Центральный Дом Знаний - Проектирование центральных и периферийных устройств ЭВС. Методические указания

Информационный центр "Центральный Дом Знаний"

Заказать учебную работу! Жми!



ЖМИ: ТУТ ТЫСЯЧИ КУРСОВЫХ РАБОТ ДЛЯ ТЕБЯ

      cendomzn@yandex.ru  

Наш опрос

Как Вы планируете отдохнуть летом?
Всего ответов: 903

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0


Форма входа

Логин:
Пароль:

Проектирование центральных и периферийных устройств ЭВС. Методические указания

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕНТРАЛЬНЫХ И ПЕРИФЕРИЙНЫХ УСТРОЙСТВ ЭВС

  Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Проектирование центральных и периферийных устройств ЭВС» для студентов специальности 220500 очной и заочной форм обучения

Йошкар-Ола,2006

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ.. 4

  ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА.. 5

  СОДЕРЖАНИЕ  КУРСОВОГО  ПРОЕКТА.. 5

  1.РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ. 6

  2.ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ.. 12

2.1. Принцип работы системы.. 12

2.2. Разработка структурной схемы системы.. 12

2.3. Разработка функциональной схемы системы.. 13

2.4. Выбор элементной базы.. 13

  3.ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ.. 14

3.1. Описание структурной схемы устройства. 14

3.2.Описание принципиальной схемы устройства. 14

3.3.Проверочные расчеты. 15

3.3.1. Расчет на потребляемую мощность. 15

3.3.2. Расчет на нагрузочную способность элементов. 15

3.3.3. Расчет на задержку формирования сигнала. 16

  4. ПРОГРАММНАЯ ЧАСТЬ.. 16

4.1. Разработка программы. 16

4.2.Описание программы. 17

  ПРИЛОЖЕНИЯ.. 17

ВВЕДЕНИЕ 

Проектирование и разработка электрических принципиальных  и функциональных схем требует больших затрат времени и привлечения современных знаний из различных дисциплин, изучаемых студентами специальности 220500 на младших курсах. В то же время такие методики не формализованы, часто строятся на интуитивной последовательности действий разработчиков. Особенно сложно приходится студентам, поскольку большинство из них сталкивается с такой задачей впервые. В работе ставится задача помочь преодолеть студентам начальную неуверенность, опираясь на предлагаемую последовательность действий. 

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТА 

Курсовой проект завершает изучение курса «Проектирование центральных и периферийных устройств ЭВС». Он предназначен для закрепления и углубления знаний по методам и приемам построения электронно-вычислительных средств, использованию элементной базы в ЭВС, полученных в процессе изучения курса. Выполнение курсового проекта способствует приобретению практических навыков построения структур и синтеза принципиальных схем вычислителей.

Эта цель достигается в процессе самостоятельного выбора возможных вариантов структуры, оценки их характеристик и формирования принципиальной схемы устройства.

Знания и навыки, полученные в процессе курсового проектирования, послужат основой для выполнения дипломного проекта, его системной части.

Для выполнения курсового проекта необходимы знания всех основных разделов курсов «Основы электроники», «Схемотехника ЭВС» , «Системное программное обеспечение».

Варианты индивидуальных заданий приведены в конце методических указаний. 

СОДЕРЖАНИЕ  КУРСОВОГО  ПРОЕКТА 

Курсовой проект включает пояснительную записку объемом  20...30 страниц  и графическую часть: одного листа формата А1 и двух листов формата А2. Пояснительная записка выполняется на белой бумаге А4, текст с одной или двух сторон листа, согласно требованиям ЕСКД к текстовой документации. Нумерация листов проставляется начиная с раздела «Разработка технического задания», где приводится основная надпись. Желательно на каждом листе пояснительной записки повторить основную надпись.

Пояснительная записка включает следующие разделы :

 - лист аннотации, на двух языках;

 - лист задания на курсовой проект;

 - лист содержания.

1.      РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

2.ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ

2.1. Принцип работы системы

2.2. Разработка структурной схемы системы

2.3. Разработка функциональной схемы системы

2.4. Выбор элементной базы

3.ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

3.1. Описание структурной схемы устройства

3.2.Описание принципиальной схемы устройства

3.3.Проверочные расчеты

4.      ПРОГРАММНАЯ ЧАСТЬ

4.1. Описание алгоритма программы

4.2. Текст  программы

- ЗАКЛЮЧЕНИЕ

- СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

- ПРИЛОЖЕНИЯ 

Графическая часть: схема электрическая принципиальная, формат А1, схема структурная, формат А2  и схема программы (алгоритм), формат А2.

Рекомендуется графическую часть выполнять на белой плотной бумаге, допускается ее выполнение на координатной бумаге соответствующего формата.

Аннотация на курсовой проект содержит основные характеристики изделия: особенности структуры и элементной базы, параметры составляющих блоков, отличие от типовых решений. В конце аннотации приводятся справочные данные: число страниц, таблиц, рисунков, число единиц библиографии. На том же месте приводится текст аннотации на английском языке с литературной редакцией и сохранением стиля английского языка.

Лист задания составляется в произвольной форме согласно варианту задания, выданного преподавателем.

Содержание включает все разделы и параграфы курсового проекта, начиная с п.1 «РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ».

В каждой строке содержания указывается соответствующая страница проекта.

Листы: титульный, аннотация, задание и содержание не нумеруются, но учитываются в общем списке листов проекта. Поэтому раздел, п.1 начинается с листа, содержащего основную надпись (штамп), где проставляется номер текущего листа. 

1. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 

       Основным содержанием данного раздела считается информационный обзор по доступной научно-технической и методической литературе, включающей периодику. Целью такой работы  является  выявление общих черт, закономерностей в построении заданной системы и определение необходимых технических характеристик, вытекающих из задания.

         Раздел начинается с обзора доступных литературных источников, в которых рассматриваются вопросы структурного построения вычислительных систем различного назначения. Здесь же необходимо выбрать режим работы системы – однопрограммный, с разделение во времени, в реальном времени, многопрограммный.      

         Структурную модель информационно-вычислительной, управляющей, измерительной систем можно представить из трех составляющих подсистемы ввода информации, непосредственно вычислителя и подсистемы индикации и вывода информации (рис.1).

В качестве вычислителя рекомендуется выбирать типовую схему контроллера или ЭВМ соответствующего уровня сложности.

Поэтому процедура проектирования ИВС во многом сводится к разработке подсистем ввода и вывода информации.

Главная задача подсистемы ввода информации – обеспечение дискретного представления входных аналоговых сигналов с заданной точностью в зависимости от их  временных характеристик. В рамках разработки технического задания  для подсистемы ввода необходимо выбрать оптимальную структуру и проанализировать требуемое быстродействие вычислителя. Период следования тактового сигнала вычислителя и время выполнения его команд пересылок типа «регистр-память и регистр – ВУ» определяются  из анализа параметров входного сигнала и способа ввода информации в ЭВМ.

Основанием для выбора режима работы системы можно считать временные ограничения, накладываемые параметрами входных сигналов, необходимость их обработки и специфику вывода  результата на информационное табло. Ввод сигнала, его представление в дискретную форму проводится с учетом требуемого интервала дискретизации, определяемого теоремой Котельникова:

Dt £ ( 1/ 2 f в).

При этом величина Dt определяет временной интервал  только для одного сигнала. При использовании входных коммутаторов-мультиплексоров (входные сигналы коммутируются на вход одного АЦП) время дискретизации следует увеличить в  N раз. Структура простой подсистемы ввода информации имеет вид (рис. 2).

Dt > t  ацп + t вв,

где  t ацп – время преобразования в АЦП,

t вв – время ввода, t вв = t1 +t2 + t адр.,

t1 – время ввода информации из АЦП в аккумулятор процессора,

t2 – время ввода информации из аккумулятора в память ЭВМ.

Для варианта с мультиплексором аналоговых сигналов (рис.3) временные соотношения следующие:

Величина Dt может быть ограничена и другой причиной: за этот интервал необходимо не только преобразовать входной аналоговый сигнал в дискретную форму  но и  переслать результат предыдущего преобразования с выхода АЦП в память вычислителя.

Dt > N * ( t ацп  + t ком + t  вв),

где t ком - время переключения входного коммутатора. Если мультиплексор управляется от ЭВМ, это время учитывает  и смену адреса на выходе порта.

Время преобразования АЦП выбирается из справочных данных, а время ввода следует рассчитать с учетом числа тактов и времени выполнения команд пересылок  тип регистр- аккумулятор и регистр-память. Двойная пересылка характерна для контроллеров, при использовании ПЭВМ необходимо проанализировать временные параметры режима ПДП, как наиболее реального.

Использование параллельного ввода позволяет часто решить проблему недостатка времени на преобразование (рис.4.). Время преобразования здесь несколько меньше,

Dt >  t ацп  + N ( t ком + t  вв).

Наименьшее время ввода можно получить, используя буферную память в схеме (рис.5).

Использование принципа "маятника”  позволяет применять такую схему ввода в системах реального времени. Буферная память остается единственным вариантом "быстрого ввода”, хотя и не позволяет  за счет накопления обрабатывать информацию в реальном времени.

Анализируя возможные варианты ввода, следует выбрать оптимальную схему с учетом временных ограничений и аппаратных затрат.  В продолжении анализа подсистемы ввода необходимо определить требуемое число портов ввода для микроконтроллеров или число слотов шины PCI для ПЭВМ.

Конкретизация параметров вычислителя сводится к определению требуемого объема памяти – ОЗУ и ПЗУ и оптимального числа портов ввода-вывода.

При этом, если объем ПЗУ не определен заданием, рекомендуется для микроконтроллеров брать ПЗУ объемом 4 - 8 Кбайт. Объем же памяти данных часто вычисляется из количества вводимой информации, требуемой для хранения за данный интервал времени. После вычислений выбираем ближайший больший из стандартного ряда: 16К. 32К. 48К. 64К, 128К, и т.д.

         В разделах «Подсистема индикации» и «Подсистема вывода информации» с целью определения их структурного построения рассматриваются следующие вопросы:

- число каналов вывода информации и их структура (прямая передача или с мультиплексированием),

- способ вывода информации для отображения на индикаторах,

- типы индикаторов и алгоритм их работы.

В задании на вывод аналоговых сигналов присутствуют временные ограничения, заставляющие проверять скорость вывода цифровой информации из памяти ЭВМ. Время вывода не должно превышать интервала  Dt £ (1/ 2 f 1в),

где  f 1в – верхняя частота спектра выводимого сигнала. Так как в задании определена основная частота, ширину спектра следует ограничить десятой гармоникой, f 1 в =  10 f о.

 Быстродействие системы вывода на индикацию  должно обеспечить  интервал, превышающий  инерционность человеческого глаза, т.е.смена информации не чаще 2 – 3 с.

На основании полученных временных ограничений и требуемой точности представления информации выбираем типовую структуру ЭВМ,  тип процессора и характеристики основных функциональных блоков вычислителя.

Обзор источников информации должен быть отражен в работе с помощью нескольких структур.

Первая структурная схема (модель устройства) необходима для пояснения принципа работы системы, передачи сигналов адреса, данных, управления, их роли в вычислителе. На модели устройства поясняется работа выбранной конфигурации. Объем этой части должен быть не менее 1,5-2 стр. Графическое пояснение структуры ЭВМ (рисунок) удобнее выполнить на отдельной странице (надрисуночная надпись; под рисунком - рис.1). Обязательно необходимо указать источники информации  [литература]. Причем  рисунок следует  представить в том же виде, как он был показан в первоисточнике.

Приступая ко второй части обзора, можно воспользоваться фразой: «Следующим вариантом устройства на микропроцессоре ... является структура рис.2 [литература]». На втором рисунке следует разместить более полную структурную схему, включающую, например, устройства ввода, сопряжения с ЭВМ, индикацию. Чтобы не повторять описания уже рассмотренных блоков в первой части, выделяем отличия: «Основным отличием этой схемы от предыдущей считается ...». Также здесь следует показать назначение новых блоков, их роль и возможности.  Объем этой части примерно такой же - 1,5-2,5 страницы.

Третья, заключительная часть первого раздела, может начинаться, так: «Наиболее полно структура вычислителя показана на рис.3 [литература] - это система для ...». Описание должно быть по возможности полное, но не повторять ранее описанных блоков. Объем этой части 2-3 страницы.

Далее необходимо провести анализ быстродействия подсистемы ввода информации, определить характеристики подсистемы вывода и основные параметры вычислителя.

Завершается раздел выводом: «На основании рассмотренных вариантов структурных схем и согласно заданию на курсовой проект целесообразно в качестве прототипа устройства выбрать схему, представленную на рис.2 (или рис.3). Схема требует некоторых изменений, касающихся ...». И далее кратко указываются необходимые дополнения или коррекции к структуре с тем, чтобы она соответствовала требованиям задания.

В некоторых случаях  сложно в литературе найти необходимые примеры построения систем на конкретном типе вычислителя. Тогда допускается  рассматривать принцип действия вычислителя (первая структура ) по  схемам, построенным на однотипном контроллере.

Раздел «Техническое задание» заканчивается формулировкой всех основных параметров, как заданных первоначально, так и вычисленных в рамках этого раздела. Эти параметры необходимы для проектирования структурной, функциональной и принципиальной схем системы, выполняемом в следующих разделах.

  2.ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ

  При описании структуры системы следует привести  ее основной алгоритм функционирования, последовательность взаимодействия всех составляющих блоков системы.

 2.1. Принцип работы системы

  В разделе приводится основной принцип работы проектируемой системы, перечисляются этапы преобразования информации, выбранные способы ее хранения и представления на индикаторах. Следует показать формы представления информации (аналоговая, двоичная, двоично-десятичная, коды ASCII) в системе, проектируемые режимы работы процессора и способы обмена информацией «процессор-память» и «процессор- внешние устройства».

  2.2. Разработка структурной схемы системы

  В этом разделе, сославшись на прототип из п.1, следует привести предполагаемую структурную схему согласно требованиям ТЗ. Эта схема должна включать только те блоки, которые оговорены в ТЗ. В прототипе таких блоков может быть меньше, либо они могут иметь другие характеристики.

В разделе должно быть описание новых блоков структуры устройства, т.к. все старые уже представлены в п.1 и показаны все те отличия, возможности, которые появились в новой структуре.

  2.3. Разработка функциональной схемы системы 

Для построения  функциональной схемы необходимо первоначально составить подробную структурную схему проектируемой системы с выделением в каждом  блоке более мелких, каждый из которых выполняет свою законченную  функцию. Например, процессорный блок в п.2.1 может включать: генератор, схему запуска, сам микропроцессор, буфер адреса, данных, системный контроллер, регистр адреса.

Если структурный блок расширяется в п.2.3, следует привести его рисунок, если остается неизменным, как в п. 2..1, то новый рисунок не требуется.

Таким образом, при описании функциональной схемы в п.2.3 необходимо последовательно, слева направо,  из структурной схемы (раздел 2.1) выбирать блоки и раскрывать их по функциям, выполняемым в структуре вычислителя. Каждый блок представляется на своем рисунке с учетом возможной реализации на интегральных микросхемах. Если для реализации описываемой функции потребуется несколько корпусов интегральных схем, все требуемые корпуса интегральных схем размещаются на соответствующем рисунке. Связи между корпусами показываются в следующем порядке : сигналы адреса и данных - по шинам с указанием разрядности шин , сигналы управления, выборки и активизации режима работы микросхем - каждый отдельно, с указанием их наименования . Цепи питания и разъемы на рисунках не показываются. Представлять функциональные блоки необходимо их УГО с указанием на нем лишь тех входов и выходов, которые используются в реализации описываемой функции . При рассмотрении простых функциональных блоков, например, ПЗУ,  их допускается объединять с другими структурными блоками. В качестве примеров принципиальных схем следует пользоваться  схемами практических устройств из периодических изданий, например,  журнала « Микропроцессорные средства и системы» .

Цель п.2.3 - выделить все функции вычислителя, чтобы  на следующем шаге, заменяя каждый блок корпусом ИМС, получить принципиальную схему.

Loading

Календарь

«  Июнь 2019  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930

Архив записей

Друзья сайта

  • Заказать курсовую работу!
  • Выполнение любых чертежей
  • Новый фриланс 24