Генератор кода Морзе

18

              Министерство образования РБ             

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Кафедра ЭВС

                                                                                              К защите допускаю

“    “ _________ 2001 г.

Руководитель работы

  Качинский М.В.

Пояснительная записка

к курсовому проекту на тему:

“Генератор кода Морзе”

Выполнил:              Проверил:

студент гр. 810703

Майер Р.А.              Качинский М.В.

Минск 2001 г.

Содержание

1   Введение              4

2   Анализ задачи              5

2.1  Функциональная спецификация системы              6

3   Предварительное проектирование системы              7

3.1  Разбиение системы на модули и выбор соотношения между аппаратными и программными средствами              7

3.2  Построение структурной схемы аппаратной части системы. Описание структурной схемы              8

4   Проектирование аппаратных средств системы. Разработка и принципиальной схемы системы. Описание работы системы по принципиальной схеме              9

5   Проектирование программного обеспечения. Разработка схемы алгоритма работы системы и программы. Описание алгоритма работы системы и программы              13

6   Заключение              15

7   Литература              16

Приложение А — Листинг управляющей программы              17

1 Введение

Современный этап развития научно-технического прогресса характеризуется широким применением электроники и микроэлектроники во всех сферах жизни и деятельности человека. Важную роль при этом сыграло появление и быстрое совершенствование интегральных микросхем – основной элементной базы современной электроники. Интегральные микросхемы применяются в вычислительных машинах и комплексах, в электронных устройствах автоматики, цифровых измерительных приборах, аппаратуре связи и передачи данных, медицинской и бытовой аппаратуре, в приборах и оборудовании для научных исследований и т.д.

Микрокомпьютер, в отличие от других компонентов, не обладает фиксированным набором функциональных характеристик. Его характеристики определяются в процессе проектирования системы с помощью программирования. Практически неограниченный диапазон программируемых функциональных возможностей микрокомпьютера придает этому компоненту особое значение.

В данном курсовом проекте необходимо разработать генератор кода Морзе на базе микропроцессора 8086. Генератор должен принимать сообщения из параллельного порта компьютера и выдавать на входную линию звукового генератора комбинацию точек и тире, соответствующую входному сообщению. Входящие сообщения поступают в коде ASCII. Проектируемая система должна быть проста в обращении, удобна в эксплуатации, соответствовать требованиям и нормам настоящего времени. Здесь немаловажную роль играют стоимостные показатели. Генератор кода Морзе должен быть более дешевым по сравнению с такой же системой, реализованной на дискретных элементах. Весьма важными являются и геометрические размеры проектируемой системы.

Эти требования должны лечь в основу проектируемого устройства.

2 Анализ задачи.

Из исходных данных к курсовому проекту можно выделить следующие основные функциональные действия, которые должна выполнять проектируемая система:

1)     считывать из параллельного порта компьютера сообщения в коде ASCII;

Данная функция реализуется применением контроллера параллельного порта, который принимает данные по сигналу стробирования и вырабатывает сигнал подтверждения при считывании данных микропроцессором;

2)     преобразование символа ASCII в код Морзе;

Эта функция реализуется программно самим микропроцессором. В памяти программ по таблице преобразования каждому символу ASCII ставится в соответствие символ в коде Морзе. Таблица преобразования состоит из последовательности символов в коде Морзе, в которой по коду символу ASCII в качестве индекса находится нужный код Морзе.

3)     выдерживать заданную длительность точки;

Это требование обеспечивается использованием программируемого таймера. После вывода каждого элемента кода Морзе в выходную линию, запускается таймер на заданный интервал времени, и вывод следующего элемента возможен только  по истечении запрограммированного интервала. Длительность интервала считывается из памяти программ.

4)     выдерживать заданную длительность тире, интервалов между точкой и тире, между символами и между словами;

Требуемая длительность обеспечивается соответствующим кодированием кодов Морзе и алгоритмом вывода кода в выходную линию.

Кодирование одного символа одним байтом позволит за одну операцию чтения получить из параллельного порта сразу весь символ.

2.1 Функциональная спецификация системы

Функциональная спецификация определяет, какие функции должны выполняться проектируемой системой для удовлетворения требованию задания к курсовому проекту. Таким образом, функциональная спецификация включает два основных подраздела:

1)     список функций выполняемых системой;

2)     описание интерфейса между системой и пользователем.

При  анализе действий проектируемой системы можно выделить следующие основные функции:

   приём 8-ми разрядного символа сообщения из параллельного порта компьютера;

   преобразование полученного символа в последовательность точек и тире (код Морзе);

   последовательный вывод кода Морзе;

   выдержка заданной длительности точки.

Так как генератор всегда однозначно преобразует поступивший на вход код, для него не требуется организация интерфейса с пользователем в виде внешних органов управления кроме кнопки “Сброс”.

3 Предварительное проектирование системы.

3.1 Разбиение системы на модули и выбор соотношения между аппаратными и программными средствами

Прежде чем начинать детальное проектирование программных и аппаратных средств, необходимо определить, какие функции лучше выполняются с помощью программного обеспечения, а какие с помощью аппаратных средств. При разбиении выполняемых проектируемой  системой функций на модули можно выделить:

   модуль ввода;

   модуль преобразования кода;

   модуль обеспечения нужной длительности точки;

   модуль обеспечения нужной длительности между элементами кода Морзе и самими кодами Морзе;

   модуль вывода.

Из приведённого списка модулей аппаратной реализации потребуют модуль ввода и модуль вывода, так как здесь ведётся взаимодействие с интерфейсом параллельного порта и выходной линии системы.

Модуль преобразования кода проще реализовать программно на микропроцессоре 8086, так как его использование оговорено в задании к курсовому проекту.

Модуль обеспечения нужной длительности между элементами кода Морзе и самими кодами Морзе также удобнее реализовать программно.

Модуль обеспечения нужной длительности точки реализуется на программируемом таймере.

3.2 Построение структурной схемы аппаратной части системы. Описание структурной схемы

Структурная схема аппаратной части системы приведена на чертеже БГУИ.ХХХХХХ.001Э1. Для построения системы необходимы все упомянутые выше узлы, а также дополнительно генератор тактовых импульсов (ГТИ).

Проектируемая система состоит из следующих блоков:

   генератора тактовых импульсов (ГТИ);

   микропроцессора (МП);

   ПЗУ;

   программируемого таймера (ПТ);

   контроллера параллельного порта (КПП);

   выходного порта.

Далее приведено описание функций каждого блока.

ГТИ предназначен для формирования тактовых импульсов заданной частоты, которые затем поступают на МП и ПТ.

МП является управляющим звеном системы. К нему поступают данные из параллельного порта через КПП, которые он затем использует для генерации кода Морзе. Полученный код поступает на выходную линию через выходной порт. Также МП управляет режимами работы ПТ и КПП.

ПЗУ хранит код исполняемой МП программы и таблицу преобразования символа ASCII в код Морзе.

ПТ служит для выдержки временных интервалов фрагментов кода Морзе.

Выходной порт предназначен для развязки выходной линии от системной магистрали (хранение последнего фрагмента кода Морзе).

4 Проектирование аппаратных средств системы. Разработка и принципиальной схемы системы. Описание работы системы по принципиальной схеме

В задании к курсовому проекту оговорен тип микропроцессора, на базе которого нужно спроектировать систему — 8086. Отечественным аналогом данного микропроцессора является КР1810ВМ86 [4], [6] — он является полным функциональным аналогом 8086 и широко распространён в нашей стране, поэтому для построения проектируемой системы целесообразно использовать именно его.

Серия КР1810, в которую входит выбранный микропроцессор, содержит ряд микросхем предназначенных для работы с ним, существенно облегчающих построение системы. Недостающие элементы будут заимствованы из других серий.

Схема электрическая принципиальная проектируемой системы приведена на чертеже БГУИ.ХХХХХХ.001Э3.

Тактовая частота работы микропроцессора составляет 5МГц. Для её формирования используется генератор тактовых импульсов DD2 (КР1810ГФ84 [4]), ко входам которого X1, X2 подключен кварцевый резонатор ZQ1 на частоту 15МГц (которая на выходе делится на 3). Через генератор подаётся также сигнал сброса системы (через цепь сброса) и готовности контроллера параллельного порта DD6 (КР580ВВ55А [5]). Так как шина данных микропроцессора совмещена с младшими разрядами адреса, необходимо их разделить, подключив шинные формирователи DD8 и DD9 (КР1810ВА86 [4]) для развязки шины данных и регистры DD10 и DD11 КР1810ИР82 [4] для запоминания адреса.

В качестве микросхемы памяти программ выбрана КР556РТ6 [1]. Это однократно программируемое ПЗУ организацией  2Кбайта х 8 с ТТЛ-выходами и временем доступа 80нс. Для подключения к 16 разрядной шине данных нужно использовать 2 микросхемы — одну для чётного (DD13), а другую для нечётного (DD14) адреса. На адресные входы подаются разряды А1 – А11 шины адреса. Линии А0 и не используются, так как микропроцессор сам выбирает нужный байт или всё слово с шины данных. На вход обоих микросхем подаётся сигнал , а на входы CS — сигнал , обеспечивая, таким образом, выбор микросхемы при чтении микропроцессором данных из памяти.

Из справочных данных [4] видно, что длительность сигнала на заданной частоте работы микропроцессора составляет 335нс, а время доступа микросхем памяти — 80нс, т. е. память способна работать на заданной частоте.

Все внешние устройства подключены к адресному пространству портов ввода/вывода. Для их адресации используется дешифратор DD14 (КР1533ИД4 [2]) на адресные входы которого подаются разряды А2, А3 шины адреса, а на входы разрешения выхода — сигнал .

Для сопряжения системы с параллельным портом ЭВМ [7] выбран контроллер параллельного порта КР580ВВ55А (DD6). Он содержит 3 восьми­­разрядных двунаправленных канала (ВА, ВВ и ВС) и способен работать в 3-х режимах. Режим 1, в котором используется контроллер, соответствует режиму работы параллельного порта ЭВМ. В этом режиме порт ВА настраивается на приём данных, линия ВС4 подключается к сигналу строба параллельного порта ЭВМ, а линия ВС5 формирует сигнал подтверждения приёма данных ASK. Длительность сигнала строба параллельного порта ЭВМ составляет не менее 0,5мкс [7], а для контроллера этот сигнал должен быть также не менее 0,5мкс [5], т. е. возможно их прямое соединение. Длительность сигнала подтверждения приёма данных параллельного порта ЭВМ должна быть не менее 5мкс [7], в то время как при самых неблагоприятных условиях на выходе контроллер параллельного порта его длительность может составить 119 + 125 = 244нс, чего явно недостаточно. Это требует увеличения его длительности, для чего используется одновибратор DD7 (КР1533АГ3 [2]). К его времязадающим входам подключена RC-цепь и длительность импульса на выходе определяется по формуле [9]:

Твых = 0,45·R·C = 0,45·15000·1000·10-9 = 0,00000675с = 6,75мкс

Запускается одновибратор по сигналу готовности от контроллера параллельного порта ВС5. С этим же сигналом он объединяется по ИЛИ и через инвертор поступает на разъем XP1. Таким образом, обеспечивается нужная длительность сигнала подтверждения приёма данных.

Выход контроллера ВС5 через генератор DD2 подаётся на вход READY микропроцессора, работая, таким образом, в режиме “нормально неготового устройства”. При чтении микропроцессором данных из контроллера параллельного порта сигнал READY будет активен только в том случае, если данные из параллельного порта ЭВМ уже приняты, в противном случае сигнал READY будет отсутствовать, и микропроцессор будет вводить такты ожидания до тех пор, пока не поступят данные от ЭВМ.

Вход выбора контроллера DD6 подключен к выходу дешифратора DD15, задавая тем самым базовый адрес микросхемы 0h в адресном пространстве портов ввода/вывода микропроцессора. Адресные входы А0, А1 подключены соответственно к линиям А0, А1 шины адреса. При таком подключении можно адресоваться ко всем внутренним регистрам контроллера относительно его базового адреса.