современных МПС используют, в основном, «следующие принципы: микропрограммное управление, модуль­ность построения, магистральный обмен информацией, наращивае­мость вычислительной мощности.

Микропрограммное управление. Классическое вычислительное устройство состоит из арифметического устройства (АУ), устрой­ства управления (УУ), запоминающего устройства (ЗУ) и уст­ройства в во да-вывода (УВВ); АУ и УУ образуют процессор лю­бой ЭВМ, т. е. ее управляющую и обрабатывающую части. УУ вы­рабатывает сигналы, под действием которых АУ выполняет все необходимые операции и действия. Существуют два метода по­строения УУ: с использованием комбинационных схем и микро­программного ЗУ. В первом случае каждое входное воздействие »а УУ жестко связано с выходным и их изменения возможны только при изменении электрической схемы УУ. Поскольку вход­ное воздействие — это команда МП, то использование такого ме­тода жестко фиксирует его систему команд; при этом достигается максимальное быстродействие УУ. Микропроцессоры, использую­щие комбинационные УУ, называют МП с фиксированным набо­ром команд. Примером такого МП является КР580ИК80.

В соответствии с микропрограммным принципом управления любая сложная операция делится на последовательность более простых действий. Такое простое действие называется микроопе­рацией и выполняется за один такт работы АУ. Для задания оче­редности следования микроопераций вводятся специальные пе­ременные, называемые логическими условиями. Совокупность микроопераций, выполняемых за один цикл (несколько тактов) рабо­ты устройства, называется микрокомандой (МК). Микрокоманда представляет собой двоичное я-разрядное слово, содержащее код операции (КОП), выполняемой АУ, а также коды адресов исход­ных данных и результата. Микрокоманда поступает на вход АУ, которое дешифрует ее и вырабатывает управляющие сигналы. Эти сигналы стробируются импульсами внутреннего блока синхрони­зации, который формирует временные такты выполнения микро­операций. Микрооперации жестко связаны со структурой АУ и не могут быть изменены.

После выполнения действия, определенного КОП, АУ инфор­мирует об окончании выполнения микрокоманды. Каждому АУ присущ только свой, конкретный набор МК, который называется системой микрокоманд.

Устройство, предназначенное для записи, хранения и считы­вания МК называется микропрограммным устройством управления (МУУ). В простейшем случае МУУ представляет собой БИС ПЗУ «ли ППЗУ, в которой записаны МК- Для считывания этих МК необходимо устройство формирования адреса, например счет­чик. Любую операцию можно представить последовательностью МК (микропрограммой). Необходимо отметить два основных от­личия микропрограммного управления от жесткого: смена выпол­няемой операции обеспечивается заменой микропрограммы; при считывании каждой МК требуется обращение к ПЗУ, что снижает быстродействие УУ. Итак, микропрограммное управление заменя­ет аппаратные средства программными и обеспечивает высокую гибкость, но при снижении быстродействия.

Минрокомандный уровень управления АУ является самым низ­ким уровнем, доступным разработчику МПУ. Микрокоманда наи­более полно отражает структуру АУ, в силу чего реализация опе­раций с помощью микропрограмм является оптимальной в смыс­ле экономии памяти и повышения быстродействия. Наряду с этим МК представляет собой достаточно мелкую детализацию выпол­няемой операции, например «обнулить регистр», «содержимое ре­гистра переслать в аккумулятор» и т. д. Поэтому для программи­рования сложных алгоритмов, которыми являются алгоритмы об­работки сигналов, потребовалось бы составить микропрограммы,, содержащие сотни, тысячи микрокоманд. Отладить такую микро­программу очень сложно.

Для повышения уровня детализации выполняемой операции вводится командный уровень управления. Символом этого уровня является команда, которая представляет собой (как и микроко­манда) m-разрядное двоичное слово (обычно m

Рис. 1.1. Структурная схема микропрограммного устройства управления

Структурная схема МУУ изображена на рис. 1.1. Команда, считанная из ЗУ, поступает на .регистр команд и далее на блок управления. В соответствии с принятыми сигналами блок управле­ния формирует адрес первой МК микропрограммы, соответствую­щей принятой команде. Этот адрес через регистр поступает в ЗУ МК. Считанная из ЗУ МК состоит из двух частей: операционной (или собственно микрокоманды, которая поступает на АУ) и ад­ресной, которая поступает на блок управления. Приняв адресную часть МК, блок управления формирует адрес следующей МК. Виовь считанная МК имеет свою адресную часть, которая посту­пает на блок управления. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет считана последняя МК данной программы. После этого МУУ готово к приему следующей команды. Длина микро­программы определяется разрядностью кода адреса следующей МК. В табл. 1.1 приведены типовые команды процессора, выпол­ненного на микросхемах серии К589, и число МК, содержащихся в этих командах [4, 6].

Доля МК обращения к ЗУ составляет 20 — 40%, это дает воз­можность работать нескольким МП с общей памятью без взаим­ных помех.

Итак, использование микропрограммного управления при по­строении МПУ обработки сигналов позволяет разрабатывать сис­темы команд и языки, ориентированные на структуру реализуе­мых алгоритмов, повышать быстродействие за счет параллельной работы нескольких микропроцессоров с общей памятью.

Таблица 1.1
Содержание команды

Число МК

Содержание команды

Число МК

Сложение

20

Возврат

5

Вычитание

21

Переход

7

Деление

35

Сдвиг влево

2

Умножение

34

Сдвиг вправо

3

Модульный принцип построения. Этот принцип предполагает разделение электрической схемы МПУ на функционально завер­шенные модули. Исходя из классической схемы вычислительного­устройства, любое МПУ должно включать как минимум микро­процессор, ЗУ и УВВ. Конструкция модуля представляет собой либо функциональную ячейку (ФЯ) (см. § 2.3), либо микросборку (МСБ), либо СБИС. Современные модули МПУ чаще всего вы­полняются в виде ФЯ. Приведенный выше состав модулей позво­ляет построить универсальное МПУ. При решении вопроса о функ­циональном составе модулей МПУ необходимо учитывать много­функциональность (универсальность) и специализацию модулей. Повышение универсальности модулей обеспечивает сокращение их. номенклатуры, снижение затрат на проектирование. Специализа­ция модулей является средством достижения соответствия струк­туры МПУ выполняемым алгоритмам и тем самым повышения быстродействия, а следовательно, и эффективности применений1 МПУ в РЭА.

Модульный принцип конструирования МПС дает возможность, разработчику выбирать только необходимые ему модули и посте­пенно наращивать функциональные возможности МПУ. Иногда при проектировании МПУ, реализующих конкретные алгоритмы, для обеспечения требуемых характеристик достаточно небольшой фрагмент алгоритма реализовать аппаратно. Конструирование спе­циального модуля или БИС для реализации такого фрагмента может оказаться неоправданно дорогим. Целесообразно на моду­ле МП установить специальный соединитель для подключения ма­лых модулей, реализующих конкретные функции. Такой подход был реализован в микромодульных платах iSBX [3].

Для расширения функциональных возможностей одноплатной микро-ЭВМ разработаны три модуля: последовательного ввода­вывода iSBXx25i, параллельного ввода-вывода iSВХх350 и арифметического процессора с плавающей точкой iSВX332. При­менение таких модулей увеличивает гибкость одноплатной микро-ЭВМ. Для обеспечения аппаратной специализации системы разра­ботана переходная плата iSBXyx960=5, содержащая пять гнезд шины iSBX, к которым разработчик может подключать специаль­ные аппаратные модули.

Модульный принцип построения позволяет повысить эффектив­ность применения МПС для конкретных задач. Это достигается выбором типа и числа модулей, учитывающих особенности решае­мого алгоритма. Например, микро-ЭВМ «Электроника С5-12» в минимальной конфигурации представляет собой микропроцессор, содержащий ПЗУ емкостью 1КХ32 и ОЗУ емкостью 128X16. Микро-ЭВМ может использоваться совместно с модулями «Элект­роника С5-121» — АЦП (число каналов 115, время преобразования 10 мс, погрешность 0,4%), «Электроника С5-125» — модуль внеш­него ОЗУ емкостью 8К байт, «Электроника C5-I123» — модуль со­пряжения с устройством ввода-вывода и некоторыми другими.

Комбинируя модули, можно получать вычислительные средства различного назначения. Приведем некоторые из них: микро-ЭВМ+ +ОЗУ — минимальная конфигурация одноплатной микро-ЭВМ с относительно большим объемом памяти, микро-ЭВМ + АЦП — применяется в измерительных приборах, цифровых следящих сис­темах.

Магистральный принцип обмена информацией. Некоторые вы­воды МПС должны соединяться с различными внешними устрой­ствами. Это обеспечивается объединением выводов МПС в магист­рали (шины) и мультиплексированием во времени обмена инфор­мацией между модулями. Весь информационный поток, циркули­рующий в МПС, обычно разбивается на три группы: адреса, дан-яые и управление. В соответствии с этим выделяют шину данных, шину адресов и управляющую шину. Применяя последовательно временное мультиплексирование, можно построить МПС с трех-, двух- и однотипной структурой.

При выборе структуры МПУ необходимо учитывать следующее: при уменьшении числа шин увеличивается площадь кристалла или модуля, отводимая под функциональные элементы, и тем са­мым повышаются функциональные возможности МПС. Вместе с тем применение временного мультиплексирования обмена инфор­мацией приводит к снижению быстродействия и необходимости ис­пользования дополнительных буферных регистров.

В некоторый период времени только два устройства могут быть одновременно подключены к шине. Одно из них — ведущее, дру­гое — ведомое. Ведущим устройством обычно является МП. При обмене информацией между МП и ведомым остальные устройст­ва, подключенные к шине, не должны им мешать. Такое раздель­ное использование шины достигается различными способами под­ключения к ней выводов устройств. Известны три способа подклю­чения: логическое объединение, объединение с помощью схем с открытым коллектором и объединение с использованием схем с тремя состояниями [4].

Логическое объединение выполняется с помощью логических схем ИЛИ, И (рис. 1.2,а). На входы логических вентилей посту­пают информационные сигналы И1И4. Подключением этих сиг­налов к шине управляют сигналы У1У4, схема формирования которых приведена на рис. 1.2,6. На вход схемы поступают два адресных сигнала: Al и А2. Схема формирует четыре взаимоиск­лючающих управляющих сигнала У1У4. (Вместо этой схемы может быть использован любой дешифратор типа 1 из и на два вхо­да и более. Максимальное число подключаемых устройств опре­деляется числом входов логического элемента ИЛИ.

Объединение с помощью схем с открытым коллектором пред­полагает электрическое соединение выходов нескольких логиче­ских элементов, как это показано на рис. 1.2,в. В схемах с откры­тым коллектором отсутствует .нагрузочный резистор. Выходы схем с открытым коллектором объединены с использованием общего нагрузочного резистора RK. Выходной сигнал равен 0, если сигнал на любом из объединенных выходов равен 0, и 1, если сигналы на всех объединенных выходах равны 1. По аналогии с реализуемой логической функцией такой способ подключения называют «мон­тажным ИЛИ», или «монтажным И». При поступлении на вход управляющего сигнала 1, на выходе схемы ИЛИ появляется 1 (независимо от значения информационного сигнала И); в резуль­тате общий выходной сигнал не меняется. При (низком уровне управляющего сигнала сигнал на выходе схемы ИЛИ равен инфор­мационному. Итак, если один управляющий сигнал равен 0, а ос­тальные II, то общий выходной сигнал повторяет значение инфор­мационного входа схемы ИЛИ, имеющей низкое значение сигна­ла управления.

Для подключения устройств к шине с использованием схем с открытым коллектором требуется меньшее число логических эле­ментов, чем при логическом объединении. Однако шины на схе­мах с открытым коллектором (как и шины с логическим объеди­нением) имеют ограниченное применение. В основном, это обус­ловлено следующими причинами:

1. Значение выходного тока стандартной управляющей схемы, выполненной по ТТЛ-технологии, около 20 мА. Поэтому с по­мощью «монтажного ИЛИ» можно объединить сравнительно не­много (не более 20) схем с открытым коллектором.



Похожие документы:

  1. Методическое обеспечение дисциплины музыкальное исполнительство и педагогика Направление подготовки 073500 «Дирижирование»

    Методические указания
    ... фактуре / В. О. Семенюк. – М., 2000. Ушкарев, А. Основы хорового письма / А. Ушкарев. – М., 1986. Тема 4. Хоровая фактура ... фактуре / В. О. Семенюк. – М., 2000. Ушкарев, А. Основы хорового письма / А. Ушкарев. – М., 1986. Тема 5. Средства музыкальной ...
  2. Московский ордена ленина и ордена октябрьской революции

    Анализ
    ... студент группы 04-401   Проверил Ушкар М.Н.  Москва  2008 г. Задание ... средств: учебное пособие к практическим занятиям», Ушкар М.Н., М.: Изд-во МАИ, 2007. ... средств: учебное пособие к практическим занятиям», Ушкар М.Н., М.: Изд-во МАИ, 2007. 2. ...
  3. О подведении итогов Всероссийской дистанционной олимпиады по Русскому языку среди 5 11 классов (3)

    Документ
    ... Учитель русского языка и литературы 261 Ушкар Диана Николаевна Государственное бюджетное образовательное ...
  4. Инструментальное творчество (баян аккордеон балалайка гитара домра гармонь) дата время и место проведения 26 февраля 2015г 9 00 час класс хорового дирижирования чгики (308 ауд ) (г чебоксары ул энтузиастов 26 тел 89196705992

    Документ
    ... Ольга Георгиевна Домра 1. П.Чекалов «Ноктюрн» 2. А.Ушкарев «Родничок» МБОУ ДОД «Красноармейская ДШИ ...
  5. Структура программы учебного предмета Пояснительная записка

    Пояснительная записка
    ... -лесочке» (обр. С.Полонского) Ж.Металлиди «Впередсмотрящий» А.Ушкарев «Олененок» Примерная программа концерта старшего ...

Другие похожие документы..