1.Структурное проектирование

1. Требования к проектируемой мпс

Требования цифровому устройству, которое реализует процедуру снятия зависимость крутизны полевого транзистора S от его тока стока I_c и вывод зависимости на экран:

1. 8-разядная система. Такая разрядность наиболее распространенная, имеется широкий выбор элементов системы и стоимость такой цифровой системы меньше. Так как погрешность при квантовании по уровню при преобразовании в ЦАП или АЦП, составляет не более 0,5 % от максимального значения, то такая разрядность наиболее удобна

2. В качестве управляемого источника напряжения U_ЗИ необходим ЦАП. Следует заметить, что для большинства маломощных транзисторов, уровень напряжения 5 В или 3,3 В достаточно для его отпирания. При этом полевые транзисторы с изолированным каналом потребляют крайне мало тока.

3. Для определения тока стока необходим аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). При этом в цепь тока стока нужно поставить прецизионный низкоомный резистор, а с него подавать сигнал на дифференциальный вход АЦП. Так как падение напряжения на резисторе будет незначительным, может потребоваться операционный усилитель (ОУ) для усиления сигнала на входе АЦП. При выборе ОУ АЦП можно выбирать без дифференциального входа.

4. Для хранения информации о значениях тока необходимо оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Информационная емкость его зависит от числа точек, выводимых в качестве графика на экран. Для качественного изображения количество точек должно быть сопоставимо с разрешением экрана. Таким образом, емкость ОЗУ должна лежать в пределах от 128×8 бит до 256×8 бит. Следует также предусмотреть некоторое количество ячеек ОЗУ в качестве временных регистров. Однако оценить их количество точно на данном этапе проектирования трудно.

5. Необходимо электрически постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) объемом не менее 1 килобайта.

6. Необходим графический индикатор для вывода зависимости. Разрешение его должно быть сопоставлено с разрядностью цифровой системы. Т.е разрешение должно быть в пределах от 128×128 до 256×256 пикселей. Увеличение разрешения приведет к увеличению цены устройства, а уменьшение разрешения – потере качества передаваемой оператору информации.

7. При проектировании следует стремиться к низкой рыночной стоимости комплектующих и к низкому энергопотреблению цифровой системы.

2. Выбор элементной базы проектируемой мпс

1) В качестве МП был выбран 8-ми разрядный процессор Z80 фирмы Zilog.

Всего микропроцессор Z80 имеет 696 кодов операций

Конструктивно микропроцессор представляет собой обычную ионно-имплантированную n-канальную МОП-схе­му. К числу его особенностей относятся:

- наличие 16-разряд­ной адресной шины, благодаря которой существует возможность обращения ко всем периферийным устройствам системы

- его рабочая тактовая частота составляет 2.5 МГц, что значительно выше f_кадр.

- наличие 8-разрядной шины данных, которая соответствует разрядности выбранных периферийных устройств.

- использование для питания лишь одного источника напряжения + 5 В,

- наличие однофазного внешнего синхрогенератора,

- 17 внутренних регистров и встроенная схе­ма регенерации ОЗУ.

В минимальный комплект вычислительной системы входят процессор, источник синхронизирующих импульсов и внешняя память.

Блок-схема микропроцессора Z80 указана на рис. 5.

Рис. 7. Структурная схема процессора Z80.

2) В качестве 8-ми разрядного АЦП использована микросхема ADC0820, совместимая с микропроцессорами Intel 8080, Zilog Z80 и т. д.

Данная микросхема имеет 8-битную шину данных.

Опорное напряжение АЦП составляет 5 В, напряжение питания – 5 В.

Шаг квантования 20 мВ. На аналоговый вход АЦП может подаваться напряжение от 0 до 5 В. Преобразование входного напряжения в двоичный код происходит в соответствии со следующей формулой:

где V_REF - опорное напряжение (5 В),

- выходное число по шине данных.

- входное напряжение.

3) Для подачи напряжения U_ЗИ в схеме используется цифро-аналоговый преобразователь двоичного кода в напряжение.

В данной работе используется микросхема AD7302, совместимая с микропроцессорами Intel 8080, Zilog Z80 и т. д.

Данная микросхема имеет 8-битную шину данных, опорное напряжение 2.5 В (выходное напряжение меняется от 0 до 2.5х2 В), напряжение питание 5 В.

4). В качестве ОЗУ может быть использована микросхема К537РУ9А. Это статическое ОЗУ, ёмкостью 2Кх8 бит и напряжением питания 5В.

5) В качестве ПЗУ использована микросхема К558РР1 ёмкостью 8х256 бит. Это ПЗУ использует источник питания напряжением 5 В

рис.8 Структурная схема МПС