ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.07.2024
Просмотров: 62
Скачиваний: 0
Стенд EASY8051B предназначен для использования в составе компьютерных классов.
Описание лабораторного стенда EASY8051B.
Внешний вид стенда представлен на рисунке1
Рисунок
1
Питание стенда
Стенд имеет два варианта питания: по умолчанию используется питание от USB кабеля в случае соединения стенда с РС USB кабелем. В этом случае джампер J11 должен быть установлен в правое положение «USB».
Если стенд питается от внешнего напряжения, бортовое питание +5В обеспечивает стабилизатор напряжения LM7805С, преобразующий постоянное или переменное напряжение (8‑16)В в постоянное напряжение +5В. Понижающий преобразователь сетевого напряжение ~ 220В подключается к входному разъему «Power Supply». При питании стенда от сети джампер J11 должен быть установлен в левое положение «EXT».
Стабилизатор напряжения.
Все элементы стенда питаются стабилизированным напряжением +5В. В качестве стабилизатора напряжения использована микросхема LM7805С (рисунок 2 а). Для отвода тепла при повышенном электропотреблении она установлена на радиатор. Электрическая схема стабилизатора и внешний вид корпуса приведены на рисунке 2 б.
а б
Рисунок 2 Стабилизатор напряжения (а) и его электрическая схема (б).
Светодиоды.
Стенд имеет 32 светодиода (рисунок 3), которые подключены с портам МК и выходным портам стенда Р0, Р1, Р2, Р3 и Р4. Эти диоды разделены на 5 групп. Каждая группа светодиодов (кроме подключенных к Р4) состоит из 8 индикаторов и может быть разрешена/запрещена переключателем SW2. При включенном переключателе SW2 (в положении «ON») диоды разрешены и отображают состояние выходов портов микроконтроллера (МК). При выключенном переключателе SW2 светодиоды не горят, независимо от состояния выводов портов МК.
Все светодиодные диоды включаются логическим нулем, то есть для включения диода на выходе (ножке) МК должен быть логический нуль. Способ подключения светодиодных индикаторов к микроконтроллером показан на рисунке 3б
а б
Рисунок 3 Светодиоды портов Р0…Р3 стенда (а) и схема подключения к МК(б).
Кнопки лабораторного стенда.
Стенд имеет одну кнопку СБРОС и 38 кнопок для моделирования системных входов, которые подключены к ножкам портов Р0, Р1 и Р3. Графическая схема приведена на рисунке 4.
Рисунок 4.
Над каждой кнопкой написано название порта, к которому подключена кнопка. Джампер J6 определяет, к чему будет подключена кнопка (к логическому «0» или логической «1»). Если джампер подключен к 5В, при нажатии кнопки на вход порта будет поступать логическая «1»,если к 0В, то логический «0».
Переключатели
Для того чтобы иметь доступ к периферийным устройствам стенда (программировать, записывать и считывать данные), необходимо правильно установить переключатели. Все они имеют два положения «ON»- включено и «OFF» выключено. Физически они выполнены в виде джамперов J и стоек переключателей SW.
Первая группа переключателей – стойка SW1 предназначена для работы с последовательным интерфейсом SPI, RS-232, АЦП и ЦАП.
Вторая группа переключателей – стойка SW2 делится на 2 части, первые 4 переключателя (1-4) используются для подключения светодиодов к портам Р0, Р1, Р2, Р3/Р4. например, если установить переключатель PORT0 в положение OFF, все индикаторы, подключенные к Р0 гореть не будут, какие бы сигналы на них не подавали. Вторая часть переключателей отвечает за работу с семисегментными индикаторами.
Джамперы используются для подключения цепи к одной из двух других электрических цепей. Например, в стенде они часто используются для подключения выходных цепей или к напряжению питания (через «подтягивающий» резистор) или к «общему» проводу (через «понижающий» резистор).
Семисегментные индикаторы.
Дисплей с 7-сегментными индикаторами (четыре ячейки DIS0…DIS3), которые подключены к порту Р0. Совместно с портом Р1 (управляет выбором ячейки - индикатора) порт Р0 работает в мультиплексном режиме. Каждый дисплей выбирается переключателями 5, 6, 7 и 8 стойки переключателей SW2.
Аналого-цифровой преобразователь
МК AT89C8253 не имеет встроенного АЦП, поэтому, в состав стенда входит 4-х канальная 12-битная микросхема АЦП, предназначенная для чтения 4 аналоговых входов - MCP3204. Ниже приведена схема электрическая принципиальная преобразования. Для работы с АЦП переключатели 1-4 стойки переключателей SW1должны быть включены в положение «ON». Для имитации аналогового сигнала потенциометр Р3 должен быть подключен к одному из четырех аналоговых входов через джампер J9. Опорное напряжение Uref для MCP3204 может регулироваться джампером J10 от 4,096В до напряжения питания микросхемы.
Рисунок 5 Электрическая схема подключения АЦП.
Цифро-аналоговый преобразователь
МК AT89C8253 не имеет встроенного цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), поэтому канал ЦАП организован на плате стенда (микросхема MCP4921). Для работы с ЦАП переключатели 1, 3, 5 стойки переключателей SW1 должны быть включены в положение «ON». Выходной канал ЦАП подключен к соединителю CN10,напряжение на нем может изменяться от 0 до Uref. Опорное напряжение Uref MCP4921 также регулируется джампером J10, диапазон: от 4,096В до напряжения питания.
Рисунок 6 Подключение ЦАП МСР4921
Последовательный интерфейс RS232.
Если в работе используется СОМ-порт (RS232) переключатели 6 и 7 группы SW1 (P3.0 и P3.1) должны быть установлены в положение «on». СОМ – порт используется для программирования МК и передачи данных с компьютера (расстояние связи не должно превышать 10 м. MAX232
Жидкокристаллический матричный графический индикатор
Жидкокристаллический индикатор LCD (2 строки по 16 символов) предназначен для отображения данных, выводимых с МК по 4-хбитной шине данных. LCD позволяет выводить на экран только буквенно-цифровые сообщения
Нельзя одновременно включать LCD и GLCD, так как они используют общие сигналы управления и линии ШД.
Жидкокристаллический графический индикатор GLCD.
Жидкокристаллический графический индикатор (64x128 точек) позволяет выводить на экран не только буквенно-цифровые сообщения, но и рисунки и карты. Яркость экрана регулируется потенциометром Р1, расположенным справа от экрана.
Назначение выводов GLCD и электрические характеристики приведены в приложении:
Генератор опорного напряжения
Генератор опорного напряжения МК может работать как от внутреннего так и от внешнего генератора опорного напряжения. Внешний генератор построен на микросхеме 74HC04, сигнал с нее подается на вход МК XTAL1
Цифровой термометр
Цифровой термометр, организованный на микросхеме DS1820, предназначен для измерения температуры окружающей среды в диапазоне (-55º+125ºС) с погрешностью 0,5 º С. Микросхема устанавливается в гнедо TS1. Назначение выводов микросхемы дано на рисунке 7.
Рисунок 7
Порты ввода/вывода
Стенд имеет 5 портов ввода/вывода, каждый из которых имеет по 10 штырьков (общий, питание и 8 штырьков для сигнальных цепей). Могут использоваться для работы с внешними блоками. Каждый порт может быть подключен как к подтягивающему (к +5В) резистору, так и к понижающему (к 0В) в зависимости от требований пользователя.
Программатор и загрузчик
Все устройства являются программно-доступными для пользователя.
В стенде используется внутренний USB2.0 программатор, предназначенный для связи стенда и ПК по USB-кабелю.
Неотъемлемой частью стенда является загрузчик, предназначенный для записи пользовательской программы в стенд.
Загрузчик MikroCD позволяет работать с «железом» в режиме реального времени: загружать программу в МК и просматривать значения переменных, специальных регистров и памяти EEPROM во время выполнения программы. Может использоваться с любым компилятором ф. Микроэлектроника (mikroC, mikroBasic, mikroPascak).Загрузчик MikroCD использует для работы программатор 8051 Flash.
Основные команды работы с загрузчиком:
F9 – начать загрузку,
F6 – выполнить проект/пауза,
F5 – установить точку останова,
F4 – выполнять программу до курсора,
F7 – выполнение программы по шагам с заходом в подпрограмму,
F8 – выполнение программы по шагам без захода в подпрограмму,
F2 – очистка оперативной памяти,
Ctrl+F2 – остановить загрузку.
Теоретическое введение в МК
Основой стенда (микропроцессорной системы) является МК
Типичный сценарий работы МК:
2. При подаче питания управляющая логика останавливает все цепи кроме кварцевого генератора – генератора опорного напряжения.
3. За несколько миллисекунд напряжение достигает своего максимума и частота генератора стабилизируется, регистры SFR загружаются битами, отображающими состояния подсистем, а все выводы определяются как входные. Тактовый (опорный) генератор задает скорость работы МК и через несколько миллисекунд электроника готова к работе. С этого момента время в МК измеряется в микросекундах и наносекундах.
4. В программный счетчик записывается нулевой адрес ПЗУ (памяти, где хранится загружаемая программа). Инструкция (команда) с этого адреса принимается дешифратором команд, где она распознается, и немедленно выполняется.
5. Программный счетчик увеличивает свое значение на 1 и в счетчик записывается команда со следующего адреса ПЗУ. Цикл повторяется несколько миллионов раз в секунду до полной загрузки программы, после чего выполняется загруженная программа.
Основные понятия в микропроцессорной технике
ПЗУ (ROM) - память, из которой загружается выполняемая программа. Может быть внутренней или внешней. Внешняя память удешевляет МК и позволяет записывать более длинные программы, но ее использование уменьшает количество свободных выводов портов МК. Внутренняя ПЗУ - обычно небольшая а чип более дорогой, но больше возможностей при работе с периферией. Объем памяти, занимаемый ПЗУ (от 512 байт до 64 Кбайт), пропорционален количеству возможных программных инструкций.
ОЗУ (RАМ) используется для временного хранения данных. При выключении питания данные в ОЗУ не сохраняются. Емкость ОЗУ от десятков байт до несколько Кбайт.
ПАМЯТЬ EEPROM - специальный тип памяти доступный не всем МК. Содержимое может меняться во время работы и сохраняться после отключения питания МК.
Регистры специального назначения (SFR, РСН) часть ОЗУ, каждый из них имеет название и контролирует определенную подсистему МК Например: записывая «0» или «1» в регистр SFR, регулирующий порт ввода/вывода, можно определить каждый из этих выводов как ввод или выход (каждый бит регистра отвечает за один из выводов порта).
Программный счетчик (счетчик программ) указывает на адрес памяти команды, которая будет выполняться. После выполнения команды значение счетчика увеличивается на 1(автоинкрементируется).
Управляющая Логика включает несколько частей, наиболее важными являются:
-
Дешифратор команд - часть электроники, распознающая команды и в соответствии с ними управляющая цепями МК.
-
Арифметическое логическое устройство (ALU, АЛУ) – выполняет все математические и логические операции над данными.
-
Аккумулятор – РСН, сильно связанный с АЛУ. Предназначен для операций дополнения, сдвига и т.п. Также в нем хранятся результаты операций. Например, регистр статуса постоянно проверяет статус содержимого аккумулятора в любое время (меньше нуля, «0», больше нуля и т.п.).