Indhold. I Design 3. Elektronik og elektroteknik Aalborg Universitet

Transkript

1 Indhold I Design 3 1 Sensor-hardware IR-føler Krav til modul Designmuligheder med valg Blokdiagram Design af lokal adressedekoder Design af skifteregister Design af styreenhed Komplet Diagram Test af IR HW og SW Stepmotor Krav til modul Designmuligheder med valg Blokdiagram Design In-Buffer Design Out-Buffer Design Controler/Driver-kreds Komplet Diagram Sonarsensor Krav til modul Designmuligheder med valg Blokdiagram

2 INDHOLD 03gr Design buffer Design sonar-interrupt-styring Samlet diagram Test af sonar HW og SW Sensor-software Motorstyring Krav til modul Overordnet flowdiagram motorstyring Design af Step() Design af Sikkerhedsstep() Design af Sikkerhedssteptid() Design af Kalib() Design af Sweep() Design af Offset() Test af motorstyring Mikroprocessersystem-hardware DTACK Krav til modul Designmuligheder med valg Blokdiagram Design af DTACK Komplet Diagram CD-ROM-indhold Datablade PEEL-programmer

3 Del I Design 3

4 Kapitel 1 Sensor-hardware 1.1 IR-føler IR-følerne er baseret på færdige IR-afstandsmålemoduler, der giver et digitalt 8-bit udgangssignal. Modulet er lavet med seriel udlæsning, hvorfor der skal konstrueres et stykke HW, der kan lave denne udlæsning, og præsentere dataene på databussen på en sådan måde at det kan læses af µp en i en alm. læsecyklus. Når den serielle til parallelle konvertering er færdig skal der gives interruptrequest til µp eren. Systemet baseres på tre afstandsmålemoduler, der er forskudt placeret på samme fysiske blok (se kapitel?? på side??), så målingerne for følerne skal foregå parallelt. Derfor skal der til hvert modul være en buffer der minimum kan indeholde 1 byte data (svarende til en måling) Krav til modul Input Inputtet til dette modul er tre serielle signaler fra de tre IR-afstandsmålemoduler GP2D02 fra SHARP. Funktion Modulets funktion er at konvertere de serielle signaler fra følerne til 8 bit parallelle signaler, der kan læses fra databussen. 4

5 03gr416 Kapitel 1. Sensor-hardware Output Outputtet er 3 gange 8 bit parallelle signaler, hvor der skal adressers på byte-niveau. Dvs. der skal placeres data på databussen fra en føler af gangen Designmuligheder med valg Der er flere forskellige løsningsmuligheder til denne opgave. Der kan laves en softwareløsning, hvor hver enkelt bit udlæses enkeltvis af µp en. Dette vil kræve en del processorkraft, da der skal laves mange målinger hele tiden. En anden mulighed er at lave en ren HW-løsning, hvor der tages udgangspunkt i et serielt-til-paralleltskifteregister. Denne løsning kræver ikke processorkraft, da læsning af data vil foregå på samme måde, som når der læses fra RAM eller ROM. Ulempen ved den rene HW-løsning er, at det signal, der skal genereres for at kunne udlæse det serielle data fra følerne, kræver mange forskellige komponenter. Derfor vil der med fordel kunne anvendes en PEEL-kreds til dette Blokdiagram IR Føler M68k Lokal adressedekoder Skifte register nr. 0 IR-afstandsmålemodul nr. 0 Skifte register nr. 1 IR-afstandsmålemodul nr. 1 Styreenhed PEEL Skifte register nr. 2 IR-afstandsmålemodul nr. 2 Figur 1.1: Blokdiagram over IR-føler. Figur 1.1 viser blokdiagrammet over IR-føleren. Da der er tre moduler, der hver skal kunne læses en byte data fra, er den første blok en lokal adressedekoder, der gør det muligt at vælge en føler-buffer af gangen. 5

6 Kapitel 1. Sensor-hardware 03gr416 Bufferen og seriel-til-parallel-konverteringen er realiseret i en enkelt kreds, da der er valgt en kreds med output enable (EO ). Der er tre af disse blokke, en til hver IR-afstandsmålemodul. Den sidste blok er til selve styringen af konverteringen. Eksterne grænseflader Der er eksterne grænseflader til CPU en, adressedekoderen og IR-afstandsmålemodulerne. Til CPU en er der databussen, hvilken måleresultaterne skal overføres på. Da alle enhederne er memory mapped, vælges IR-følerne via adressedekoderen, hvorefter en lokal adressedekodning sker ved hjælp af de laveste adresseben fra CPU en. Kommunikationen imellem CPU og IR-føler er interruptbaseret, så styresignalerne til dette bruges også. Selve målesignalerne kommer fra IR-afstandsmåle-modulerne, hvilke også styres af IR-følerblokken. Alle signaler er TTL-spændings-kompatible digitale signaler. Input Navn Fork. Beskrivelse Bredde CPU: Adressebus A 1 A 3 Lokal adressering. 3 bit Read/Write R/W Læs eller skriv. 1 bit IACK level 3 IACK3 IRQ bliver behandlet. 1 bit Adressedekoder: Chip select P eri1low Valg IR-følerne. 1 bit IR-afstandsmålemodul: Målesignal IR0 IR0:V out Digital signal føler 0. 1 bit Målesignal IR1 IR1:V out Digital signal føler 1. 1 bit Målesignal IR2 IR2:V out Digital signal føler 2. 1 bit Output Navn Fork. Beskrivelse Bredde CPU: Databus D 0 7 Overførsel af data. 8 bit IRQ level 3 IRQ3 IRQ til CPU. 1 bit IR-afstandsmålemodul: Styresignal IR0 IR0:V in Digital signal føler 0. 1 bit Styresignal IR1 IR1:V in Digital signal føler 1. 1 bit Styresignal IR2 IR2:V in Digital signal føler 2. 1 bit 6

7 03gr416 Kapitel 1. Sensor-hardware Interne grænseflader Der er interne grænseflader mellem den lokale adressedekoder og de tre skifteregistres OE -ben. Styresignalet fra PEEL en styrer både de interne skifteregistre og de eksterne IR-moduler, hvilket er den sidste interne grænseflade. Også her er alle signaler digitale TTL-spændingskompatible Design af lokal adressedekoder Adressedekoderen skal kunne aktivere outputtet på tre buffere, der indeholder de parallelle måledata. Der må kun kunne aktiveres en buffer af gangen, da disse er placeret på samme databus, og de må kun aktiveres, når der foregår en læse-cyklus, så der ikke kan opstå buskonflikt mellem bufferne og CPU en. Til interrupthåndtering bruges allerede en 3-til-8-dekoder (74HCT138), hvilken også i dette tilfælde vil være oplagt at bruge. Den kan adressere flere enheder end de tre, der i dette design er brug for, så systemet er forberedt på op til 5 ekstra IR-moduler ved brug af denne kreds. U11 PERI1LOW A1 A2 A3 VCC G2B Y0 Y1 A Y2 B Y3 C Y4 Y5 G1 Y6 G2A Y IR3 IR2 IR1 74HCT138 Figur 1.2: Diagram over den lokale adressedekoder. Som der ses på figur 1.2, er de tre laveste adresseben forbundet til de tre indgange, der dekodes i kredsen. Da IR-følerne er tildelt adresseområdet P eri1 s ulige adresser (lower), aktiveres adressedekoderen af den eksterne adressedekoders P eri1low, som er forbundet til de to OE -ben. Da der kun skal læses fra bufferne, er det sidste OE -ben forbundet til CPU ens R/W -ben, så den kun aktiveres under en læse-cyklus. Der benyttes de tre laveste udgange, hvilket medfører, at IR-følernes adresser bliver som vist i tabel 1.1 på næste side Design af skifteregister Til den serielle-til-parallelle-konvertering er der valgt et universalt 8-bit skifteregister med 3-state udgange, hvilket betyder, at udgangene kan gøres højimpedante 7

8 Kapitel 1. Sensor-hardware 03gr416 Navn Adresse Perifer enhed nr. 1 0xA til 0xA FFFF IR-føler nr 0 0xA IR-føler nr 1 0xA IR-føler nr 2 0xA Tabel 1.1: De enkelte føleres adresser. ved at deaktivere outputtet med OE. Pga. denne mulighed bruges skifteregistret også som buffer i dette system. Hver enkelt enheds OE styres af den lokale adressedekoder. Skifteregistret kan både konvertere fra seriel til parallel og omvendt. I dette system skal der laves seriel-til-parallel-konvertering ved at skifte mod højre (dvs. det mest betydende bit skiftes først). Se opkoblingen af skifteregistrene på det komplette diagram, figur 1.7 på side Design af styreenhed Det bittog der skal genereres (V in ) for at udlæse dataene fra IR-modulerne kan ses på figur 1.3, se yderligere databladet 1 for udspecificerede tider. IRQ3 IACK3 Vin Min. 1,5ms CLR Vout Gyldig data Max 1,25us Figur 1.3: Timingdiagram over styreenhedens I/O. Systemet baseres på at modulernes V out går høj, når en måling er færdig, hvilket starter udlæsningen. Udlæsningen foregår ved at give 8 pulser på V in (Højest 8kHz og mindst 2,5kHz), efterfulgt af et højt signal i mindst 1,5ms. Derefter startes næste måling ved at sætte V in lav. Signalt til V in bruges direkte til at styre clocken på skifteregistret, hvorved udlæsningen er færdig til at blive læst efter den høje puls på 1,5 ms. Derfor sendes IRQ efter denne tidsforsinkelse. Flowdiagrammet på figur 1.4 på næste side viser en oversigt over forløbet. 1 Se datablad via appendiks på side 11 8

9 03gr416 Kapitel 1. Sensor-hardware Start Nej Er alle følere færdig? Ja Udsend 8 pulser og læs 1 bit data pr. Puls. ( max. 8 khz ) Hold høj signal I min 1,5 ms. og giv IRQ. Nej Er IACK kommet? (og IR-enable) Ja Reset og start ny måling. Figur 1.4: Timingdiagram over styreenhedens I/O. Kredsløbet der udfører denne funktion kan ses på diagrammmet, figur 1.5 på den følgende side. Udlæsningen starter når alle tre følere er færdige med at lave målinger og sætter V out høj. Dette signal trigger et holdekredsløb som starter udlæsningen (Start). De første 8 pulser fra Clocken til udlæsningen ledes via en AND-gate til udgangen (V ina ). Tællerkredsen i midten tæller, og på 9. opafgående clockslag stoppes tælleren, hvorved udgangen (V in) holdes høj. Derud over trigges resetkredsløbet, der efter et delay på 1,5 ms resetter kredsløbet, hvilket medføre at den næste måling kan begynde. Dog kan den efterfølgende måling ikke begynde før end kredsløbet får en interrupt acknowledge fra CPU en og at IR start-bittet, der enabler IR-føler, er sat. Da kredsløbet indeholder mange forskellige komponenter, vælges det at programmere en PEEL 22CV10A til at udføre samme funktion. Den vigtigste del af koden kan ses på figur 1.6 på side 11. Hele koden kan ses på den vedlagte CD, se via appendiks?? på side??. Clocken der giver udlæsningspulserne på 8kHZ kommer fra systemets timerfunktion, der kører med samme frekvens. Tidsforsinkelsen på de 1,5ms laves med et RC-led (R1 og C1 på figur 1.5 på næste side). Beregningen af RC-ledet tager udgangspunkt i en 100nF kondensator, da disse allerede bruges som afkoblingskon- 9

10 Kapitel 1. Sensor-hardware 03gr416 IR-Peel Styreenhed IR1: Vout IR1: Vout IR3: Vout VinB CLK 1 Start VinA 6 21 Counter CKA R A B C D VinB R Vin 15 Arset R1 29,38k IRinterruptstyring og enabel CLR 14 CLR IRQ3 2 IACK3 C1 100n 2 CLR 7 IRstart 8 R2 9 IACK3 2,45k C2 100p SonarPeel: IR-enabel Databus:D7 PERI1LOW R/W* D Q CLK IRstart 20 Figur 1.5: Hardware-diagram over styreenheden. densatorer, se beregning formel 1.1. V c (t) = V CC R = R = C (1 e ( t R C ) ) t ( ( )) ln 1 V C(t) V CC 1, 5[ms] ( ( )) 100[nF ] ln 1 0,8[V ] 2[V ] R = 29, 36[kΩ] (1.1) Som det kan ses på figur 1.5 skal der også bruges et RC-led til at lave en meget kort forsinkelse, således at der kan laves en puls som følge at et skift fra lav til høj på IRstart-benet. RC-ledet består af R2 og C2, hvor kondensatorværdien sættes til 100 pf hvorfra modstanden beregnes i formel 1.2 på modstående side. Tiden sættes til 125 ns, da tilsvarende kanttrigger RC-led bruges ved sonar-hw, hvorved de samme komponentværdier kan benyttes. 10

11 03gr416 Kapitel 1. Sensor-hardware R = 125[ns] ( ( )) 100[pF ] ln 1 0,8[V ] 2[V ] R = 2, 45[kΩ] (1.2) DEFINE VINB = (COUNTA & COUNTD); VINA = (CLK & START); TRUTH_TABLE TAL (COUNTA COUNTB COUNTC COUNTD -> COUNTA COUNTB COUNTC COUNTD) [ ]->[ ] 1 [ ]->[ ] 2 [ ]->[ ] 3 [ ]->[ ] 4 [ ]->[ ] 5 [ ]->[ ] 6 [ ]->[ ] 7 [ ]->[ ] 8 [ ]->[ ] 9 [ ]->[ ] 0 END; EQUATIONS AR = ARESET; SP = 0; VIN.Com = VINA # VINB; R.Com = VINB # (IACK &!R); START.Com = (VOUT1 & VOUT2 & VOUT3) # (START &!CLR); CLK_OUT.Com = CLK_IN &!VINB; ARESET.Com = CLR #!START; IRQ = CLR # (!IRQ & IACK); Figur 1.6: PEEL-kode til styreenheden Komplet Diagram Til addendiks CDindhold: IR-føler GP2D02 PEELkode til IRstyring Test af IR HW og SW Formål Formålet med denne test er at undersøge, om den infrarøde sensors hardware og software virker efter hensigten, og måler nøjagtigt og udgangssignalet er eksponentielt. Testen laves også, så der ud fra resultaterne kan laves en opslagstabel, som programmet kan benytte til at konvertere måleresultaterne til en afstand i meter ud fra den målte eksponentielle værdi. 11

12 Kapitel 1. Sensor-hardware 03gr416 POR* VCC U8 G1 G2 S0 S1 CLK CLR SR SL QA A/QA B/QB C/QC D/QD E/QE F/QF G/QG H/QH QH Databus D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 PERI1LOW Adressebus A1 A2 A3 VCC U G2B Y0 14 Y A Y B Y C Y4 10 Y5 4 9 G2A Y6 6 7 G1 Y7 74HCT138 Adressedekoder POR* VCC ACT299 Seriel/parallel U9 8 G1 QA 7 G2 A/QA 13 S0 B/QB 6 S1 C/QC 14 CLK D/QD 5 CLR E/QE 15 SR F/QF 4 SL G/QG 16 H/QH 17 QH D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 IR-modul 0 JP HEADER JP1 1 VCC IR:Vout1 D2 1N4148 POR* VCC ACT299 Seriel/parallel U10 8 G1 QA 7 G2 A/QA 13 S0 B/QB 6 S1 C/QC 14 CLK D/QD 5 CLR E/QE 15 SR F/QF 4 SL G/QG 16 H/QH 17 QH 74ACT299 Seriel/parallel D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 IR-modul IR:Vout2 R8 4 HEADER D3 1k R9 JP2 1 1N4148 1k IR-modul HEADER IR:Vout3 CLK 8K IACK3 IRstart C8 1n I1/CLK I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 I10 I11 I12 O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8 O9 O IR:Vin IRQ3 22V10A IR-Peel Figur 1.7: Komplet diagram over ir-sensorene. Forventede resultater Ud fra testen skal der komme resultater, der viser, at SW og HW kan fungere sammen efter hensigten. Der skal kunne måles afstand til objekter med en præcision på ± 2 cm. Afstandene skal kunne hentes frem fra mikroprocessorens datalager. IR-modulet skal kunne måle afstande fra 10 cm til 80 cm. I en afstand af 10 cm skal objekter på 5 cm i bredden kunne måles 2. Resultaterne skal vise at måleresultaterne er eksponentielt i forholde til den målte afstand, og stemmer overens med databladet for IR-føleren 3. Fremgangsmåde Afstandstesten udføres ved at måle afstanden til et objekt i forskellige afstande. Der måles ialt 12 forskellige afstande i intervallet fra 10 cm til 80 cm. Afstandene 2 Se afsnit?? på side?? 3 Se appendiks 4 på side 49 12

13 03gr416 Kapitel 1. Sensor-hardware ligger i 4 forskellige områder, med 3 målinger i hvert område med 2 cm afstand. Testen udføres med et objekt på 5 cm i bredden. Måleresultaterne hentes ud af mikroprocessorens datalager og skrives ind i en tabel sammen med de rigtige afstande. Resultater Måleresultaterne for måling af afstanden i forhold til den målte værdi kan ses i tabel 1.2 på side 25. Vurdering Graf indsættes med en eksponentiel tabel af afstand i forhold til målt værdi. Er skidtet eksponentielt???? Virker SW og HW????? Tabel laves ud fra graf/beregning. 1.2 Stepmotor Krav til modul Zonen som IR-følerne skal kunne dække over, er minimum et 100 graders område, som skal kunne drejes 59 grader i begge retninger. Udfra monteringstegning figur?? på side?? i analyse-afsnittet, skal stepmotoren kun dreje (2 25)+(2 59) = 168 grader i alt. Dette betyder, at den skal være i stand til at lave 47 full steps(3,6 grader). Udfra valget i Systemdesign, skal stepmotoren styres software mæssigt. Der er monteret en kontakt på motoren, der bliver aktiveret når motoren er drejet helt mod uret. Denne kontakt bliver kaldt Kalib. Funktion Stepmotorens funktion er at dreje sensorerne, når den får et input fra CPU en. Den skal kunne dreje i begge retninger og benytte både halv- og hel- step. Input Input til stepmotormodulet kommer dels fra M68k via databussen, som styrer opsætning af stepmotor, chip-select fra adresse dekoderen. 13

14 Kapitel 1. Sensor-hardware 03gr416 Output Motoren drejer og HOME-benťet giver signal om stepmotor modulet er i home stilling. Kalib-benťet giver mulighed for at kalibrere Stepmotorens position Designmuligheder med valg Den eneste stepmotor det var muligt at få var NEC HB-306-B2202. Det er en ældre model til et floppy drev, derfor er det ikke muligt at finde et datablad. Det er en bipolar viklet motor, og der er fundet en komplet controler- samt driver-kreds til den. For at kunne styre motoren via software, er det hensigtsmæssigt med en buffer og en controler/driver-kreds. Bufferen er der for at sikre, at controler/driver kredsen bliver ved med at holde den pågældende stilling, indtil der kommer signal om at den skal gøre andet. Controler/driver-kredsen sørger for at man kan styre motoren med TTL niaveuer, samt at det er simplere at styrer den Blokdiagram Eksterne grænseflader Stepmotoren skal styres software-mæssigt og derfor er dens ene grænse-flade databenene på M68k, og chip-select til kredsen. Den anden er, at motoren skal være istand til at trække monteringsklodsen til IR-følerne. Diagrammet på figur 1.8 viser de blokke, som stepmotor-modulet er opbygget af. De enkelte blokke er beskrevet i de efter følgende afsnit. M68k Input In-Buffer Controller/ driverkreds til Motor Motor Output Out-Buffer Kalib Figur 1.8: Blokdiagram over stepmotor-modul Efterfølgende tabeller viser input og output til stepmotor-modulet s eksterne grænseflader. Input Navn Fork. Beskrivelse Bredde Peri 1 upper PERI1UP vælger stepmotormodul 1 bit Databus D 8 13 Overførsel af data 5 bit 14

15 03gr416 Kapitel 1. Sensor-hardware Output Navn Fork. Beskrivelse Bredde Databus D Overførsel af data 2 bit Stepmotor ben 1 4 Styring af stepmotor 4 ledninger Interne grænseflader Bufferen har intern grænseflade op mod controler-driver kredsen. Denne grænseflade skal kører med TTL niveauer Design In-Buffer In-Bufferen er valgt til at være en D-flipflop kreds fra Phillips 74HCT Funktionen for denne er, at den skal holde data på udgangen, indtil den bliver bedt om at give nye data på udgangen. Dette er nødvendigt, da M68k kun holder data på bussen i ca 40ns og for at motoren holder (bremser) skal dette holdes hele tiden. Enable-benet skal altså hele tiden være aktivt. Navn Fork. Beskrivelse In-/Out-put Kalibrering Kalib Kontaktsignal til kalibrering Output Home HOME Controlleren er i Home stilling Output Reset RESET Controlleren stilles i Home Input Enable ENABLE Enabler output til motoren Input Half/Full H/F Halv eller Hel step Input Clock/Counter C/CW Bestemmer retningen Input Control CONTROL Input Clock CLOCK Clock puls til at give et step Input Ground GND Ground Input 5 Volt Vcc Forsyning Input Design Out-Buffer Out-Bufferen er valgt til at blive programmeret i en af de eksisterende PEELkredse 5. Dette er gjort fordi, der kun er to signaler der skal latches ud, og fordi der var tilstrækkelig plads i den pågældende kreds. Output-Bufferen er programmeret 4 Datablad via appendiks 4.1 på side 49 5 PEEL-kredsen hedder "IACK, Motor & CLK 8K", programkoden kan findes via appendiks 4.2 på side 49 15

16 Kapitel 1. Sensor-hardware 03gr416 til at have 3-state-output, da dette skal forbindes med databussen.!!!!!!!!!!!!!tegning!!!!!!!!!!! PEEL-programkode HOMEOUT.OE =!PERI1UP & RW; Når PERI1UP (fra Bytecontrol) er lav og RW (R/W* fra µ-processoren) er høj, er HOMEOUT.Com aktiveret, ellers er dette højimpedanset. HOMEOUT.Com = HOMEIN ; HOMEOUT er direkte HOMEIN signalet fra driverkredsen. KALIPOUT.OE =!PERI1UP & RW; Når PERI1UP (fra Bytecontrol) er lav og RW (R/W* fra µ-processoren) er høj, er KALIPOUT.Com aktiveret, ellers er dette højimpedanset. KALIPOUT.Com = KALIPIN; KALIPIN er kalibreringskontakten på stepmotoren. Den komplette programkode til denne PEEL-kreds kan findes via Appendiks 4.2 på side 49 under navnet "IACK, Motor & CLK 8K" Design Controler/Driver-kreds Controlleren/Driveren laves med 2 kredse L297 og L298 fra SGS-Thomson 6. De to kredse er et færdigt driver kredsløb til en bipolar stepmotor. Fordelen ved dem er at de kan styres med TTL niveauer, der er de idelle til vores anvendelse. Desuden er det nemmere at styrer retning, da der kun er et ben til at ændre retningen og det er uafhænging af hvilken vej, stepmotoren drejede sidst. Opbygning af kredsene er taget direkte fra databladet, og der er ikke foretaget ændringer, da dette er en anvendelig løsning Komplet Diagram Det samlede kredsløb for modulet ses på figur 1.9 på modstående side. CW/CCW* (clockwise/counterclockwise) er det ben der bestemmer retningen. Ved høj niveau drejer den med urets retning og ved lavt niveau mod urets retning. 6 Datablad via appendiks 4 på side 49 16

17 03gr416 Kapitel 1. Sensor-hardware Figur 1.9: Diagram over driver kredsløb Clock* dette ben styrer hvornår den skal lave det næste step og det er aktiv lavt. For at den kan nå at registrer det skal det være aktiv lavt i minimum 0,5 µs. H/F* (Half/full) bestemmer om der laves et halv(1,8 grader) ved højt niveau eller et helt step(3,6 grader) ved lavt niveau. Reset* resetter(aktiv lav) det interne register i driverkredsen L297 til at stå den binære værdi(0101), hvilket kaldes home. Enable gør at driverkredsen er aktive. Control Home er en udgang der fortæller om driver kredsen er i home stilling. Kalib er en udgang der bruges til at kalibrere stepmotorensposition med. Det er ikke en del driveren, men en kontakt det bliver monteret, således at den bliver aktiveret når stepmotoren er i den ene yder stilling. Vikling 1 og 2 er til hver deres vikling på stepmotoren. 17

18 Kapitel 1. Sensor-hardware 03gr Sonarsensor Krav til modul Funktion Sonarstyringens funktion er at styre op til 5 stk sonarmoduler, så mikroprocessoren nemt kan sende/modtage data til/fra dem. Input Der er inputs i form af styresignaler til sonarmodulerne. Desuden er der signaler til at indikere, at der ønskes kommunikation med sonarmodulerne, samt om der ønskes en læse- eller skrive-cyclus. Output Systemets outputs er en tidsforsinket respons på input, der beskriver, hvor lang afstanden er fra sonarmodulerne til objekter Designmuligheder med valg Fra sonarmodulerne er der et udgangssignal, der hedder ECHO. Det er tiden fra målingen påbegyndes, og til at dette udgangsignal aktiveres, der indikerer, hvor lang afstand der er til objektet. Der er to metoder til at få denne data fra sonarmodulet. Den ene er gennem databussen via en buffer. Ved denne metode skal mikroprocessoren hele tiden læse på databussen for at se, om der kommet et ECHOsignal. Den anden metode er, at lade ECHO-signalet styre et interrupt, og lade mikroprocessoren tage sig af signalet, når det kommer. Med denne metode spares der processorkraft. Derfor vælges den sidstnævnte Blokdiagram På figur 1.10 på næste side ses blokdiagrammet over sonarmodulerne samt deres styring. For at forhindre en konflikt på databussen, indsættes en buffer mellem databussen og sonarmodulerne. Signalerne "PERI2UP*" og "R/W*" aktiverer bufferne, når der ønskes at skrive til modulerne. Fra sonarmodulerne kommer et ECHO-signal, som er input til interruptstyring, så der kommer et interruptsignal, og så dette stoppes, når styringen modtager et IACK-signal. 18

19 03gr416 Kapitel 1. Sensor-hardware RW* PERI1UP* M68k databus Buffer Sonarmoduler Sonarinterruptstyring ECHO IRQ5* IACK5* Figur 1.10: Blokdiagram over sonar-moduler samt -styring. Eksterne grænseflader Input Indgangen "PERI2UP*" angiver, at det er sonarmodulet, CPU en vil kommunikere med. "R/W*" angiver, at CPU en vil skrive til eller læse fra sonarmodulet. Hele bredden af databussen benyttes, hvilket vil sige 16 bit. Databussen overfører data fra CPU en til sonarmodulerne. Den fungerer her kun som input til sonarmodulerne og læser data ved CPU ens skrive-cyklus. Før CPU en har behandlet interruptrequestet fra sonarmodulet, sender den en interruptacknowledge nummer 5(IACK5), så sonarstyringen kan fjerne requestet igen. Desuden er ECHO-signalet fra sonarmodulet et ekstern udgangssignal, som skal starte et IRQ5, og stoppe det igen ved et IACK5. Navn Fork. Funktion Bredde CPU: Bytecontrol PERI2UP* Vælger enhed 1 bit Read/write R/W* Skriver til enhed ved læsecyclus 1 bit Databus D 00 - D 14 Overfører data til sonar 15 bit Interruptacknowledge IACK5 Interrupt er behandlet 1 bit Sonarmodul: Echo ECHO Modtaget signal fra transducer 3 bit 19

20 Kapitel 1. Sensor-hardware 03gr416 Output De eksterne outputs består af databussen efter bufferen, det vil sige det indhold af databussen, som kun vedkommer sonarmodulet. Databussen bruges til at overføre data til sonarmodulets 3 indgange: INIT, BLNK og BINH. Når sonarmodulet aktiveres på INIT-indgangen, begynder det at udsende målepulser. Når det interne blanking ønskes fjernet, skal BINH-benet sættes. Når modulet modtager en puls tilbage fra omverdenen, skal BINH sættes, inden den igen kan modtage signaler fra dens omgivelser. Desuden er interruptrequest nummer 5 (IRQ5) et ekstern output. Mikroprocessoren skal modtage dette for at kunne måle, hvor lang tid der er gået fra målingen er sendt afsted, og til der kommer et echo tilbage. Navn Fork. Funktion Bredde CPU Interrupt IRQ5 Giver signal ved ECHO 1 bit Sonarmoduler Initialisering INIT Start ny målingscyclus 3 bit Blanking inhibit BINH Fjern intern blanking 3 bit Blanking BLNK Foretag ny måling 3 bit Design buffer Som buffer er der valgt en 74HCT573 kreds, som er en 1 8 bit buffer med latch enable (LE). Da der skal benyttes!!!!!!??? 3??? sonarmoduler (Tjek dette inden aflevering og referere til sonar-test)!!!!!!!! for at dække det ønskede område, skal der benyttes 15 databit, hvilket medfører, at der skal benyttes to buffer-kredse. For at få bufferne til at skrive til sonarmodulerne mens der er den rigtige data på databussen, skal der på LE-benet komme et signal, når der bliver skrevet til sonarmodulet. UDS og LDS signalerne går lavt imens der er data på bussen (Se tidsdiagram 3.2 på side 44). Chipselectet "PERI2" vælger sonarmodulet. Signalet "PERI2UP*" er et aktivt lavt signal, der indikerer at både PERI2 og UDS er aktive. "R/W*-signalet er logisk lavt ved skrivecyklus og aktivt højt ved læsecykluser. Derfor skal indgangene "peri2up" og "R/W*" begge være logisk lave for, at LE skal aktiveres. De to signaler er aktivt lave og LE er aktiv høj, hvorfor de to indgangssignaler inverteres og sættes ind i en AND-gate. Diagrammet over bufferen kan ses på figur 1.11 på næste side. 20

21 03gr416 Kapitel 1. Sensor-hardware Figur 1.11: Diagram over buffer. Figur 1.12: Diagram over interrupthåntering Design sonar-interrupt-styring Der skal gives et interrupt, når bare et af sonarmodulerne giver et ECHO, hvorfor der sættes en 4 input OR-gate på dem. Interruptsignalet skal kun holdes højt, indtil der kommer et IACK-signal tilbage fra mikroprocessoren. Derfor opbygges der et holdekredsløb op af en NOR-gate og en AND-gate med en inverteret indgang, der til sammen sørger for det. For hurtigt at stoppe ECHO-signalet til holdekredsløbet, indsættes et forsinkelseskredsløb, der sørger for at IACK-signalet kan stoppe IRQsignalet kort tid efter, der er kommet et ECHO-signal. Forsinkelseskredsløbet bliver bygget op omkring et RC-led og en AND-gate med en inverteret indgang. For at dette fungere skal ECHO-signalet inverteres, hvorfor den 4 input OR-gate ændres til en 4 input NOR-gate. Der ønskes en tidsforsinkelse på 125 ns, der er mindre end 21

22 Kapitel 1. Sensor-hardware 03gr416 den tid det tager CPU en, at modtage et interrupt, hvilket tager 4 clock-pulser. Derfor vælges en tid på 1 clock-puls, hvilket er 1/8M Hz = 125ns. Kondensatoren er valgt til 100 pf. Beregningen af kondensatoren kan ses i formel 1.3. Diagrammet over interrupthåndteringen kan ses på figur 1.12 på foregående side. V c (t) = V CC R = R = C (1 e ( t R C ) ) t ( ( )) ln 1 V C(t) V CC 125[ns] ( ( )) 100[pF ] ln 1 0,8[V ] 2[V ] R = 2, 45[kΩ] (1.3) Samlet diagram Det samlede diagram over styringen til sonarmodulerne kan ses på figur 1.13 på modstående side. Alle de logiske gates programmeres ind i en PEEL. PEELprogrammets ligning kan ses nedenfor 7. RCIN-indgangen og IRQ5-indgangen er aktiv lave. PEEL-kredsen hedder "buffer-styring". EQUATIONS: LE =!PERI2UP \&!RW RCIN = ECHO1 \# ECHO2 \# ECHO3 \# ECHO4 IRQ5 = (RCOUT \&!RCIN) \#~ (!IRQ5 \& IACK5) Test af sonar HW og SW Formål Formålet med denne test er at undersøge, at sonarens hardware og software virker efter hensigten, samt at undersøge sonartransducernes måleområde. Måleområdet skal undersøges for at få afklaret, hvor mange sonarmoduler der skal bruges for at kunne dække området på 156 grader, hvilket er kravet til sonararrayet 8. 7 I appendiks 4.2 på side 49 kan hele programmet ses. 8 Se afsnit?? på side?? 22

23 03gr416 Kapitel 1. Sensor-hardware Figur 1.13: Diagram over styringen til sonarmoduler. Forventede resultater Ud fra testen skal der komme resultater, der viser at SW og HW kan fungere sammen efter hensigten. Der skal kunne måles afstand til objekter med en præcision på ± 5 cm 9. Afstandene skal kunne hentes frem fra mikroprocessorens datalager. Sonaren skal kunne måle afstande fra 30 cm til 2m. I en afstand af to meter, skal objekter på 10 cm i bredden kunne måles. Resultaterne skal vise, at udgangssignalet er liniære i forhold til den aktuelle afstand. Sonartransducernes måleområde skal også måles. Med dette menes, hvor langt transduceren kan måle i forskellige retninger ud fra den. Der skal måles, hvor langt fra sensoren transduceren kan opfange objekter. Transduceren skal drejes fem grader for hver måling. Fremgangsmåde Afstandstesten udføres ved at måle afstaden til et objekt i forskellige afstande. Der måles i 12 forskellige afstande i intervallet fra 30 cm til 2 meter. Afstandene ligger i 4 forskellige områder med 3 målinger i hvert område med 5 cm afstand. Testen udføres med et objekt på 10 cm i bredden. Måleresultaterne hentes ud af mikroprocessorens datalager og skrives ind i en tabel sammen med den rigtige afstand. Sonartransducerens måleområde måles i et lokale med meget plads. Transduceren 9 Se afsnit?? på side?? 23

24 Kapitel 1. Sensor-hardware 03gr416 fastmonteres, så der kan måles i præcise vinkler. Et objekt på 10 cm i bredden bevæges ind mod sensoren i den ønskede vinkel, indtil sensoren detekterer objektet. Afstanden til objektet noteres i en tabel, og den næste vinkel kan måles. Resultater Måleresultaterne for måling af afstanden i forhold til den målte værdi kan ses i tabel 1.3 på modstående side. Resultaterne for måling af transducernes måleområde kan ses i tabel 1.4 på næste side. Vurdering Graf indsættes med liniaritetstabel af afstand i forhold til målt værdi. Er skidtet liniært???? Virker SW og HW????? Et billede af hvor langt sensoren kan måle i forhold til vinkel indsættes. Hvor mange sensorer kræver det at kunne måle 156 grader??? 24

25 03gr416 Kapitel 1. Sensor-hardware Afstand [m] Målt afstand Afstand [m] Målt afstand 0,10 0,54 0,12 0,56 0,14 0,58 0,32 0,76 0,34 0,78 0,36 0,80 Tabel 1.2: Den infrarøde sensors måleresultater Afstand [m] Målt afstand Afvigelse Afstand [m] Målt afstand Afvigelse 0,30 1,30 0,35 1,35 0,40 1,40 0,90 1,90 0,95 1,95 1,00 2,00 Tabel 1.3: Sonarens måleresultater Vinkel Mulig afstand [m] Vinkel Mulig afstand [m] Tabel 1.4: Transducerens måleområde 25

26 Kapitel 2 Sensor-software 2.1 Motorstyring Krav til modul Funktion CPU en skal med dette software kunne styre driverkredsløbet for stepmotoren. Det skal for være muligt at foretage hele og halve steps i begge retninger, kunne kalibrere, gennemløbe et defineret sweep og lave et offset. Motorstyring anvender følgende variabler: steppos : Stepmotorens position i halve steps fra kalibrering, som er så langt til venstre som muligt. zonestep : Angiver nuværende step i sweep-zonen, som er forskudt 16,5 halve steps fra kalibrerings-positionen. Der er 13 steps i sweep-zonen startende med 0 til venstre og sluttende med 12 til højre. stepreg : En software-kopi af hardware-registret til stepmotoren. Angiver bl.a. retning og halve/hele steps. Se hardwareregister i afsnit på side Overordnet flowdiagram motorstyring Det overordnede flowdiagram for motorstyringen kan ses på figur 2.1 på næste side. Motorstyring bliver kaldt ved opstart af Init(), som først kalibrerer stepmotoren ved hjælp af Kalib(). Derefter kalder Init() Offset(), så IR-følerne bliver drejet ud til starten af sweepet. 26

27 03gr416 Kapitel 2. Sensor-software IRinterrupt() kalder Sweep() hver gang, CPU en får IRQ3. Sweep() kalder Step() for hvert step i sweep-zonen, og efter det sidste step i sweep-zonen, kalder Sweep() Offset(), som ved hjælp af Step() drejer motoren tilbage til startpositionen af sweepzonen. Init() Kalib() IRinterrupt() Sweep() Step() Data til motor Offset() Figur 2.1: Overordnet flowdiagram over motorstyring. 27

28 Kapitel 2. Sensor-software 03gr Design af Step() Step() kan ændre på clock en i stepreg, og sende det til hardwareregistret. Det vil sige, at Step() kan flytte stepmotoren et step. Step() kan kaldes af henholdsvis Offset(), Kalib() og Sweep(). Se flowdiagram på figur 2.2 Kald fra Offset() Kald fra Kalib() Step() Data til motor Kald fra Sweep() Figur 2.2: Overordnet flowdiagram over Step(). Se flowdiagram for Step() på figur 2.3 på næste side. Step() kalder først underfunktionen Sikkerhedsstep() for at sikre, at stepmotorens grænser ikke overskrides. Herefter sættes clock en i stepreg lav, og registret sendes til motoren. Dernæst sættes clock en høj igen, og registret sendes. Dermed har motoren fået en puls og vil dreje eet step. Programkode der kommer programkode for hver funktion indenfor motorstyring 28

29 03gr416 Kapitel 2. Sensor-software Start Kald Sikkerhedsstep() Kald Sikkerhedssteptid() Opsæt stepreg -clock*: lav Send byte Ops æt stepreg -clock*: høj Send byte Stop Figur 2.3: Flowdiagram over Step(). 29

30 Kapitel 2. Sensor-software 03gr Design af Sikkerhedsstep() Sikkerhedsstep() tjekker, om grænserne for sweep-zonen vil blive overskredet ved et step mere. Hvis dette er tilfældet, meldes der fejl, og Step() afbrydes. Sikkerhedsstep kaldes af Step(). Se flowdiagram på figur 2.4 Kald fra Step() Sikkerhedsstep() Afbryd ved ERROR Figur 2.4: Overordnet flowdiagram over Sikkerhedsstep(). Flowdiagram for Sikkerhedsstep() kan ses på figur 2.5 på næste side. Sikkerhedsstep() undersøger først, om stepreg er opsat til at tage halve eller hele steps. Derefter undersøges for, om stepmotoren skal køre mod uret eller med uret. Skal den køre mod uret med et halvt step, trækkes en fra steppos, og der lægges en til, hvis stepmotoren skal køre med uret. Tilsvarende sker det med hele steps bortset fra, at der enten trækkes to fra steppos eller lægges to til. Hvis steppos kommer over eller under en af de to definerede grænser stepposmin og stepposm AX, er der overflow, og der gives en fejlmeddelelse, og funktionen afbrydes. Programkode 30

31 03gr416 Kapitel 2. Sensor-software Start hastighed ==half ja retning==cw ja steppos++ nej nej steppos-- retning==cw ja steppos+2 nej steppos-2 overflow ja ERROR nej Stop Figur 2.5: Flowdiagram over Sikkerhedsstep(). 31

32 Kapitel 2. Sensor-software 03gr Design af Sikkerhedssteptid() beskrivelse af Sikkerhedssteptid() kommer senere Flowdiagrammet ses på figur 2.6. Start clkcount-oldclkcount >=rotationmax clkcount=oldclkcount Stop Figur 2.6: Flowdiagram over Sikkerhedssteptid(). Programkode 32

33 03gr416 Kapitel 2. Sensor-software Design af Kalib() Når systemet startes, skal opsætningen for måling initialiseres. Det betyder bl.a., at stepmotoren skal kalibreres, så den starter et bestemt sted hver gang. Dette gøres ved at dreje motoren, til Kalib-knappen rammes, hvorefter motoren stoppes. På figuren 2.7 ses det overordnede flowdiagram over Kalib(). Kald fra initialisering (ops ætning) Kalib() Data til/fra motor steppos Figur 2.7: Overordnet flowdiagram over Kalib(). Flowdiagrammet for Kalib() kan ses på figur 2.8 på den følgende side. Først opsættes stepreg, så stepmotorens retning bliver mod uret (CCW*), da Kalib-knappen er i venstre side. stepreg opsættes også til at køre med halve steps, og så startes en while-løkke som kalder Step() indtil stepmotoren drejer så langt til venstre, at Kalib-knappen sluttes. Denne kontakt sætter kalib bit højt, og steppos nulstilles. Programkode 33

34 Kapitel 2. Sensor-software 03gr416 Start Opsæt stepreg -retning: CCW* -hastighed: half Kalib-bit højt nej Kald Step() ja Nulstil steppos Stop Figur 2.8: Flowdiagram over Kalib(). 34

35 03gr416 Kapitel 2. Sensor-software Design af Sweep() Sweep() kaldes af IRinterrupt() og sørger for, at motoren og IR-følerne foretager det definerede sweep. Overordnet flowdiagram kan ses på figur 2.9. Kald fra IRinterrupt() Kald sweep() Data til motor zonestep Figur 2.9: Overordnet flowdiagram over Sweep(). Flowdiagrammet for Sweep() kan ses på figur 2.10 på den følgende side Først opsættes stepreg til at køre hele steps i retning med uret. Step() kaldes, og der bliver foretaget eet step med uret. zonestep forøges med 1. Derefter undersøges det, om zonestep er lige med 12 (zonestep går fra værdien 0 til 12). Hvis den er det, er det sidste step taget i sweepet, og Offset() kaldes for at komme tilbage til startpositionen for sweepet. Det vil sige, at der skal steppes 12 steps mod uret. Derefter nulstilles zonesteps, og sweepet kan starte forfra. Hvis zonestep ikke er lig med 12, stopper funktionen, og skal så kaldes igen for at foretage et step mere i sweepet.. Programkode 35

36 Kapitel 2. Sensor-software 03gr416 Start Ops æt stepreg -retning: CW -hastighed: full* Kald Step() zonestep++ zonestep==12 ja Kald Offset() -flyt 12 steps CCW nej Stop Nulstil zonestep Figur 2.10: Flowdiagram over Sweep(). 36

37 03gr416 Kapitel 2. Sensor-software Design af Offset() Offset() kan kaldes fra robotten og fra Sweep(). Robotten skal kunne lave et offset af sweepet. Sweep() kalder Offset() hver gang der er foretaget et helt sweep. Dette er for at komme tilbage i startpositionen af sweepet. Det overordnede flowdiagram over Offset() kan ses på figur Kald fra robot Offset() Data til motor Kald fra Sweep() Figur 2.11: Overordnet flowdiagram over Offset(). Flowdiagram for Offset() kan ses på figur 2.12 på den følgende side. Offset() indtastes med tre parametre: antalhele, halve og rotation. antalhele beskriver, hvor mange hele steps, motoren skal rotere. Halve beskriver, om der skal roteres et halvt step. rotation beskriver, hvilken retning der skal offset es til (clockwise/counter clockwise). Først undersøges det, om antalhele er forskellig fra nul. Hvis den er det, opsættes stepreg til at at dreje med hele steps og med den retning, som er angivet af rotation. Derefter kaldes Step(), som udfører steppet. Til sidst trækkes 1 fra antalhele, og der undersøges igen, om antalhele er forskellig fra nul. Hvis antalhele ikke er forskellig fra nul, undersøges det, om halve angiver, at der skal roteres et halvt step. Hvis der skal det, opsættes stepreg til halve steps, og Step() kaldes. Programkode 37

38 Kapitel 2. Sensor-software 03gr416 Start Antal hele==0 nej Ops æt stepreg -retning: rotation -hastighed: full* Kald Step() Antal hele -- ja Halve==0 nej Opsæt stepreg -retning: rotation -hastighed: half Kald Step() ja Stop Figur 2.12: Flowdiagram over Offset(). 38

39 03gr416 Kapitel 2. Sensor-software Test af motorstyring Formål Softwaren til stepmotor-driveren skal testes. Alle funktionerne under motorstyring skal testes, herunder Step(), Kalib(), Sweep() og Offset() samt deres underfunktioner. Forventede resultater Der forventes, at stepmotoren drejer med den opsætning, der er i stepreg, hver gang Step() kaldes. Kalib() bør dreje motoren til venstre og stoppe, når Kalib-knappen sluttes. Offset() skal kunne kaldes med hele steps og halve steps, og der skal kunne ændres retning. Efter zonestep er nulstillet, bør Sweep() kunne kaldes 12 gange, hvorefter Offset() vil blive kaldt af Sweep(), og motoren bør dreje 12 steps mod uret. Fremgangsmåde For at foretage denne test, forudsættes det, at IR-følerne er deaktiveret, så der ikke kommer IRQ3, og at Init() ikke kaldes. Først kaldes Kalib(). Stepmotoren kalibreres, og dermed virker både Step() og Kalib(). Derefter kaldes Offset() med parametrene antalhele : 16, halve : 1 og retning : CW. Dermed drejes motoren til startposition af sweepet, og så virker Offset(). zonestep sættes lig med nul, og Sweep() kaldes 12 gange. Efter den tolvte gang, vil Offset() blive kaldt af Sweep(), hvis denne virker efter hensigten, og stepmotoren drejer tilbage til startpositionen af sweepet. Resultater Vurdering 39

40 Kapitel 3 Mikroprocessersystem-hardware 3.1 DTACK Krav til modul Funktion DTACK-generatoren skal indikere at en valgt perifer enhed har modtaget og godkendt data til eller fra databussen. Derudover angiver DTACK-generatoren, at M68k kan fortsætte i dens R/W-cyklus, uden at skulle indsætte yderligere waitstates i dens afvikling af dens programmering. Input Input til DTACK-generatoren kommer fra Chipselect til de enkelte perifere enheder. Output Output fra DTACK-generatoren sker i form af en DTACK* til DTACK*-benet på M68k Designmuligheder med valg M68k kan teoretisk indsætte waitstates uendeligt, hvis den ikke modtager et DTACK*. Dette betyder at i designet af DTACK-generatoren til dette projekt, skal dette undgås da IAM skal kunne eksekvere sin programmering så hurtig som muligt. 40

41 03gr416 Kapitel 3. Mikroprocessersystem-hardware RAM- og ROM-kredsene er valgt i dette projekt så det ikke er nødvendigt at indsætte waitstates i DTACK-generatoren, dermed kan designet af denne forsimples. Da ingen af de perifere enheder, som er valgt i dette projekt kan sende en DTACK* tilbage til M68k, betyder det at designet skal sende en automatisk respons tilbage til mikroprocessoren. En måde at gøre det på er at bruge output fra Chipselect. Det har den fordel at det begrænser tidsforbruget på DTACK-generatoren. I tilfælde af en bus-error designes kan der designes en BEER-watchdog, dette udelades i dette rapport da der ikke forudses at skulle opstå en bus-error i så lille et kredsløb Blokdiagram Ud fra designvalgene kan der opstilles et blokdiagram over systemet for at identificere de eksterne og interne grænseflader, som der er i systemet. Dette system er opstillet i figur 3.1. Figur 3.1: Blokdiagram over DTACK-generator. Eksterne grænseflader De eksterne grænseflader er overfor mikroprocessoren og Chipselect for henholdsvis input og output. Input Input til DTACK-generatoren kommer fra Chipselect i form af dennes valg af enhed. 41

42 Kapitel 3. Mikroprocessersystem-hardware 03gr416 Navn Forkort. Funktion Bred. Flash RAM ROM* vælger flash RAM 1 bit RAM 1 RAM1* vælger RAM 1 1 bit RAM 2 RAM2* vælger RAM 2 1 bit Perifer 1 PERI1* vælger perifer 1 1 bit Perifer 2 PERI2* vælger perifer 2 1 bit Perifer 3 PERI3* vælger perifer 3 1 bit ACIA chip ACIA* vælger ACIA og sender til byte control 1 bit Output Output går kun til mikroprocessoren i form af DTACK*. Navn Forkort. Funktion Bred. Data Transfer DTACK* indikerer at dataoverførslen 1 bit Acknowledge er godkendt Interne grænseflader Der er ingen interne grænseflader i DTACK-generatoren Design af DTACK Funktion DTACK-generatorens opgave er at skulle angive at indholdet på databussen er blevet accepteret overfor M68k. Dette har betydning i mikroprocessorens read og write cyklus, hvor det kan være nødvendigt at indsætte waitstates. Input Input til DTACK-generatoren kommer fra Chipselect og består af at den er koblet til output benene FLASH*, RAM1*, RAM2*, PERI1*, PERI2* og PERI3*. Output Output fra DTACK-generatoren sker i form af et DTACK* til M68k på dennes DTACK-ben. 42

43 03gr416 Kapitel 3. Mikroprocessersystem-hardware Læsecyklus I figur 3.2 på den følgende side er der opstillet et timingsdiagram over dette projekt, som viser om det er nødvendigt at indsætte waitstates i DTACK-generatorens læsecyklus. I den asynkrone læsecyklus aktiveres mikroprocessorsystemet ved at R* aktiveres i sammenhæng med AS* UDS*, LDS* og adressebussen. Dette sker i S0-S2 clock-cyklussen, som aktiverer adressedekoderen, som sammen med valget af et adresseret modul aktiverer DTACK-generatoren. Dette sker i begge tilfælde med 10 ns forsinkelse grundet PEEL-kredsen. I de enkelte tidsdiagrammer er der indsat en tidsdifferens for at indikere at der kan gå mellem 3 og 60 ns fra klokken går høj til AS* og DS* går lav. Derefter læses data fra modulet max 62 ns efter DTACK* er blevet sat. Begge hukommelseskredse der er i brug opfylder disse tidskrav, og det er derfor ikke nødvendigt at indsætte waitstates.??indsæt note om hvorfra det kommer??? 43

44 Kapitel 3. Mikroprocessersystem-hardware 03gr416 & #! ( &!"#$!$ &$ %!&$!$ &$ $(&$ %!&$!$ & $ & $!$ & $ %!&$ %!&$ )!$ &%# $ ' Figur 3.2: Skrive-cyklussen i IAM. 44

45 03gr416 Kapitel 3. Mikroprocessersystem-hardware Skrivecyklus I figur 3.2 på forrige side er der opstillet et timingsdiagram over dette projekt, som viser om det er nødvendigt at indsætte waitstates i DTACK-generatorens skrivecyklus. I den asynkrone skrivecyklus aktiveres mikroprocessorsystemet ved at W* aktiveres i sammenhæng med UDS*, LDS* og databussen. Dette sker i S0-S4 clock-cyklussen. Dette aktiverer adressedekoderen, som sammen med valget af et adresseret modul aktiverer DTACK. Dette sker i begge tilfælde med 10 ns forsinkelse grundet PEEL-kredsen. I de enkelte tidsdiagrammer er der indsat en tidsdifferens, for at indikere at der kan gå mellem 3 og 60 ns fra klokken går høj, til AS* og DS* går lav. Derefter skrives data på databussen til modulet. Dette sker min. 30 ns efter at W* er blevet aktiveret. Det bemærkes, at DTACK* sker automatisk så den kommer før eller umiddelbart efter data er blevet placeret på databussen. Dette er gjort for at undgå waitstates. 45

46 Kapitel 3. Mikroprocessersystem-hardware 03gr416 # & # ' & "#$ $ %&$ ($ &$ &$ %&$ $ & $ %&$ & $ $ %&$ &%##$! & $ %&$ & $ $ & $ %&$ & $ %&$ ($ &%# $ Figur 3.3: Write cyklussen i IAM. 46

47 03gr416 Kapitel 3. Mikroprocessersystem-hardware DTACK-Kredsløb Da DTACK skal give tilbagemelding til M68k så hurtigt, som muligt uden waitstates opstilles den logiske ligning for DTACK nedenfor. Det bemærkes at det sker automatisk når en adresseret enhed aktiveres. DT ACK = F lash RAM1 RAM2 P ERI1 P ERI2 P ERI3 (3.1) Herunder er indtegnet det peelprogram, som er lagt på chippen. Chippen er blevet kaldt "Chipselect". Det bemærkes at FLASH og RAM1 er interne ligninger i Chipselect, mens resten af ligningerne bruges som udgange i chippen. DEFINE DTACK.Com= FLASH + RAM1 +!RAM2 +!PERI1 +!PERI2 +!PERI3; Komplet Diagram DTACK-generatoren indgår, som en del af de programmerede PEEL-kredse, som udgør adressedekoderen. Dette sker for at spare kredsløb i det samlede design. Derfor fremgår det komplette diagram af adressedekoderens komplette diagram, hvor DTACK* sker på ben 14 på chipselect se figur 3.4 på den følgende side.?? kan denne figur ikke skrottes og nøjes med henvisningen til adressedekoder det er jo den samme figur???? 47

48 Kapitel 3. Mikroprocessersystem-hardware 03gr416 M68k : A23-A17 M68k : AS* M68k : LDS* M68k : UDS* A23 A22 A21 A20 A19 A18 A U7 I1/CLK O1 I2 O2 I3 Chip-select O3 I4 O4 I5 O5 I6 O6 I7 O7 I8 O8 I9 O9 I10 O10 I11 I12 22V10A RAM2 ACIALOW PERI 1 PERI 2 PERI 3 FLASH UP : CS* FLASH LOW : CS* M68k : DTACK* RAM 1 UP : CS* RAM 1 LOW : CS* M68k : VPA* U6 M68k : VMA* M68k : LDS* M68k : UDS* I1/CLK O1 I2 O2 I3 Byte-control O3 I4 O4 I5 O5 I6 O6 I7 O7 I8 O8 I9 O9 I10 O10 I11 I12 22V10A ACIA : CS2* RAM 2 UP : CS* RAM 2 LOW : CS* PERI 1 UP : CS* PERI 3 LOW : CS* PERI 2 UP : CS* PERI 3 LOW : CS* PERI 3 UP : CS* PERI 3 LOW : CS* Figur 3.4: Samlet kredsløb over adressedekoderen. 48

49 Kapitel 4 CD-ROM-indhold 4.1 Datablade 22cv10a 74hct138 74hct148 74hct573 gp2d02 polaroid68000 polaroid9000 m68hc000 m29f010b km68400b MAX232 - sp232acp ACIA6850 m74ls05p ne555p sn74ls00n krystal1 krystal2 L297 L PEEL-programmer diverse PEEL-programmer kan findes på CD-rommen under følgende sti: CD-romdrev: /peelprog/*.psf addressededkoder osv. IACK, Motor & CLK 8K 49