Лабораторная работа №3 Изучение учебного отладочного устройства уоу «Электроника-580» - pismo.netnado.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Учебный вычислительный комплекс на базе персональной микроэвм «Электроника... 1 111.47kb.
Настоящая программа базируется на вузовских дисциплинах, соответствующих... 1 106.18kb.
Лабораторная работа №46 определение точки кюри ферромагнитного вещества 1 147.89kb.
Лабораторная работа №7 коррекция сар 1 69.8kb.
Лабораторная работа № ви-112 Распространение радиоволн в тропосфере... 1 83.87kb.
Лабораторная работа №2 Исследование характеристик элементарных звеньев... 1 133.03kb.
Лабораторная работа № ви-101 Плоская электромагнитная волна Казань... 1 142.47kb.
Лабораторная работа №5 Изучение технологии и оборудования для сварки... 1 58.58kb.
Лабораторная работа №6 «работа с библиотекой iqmath» Цель: Сравнение... 1 42.59kb.
ДН(М). Ф. 7 Информационно-измерительная техника и электроника 1 138.78kb.
Лабораторная работа №2 Применение стилей, автотекста, автозамены... 1 34.47kb.
Гражданский кодекс республики беларусь 1 65.98kb.
Урок литературы «Война глазами детей» 1 78.68kb.
Лабораторная работа №3 Изучение учебного отладочного устройства уоу «Электроника-580» - страница №1/1



Лабораторная работа № 3

Изучение учебного отладочного устройства

УОУ «Электроника-580» и языка Ассемблер

1. Цель работы

Ознакомление с учебным отладочным устройством УОУ «Электроника-580», методами его программирования и отладки программ, изучение языка Ассемблер и получение навыков программирования.

2. Учебно-отладочное устройство "Электроника-580"

2.1. Общие сведения

Учебно-отладочное устройство (УОУ), выполненное на базе универсальной микроЭВМ, предназначено для создания микропроцессорных систем различного назначения и отладки их программного обеспече­ния. В УОУ применены восьмиразрядный микропроцессор (МП) типа КР580ИК80А и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) емкостью 2 Kбайта с адресным полем 800016 - 87FF16 в шестнадцатеричном коде.

Для осуществления диалога пользователя с УОУ предусмотрены клавиатура и цифровой дисплей, действие которых обеспечивается про­граммой-монитором объемом 1 кбайт, записанной в ПЗУ с адресацией 000016 - 03FF16 .

Клавиатура содержит 25 клавиш, из них 9 командных и 16 клавиш данных. С помощью верхней правой клавиши (RST) формируется сигнал сброса МП. Верхний и правый ряды клавиш содержат командные клавиши УОУ. Остальные 16 клавиш служат для ввода в УОУ шестнадцатеричных цифр.

Цифровой дисплей выполнен на восьми светодиодных семисегментных индикаторах. На индикаторах отображается содержимое ячеек ОЗУ с ад­ресами от 83F8 до 83FF (ячейка 83F8 соответствует левому зна­ку дисплея).

Для контроля состояния триггеров нуля и переноса ЦП предусмотрены два светодиода "z" и "c ". На передней панели УОУ расположены клавиатура и справочная таблица кодов команд. На панели управления расположены сетевой выключатель с индикатором включения, спра­вочная таблица по операциям аккумулятора, переключатель "прогон-отладка", индикаторы работы с магнитофоном и состояния "флажков", цифровой дисплей.

Программа-монитор позво­ляет загрузить в ОЗУ УОУ программу пользователя, переписать ее на бытовой магнитофон, считать с магнитофона в ОЗУ, выполнить в режиме отладки (в пошаговом режиме либо с остановом по заданным условиям) и осуществить прогон программы.

2.2. Клавиатура пульта управления

Назначение командных клавиш приведено в табл. 1.

Таблица 1

Наименование клавиш

Обозначение клавиш

Назначение клавиш

Сброс

RST

Формирование сигнала сброса УОУ

Адрес

ADDR

Перевод УОУ в режим задания адреса ячейки памяти

Память

MEM

Перевод УОУ в режим записи данных в ячейку памяти

Следующий

NEXT

Увеличение на единицу адреса индицируемой ячейки памяти или регистра МП

Восстановление

CLR

Восстановление начального значения адреса или данных, если после их вывода не нажимались другие командные клавиши

Регистр

REG

Отображение содержимого восьмиразрядного регистра МП

Шаг

STEP

Выполнение очередной команды МП

Прогон

RUN

Запуск программы на выполнение с остановом на введенной контрольной точке либо команде останова МП

Контрольная

точка


BRK

Задание адреса контрольной точки в программе

Клавиши данных используются также для задания имен регистров и регистровых пар:

- клавиши A,B,C,D,E,8/H,9/L,F - для обозначения ре­гистра аккумулятора А, регистра общего назначения (РОН) BL , регистра признаков F ;

- клавиша 2/S - для обозначения указателя стека (SP );

- клавиша 1/T - для обозначения содержимого вершины стека (ST).

Старшие разряды вершины стека хранятся по адресу SP+1, младшие - по адресу SP.

2.3. Команды монитора

Для выполнения основных подпрограмм монитора используется сис­тема прерывания. Она автоматически срабатывает при выполнении каж­дой команды пользователя, если выбран режим “отладка”.

Пользователь имеет возможность вызвать монитор, включив в свою программу команду RST4 (код E7). При этом содержимое регистра, счет­чика команд и указателя стека сохраняется в ОЗУ и к нему возможен доступ по командам монитора. Поэтому при выполнении программы в непрерывном режиме необходимо в качестве команды останова использовать именно эту команду. Иначе при останове по команде HLТ (код 76 ) монитор не будет вызван и на индикатор не выведется интересующая нас информация.

Кроме того, доступ к подпрограммам мо­нитора осуществляется их обычным вызовом (CALL).

Команды монитора вырабатываются при нажатии на одну из восьми клавиш: ADDR, MEM, NEXT, CLR, REG, STEP, RUN, BRK.

Команда ADDR вызывает счетчик команд пользователя и отобража­ет его содержимое на четырех левых индикаторах дисплея.

Если за клавишей ADDR нажимаются цифровые клавиши, индицируемый адрес заменяется новым. Когда четыре цифры составят полный адрес, на двух правых индикаторах появится содержимое адресуемой ячейки. После нажатия следующей командной клавиши индицируемый адрес посту­пает в модуль обработки этой команды.



Команда MEM индицирует записанный ранее адрес и содержимое ячейки памяти по этому адресу в том случае, если перед ней не нажи­малась клавиша ADDR. Если нажималась клавиша ADDR, то индицируется содержимое регистровой пары (HL).

Если после клавиши ADDR была на­жата одна из цифровых клавиш 1, 2, 8, В или D, а затем клавиша MEM, индицируется содержимое регистровой пары указателя стека, двух младших байтов стека, HL ,BC или DЕ соответственно и адресу­емой ею ячейки памяти. При этом адрес выводится на четыре левых ин­дикатора дисплея, наименование регистровой пары - на пятый и шес­той, данные - на седьмой и восьмой .



Команда NEXT увеличивает на единицу адрес индицируемой ячейки памяти. Если перед этим не была нажата клавиша MEM, ввод в ячейку данных с клавиатуры запрещен.

Если высвечивается содержимое регистра микропроцессора, клави­ша NEXT вызовет индикацию следующего регистра в такой последовательности: A,B,C,D,F,H,L,A,B,C... .

Если индицируется адрес контрольной точки, клавиша NEXT вызо­вет отображение адреса следующей контрольной точки.

Команда CLR восстанавливает первоначальное значение адреса или данных после их ввода.

Если высвечивается содержимое регистра микропроцессора, клавиша СLR вызовет отображение содержимого предыдущего регистра. При этом разрешается изменение содержимого регистра.



Команда REG используется с одной из клавиш наименования регистра , B , С , D , Е , H или L ); на дисплее появятся текущий адрес счетчика команд пользователя и содержимое выбранного ре­гистра микропроцессора, а также его символ.

Возможен ввод с клавиатуры нового содержимого регистра.

Нажатие на клавишу NEXT выведет на дисплей информацию о следу­ющем по алфавиту регистре.

Возврат к индикации содержимого памяти произойдет, если нажать клавишу MEM.



Команда STEP записывает в ячейку ОЗУ SFLAG единицу. Это озна­чает, что при следующем вызове дисплея будут разблокированы дисплей и клавиатура. После выполнения очередной команды пользователя вызывается программа монитора.

Команда RUN записывает в ячейку ОЗУ SFLAG нуль. При этом кла­виатура и дисплей будут заблокированы при каждом прерывании до тех пор, пока текущий адрес программы пользователя не сравнится с ад­ресом контрольной точки.

Если перед клавишей STEP или RUN нажать ADDR и четыре цифро­вые клавиши, то программа будет выполняться с этого адреса.



Команда BRK вызывает на дисплей адрес контрольной точки, в которой произошел останов программы пользователя, ее символ и содержимое счетчика проходов.

Если контрольные точки не вводились, то нажатие на клавишу BRK выведет на дисплей символ ВР с пробелами на остальных индикаторах дисплея. При появлении информации о любой контрольной точке на дис­плее можно ввести новые данные в счетчик проходов либо исключить эту контрольную точку. Нажатие RST исключает все контрольные точки.


2.4. Действия по вводу программы в память

Основным режимом работы УОУ является режим отладки программы. Программы размещаются в ОЗУ УОУ в области от 8000 до 83DF.

С адреса 83E0 до 83FF размещается служебная область памяти, с адреса 8400 до 87FF - ОЗУ пользователя.

Адрес первой команды программы задается с помощью оператора монитора ADDF NNNN.

Затем нажатием клавиши MEM вызывается в два крайние правые разряда индикатора содержимое ячейки памяти с номером NNNN. При этом загорается одна децимальная точка, сигнализируя о возможности ввода информации. Ввод данных в память производится при нажатии од­ной или двух шестнадцатеричных клавиш. Этим замещается содержимое ячейки памяти по адресу, высвеченному на дисплее. Новые данные поя­вятся на двух правых индикаторах дисплея.

Если при вводе данных допущена ошибка, ее можно исправить на­жатием дополнительных цифровых клавиш. В память будет записан и отображен на дисплее код только двух последних цифровых клавиш. На­жатие клавиши MEM восстанавливает первоначальное содержание ячейки памяти (при условии, что другие командные клавиши перед этим не на­жимались).

Для ввода очередной команды нажимают клавишу NEХТ для перехода к адресу следующей ячейки памяти. При этом нет необходимости нажи­мать клавишу MEM еще раз.

Повторные нажатия клавиши МЕМ уменьшат на единицу адрес ячейки памяти.

Высвечивание децимальной точки шестого слева индикатора дисплея указывает на то, что клавиша МЕМ была нажата и ввод данных в память УОУ разрешен. Если она не светится, данные вводиться не будут.

При попытке ввести данные без предварительного нажатия клавиши МЕМ, а также если на дисплее установлен адрес ПЗУ или фактически отсутствующий в ОЗУ, на дисплее высветится сигнал ошибки Еrr . В этом случае, для того чтобы восстановить предыдущий адрес и разрешить ввод данных в память, следует нажать на клавишу МЕМ.

Если при вводе данных допущена ошибка, ее можно исправить нажатием клавиши CLR, которая восстанавливает первоначальное содержимое ячейки памяти (при условии, что другие командные клавиши после цифровых не нажимались).

При неверных действиях на индикаторе появится код ошибки Err. Он высвечивается в следующих случаях:

а) при попытке записи в несуществующую ячейку ОЗУ или ПЗУ, а также если была блокирована возможность ввода данных в память (не нажата клавиша МЕМ);

б) при попытке установить несуществующее наименование регистра;

в) при попытке установления на месте N символа, отличного от символов регистровых пар B,D,H,P,T для операции ADDR N MEM;

г) при выполнении операции ADDR Y BRD , если на месте Y не символ регистровой пары (как в предыдущем случае) или не ноль;

д) при попытке ввести данные в счетчик проходов несуществующей контрольной точки;

е) если перед нажатием цифровой клавший не была нажата одна из клавиш ADDR, MEM, REG, BRK ;

ж) при попытке запустить программу на выполнение клавишами STEP или RUN, если введено меньше четырёх цифр адреса (после клавиши ADDR).

Если появился символ Err , нажатием клавиши CLR или ADDR можно восстановить предыдущее состояние счетчика команд и саму ко­манду. Нажатием клавиши МЕМ восстанавливаются предыдущее значение ячейки памяти и ее адрес.

После ввода программы переходят к ее отладке.
2.5. Отладка программы

Выполнение программы в пошаговом режиме приводит к останову после выполнения каждой команды. Для выполнения программы в пошаговом режиме (STEP) необходимо:

1) остановить тумблер режима в положение "отладка";

2) задать начальный адрес программы NNNN, нажав клавиши ADDR NNNN;

3) нажать клавишу STEP, после останова на очередной команде на индикаторе отобразятся новое значение счетчика команд в разря­дах 1-4 и содержимое ячейки памяти по этому адресу в разрядах 7-8;

4) повторить п.3 для всех команд программы;

5) после выполнения последней команды следует просмотреть со­держимое регистров или ячеек памяти, в которых хранится результат,



Выполнение программы в непрерывном режиме производится без подключения монитора. Для того чтобы после выполнения программы произошло прерывание и обращение к монитору, который вклю­чает индикатор, необходимо в качестве команды останова использо­вать команду RST4 (eё код E7). Для выполнения программы в непрерывном режиме необходимо:

1) установить тумблер режима в положение "прогон";

2) задать начальный адрес программы;

3) пустить программу клавишей RUN.

После выполнения программы на индикаторе отобразятся значение адреса команды, на которой произошел останов, и данные по этому адресу.

3. Система команд ЦПЭ К580ИК80

В табл. 2 приведена система команд центрального процессорного элемента (ЦПЭ) К580ИК80 в объёме, достаточном для использования в данной работе, со всеми необходимыми данными. При этом использованы следующие обозначения: - число байт в формате команды; - число тактов, требуемое для выполнения команды (значения , указанные в скобках, определяют число тактов, требуемое для выполнения соответствующей команды при работе с регистром М) ; ( - ) – содержимое регистра (пары регистров) или байта, обозначение которого дано внутри скобок; [ - ] – содержимое ячейки ЗУ, адрес которой указан внутри скобок; r – один из регистров A, B, C, D, E, H или M; M - ячейка ЗУ, адрес которой содержится в HL, т.е. «внешний регистр», организованный в ЗУ; rp – пара регистров BC, DE, HL (в мнемонических обозначениях указывается только старший регистр пары), а также указатель стека SP ( в командах LXP rp , INX rp DCX rp и DAD rp ) или же PSW ( в командах PUSH rp и POP rp ); rp принимает значение BC или DE в командах STAX rp или LDAX rp; rpмл, rpст - младший и старший регистры пары; PSW – слово состояния процессора, состоящее из (А) и (F); F- набор из пяти флагов, cодержащих признаки результата операции; SSS – код регистра, передающего данные; DDD – код регистра, принимающего данные; RR – код пары регистров; CCC – код логического условия; SP – указатель стека; PC – счетчик команд; ПП – подпрограмма; - логические операции ИЛИ, И и суммирование по модулю два. * Если (А) = (r), то Z =1; если (А) < (r), то .

** .

*** Каждая команда условного перехода, вызова ПП или возврата из ПП имеет восемь вариантов в зависимости от выбранного условия. Например, JC – условный переход по ( код 11011010 ) ; CNZ – условный вызов ПП по Z = 0 (код 11000100) и т.п.

**** Команда POP PSW влияет на все флаги.

4. Задание к лабораторной работе

Подготовить программу на языке Ассемблер для вычисления простейшего выражения, заданного в табл. 3. Номер варианта задания соответствует номеру студента в журнале. Перевести программу в машинные коды и ввести в память УОУ. Произвести отладку программы и выполнить необходимые вычисления. Показать результат преподавателю.

Для защиты работы необходимо уметь составить программу для одного из вариантов задания и знать сведения об УОУ.


Таблица 2.

Флаги

6

Все флаги сохраняют свои значения

Все флаги сохраняют свои значения




На все


флаги


KT

5

5( 7 )

7(10)


10

5

5



4

18


13

13

16



16

7

7




4( 7 )

4( 7 )


7

7

4( 7 )



4( 7 )

7


KB

4

1

2

3



1

1

1



1


3

3

3



3

1

1




1

1

2



2

1

1



2






Описание команды

3

(r1)  (r2)

(r)  (B2)

(rpст)  (В3) , (rpмл)  (B2)

(PC)  (H) (L)

(SP)  (H) (L)

(H)  (D) , (E)  (L)

(L) [SP] , (H)  [SP+1]


[ B3 B2]  (A)

(A)  [B3 B2]

[ B3 B2]  (L), [B3 B2 +1]  (H)

(L)  [B3 B2], (H)  [B3 B2 +1]

[rp]  (A)

(A) [rp]



  1.  (A) + (r)

  1.  (A) + (r) + (CY)

  1.  (A) + (B2)

  1.  (A) + (B2) + (CY)

  1.  (A) – (r)

  1.  (A) – (r) – (CY)

  1.  (A) – (B2)





Мнемоника


2

MOV r1, r2

MVI r


LXI rp

PCHL


SPHL

XCHG


XTHL

STA

LDA


SHLD

LHLD


STAX rp

LDAX rp


ADD r

ADC r


ADI

ACI


SUB r

SBB r


SUI


Группа

1

Пересылки

данных


Обращение

к ЗУ


Арифмети – ческие

действия





Продолжение табл. 2.

7

На CY

Все флаги сохраняют свои значения

На CY


Все флаги сохраняют свои значения

6

7

4

10



11
10


4

4

4



4

10

17


10

10


5

2

1

1



1
1

1

1

1



1

3

3


1

3


3

(A)  (A) – (B2) – (CY)

Десятичная коррекция (А)

(H) (L)  (H) (L) + (rp)


[SP –1]  (rст); [SP –2]  (rpмл)

(SP)  (SP) –2

(rpмл)  [SP]; (rpст)  [SP+1]

(SP)  (SP) +2





(ai+1)  (ai); (a0)  (a7); (CY)  (a7)

(ai)  (ai+1); (a7)  (a0); (CY)  (a0)

(ai+1)  (ai); (a0)  (CY); (CY)  (a7)

(a7)  (ai+1); (a7)  (CY); (CY)  (a0)




а) безусловные

(PC)  (B3) (B2)

[SP – 1] [SP –2]  (PC); (SP)  (SP) –2

(PC)  (B3) (B2)

(PC)  [SP] [SP+1];

(SP)  (SP)+2

б) условные

NZ – по Z=0

Z – по Z=1

NC – по C=0



2

SBI

DAA


DAD rp

PUSH rp
POP rp****

RLC

RRC


RAL

RAR


JMP


CALL
RET

J***


1

Арифмети – ческие

действия


Обращение

к стеку



Сдвиги

Переходы,

вызовы ПП

и возвраты из ПП





Окончание табл. 2.

6

На

Z , S , P ,

CY


На Z , PS

(CY)  0

На все*

флаги


На CY






5

5(10)

5(10)


5

5


4( 7 )

7

4( 7 )



7

4( 7 )


7

4( 7 )


7

4

4



4

4

4

4



4

10



10

10


4

1

1

1



1



1

2

1



2

1

2



1

2

1



1

1


1

1

1



1

1



2

2


3

(r)  (r) + 1

(r)  (r) – 1

(rp)  (rp) + 1

(rp)  (rp) – 1



  1.  (A)  (r)

  1.  (A)  (B2)

  1.  (A)  (r)

  1.  (A)  (B2)

  1.  (A)  (r)

  1.  (A)  (B2)

  2.  (A) – (r)

(A) (A) – (B)

(A) (A) ^**

(CY)  1

(CY)  (CY) ^**



(PC)  (PC) +1

Останов


[SP–1] [SP–2]  (PC); (SP)  (SP) – 2

(PC)  00000000 00 NNN 000




  1.  (Порт ввода)

(Порт вывода)  (А)

2


INR r

DCR r


INX rp

DCX rp




ANA r

ANI


XRA

XRI


ORA

ORI


CMP

CPI


CMA

STC


CMC


NOP

HLT


RST



IN

OUT


1

Инкремент и

декремент



Логические

действия


Управление

Ввод и

вывод



Таблица 3

Вариант

Выражение

Значение операндов и их размещение (регистр или адрес ячейки памяти)







k

n

m

1

X=k-n-2*m+5

10; C

3; D

4; (8400)

2

X=k+n+m*3-2

3; C

1; (8300)

4; D

3

X=k-n+3*m-1

10; C

2; (8400)

2; D

4

X=k+n+4*m+10

2; D

10; E

2; (8300)

5

X=k-n-4*m-2

20; D

2; E

2; (8400)

6

X=k-n-m/2+5

10; C

3; D

4; (8400)

7

X=k+n+m/2-2

3; C

1; (8300)

4; D

8

X=k-n+m/2-1

10; C

2; (8400)

2; D

9

X=k+n+m*3/2+10

2; D

10; E

2; (8300)

10

X=k-n-m*3/2-2

20; D

2; E

2; (8400)

11

X=k-n/2-m+5

10; C

4; D

4; (8400)

12

X=k+4*n+m*3-2

3; C

1; (8300)

4; D

13

X=3*k-n/4+m-1

10; C

4; (8400)

2; D

14

X=3*k/2+n-m+10

2; D

10; E

2; (8300)

15

X=k/2-n+6*m-2

20; D

10; E

2; (8400)

16

X=k*15-n-m+5

2; C

3; D

4; (8400)

17

X=k+n*20+m/2-2

3; C

1; (8300)

4; D

18

X=k-n*10+m/4-1

20; C

2; (8400)

8; D

19

X=k+n+m*3/4+10

2; D

20; E

4; (8300)

20

X=k*15-n/2-m*3-2

2; D

2; E

2; (8400)


Лабораторная работа № 4

Изучение методов цифрового формирования сигналов

1. Цель работы

Изучение методов цифрового формирования сигналов различных радиотехнических устройств. Практическая часть работы выполняется на учебном отладочном устройства УОУ «Электроника-580», снабженном аналоговым портом.



2. Краткое описание методов цифрового формирования сигналов

При цифровом формировании сигналов используются две группы методов. Первая группа предназначена для формирования сигналов с заданной частотой. Это методы фазовой автоподстройки частоты, сложения импульсных последовательностей, управляемого фазовращателя, делителя с переменным коэффициентом деления, накопителя кодов и комбинированный метод. При этом форма сигнала особого значения не имеет. Устройства формирования сигналов, реализующие методы первой группы, называют цифровыми синтезаторами частоты (ЦСЧ). Их назначение – сформировать сетку стабильных частот для различных приемных и передающих устройств. Вторая группа методов позволяет формировать сигналы не только заданной частоты, но и формы. Такая задача возникает при решении вопросов оптимизации различных характеристик радиоэлектронной аппаратуры путем выбора наилучшей формы сигнала. Необходимость формирования сигналов заданной формы возникает и в случаях передачи информации с помощью различных видов манипулированных сигналов. Такие устройства называют цифровыми синтезаторами сигналов (ЦСС).


2.1. Цифровые синтезаторы частоты

2.1.1. ЦСЧ на основе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)

Схема такого синтезатора приведена на рис.1 и содержит в своём составе делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), импульсно-фазовый детектор (ИФД), фильтр низкой частоты (ФНЧ) и генератор, управляемый напряжением (ГУН). Сигнал ГУН с частотой поступает на ДПКД с коэффициентом деления и с его выхода подаётся на один из выходов ИФД.

На второй вход ИФД поступает сигнал с постоянной частотой от эталонного высокостабильного генератора. Выходной сигнал ИФД, пройдя через ФНЧ, управляет частотой ГУН. Синхронизм в петле ФАПЧ соответствует равенству . Следовательно, выходная частота синтезатора , т.е. линейно зависит от коэффициента деления ДПКД. Коэффициент деления ДПКД задаётся внешним управляющим устройством в виде кода управления . Частота синтезируемого сигнала перестраивается дискретно с минимальным шагом , т.е. шаг перестройки ограничен по величине. Достоинствами такого синтезатора являются возможность реализации на дискретных элементах, большой диапазон перестройки и возможность получения выходного сигнала синусоидальной формы.

2.1.2. ЦСЧ на основе дискретных преобразователей кода в частоту

В этом случае используются только дискретные элементы и отсутствуют управляемые напряжением генераторы.

А) ЦСЧ со сложением импульсных последовательностей обладают простотой аппаратурной реализации на дискретных элементах и микросхемах малой степени интеграции. Такой синтезатор (рис. 2) состоит из R последовательно включённых ячеек, -я из которых содержит счётчик Сч с коэффициентом пересчёта ; коммутатор , пропускающий на свой выход импульсов из каждых входных, в зависимости от значения кода Kr; элемент «ИЛИ» и выходной делитель частоты с коэффициентом деления.

Элемент «ИЛИ» осуществляет суммирование выходных последовательностей коммутаторов. Тактирование -го счётчика осуществляется выходным импульсом -го счётчика. Так как на выход r-го коммутатора этот импульс не проходит, то обеспечивается несовпадение во времени суммируемых последовательностей. Частота импульсов на выходе элемента «ИЛИ»



.

Обычно N1=N2=…=NR=2, K1=K2=…=Kr-1=Kr+1=…=KR=1 и ­ целое число. В этом случае счётчик и коммутатор вырождаются соответственно в счётный триггер и элемент «И». Такой синтезатор называют двоичным умножителем. Данному синтезатору присуща большая величина фазовой ошибки, что вызывает большой уровень вредных частотных составляющих в спектре выходного сигнала.

Б) ЦСЧ на основе управляемого фазовращателя. Принцип работы этих синтезаторов основан на постоянном изменении фазы опорного сигнала, имеющего частоту Fоп, в каждом периоде на фиксированную величину , где fy – некоторая постоянная величина, причём fy< Fоп. В результате фазовращатель выполняет роль смесителя частоты. Частота сигнала на его выходе будет равна Fоп ± fy . В данном случае возможны два варианта построения синтезатора. Первый использует дискретный фазовращатель (ДФ), а второй – цифроаналоговый фазовращатель (ЦАФ).

Схема дискретного фазовращателя содержит устройство добавления и исключения импульсов (УДИ) и делитель частоты (ДЧ) с коэффициентом деления (рис. 3). Её основными узлами являются элемент «ЗАПРЕТ», содержащий схему «И», RS-триггер, схему задержки на интервал времени Δτ и элемент «ИЛИ».

УДИ имеет три входа, на один из которых подаётся последовательность импульсов опорной частоты , а на два других – импульсы управления и (рис. 4). Внешняя схема управления синхронизирована сигналом опорной частоты таким образом, что импульсы управления могут появляться только между импульсами опорной частоты. При поступлении импульса на вход «добавление» к эталонной последовательности с помощью элемента «ИЛИ» добавляется один импульс между двумя основными. При поступлении импульса на вход «исключение» следующий за ним по времени импульс опорной последовательности исключается (не пропускается на выход УДИ) с помощью схемы «И». Для нормальной работы схемы необходимо выполнение условия , где - длительность импульса эталонной последовательности.

Добавление или исключение одного импульса эквивалентно сдвигу фазы выходной последовательности на . Фаза сигнала на выходе делителя частоты будет сдвинута на величину . Выбирая , можно обеспечить допустимое значение скачков фазы сигнала. Если импульсы управления поступают непрерывно на один из входов с частотой , то дискретный фазовращатель становится по существу дискретным смесителем, сигнал на выходе которого имеет частоту . На выходе такого дискретного фазовращателя сложно получить сигнал с высокой частотой из-за ограниченного быстродействия дискретных элементов.



Цифроаналоговый фазовращатель реализует непосредственное управление фазой формируемого колебания и позволяет получить более высокочастотные сигналы. Принцип его работы заключается в суммировании двух ортогональных составляющих и с частотой , амплитуды которых в идеальном случае изменяются в соответствии с функциями и . Результирующий вектор при этом поворачивается на угол . Если , то частота выходного сигнала равна . Практически такое преобразование выполнить сложно из-за сложности управления амплитудой ортогональных сигналов по законам и , поэтому используют изменение и по линейному закону. В этом случае конец результирующего вектора движется не по окружности, а по хорде четверти круга и поворачивается не точно на угол . Максимальная ошибка при этом равна . Для обеспечения поворота результирующего вектора в пределах 00…3600 необходимо формировать четыре пары ортогональных векторов с начальными фазами 00–900, 900–1800, 1800–2700 и 2700–00.

Схема такого синтезатора приведена на рис. 5. Высокочастотный сигнал , фазой которого необходимо управлять, поступает на фазорасщепитель (ФР), на выходе которого образуются четыре сигнала с соответствующими фазами. Эти сигналы поступают на коммутатор К, который выбирает два ортогональных сигнала и , соответствующих той четверти, в которой в данный момент должен находиться результирующий вектор. Сигналы и поступают на опорные входы цифроаналогового преобразователя ЦАП. Импульсные последовательности управления фазой поступают на тактовый вход реверсивного счётчика (РС), имеющего коэффициент пересчёта и установленного в режиме увеличения или уменьшения частоты ключом Kл.



Параллельный код с (I-2)-х младших разрядов реверсивного счётчика поступает на кодовые входы ЦАП, причём на ЦАП1 в прямом коде, а на ЦАП2 – в обратном. Амплитуда сигналов и на выходах ЦАП1 и ЦАП2 линейно зависит от текущего значения кода реверсивного счётчика. Поэтому результирующий вектор после суммирования колебаний с выходов ЦАП будет скачкообразно смещаться по хорде в пределах угла с дискретом по фазе



.

Два старших разряда реверсивного счётчика управляют коммутатором, обеспечивая выбор пары ортогональных сигналов с фазовращателя, соответствующих нужной четверти положения результирующего сигнала, и задают прямой либо обратный режим работы РС.

В) ЦСЧ с накопительным сумматором. В накопительном сумматоре ёмкостью периодически с частотой суммируется число . За циклов суммирования произойдёт переполнений сумматора, поскольку – кратное суммирование числа даёт в итоге число . Факт переполнения сумматора отмечается появлением импульса на его выходе. Таким образом, за время на выходе сумматора появится импульсов, и частоту импульсной последовательности можно определить как

.

Генерируемые таким способом последовательности имеют неравномерно расставленные импульсы, что приводит к паразитным фазовым флюктуациям. Для их уменьшения выходная частота делится в раз. В результате частота сигнала и её дискрет становятся равными соответственно:



; ,

а диапазон синтезируемых частот составляет .

Г) ЦСЧ на основе ДПКД. Схема такого синтезатора наиболее простая. Коэффициент деления ДПКД задаётся управляющим кодом . На выходе обеспечивается равномерная последовательность импульсов, т.е. полностью отсутствуют скачки фазы в выходном сигнале. Однако недостатком данного ЦСЧ являются нелинейность зависимости выходной частоты от управляющего кода и переменный дискрет изменения частоты в различных участках диапазона синтезируемых частот. Кроме того, для получения достаточно мелкого шага необходимо использовать высокие опорные частоты. Поэтому находят применение ЦСЧ с дробными коэффициентами деления частоты. Их схемы гораздо сложнее, и в выходном сигнале появляются фазовые флюктуации.

2.1.3. Комбинированные ЦСЧ

Такие ЦСЧ сочетают в себе различные методы и являются широкополосными синтезаторами с малым дискретом по частоте и синусоидальным выходным сигналом. В простейшем случае они состоят из двух синтезаторов, один из которых формирует сетку частот с большим дискретом и перекрывает весь требуемый диапазон частот, а второй формирует сетку частот с малым дискретом по частоте в пределах одного дискрета грубого синтезатора. Сигналы синтезаторов грубой и точной сетки объединяются тем или иным способом в единый выходной сигнал. Синтезатор грубой сетки, как правило, выполняется с помощью системы ФАПЧ с ДПКД. В качестве синтезатора точной сетки может быть использован ЦСЧ с дискретным фазовращателем. Один из вариантов построения такого ЦСЧ показан на рис. 6. Старшие разряды кода частоты управляют коэффициентом деления ДПКД и меняют тем самым выходную частоту синтезатора с дискретом, равным опорной частоте подаваемой на ИФД2 системы ФАПЧ с ДПКД.

Чем выше частота , тем меньше паразитные фазовые флюктуации выходного колебания системы ФАПЧ и тем выше её быстродействие. Однако при этом увеличивается необходимый диапазон перестройки ЦСЧ с малым дискретом.

Младшие разряды кода частоты управляют частотой этого ЦСЧ, основанного на принципе сложения импульсных последовательностей. Для удобства переноса частоты в относительно высокочастотную область эта частота синтезируется в диапазоне .

Устройство переноса частоты выполнено в виде системы ФАПЧ. Выходная частота этой системы . Вспомогательные неизменные частоты и формируются одним источником стабильной частоты. Сетки частот с большим и малым дискретом совмещаются в системе ФАПЧ с ДПКД. В результате частота выходного сигнала равна .
2.2. Цифровые синтезаторы сигналов

Методы этой группы наиболее удобно реализовывать с использованием микроЭВМ или сигнального процессора.

Идея метода заключается в формировании отсчётов мгновенной фазы сигнала и преобразовании их каким-либо методом в отсчёты сигнала. Формирование отсчётов мгновенной фазы сигнала легко реализуется с помощью накапливающего суммирования чисел , производимого с какой-либо частотой . При этом отсчёты мгновенной фазы сигнала могут быть записаны в виде:

,

где – шаг изменения фазы, связанный некоторым функциональным соотношением с суммируемыми числами. Часто . Тогда . Накапливающий сумматор (в простейшем случае просто счётчик) имеет ограниченную разрядность и периодически переполняется. При разрядах переполнение наступает через шагов, а вес одного дискрета фазы . Период повторения сигнала при этом равен .

Преобразование полученных отсчётов фазы в отсчёты мгновенных значений амплитуды можно производить тремя способами:


  • прямым пересчётом фазы в мгновенные значения ;

  • выбором из ПЗУ по адресу, зависящему от ;

  • расчётом по коэффициентам разложения в ортогональном базисе.

Первый способ можно использовать в тех случаях, когда форма сигнала простая. Например, при формировании прямоугольных импульсов с различной длительностью и периодом повторения или формировании сигналов пилообразной, прямоугольной и ступенчатой формы. Функции блока формирования отсчётов сигнала в этом случае сводятся к выдаче на ЦАП непосредственно отсчётов фазы при пилообразной форме формируемого сигнала или какой-либо другой величины, достаточно просто связанной с , например, 0016 и FF16 при формировании прямоугольных импульсов.

Второй способ цифрового формирования сигналов заключается в считывании из ПЗУ отсчётов мгновенных значений сигнала по адресу, формируемому из отсчёта фазы. В простейшем случае цифровое значение (или номер) отсчёта фазы может быть непосредственно адресом ячейки ПЗУ (или относительным адресом). Для формирования сигнала необходимо хранить в ПЗУ все отсчёты сигнала в пределах одного периода повторения. Второй способ целесообразно использовать при формировании синусоидальных сигналов с различной частотой и фазой и для любых сигналов сложной формы.

Третий способ предполагает запись сигнала в виде ряда

,

где – ортогональные базисные функции; – коэффициенты разложения в системе базисных функций.

Коэффициенты чаще всего бывают постоянными числами. Тогда формирование i –го отсчёта сигнала сводится к вычислению

.

Для проведения таких расчётов необходимо иметь наборы коэффициентов для каждого из формируемых сигналов.

Возможность использования этого способа в сильной степени определяется сложностью базисных функций , отсчёты которых необходимо формировать или хранить в памяти. Часто для этой цели используется базис Фурье (т.е. гармонические базисные функции) или базис Уолша. Самым сложным в реализации является базис Фурье, так как он требует формирования или хранения в памяти отсчётов базисных синусоидальных функций. Более удобным является базис Уолша, так как он представляет собой набор меандров различной частоты. Такие базисные функции легко формируются с помощью двоичных счётчиков и логических элементов.

Отсчёты мгновенных значений сигнала, сформированные одним из способов, подаются на ЦАП, а затем на сглаживающий фильтр.

Указанные способы позволяют формировать цифровым способом сигналы практически любой формы.

3. Описание экспериментального макета

Экспериментальный макет выполнен на основе учебно-отладочного устройства «Электроника-580», снабжённого двумя портами вывода на дополнительной плате с цифроаналоговым преобразователем ЦАП и соответствующей схемой управления. Схема дополнительной платы приведена на рис. 7. К схеме УОУ плата присоединяется через системный разъём.

Основными элементами дополнительной платы являются ЦАП DD4 (К594ПА1) с буферным усилителем DA1 (КР140УД1А) и буферный регистр DD1 (К589ИР12). Схема управления (дешифратор портов выхода) собрана на микросхемах DD2 (К155ЛАЗ) и DD3 (К155ЛИ1).

Кроме того, на этой плате имеется импульсный преобразователь напряжения + 5 В в напряжение – 15 В, необходимое для работы ЦАП, но отсутствующее в УОУ.

Преобразователь выполнен на основе генератора, собранного на половине микросхемы DD2, и усилителя на транзисторах VT1, VT2 и трансформаторе Т1. Импульсы с вторичной обмотки трансформатора Т1 выпрямляются диодом VD1 и фильтруются RC цепочкой.

Регистр DD1 предназначен для запоминания цифрового восьмиразрядного значения отсчёта сигнала на промежуток времени между выдачей двух соседних отсчётов сигнала. Выходы регистра DD1 подсоединены к входам ЦАП DD4. Управляющие входы многорежимного регистра DD1 соединены таким образом, чтобы при записи данных в регистр они сразу появлялись на его выходе.

На программном уровне дополнительная плата реализует два выходных порта: один, с адресом 0С16 - для выдачи импульса синхронизации, второй, с адресом 0416 – для вывода восьмибитного значения отсчёта формируемого сигнала.

Формирование импульса синхронизации целесообразно производить один раз за период формируемого сигнала. Для формирования импульса синхронизации в соответствующем месте программы необходимо выполнить команду OUT 0С.

По этой команде сигналы А2, А3 шины адреса УОУ и сигнал I/OW микропроцессора с помощью дешифратора на микросхемах DD2 и DD3 сформируют на выходном контакте Б21 разъёма импульс ТТЛ уровня и длительностью τси = 1 мкс. При обращении к порту с адресом 0С16 совершенно безразлично состояние регистра процессора, так как используются только сигналы А2 А3 и I/OW.

Вывод цифрового значения отсчёта формируемого сигнала производится обращением к порту 0416 (команда OUT 04). Перед этим обращением значение отсчёта сигнала должно быть помещено в аккумулятор процессора. При обращении к порту 04 дешифратор из сигналов А2 А3 и I/OW формирует сигнал записи в регистр DD1. В результате значение шины данных процессора записывается в регистр и одновременно появляется на его выходе. ЦАП преобразует эту величину в аналоговое напряжение, которое появляется на контакте А21 разъёма. Сигналы с контактов Б21 и А21 передаются на дополнительные выходные разъёмы УОУ и могут быть поданы на осциллограф для контроля формы сигнала и всех его параметров.




4. Домашнее задание

4.1. Изучить методы цифрового формирования сигналов.

4.2. Нарисовать блок-схемы программ для формирования следующих сигналов:


  • прямоугольных импульсов (рис. 8,а)

  • пилообразных импульсов (рис. 8,б)

  • треугольных импульсов (рис. 8,в)

  • синусоидального сигнала (рис. 8,г)

  • радиоимпульсов с прямоугольной огибающей и синусоидальным заполнением (рис. 8,д).

При этом предусмотреть возможность изменения программным путём: длительности формируемых импульсов tи, их периода повторения Ти; частоты f или периода T и начальной фазы φ синусоидального сигнала; числа периодов несущего колебания для радиоимпульсов.

4.3. Нарисовать блок-схему программы для формирования частотно-манипулированного сигнала с частотами заполнения f1 и f2 = 2f1 и фазоманипулированного сигнала с фазами φ1= 0 и φ2= π. При этом сигнал управления частотой или фазой задавать в виде периодического повторения «0» или «1». Во всех случаях необходимо формировать сигнал синхронизации осциллографа.

4.4. Составить тексты всех этих программ на Ассемблере.

4.5. Перевести тексты программ в машинные коды.

4.6. Для каждой программы рассчитать минимально возможные tи и Ти, считая длительность одного машинного цикла равной 1 мкс.



5. Порядок выполнения работы

Ввести в УОУ заданную преподавателем программу, отладить и посмотреть сформированные сигналы на экране осциллографа. Сигнал показать преподавателю и зарисовать.



6. Контрольные вопросы

1. Перечислите и кратко опишите методы цифрового формирования сигналов.

2. Синтезатор частоты на основе управляемого напряжением генератора и ФАП.

3. Синтезатор частоты со сложением импульсных последовательностей.

4. Синтезатор частоты на основе дискретного фазовращателя.

5. Синтезатор частоты на основе цифро-аналогового фазовращателя.

6. Синтезатор частоты на основе делителя с переменным коэффициентом деления.

7. Комбинированный синтезатор частоты.

8. Цифровой синтезатор сигнала.

9. Нарисуйте структурную схему дополнительной платы цифро-аналогового выхода и поясните её работу.

10. Поясните работу указанной преподавателем программы и поясните, как в ней задаются переменные параметры формируемых сигналов.
Библиографический список

1. Левин О.А., Малиновский В.Н., Романов С.К. Синтезаторы частот с системой импульсно-фазовой автоподстройки.- М.: Радио и связь, 1989. 232 с.

2. Метельников А.М. Способ цифрового синтеза сигналов // Приборы и техника эксперимента. 1998, № 1. С. 56-63.

Содержание




Лабораторная работа № 3. Изучение учебного отладочного устройства УОУ «Электроника-580» и языка Ассемблер. . . . .

1


1

Цель работы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

2.

Учебно-отладочное устройство "Электроника-580". . . . . . . . .

1

2.1.

Общие сведения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

2.2.

Клавиатура пульта управления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2.3.

Команды монитора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

2.4.

Действия по вводу программы в память. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

2.5.

Отладка программы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

3.

Система команд ЦПЭ К580ИК80. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

4.

Задание к лабораторной работе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7




Лабораторная работа № 4. Изучение методов цифрового формирования сигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

1.

Цель работы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

2.

Краткое описание методов цифрового формирования сигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

2.1.

Цифровые синтезаторы частоты. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

2.1.1.

ЦСЧ на основе фазовой автоподстройки частоты. . . . . . . . . . .

12

2.1.2.

ЦСЧ на основе дискретных преобразователей кода в частоту.

13

2.1.3.

Комбинированные ЦСЧ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

2.2.

Цифровые синтезаторы сигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

3.

Описание экспериментального макета. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

4.

Домашнее задание. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

5.

Порядок выполнения работы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

6.

Контрольные вопросы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24




Библиографический список. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24