




                            МIНIСТЕРСТВО ОСВIТИ УКРАIНИ

                  ХАРКIВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛIТЕХНIЧНИЙ УНIВЕРСИТЕТ


                  Кафедра обчислювальноi технiки та програмування





              УДК 681.3
              Iнв.N










                                  IМIТАТОР RS-232C


                 Альбом документiв курсового проекту по дисцiплiнi
                               "Периферiйнi пристроi"



                               АПЗ-33В.093064.004ДКП






















                                    Харькiв 1998


         



                                    АНОТАЦIЯ


              В  данному  альбомi зiбранi  документи  курсового  проекту  з
         дисциплiни "Периферiйнi пристроi", в якому розгладаються  питання,
         що пов"язанi з розробкою пристроя для iмiтацii iнтерфейс RS-232C.

              Розробка маї учбовий характер.






































         




                                    The ANNOTATION


              In  the  given  album are gathered the  documents of project
          as to " Periferijni pristroi ",  into   which   are   concedered
          questions,  bound  with the elaborating of imitator RS-232C.

              The elaborating has study character.





































         




                            МIНIСТЕРСТВО ОСВIТИ УКРАIНИ

                  ХАРКIВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛIТЕХНIЧНИЙ УНIВЕРСИТЕТ


                  Кафедра обчислювальноi технiки та програмування





              УДК 681.3
              Iнв.N                                   ЗАТВЕРДЖУЮ
                                                    Завiдуючий кафедрою ОТП

                                                    ___________(Домнiн Ф.А.)
                                                    "___" __________ 199  р.





                                 IМITATOP RS-232C


                                 Вiдомiсть проекту


                                АПЗ-33В.093064.004ВП









                                                      Розробники
                                                    Керiвник проекту
                                                    _______(СкороделовВ.В.)
                                                    "___" __________ 199  р.
                                                    Виконавець
                                                    __________(Крайнова С.М.)
                                                    "___" _________ 199  р.










                                    Харькiв 1998
         




                            МIНIСТЕРСТВО ОСВIТИ УКРАIНИ

                  ХАРКIВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛIТЕХНIЧНИЙ УНIВЕРСИТЕТ


                  Кафедра обчислювальноi технiки та програмування





              УДК 681.3
              Iнв.N                                   ЗАТВЕРДЖУЮ
                                                    Завiдуючий кафедрою ОТП

                                                    ___________(Домнiн Ф.А.)
                                                    "___" __________ 199  р.








                                 IМIТАТОР RS-232С


                                 Технiчне завдання


                                АПЗ-33В.093064.004ТЗ








                                                      Розробники
                                                    Керiвник проекту
                                                    _______(СкороделовВ.В.)
                                                    "___" __________ 199  р.
                                                    Виконавець
                                                    __________(Крайнова С.М.)
                                                    "___" _________ 199  р.








                                    Харькiв 1998
         




                                ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

                        к комплексному  курсовому  проекту
          на разработку сборочной единицы цифровой вычислительной техники

                 Разработать устройство для имитации - интерфейс RS-232C
         с использованием одноканального микроконтроллера типа К1816.

                 Использовать элементную базу ТТЛ логики.






         




                            МIНIСТЕРСТВО ОСВIТИ УКРАIНИ

                  ХАРКIВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛIТЕХНIЧНИЙ УНIВЕРСИТЕТ


                  Кафедра обчислювальноi технiки та програмування





              УДК 681.3
              Iнв.N                                   ЗАТВЕРДЖУЮ
                                                    Завiдуючий кафедрою ОТП

                                                    ___________(Домнiн Ф.А.)
                                                    "___" __________ 199  р.









                                  IМIАТОР RS-232C


                                Пояснювальна записка


                                АПЗ-33В.093064.004ПЗ







                                                      Розробники
                                                    Керiвник проекту
                                                    _______(СкороделовВ.В.)
                                                    "___" __________ 199  р.
                                                    Виконавець
                                                    __________(Крайнова С.М.)
                                                    "___" _________ 199  р.









                                    Харькiв 1998
         




                                      РЕФЕРАТ

              Данный документ  представляет  собой  пояснительную  записку
         объемом _______ листов. В пояснительной записке представлено ____
         таблиц, _____   рисунка,   использовано    ________    источников
         литературы.
              В курсовом проекте разработано  устройство имитатор RS-232C.
         Оно сконструировано  на  микросхемах серии К155 и К1816.
              Документация по  данному устройству сопровождается расчетами
         временных  характеристик,  резерва  по  нагрузочной  способности,
         потребляемых токов и рассеиваемой мощности.




         




                                    СОДЕРЖАНИЕ

                                                                      стр.

              Перечень условных обозначений, сокращений, символов и
              специальных терминов ....................................
              Введение ................................................
              1.  Обоснование  принятого  решения  и  описание принципа
                  действия
              2.  Расчет временных характеристик ......................
              3.  Расчет резерва по нагрузочной способности............
              4.  Расчет потребляемых токов от источников питания .....
              5.  Заключение...........................................
              6.  Перечень использованной литературы ..................

              Приложение 1. Программа тестирования.....................
              Приложение 2. Перечень элементов.........................
              Приложение 3. Схема структурная..........................







         





                  ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СОКРАЩЕНИЙ, СИМВОЛОВ

                              И СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ


              АЛУ - арифметико - логическое устройство
              БИС - большая интегральная схема
              ЖЛ  - жесткая логика
              ЖКИ - жестко - кристалический индикатор
              МК  - микроконтроллер
              МСх - микросхема
              ОЗУ - оперативное запоминающее устройство
              ПЗУ - постоянное запоминающее устройство
              ПЛ  - программируемая логика
         





                                     ВВЕДЕНИЕ


              Каждому  этапу  развития   средств   вычислительной   техники
         соответствуют определенные поколения ЭВМ.
              Изобретение ИМС привело к  появлению  нового  поколения  ЭВМ.
         Прогресс    микроэлектроники    сопровождался   усложнением   ИМС,
         выразившимся в росте степени интеграции ИМС. Появление БИС оказало
         существенное влияние на схемотехнические структуры ЭВМ.
              На основе усовершенствования  технологии БИС и СБИС появились
         персональные   ПЭВМ,   отличающиеся  простотой   общения  с  ними,
         относительно недорогие, но обладающие большими возможностями.
              Учитывая ,  что  машинное  время  стоит  дорого ,  появляется
         необходимость  создания устройств, которые могли бы в той или иной
         степени   сложности   имитировать  ЭВМ  для  отладки  периферийных
         устройств.
              Данный  курсовой  проект  является  примером такой имитации и
         помагает отладить периферийные  устройства, использующие интерфейс
         RS-232C для сопряжения с ЭВМ.
              Задачей проекта   является  разработка   основного  комплекта
         конструкторской документации  технического проекта функционального
         устройства цифровой вычислительной техники.
              Курсовой проект разработан  на основании технического задания
         и методических указаний к выполнению и оформлению.
         






             1. Описание принципа действия и обоснование принятого решения


              Согласно  техническому  заданию курсового проекта необходимо
         разработать  схему  устройства имитирующего интерфейс RS-232C. на
         этапе  разработки  были выполнены две структурные схемы, в основу
         которых  легли различные способы воплощения имитатора: на жесткой
         и  программируемой  логике. соответствующие способы изображены на
         рис.1 и рис.2.











                        Рис.1. Структурная схема на ЖЛ












                        Рис.2. Структурная схема на ПЛ


              Учитывая  колличество задейсвованных корпусов микросхем и их
         стоимость для дальнейшей раазработки был выбран второй способ, то
         есть   имитатор   на   программируемой   логике.   Дополнительные
         возможности   программируемой   логики   заключаются  в  гибкости
         программного    продукта,    позволяющего    расширить   диапазон
         выполняемых   функций.  В  качестве  программируемой  микросхемы,
         лежащей  в  основе  имитатора,  была использована однокристальная
         микроЭВМ К1816ВЕ48.
              Краткие характеристики данной микросхемы:
              - ПЗУ программ емкостью 1 кбайт;
              - регистровое ОЗУ емкостью 64 байта;
              - 8-ми разрядное АЛУ.
              Для  связи  МК1816 с объектом управления, для ввода и вывода
         информации используются 27 линий.






         






              Для  проверки  основных  действий  RS-232C  были  выработаны
         следующие сигналы:

                     ЭВМ             ПУ

                     TxD  ---------  RxD

                     RxD  ---------  TxD

                     RTS  ---------  CTS

                     CTS  ---------  RTS

                     DTR  ---------  DSR

                     DSR  ---------  DTR

                     GND  ---------  GND

                     SG   ---------  SG

              Назначение данных линий:
              TxD - линия передачи данных. Имеет двуполярный сигнал.
              RxD - линия приема данных. Имеет двуполярный сигнал.
              DTR - сигнал долговременной готовности ЭВМ, ПУ.
              DSR - ответный сигнал долговременной готовности ЭВМ, ПУ.

              Блок 1 - начало выполнения программы.
              Блок 2 - сброс МП1816 в нулевое состояние.
              Блок 3 - установка  долговременной  готовности  ЭВМ и ПУ.
                       Анализ готовности.
              Блок 4 - организация запроса на передачу данных и прием
                       ответа.
              Блок 5 - посылка выбранной текстовой последовательности по
                       TxD и получение данных от ПУ с анализом четности.
              Блок 6 - сообщение пользователю об ошибках.
              Блок 7 - окончание тестирования.

              Согласно  данному  алгоритму  обработки данных была написана
         программа   на   языке   МК1816  ВЕ48,  которая  представленна  в
         приложении  1.  На  основе выбранной структурной схемы на ПЛ была
         создана функциональная схема, изображенная на рис.4.













                    Рис.4. Функциональная схема имитатора RS-232C.

         






              Содержание блоков на функциональной схеме следующее:
              Блок  1.  Преобразователь  уровня, выполненный на дискретных
         элементах  для  сигнала  RxD и преобразует входные сигналы разной
         полярности  в однополярные сигналы со стандартными уровнями "0" и
         "1".
              Блок  2.  Устройство  ввода  входной  информации. В качестве
         этого  устройства  может  быть  использована  МСх КР580ВВ51 - это
         универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик.
              Блок  3. Устройство задания текстовых последоввательностей и
         анализа полученных от ПУ данных.
              Блок  4. Устройство вывода информации.Может быть реализовано
         на той же МСх КР580ВВ51.
              Блок   5.  Индикация  результатов  тестирования.  Может быть
         реализовано на ЖКИ, светодиодах, ваккуумных индикаторах.

              Рассмотрим конкретно содержание блоков функциональной схемы.
              Преобразователи   уровней   из   однополярного   сигнала  со
         стандартным   5В,0В   уровнем   в  двуполярный  сигнал  +5В;  -5В
         реализован   на   нескольких   усилителях,  двух  транзисторах  и
         диоде Земера.















                    Рис.5. Преобразователь уровня сигнала в  5В.

              Преобразователь  сигнала  двуполярного  в  сигнал с уровнями
         +5В,0В реализован на диодах и усилителе.














                    Рис.6. Преобразователь двуполярного сигнала в
                           однополярный.
         





              Устройство ввода/вывода информации можно было реализовать на
         МСх КР580ВВ51 - последовательный программируемый интерфейс. В ней
         есть двунаправленный буфер данных D7....D0, последовательный вход
         приемника,  передатчика,  реализованы  сигналы  запроса на прием/
         передачу.  В целом эту МСх можно было использовать при разработке
         принципиальной  схемы, но учитывая, что обработчик сигналов от ПУ
         и     устройство     задания     текстовых    последовательностей
         программируемый  МК1816ВЕ48  ,  то  несколько  усложнив программу
         можно реализовать необходимые функции, выполняемые МСх КР580ВВ51.
              Однокристальный  8-ми  разрядный  микроконтроллер КМ1816ВЕ$;
         представляет  собой  БИС,  имеющую  в  своем составе все атрибуты
         небольшой  ЭВМ.  Возможности  МК1816  позволяют запрограммировать
         порт  Р1  на  вывод, порт Р2 на ввод информации, порт DB на вывод
         сигналов ошибок. Микросхема МК1816 изображена на рис.7.























                         Рис.7. Цоколевка МСх КМ1816ВЕ48.


              Учитывая  структуру кадра, т.е. форму передачи информации на
         ПУ   и   форму  приема  информации  была  разработагна  программа
         тестирования.













                            Рис.8. Структура кадра.
         






              Программа,     выполняющая     тестирование    приведена   в
         приложении 1.
              Порядок выполнения тестирования следующий:
              1. Подключить ПУ к нашему устройству.
              2. Подать питание на устройство и ПУ.
              3.  Инициализировать  имитатор кнопкой RS, приэтом программа
         начинает   запрашивать  порт  Р20,  и  Р21  и  анализировать  его
         состояние. В зависимости от режима будет выполняться определенная
         часть программы.
              4. Осуществляется обмен долговременными готовностями.
              5. Осуществляется  запрос  на  передачу  информации  и прием
         ответа от ПУ.
              6. Проверяем правильность передачи информации от ПУ.
              7.  Вывод  сообщений  об  исправности линий интерфейса через
         порт DB0, DB1, DB2.
              Примечание:  если  был  выбран  режим  ПУ "мышь", то сигналы
         готовности  не устанавливаются, через линию TxD подаем питание на
         "мышь", данные принимаем по линии RxD.
         1.

         






                        2.  Расчет временных характеристик
                                                               ___
              Инициализация устройства производится по команде CLR,подавая
         на этот вход сигнал длительностью не менее 50 мс с помощью кнопки
         RS.
              Максимальная  скорость  передачи  информации  по  интерфейсу
         RS-232C  составляет 19200 бит/с. Скорость, с которой МК1816 может
         выдавать  и  принимать  информацию  в  10,4 раза выше, что  видно
         из следующих расчетов.
              Двухбайтная команда выполняется за  5 мкс,  т.е.  19200  бит
         МК1816  может  передать за  0,096 с,  что  в  10,4  раза  быстрее
         скорости передачи информации  по  интерфейсу  RS-232C.  С  учетом
         схем  преобразователей  уровней,  в  схемах  которых присутствуют
         схемы  " И-НЕ " с задержкой 18,5 нс скорость передачи снизится на
         0,0007 с, что теперь в 10,34 раза выше скорости 19200 бит/с.


         






                   3. Расчет резерва по нагрузочной способности

              Определим  для  каждого  выхода  всех используемых микросхем
         резерв по нагрузочной способности.
              Результаты расчета занесем в таблицу 3.

                             Таблица 3. Резерв по нагрузочной способности.
         ──────┬────────┬─────────────┬─────────┬────────┬─────────┬───────
           N   │        │             │  Номер  │  Нагр. │  Число  │
          п/п  │   Адрес│ Наименование│ вывода  │способн.│ нагрузок│Резерв
         ──────┼────────┼─────────────┼─────────┼────────┼─────────┼───────
            1  │    DD1 │  К155ЛА3    │     3   │   10   │   1     │  9
            2  │        │             │     6   │   10   │   1     │  9
            3  │        │             │     8   │   10   │   4     │  6
            4  │        │             │    11   │   10   │   1     │  9
            5  │    DD2 │  КМ1816ВЕ48 │    27   │   10   │   0     │ 10
            6  │        │             │    28   │   10   │   0     │ 10
            7  │        │             │    29   │   10   │   0     │ 10
            8  │        │             │    30   │   10   │   0     │ 10
            9  │        │             │    31   │   10   │   0     │ 10
           10  │        │             │    32   │   10   │   0     │ 10
           11  │        │             │    33   │   10   │   0     │ 10
           12  │        │             │    34   │   10   │   2     │  8
           13  │        │             │    12   │   10   │   1     │  9
           14  │        │             │    13   │   10   │   1     │  9
           15  │        │             │    14   │   10   │   1     │  9
           16  │        │             │   15-19 │   10   │   0     │ 10
           17  │    DD3 │  К155ЛА3    │     3   │   10   │   1     │  9
               │        │             │         │        │         │
         






               4.  Расчет потребляемых токов от источников питания и
                               рассеиваемой мощности

              Потребляемые токи  для  каждой  микросхемы   определяем   на
         основании паспортных данных на используемые микросхемы.
              Расчитаем токи по формуле:

                           Iсх =    Ii,
              где n  - общее колличество МСх,
                  Ii - ток, потребляемый МСх данного типа.

              Для МСх К155ЛА i = 22 мА, для МСх КМ1816ВЕ48 i = 0,3 А.

                         Iсх = 0,3 + 2Х0,022 = 0,344 [А].

              Icх - ток, потребляемый МСх, без учета рассеиваемой мощности
         резисторов.

              Рассеиваемую мощность рассчитываем по формуле:

                  P = Iсх х Un,  с учетом, что   Un = 5В

                  Р = 0,344 Х 5 = 1,72 [ Вт ]

              Потребляемый ток не более 0,4 А.
              Потребляяемая мощность не более 2 Вт.



         



                                  5.  Заключение

              В данном    курсовом    проекте  разработано устройство  для
         имитации  интерфейс  RS-232C  с  использованием  однокристального
         микроконтроллера типа К1816.

              Использована элементная база ТТЛ логики.

              Разработан основной комплект конструкторской   документации.




         






                          7. Перечень использованной литературы



           1. Е.П.Угрюмов "Проектирование элементов и узлов  ЭВМ".  -М.:
              Высш. шк., 1987.-318с.

           2. Г.Р.Аванесян,  В.П.Левшин  "Интегральные  микросхемы  ТТЛ,
              ТТЛШ". Справочник. - М.: Машиностроение., 1993.

           3. С.А.Бирюков "Применение интегральных микросхем серии ТТЛ".
              - М. 1992.

           4. В.Н. Явмолик "Контроль и диагностика цифровых
              узлов ЭВМ". -Минск:Наука и техника, 1988.
                 
         





                                      Приложение 1. Программа тестирования.




                 JMP M1                          MOV A,2
           M1:   MOV A,18h                       OUTL P2,A
                 OUTL P2,A                       ANL P2,3
                 ANL P2,18h                      IN A,P2
                 IN A,P2                         MOV R0,3
                 MOV P0,0                        CALL CMP
                 CALL CMP                        JNZ ERR2
                 JZ MM1                          MOV R5,8
                 MOV A,R1                        MOV A,R7
                 MOV R0,1                  M4:   MOV R6,A
                 CALL CMP                        ORL A,7FN
                 JZ MMZ                          OUTL P1,A
                 MOV A,R1                        MOV A,R6
                 MOV R0,3                        RL A
                 CALL CMP                        DEC R5
                 JZ MM3                          MOV R0,0
                 MOV A,R1                        CALL CMP
                 JMP MOUSE                       JNZ M4
           MM1:  MOV R7,00000001                 MOV R4,0
                 JMP MM                          MOV R3,6
           MM2:  MOV R7,01010111                 MOV R5,255
                 JMP MM                    M5:   MOV A,7
           MM3:  MOV R7,01111111                 OUTL P2,A
           MM:   MOV A,01                        IN A,P2
                 OUTL P1,A                       ANL A,4
                 MOV A,1                         MOV R0,4
                 OUTL P2,A                       CALL CMP
                 ANL P2,1                        JZ M6
                 IN A,P2                         DEC 25
                 MOV R0,1                        MOV R0,0
                 CALL CMP                        CALL CMP
                 JNZ ERR1                        JZ ERR3
                 MOV A,3                         JMP M5
                 OUTL P1,A                 M6:   IN A,P2


         






                                           Продолжение приложения 1.




                 ANL A,4                   MOUSE: MOV A,128
                 MOV R0,0                         OUTL P1,A
                 CALL CMP                         MOV R4,0
                 JZ M7                            MOV R3,6
                 INC R4                           MOV R5,255
                 MOV A,R4                         JMP M5
                 RL A                      ERR1:  MOV A,0
                 MOV R4,A                         CALL ERROR
                 DEC R3                           JMP KON
                 JMP M8                    ERR2:  MOV A,1
           M7:   MOV A,R4                         CALL ERROR
                 RL A                             JMP KON
                 MOV R4,A                  ERR3:  MOV A,2
                 DEC R3                           CALL ERROR
           M8:   MOV A,R3                         JMP KON
                 MOV R0,A                  ERR4:  MOV A,3
                 CALL CMP                         CALL ERROR
                 JNZ M6                           JMP KON
                 MOV R6,6                  OK:    MOV A,7
                 MOV R5,0                         CALL ERROR
                 MOV A,R4                  KON:   NOP
           M11:  RRA                              JMP KON
                 JC M9                     CMP:   MOV R1,A
                 DEC R6                           CPL A
                 MOV R1,A                         INC A
                 MOV A,R6                         ADD A,R0
                 MOV R0,A                         RET
                 MOV A,R1                  ERROR: OUTL BUS
                 CALL CMP                         RET
                 JZ M10
                 JMP M11
           M9:   INC R5
                 JMP M11
           M10:  MOV A,R5
                 RRA
                 JC ERR4
                 JMP OK


         

