МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
МИРЭА

                                                                     Подлежит возврату
                                                                              N 
									
М.Ю. Баланов, Г.В. Куликов, Е.В. Улыбышев

ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ

Meтодические указания и задания 
по выполнению курсовой работы
для студентов, обучающихся по направлению
210601.65 “Радиоэлектронные системы и комплексы”
по профилю
02 “Радиоэлектронные системы передачи информации”

Москва                 МГТУ МИРЭА                     2014

Составители: Е.В. Улыбышев, Г.В. Куликов, М.Ю. Баланов.
Редактор: А.А. Парамонов. 

		Методические указания содержат задания и рекомендации по выполнению курсовой работы по дисциплине “Цифровые устройства и микропроцессоры”, краткие теоретические сведения и требования к оформлению работы. Выполнение курсовой работы способствует получению и закреплению навыков программирования микроконтроллеров для обработки  сигналов. Методические указания предназначены для студентов специальностей 210601.65 “Радиоэлектронные системы и комплексы”.
 		Излагается необходимый минимум теоретического материала, рекомендации по составлению функциональной схемы и программы функционирования устройства. Приводится ссылка на литературу и интернет-ресурс.

	Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

	Рецензенты: А.Н. Дедов, Г.Н. Третьяков 

©    МГТУ МИРЭА, 2014

ПРЕДИСЛОВИЕ

Методические указания и задания по выполнению курсовой работы по дисциплине "Цифровые устройства и микропроцессоры" для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения радиотехнических факультетов составлены в соответствии с учебными планами по специальности , “Радиотехнические системы и комплексы”.
В качестве заданий на курсовую работу предложены близкие к реальным и используемые в современной инженерной практике задачи: цифровой фильтрации, кодирования-декодирования помехоустойчивым блочным кодом, генерирования импульсных сигналов, сбора данных от значительного числа источников информации  в реальном масштабе времени. Причём эти задачи должны быть решены программным способом.
Составление указанных выше программ  на ассемблере или на языке С микроконтроллеров позволит приобрести практические навыки разработки программных средств высокоскоростной обработки сигналов на современной элементной базе.	
Выполнение курсовой работы преследует цели:
-закрепить и углубить знание структуры и системы команд семейства 8-ми разрядных микроконтроллеров; 
-развить навыки программирования различных операций в системе команд ассемблера МК, включая составление структурной схемы программы;
-связать программирование арифметических и 	логических операций в микроконтроллере с реализацией алгоритмов обработки сигналов;
-использовать устройства оболочки микроконтроллера для реализации: ввода-вывода информации, отсчёта временных интервалов и других функций.
Задание на курсовую работу выдаётся на третьей неделе семестра на утверждённом бланке и подписывается как преподавателем, так и студентом.

СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЁМ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа состоит из пояснительной записки. Объём пояснительной записки составляет минимум 15 листов формата А4.
Содержание пояснительной записки.
1.	Титульный лист в соответствии с формой, утверждённой в МИРЭА.
2.	Задание на курсовую работу  в соответствии с формой, утверждённой в МИРЭА.
3.	Анализ технического задания. В данном разделе анализируется техническая суть задачи. Рассматриваются виды сигналов, их спектральные и временные характеристики. Устанавливаются способы ввода входных сигналов и сообщений и вывода результатов микропроцессорной обработки. Приблизительно определяется время обработки и значение тактовой частоты микроконтроллера.
4.	Выбор типа микроконтроллера и дополнительных функциональных узлов (АЦП, ЦАП, регистров, датчиков, индикаторов ит.д.). Описание их характеристик.
5.	Разработка функциональной схемы устройства. Приводятся временные диаграммы обмена информацией, виды сигналов и порты ввода-вывода.
6.	Описание всех управляющих регистров. Указываются их адреса  и устанавливаются значения их разрядов.
7.	Текст программы на ассемблере или на С выбранного микроконтроллера. Рекомендуется, по возможности, для универсальности программы, все числовые константы и параметры задавать в начале программы через символические имена.
8.	Расчёт времени выполнения программы (фрагмента программы).
9.	Список используемой литературы.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СОПРЯЖЕНИЮ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА С ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИ

Средства индикации.
Светодиоды.
Простейшим способом индикации является подключение светодиода. Такой способ эффективен в процессе отладки микропроцессорных систем. Светодиод включается в прямом направлении. Светодиоды характеризуются интенсивностью свечения, которая зависит от величины рабочего тока (от 10 до 30 мА). Как правило, подключить светодиод непосредственно к выходам микроконтроллера не представляется  возможным, так как не хватает нагрузочной способности. Для согласования используют буферные элементы. Схемы подключения приведены на рис.1.
Семисегментные индикаторы.
Иногда микропроцессорные устройства требуют вывода информации в десятичной и десятичной системах счисления. Для этого используются семисегментные  индикаторы. Пример подключения семисегментного индикатора приведён на рис. 2. Каждый сегмент индикатора является светодиодом и именуется латинскими буквами от a до g. Комбинация светящихся сегментов образует цифру или  букву. В схеме усиления по току используют буферную интегральную схему 74ALS244 и резисторную сборку с номиналом 100 Ом.

Индикаторы для логического выхода с тремя состояниями.
 Схема индикации для схем с Z-выходом предполагают использование двух светодиодов: зелёного и красного. Если схема работает в активном режиме и на выходе логическая единица – то горит зелёный светодиод, если на выходе логический ноль – то горит красный светодиод. Если схема работает в режиме отсутствия передачи (высокое выходное сопротивление) – оба светодиода потушены. Пример подключения приведён в [1].

Рис.1.Включение индикаторов на светодиодах для восьмиразрядной шины данных.

Рис.2. Включение семисегментного индикатора.

Устройства  ввода информации.
Кнопки.
Простейшим переключателем для одиночного переключения является кнопка. В ней замкнутое состояние обеспечивается только во время нажатия. Если кнопку отпустить, то электрическая цепь размыкается. Обычно используется для подачи активного уровня “0”на соответствующие входы микросхем и микроконтроллера (например, на вход  “Reset”). Схема подключения кнопки представлена на рис. 3.
Процесс переключения происходит не мгновенно и сопровождается дребезгом контактов. В некоторых случаях этим явлением можно пренебречь. Однако при необходимости формирования единичного импульса дребезгом контактов пренебрегать нельзя. Это приведёт к формированию целой пачки импульсов. Для борьбы с дребезгом контактов используют схемы антидребезга. Для построения схем антидребезга используют триггеры. Наиболее часто используют триггер Шмитта. Пример такой схемы приведён на рис. 4.
Можно использовать схему КМОП – 74HC14 или схему ТТЛШ – К555ТЛ2. Величины резисторов в этом случае будут отличаться.

Рис.3. Схема подключения кнопки.

Рис.4. Схема антидребезга для формирования положительного импульса.

Переключатели.

Наиболее часто используют движковые переключатели. 
Часто используются одиночные движковые переключатели на три положения. Они позволяют к среднему выводу подключать два различных источника сигнала (рис. 5).

Рис.5. Движковый переключатель
 Промышленностью выпускаются также движковые переключатели на 8 линий и на два положения, выполненные в одном корпусе, с размером и расположением выводов совпадающие с корпусом DIP микросхем. Схема подключения таких переключателей показана на рис. 6.

Рис.6. Переключатель на 8 линий с DIP корпусом.

Клавиатуры.

Клавиатуру используют в случае необходимости передачи в микроконтроллер цифровой и буквенной информации. Клавиатура представляет собой набор кнопок, соединённых между собой по матричной схеме. Подробно ознакомиться со способом подключения клавиатуры можно в [1].

Схемы обслуживания многоканальных источников сигналов.

Используются для ввода большого числа аналоговых или цифровых сигналов для обработки в одном микроконтроллере. Многие микроконтроллеры имеют внутренний АЦП с возможностью обработки нескольких аналоговых сигналов. Например в микроконтроллерах 68HC12/HCS12  “Freescale” предусмотрено мультиплексирование 8 аналоговых каналов. Если же число внешних аналоговых каналов велико или внутренний АЦП не устраивает по требованиям на время преобразования, то используют внешние АЦП. Все внешние АЦП работают на одну внешнюю шину данных микроконтроллера. Выбор соответствующего  источника информации осуществляется  с помощью подачи номера устройства на внешний дешифратор. С выхода дешифратора активный уровень подаётся на вход выборки кристалла (~CS) микросхемы. Примерная схема опрашивания многоканальных источников сигнала приведена на рис. 8.

Схемы преобразования последовательного потока двоичных символов в параллельный.

При синхронной последовательной передаче двоичных символов помимо линии данных необходимы также линия для передачи тактовых импульсов синхронизации (clock) и  линия для передачи импульсов синхронизации по кадрам (frame). Для преобразования последовательного потока данных в параллельный лучше всего использовать последовательно – параллельный регистр. Состояния  регистра указаны в таблице 1.
Например, подходит схема универсального сдвигового регистра SN74ALS299N. Микросхема представляет собой универсальный восьмиразрядный сдвиговый регистр с выходом на три состояния и может применяться в качестве буферного запоминающего устройства, для преобразования данных из параллельной формы в последовательную и наоборот.
Схема универсального регистра представлена на рис. 7.
Возможны четыре режима работы.
1. Синхронная  параллельная загрузка осуществляется путём подачи напряжения высокого уровня на управляющие входы S0, S1. На объединённые входы-выходы, находящиеся в состоянии высокого импеданса, подаётся восьмиразрядное слово, которое по положительному фронту импульса на входе СLK записывается в триггеры.
2.	Сдвиг вправо осуществляется синхронного с приходом положительного фронта тактового импульса на входе СLK при установке на S0 высокого, а на S1 низкого уровней. В этом режиме данные последовательно считываются со входа SR. 
3.	Сдвиг влево осуществляется синхронного с приходом положительного фронта тактового импульса на СLK при установке на S1 высокого, а на S0 низкого уровней. В этом режиме данные последовательно считываются с выхода SL. 
4.	Режим блокировки реализуется при подаче на оба управляющих входа S0, S1напряжения низкого уровня.
Сброс выходов в состояние низкого уровня происходит асинхронно при подаче нуля на ~CLR. Напряжения высокого уровня на любом из входов ~OE1, ~OE2 переводит входы-выходы в состояние высокого импеданса. 

Рис. 7. Универсальный регистр.

Подключение внешней памяти.

Для решения некоторых задач объём внутренней памяти микроконтроллера является недостаточным. В этом случае подключают внешнюю память с адресами, соответствующими «пустым» местам карты памяти микроконтроллера. Для этого используют параллельные порты ввода-вывода. Причём двунаправленный порт используется как для ввода-вывода данных, так и для вывода младших разрядов адреса. Однонаправленный порт используется для вывода старших разрядов адреса. Для разделения данных и младших разрядов адреса используется регистр–защёлка.

Использование последовательных интерфейсов.

При передаче информации в последовательном виде в каждый момент времени происходит передача одного двоичного символа. В микроконтроллерах 68HC12 и  HCS12 обмен в последовательном виде осуществляется с помощью многофункционального последовательного интерфейса. Этот модуль содержит контроллер последовательного асинхронного интерфейса SCI и контроллер последовательного синхронного интерфейса SPI.
Контроллер SCI поддерживает полнодуплексный обмен в асинхронном режиме с форматом кадра, который совместим с последовательным интерфейсом персонального компьютера RS-232. Синхронизация между обменивающимися устройствами отсутствует.
Синхронный интерфейс SPI поддерживает  синхронный последовательный обмен данными между микроконтроллером и другими интегральными схемами. 
Выводы корпуса для последовательных интерфейсов обычно совмещаются с выводами параллельных портов. Поэтому в основной программе осуществляется программирование последовательного порта и его характеристик.

					Таблица 1.Состояния универсального регистра сдвига.

Режим	Вход	Вход-выход	Выход	
	~
CLR	
S0	
S1	~
OE1	~
OE2	
CLK	
SL	
SR	
A/
QA	
B/
QB	
C/
QC	
D/
QD	
E/
QE	
F/
QF	
G/
QG	
H/
QH
	
QA1	
QH1	
Уста-
новка
0	L	L	Х	L	L	Х	Х	Х	L	L	L	L	L	L	L	L	L	L	
	L	Х	L	L	L	Х	Х	Х	L	L	L	L	L	L	L	L	L	L	
	L	H	H	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	Х	L	L	
Удер-
жание	H	L	L	L	L	Х	Х	Х	D10	D20	D30	D40	D50	D60	D70	D80	D10	D80	
	H	X	X	L	L	L	X	X	D10	D20	D30	D40	D50	D60	D70	D80	D10	D80	
Сдвиг
вправо	H	H	L	L	L	↑	X	H	H	D1n	D2n	D3n	D4n	D5n	D6n	D7n	H	D7n	
	H	H	L	L	L	↑	X	L	L	D1n	D2n	D3n	D4n	D5n	D6n	D7n	L	D7n	
Сдвиг
влево	H	L	H	L	L	↑	H	X	D2n	D3n	D4n	D5n	D6n	D7n	D8n	H	D2n	H	
	H	L	H	L	L	↑	L	X	D2n	D3n	D4n	D5n	D6n	D7n	D8n	L	D2n	L	
Загруз-
ка	H	H	H	X	X	↑	X	X	D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7	D8	D1	D8	

ТЕМЫ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВЫХ РАБОТ

В задании на выполнение курсовой работы рассматривается задача программирования ввода-вывода и обработки сигналов в реальном масштабе времени. Считается, что отсчёты входного сигнала или кодовые комбинации поступают в МП от внешнего устройства с номером N.
Задача, стоящая перед студентом, заключается в написании программы на ассемблере микроконтроллера, причём таким образом, чтобы время выполнения программы было как можно меньше. Последнее условие вытекает из необходимости выполнения всех необходимых вычислений до поступления в оперативную память следующего отсчёта или кодовой комбинации. 
Приведены четыре типовых задания на выполнение курсовой работы, представленные в 62 вариантах, приведённых в таблицах 1 ÷ 4. 
Типовое задание предусматривает выполнение необходимых вычислений для приведения исходных данных к виду, удобному для использования в программе, написанной на ассемблере семейства микроконтроллеров.
В каждой работе вычисляется время выполнения программы (или фрагмента программы по указанию преподавателя).

Разработка цифрового фильтра

Известно, что процесс фильтрации относится к линейным преобразованиям сигналов. Сигнал на выходе аналогового линейного фильтра с постоянными параметрами описывается выражением
                             ,                                     (1)
где x(t)- входной сигнал, -импульсная реакция фильтра.

Рис.8. Схема опрашивания многоканальных источников сигналов.

Если входной сигнал x(t) и импульсная реакция  дискретизированы по времени, то интеграл вырождается в сумму и, соответственно, отсчёт выходного сигнала определится выражением
                                                .                                 (2)
Таким образом, цифровой фильтр (ЦФ), описываемый выражением (2), преобразует входную последовательность  в выходную последовательность. Такой фильтр называется трансверсальным фильтром (ТФ). Его структурная схема (рис.9) состоит из линии задержки на N элементов и сумматора, в котором складываются сигналы, поступающие с отводов линии задержки, умноженные на весовые коэффициенты . При программной реализации ТФ структура, показанная на рис.9, соответствует только алгоритму, а не схемной реализации вычислителя.
В выражении (2) выходные отсчёты  вычисляются с использованием только последовательности отсчётов входных сигналов. Такие ЦФ называются нерекурсивными. 
В ЦФ более общего вида элемент выходной последовательности   формируется не только из входных отсчётов, но и из ранее вычисленных  выходных  величин 
                      .                                     (3)
При вычислении величин yi происходит циклическое обращение к ранее вычисленным величинам. Эта процедура называется рекурсией. Соответствующий фильтр называется рекурсивным. Структурная схема рекурсивного цифрового фильтра изображена на рис.10.
Для представления фильтра в рекурсивном виде можно выполнить Z-преобразование последовательности отсчётов импульсной характеристики  .

Рис.9. Нерекурсивный цифровой фильтр

Рис.10. Рекурсивный цифровой фильтр

 Выражение для прямого Z- преобразования имеет вид
                                  .                                    (4)
Варианты заданий по теме "Программирование цифровых фильтров" представлены в табл. 2
Отсчёты входного сигнала представляются в виде положительных или отрицательных чисел  длины 8 бит.
Коэффициенты представляются в виде положительных или отрицательных дробных чисел, меньших единицы
При выполнении операции умножения удобно представлять сомножители в прямом коде. Тогда знак произведения вычисляется как сумма по модулю 2 знаковых разрядов сомножителей, а собственно умножение сводится к перемножению абсолютных величин.
Способ ввода-вывода выбирается студентом.

Разработка кодека систематического блочного кода

Помехоустойчивое кодирование широко используется в системах передачи информации для повышения достоверности. Введение избыточности позволяет исправлять появляющиеся в  линии связи ошибки.
Систематическим (n,k,d)  кодом  называется блочный код, у которого  первые  k  символов - информационные, а остальные (n-k)- проверочные. Параметр d является расстоянием Хемминга и соответствует минимальному числу символов, на которое отличаются любые два кодовых слова. Такой код может исправлять не менее (d-1)/2 ошибок.
Кодовое слово можно формально представить в виде многочлена степени (n-1) от x, причём коэффициенты при соответствующих степенях x являются символами кодового слова
                       .           (5)
В систематическом коде коэффициенты при xn-1,….,xn-k будут всегда выбираться в качестве информационных, а последние n-k символов, т.е. коэффициенты при xn-k-1,…,x1,x0 в качестве проверочных символов (рис.11).

an-1, an-2, an-3, ……….. an-k	an-k-1,an-k-2, …..a2, a1, a0	

Рис.11.Формат кодового слова

Представление кодового слова в виде многочлена степени (n-1) позволяет характеризовать блочный циклический код также двумя многочленами: порождающим g(x) и проверочным h(x). Действия над многочленами выполняются в поле Галуа по модулю 2.

Таблица 2

Номер 
задания	Вид 
фильтра	Тип
фильтра	Полоса
пропускания
(кГц)	Полоса подавления
(кГц)	Неравномерность в полосе пропускания
(дБ)	Затухание в полосе подавления
(дБ)	Частота дискретизации
(кГц)	Уровень входного сигнала
(В)	
1.1	БИХ	верхних частот	2÷4	0÷0,5	3	20	8	0÷1,0	
1.2	БИХ	нижних
частот	0÷2,5	>3	0,1	60	15	0÷1,5	
1.3	БИХ	полосовой
	0,3÷3,4	0÷0,2;
4,0÷8,0	-	25	32	0÷2,0	
1.4	БИХ	узкополосный режекторный		0,045÷
0,055	0,1	50	0,5	0÷2,5	
1.5	БИХ	нижних
частот	0÷1,0	3,0÷5,0	1	60	10	0÷3.0	
1.6	БИХ	верхних частот	3,0÷5,0	0÷1,0	1	60	10	0÷2,0	
1.7	БИХ	узкополосный режекторный	0÷15;
30÷50	20÷25	0,2	40	100	4,0	
1.8	КИХ	полосовой	3,0÷5,0	0÷0,2;
6,0÷8,0	0,1	60	10	0÷2,0	
1.9	КИХ	полосовой	0,15÷0,250	>0,75	0,1	60	1	0÷1,0	

Представление кодового слова в виде многочлена степени (n-1) позволяет характеризовать блочный циклический код также двумя многочленами: порождающим  и проверочным . Действия над многочленами выполняются в поле Галуа по модулю 2.
Любой циклический код может быть представлен в виде систематического при помощи следующих рассуждений. Пусть  - многочлен, в качестве k коэффициентов которого при слагаемых содержащих , выбраны информационные символы, а коэффициенты при слагаемых со степенями x меньшими, чем    n-k, равны нулю. Этому многочлену соответствует вектор, первые k компонент которого - произвольные информационные символы, а последние n-k компоненты равны нулю. Тогда в соответствии с алгоритмом деления Евклида 
                              .                                         (6)
Степень многочлена r(x) меньше, чем n-k, степень многочлена.  Отсюда многочлен
                                          ,                                                 (7)
является кодовым, так как делится на порождающий многочлен.
Так как степень r(x) меньше, чем n-k, то все слагаемые в этом многочлене степеней n-k  и больше, равны нулю.
 Следовательно, коэффициентами при членах высшего порядка в многочлене  являются неизменные информационные  символы, а коэффициентами при членах низшего порядка -проверочные символы.
Если в качестве f(x) выбирать последовательно степени  , то коэффициенты многочленов
                                                                          (8)
являются кодовыми векторами, составляющими базис линейного векторного пространства. Тогда из этих векторов при i=n-1,n-2,..,n-k можно составить порождающую матрицу линейного систематического блочного кода
                                                                                   (9)
где Ik- единичная матрица размерности , а -матрица коэффициентов многочленов - остатков размерности k*(n-k).
Процесс кодирования сводится к перемножению строки информационных символов на порождаюцую матрицу
                                         .                                            (10)
Код, порождаемый матрицей  является также нулевым пространством матрицы
                                                                                  (11)
Следовательно, произведение кодового вектора  на транспонированную матрицу  приводит к нулевому вектору
                                                                                        (12)
где      . 
Воздействие помех можно формально представить как прибавление по mod2 к передаваемому кодовому вектору  вектора помех. Тогда принятый вектор 
                                             .                                          (13) 
Синдромом называется произведение принятого вектора на транспонированную проверочную матрицу
                                  .                                              (14)
Подставляя (13) в (14), получим  
                        .               (15)
Cледовательно, синдром определяется только вектором ошибок. Анализируя синдром, можно определить позиции в кодовом векторе, где произошли ошибки.
Исходные данные для задания представлены в таблице 3.
	Считается, что имеется синхронизация по кадрам и по тактам.

Таблица 3
Номер
задания	Скорость
передачи
информац.
символов
(Бод)	Длина кода
n  дв. симв.	Длина инф. блока
к дв. симв.	Порождающий многочлен g(x)	Приём информации
в виде	Передача информации в виде	
2.1	1200	15	6	x9+x8+x5+x4+x3+1	последовательный	последовательный	
2.2	2400	15	4	x11+x8+x7+x5+x3+x2+ x+1	последовательный	параллельный	
2.3	3600	15	5	x10+x9+x8+x6+x5+x2+ 1	параллельный	последовательный	
2.4	9600	21	16	x5+ x+1	параллельный	параллельный	
2.5	600	21	15	x6+x5+x4+x2+ 1	параллельный	последовательный	
2.6	1200	21	14	x7+x4+x3+x2+x+1	последовательный	параллельный	
2.7	2400	21	13	x8+x6+x5+x4+ x3+x2+1	последовательный	последовательный	
2.8	3600	21	12	x9+x8+x5+x4+ x2+x+1	последовательный	последовательный	
2.11	9600	15	8	x7+x6+x4+1	параллельный	последовательный	
2.12	12000	15	10	x5+x4+x2+1	последовательный	последовательный	
2.14	2400	21	8	x13+x12+x11+x9+x7+
x6+x5+x4+x2+1	параллельный	параллельный	
2.15	4800	21	10	x11+x8+x7+x2+1	параллельный	последовательный	
2.16	7200	21	8	x13+x11+x10+x8+x7+
x6+x5+x3+x2+1	параллельный	последовательный	
2.17	9600	21	6	x15+x14+x13+x12+x10+
x9+x8+x5+x4+x2+1	параллельный	параллельный	
2.18	7200	23	12	x11+x9+x7+x6+ x5+x+1	последовательный	последовательный	
2.19	4800	23	11	x11+x9+x7+x6+ x5+x+1	параллельный	параллельный	
2.20	2400	31	20	x11+x9+x7+x4+ x3+x2+1	последовательный	последовательный	
2.21	1200	31	20	x11+x8+x7
+x5+x4+ x3+x+1	последовательный	параллельный	
2.22	600	31	16	x15+x11+x10+x9+x8+x7
+x5+x3+x2+x+1	последовательный	последовательный	

Разработка устройства многоканального сбора данных.

	Рассматривается часто встречающая задача сбора и контроля аналоговых сигналов, поступающих от датчиков. Число аналоговых каналов может меняться от нескольких единиц до нескольких десятков. Скорость изменения параметров может быть также различной и характеризуется спектром. При дискретизации по времени, частота дискретизации определяется по формуле
                                            .                                   (16)
Если число аналоговых каналов n, то частота опроса будет в n раз больше.
В большинстве микроконтроллеров имеется встроенный аналого-цифровой преобразователь и предусмотрено мультиплексирование аналоговых каналов. 
Когда число аналоговых каналов велико или скорость их опроса превышает скорость преобразования внутреннего АЦП, используют схему, аналогичную показанной на рис.7. Тогда один параллельный порт используется для подключения к выходу АЦП, а другой параллельный порт для выбора аналогового канала. Разрядность АЦП определяет точность измерения напряжения каждого аналогового канала.
Поступающие в микроконтроллер цифровые отсчёты анализируются по различным критериям. Например, в качестве критерия для принятия решения используются: значения интеграла за заданный промежуток времени T, превышение порога в течение заданного промежутка времени.
Для отображения состояния канала применяются светодиоды, семисегментные индикаторы и жидкокристаллические дисплеи. Варианты заданий представлены в таблице 4.

Таблица 4
Номер задания	Число опрашиваемых
каналов	Уровни  входных аналоговых сигналов
(В)	Частотный диапазон входных аналоговых сигналов
(Гц)	Выходное сопротивление источников
(кОм)	Максимальная относительная ошибка	Способы отображения выходной информации	Основание для принятия решения 	
3.1	4	0 -1,0	0 - 10	3	0,01	светодиоды	превышение порога	
3.2	12	0 – 1,5	10 - 100	0,1	0,02	7-сегм. индикатор	значения через время Т	
3.3	18	0 -2,0	100 - 500	5	0,005	ЖК- дисплей	интеграл за время Т	
3.4	27	1,0 -3,0	0 - 500	0,05	0,01	ЖК- дисплей	интеграл за время Т	
3.5	8	0,5 – 5,0	20 - 1000	0,15	0,02	7-сегм. индикатор	значения через время Т	
3.6	5	0 – 2,5	50 - 3400	10	0,005	светодиоды	превышение порога	
3.7	30	0 – 1,2	0 - 150	1	0,03	светодиоды	превышение порога	
3.8	42	0 – 2,0	0 - 250	0,075	0,02	7-сегм. индикатор	значения через время Т	
3.9	50	0 – 3,0	0 - 1000	0,5	0,01	7-сегм. индикатор	интеграл за время Т	
3.10	16	0,1 – 1,1	10 - 500	5	0,02	светодиоды	превышение порога
	
3.11	32	0 – 2,0	100 - 10000	1	0,01	ЖК- дисплей	интеграл за время Т	
3.12	64	0 – 3,0	200 - 5000	2	0,02	7-сегм. индикатор	интеграл за время Т	
3.13	5	1,0 – 2,0	20 - 200	3	0,01	7-сегм. индикатор	интеграл за время Т	
3.14	7	0 – 5,0	50 - 5000	0,15	0,01	светодиоды	превышение порога	
3.15	9	0 – 3,0	10 - 10000	0,5	0,02	ЖК- дисплей	значения через время Т	
3.16	20	0 – 2,5	1 - 500	1,5	0,03	светодиоды	превышение порога	

Разработка генератора импульсных сигналов на микроконтроллере

	При выполнении данного типа задания следует иметь в виду, что микроконтроллер может формировать только отсчёты  сигналов в цифровой форме. Чтобы получить аналоговый сигнал,  необходимо  использовать  цифро-аналоговый преобразователь  (ЦАП ) с сглаживающим фильтром. В некоторых схемах ЦАП такой сглаживающий фильтр уже находится внутри микросхемы. 
В этом случае структурная схема устройства будет иметь вид, приведённый на рис. 13.
	Управление  генератором осуществляется с помощью пульта или клавиатуры. 
	Варианты заданий представлены в таблице 5.

U

t

U0

Δt

T

δ

Рис.12. Дискретизация пилообразного импульса.

Рис.13. Схема подключения ЦАП

Таблица 5
Номер задания	Диапазон выходных напряжений
(В)	Вид импульсного сигнала	Скважность	Диапазон частот
(Гц)	Погрешность
(%)	Выходное сопротивление
(кОм)	
4.1	0 – 3,0	прямоугольный	2	1 – 5000	1	1	
4.2	0 – 2,5	пилообразный	2	0,1 – 1,0	2	2	
4.3	0 – 1,0	пилообразный	10	0,1 – 500,0	1	3	
4.4	0 – 0,5	трапецеидальный	3	0,01 – 25,0	0,5	4	
4.5	0 – 2,0	прямоугольный	50	10 – 2500	5	5	
4.6	0 – 3,0	прямоугольный	4	0,1 – 10,0	1	6	
4.7	0 – 5,0	синусоидальный	2	1 – 10000	2	10	
4.8	0 – 2,5	синусоидальный	1	10 - 10000	0,5	0,1	
4.9	0 – 10,0	пилообразный	1	100 - 10000	0,3	0,2	
4.10	0 – 2,0	пилообразный	1	0,1 – 10,0	0,2	0,3	
4.11	0 – 5,0	прямоугольный	4	1 - 100	0,25	0,4	
4.12	0 – 8,0	прямоугольный	10	1 – 1000	0,5	1	
4.13	0 – 1,0	синусоидальный	2	1 – 10000	1	2	
4.14	0 – 2,0	пилообразный	3	1000 – 50000	2	3	
4.15	0 – 3,0	трапецеидальный	1	100 – 10000	2,5	5	

Способ формирования требуемой последовательности импульсов легко понять из рис. 12.
В память процессора записывается последовательность отсчётов импульсов на периоде. Количество отсчётов определяется точностью формирования сигналов. 
	Пусть заданная погрешность , а амплитуда импульса , тогда количество отсчётов сигнала N определится по формуле

                                                                  (17)

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. С.Ф. Барретт, Д.Дж. Пак. Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12 \HCS12 с применением языка С. – М.: Издательский дом «ДМК-пресс», 2007.-640с.
2. А.В. Микушин, А.М. Сажнев, И.В. Сединин. Цифровые устройства и микропроцессоры: учебное пособие. – СПб.:БХВ- Петербург, 2010.-832с.: ил.
3.Э.С. Айфичер, Б.У. Джервис. Цифровая обработка сигналов. Практический подход. Изд. второе.:Пер. с англ.-: Изд. дом. «Вильямс.»
4. Р. Морелос-Сарагоса. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение. Серия: Мир связи. Пер. с англ. Изд.: Техносфера РИЦ ЗАО, 2006.
5. О.Д. Вальпа. Полезные схемы с применением микроконтроллеров и ПЛИС. М: Изд. дом «Додека – ХХ1»,2006.
6. С. Смит. Цифровая обработка сигналов. Практическое руководство для инженгеров и научных работников. Пер. с англ.- М: «Додека-ХХ1».

Программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
1.	CodeWarrior Development Studio for FreescaleTM HC9S12X\XGATE Microcontrollers.
2.	www.metrowerks.com.

Учебное издание

Улыбышев Евгений Васильевич
Куликов Геннадий Валентинович
Баланов Михаил Юрьевич

ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МИКРОПРОЦЕССОРЫ

Методические указания по выполнению курсовой работы

Подписано в печать 00.00.2014.Формат 60х84х16
Печ.л.1,6. Усл. кр.-отт.2,2
Тираж 50 экз. Изд.№   Заказ №

ФГБОУ ВПО «МГТУРЭА (МИРЭА)»
119454,Москва, пр.Вернадского, д.78