Микропроцессоры в радиотехнических системах

Скачать DjVu (2,29 МБ)

Описание

Рассмотрены вопросы применения микропроцессоров в устройствах обработки сигналов радиотехнических систем (РТС). Приведены основные сведения по программированию на языке ассемблера, типовые структуры микропроцессоров и микро-ЭВМ, способы организации обмена данными между блоками радиотехнической аппаратуры и микро-ЭВМ. Дана методология проектирования устройств обработки сигналов РТС с использованием микропроцессоров, приведены примеры проектирования некоторых радиолокационных и радионавигационных устройств.

Для радиоинженеров, связанных с разработкой радиотехнических систем. Может быть полезна студентам вузов.

ВВЕДЕНИЕ

Применение интегральных микросхем в радиотехнических системах (РТС) не только существенно улучшило их эксплуатационные характеристики, такие как надежность, потребление энергии, габариты, масса и стоимость, но и открыло широкие возможности реализации весьма сложных алгоритмов обработки сигналов, полученных методами статистической радиотехники, которая развивалась в последнее тридцатилетие не менее интенсивно, чем электроника. Внедрение цифровых методов и устройств обработки сигналов в РТС сблизило области радиотехники и вычислительной техники, однако до появления микропроцессоров они имели достаточно четко выраженные границы. К компетенции радиоинженера относилось создание цифровых устройств формирования и обработки сигналов с постоянной («жесткой») логикой, а разработка специализированных ЭВМ для решения задач обработки сигналов и создание программ полностью относились к компетенции инженеров по вычислительной технике.

С появлением микропроцессоров (МП) вычислительные устройства органически внедрились в РТС, и для радиоинженера возникла настоятельная потребность более глубокого овладения арсеналом средств вычислительной техники, необходимым при разработке РТС с применением МП.

Микропроцессор представляет собой цифровое устройство в виде одной или нескольких БИС, способное выполнять разнообразные операции по обработке данных в соответствии с хранимой в памяти программой.

Микропроцессор вместе с запоминающими устройствами— постоянным (ПЗУ) и оперативным (ОЗУ)—и другими интегральными схемами, обеспечивающими его работу и сопряжение с внешними устройствами, составляет микропроцессорный набор, или комплект (МПК), на основе которого можно построить микропроцессорное вычислительное устройство типа микро-ЭВМ.

Применение МП и микро-ЭВМ в РТС позволяет реализовать сложные алгоритмы обработки сигналов, приближающиеся к оптимальным, улучшить многие технические параметры систем, придать им ряд новых функций — все это можно охарактеризовать как новый этап в развитии РТС.

С точки зрения схемотехники МП можно рассматривать как стандартный элемент повышенной сложности, структуру и параметры которого наряду с другими элементами, такими как ПЗУ, ОЗУ, счетчики, регистры и т. п., можно найти в справочниках. Однако для использования этого элемента необходимо владеть программированием, и в этом главная особенность, с которой сталкивается радиоинженер при разработке аппаратуры с использованием МП.

Именно поэтому в настоящей книге, посвященной применению микропроцессоров в РТС, систематическое изложение вопросов проектирования микропроцессорных систем обработки сигналов начинается с рассмотретехнические параметры систем, придать им ряд новых функций — все это можно охарактеризовать как новый этап в развитии РТС.

С точки зрения схемотехники МП можно рассматривать как стандартный элемент повышенной сложности, структуру и параметры которого наряду с другими элементами, такими как ПЗУ, ОЗУ, счетчики, регистры и т. п., можно найти в справочниках. Однако для использования этого элемента необходимо владеть программированием, и в этом главная особенность, с которой сталкивается радиоинженер при разработке аппаратуры с использованием МП.

Именно поэтому в настоящей книге, посвященной применению микропроцессоров в РТС, систематическое изложение вопросов проектирования микропроцессорных систем обработки сигналов начинается с рассмотретехнические параметры систем, придать им ряд новых функций — все это можно охарактеризовать как новый этап в развитии РТС.

С точки зрения схемотехники МП можно рассматривать как стандартный элемент повышенной сложности, структуру и параметры которого наряду с другими элементами, такими как ПЗУ, ОЗУ, счетчики, регистры и т. п., можно найти в справочниках. Однако для использования этого элемента необходимо владеть программированием, и в этом главная особенность, с которой сталкивается радиоинженер при разработке аппаратуры с использованием МП.

Именно поэтому в настоящей книге, посвященной применению микропроцессоров в РТС, систематическое изложение вопросов проектирования микропроцессорных систем обработки сигналов начинается с рассмотрения системы команд и элементов программирования для микро-ЭВМ (гл. 2).

При разработке РТС, использующих микропроцессорные вычислительные устройства для обработки сигналов, приходится решать целый ряд задач, таких как: выбор и обоснование алгоритмов обработки, анализ их качественных характеристик; выбор подходящего МПК;

определение характера обмена между блоками радиотехнической аппаратуры и вычислителем, проектирование устройств ввода—вывода;

разработка и отладка программной части; испытание и проверка всего комплекса аппаратных и программных средств в их взаимодействии.

На практике этот процесс носит итеративный характер, поскольку отдельные функции системы могут быть выполнены как аппаратными, так и программными средствами. Нахождение наиболее рационального сочетания этих средств и является конечной целью проектирования.

Первая из перечисленных выше задач является традиционной для радиоспециалистов и решается при проектировании любой новой системы.

Выбор типа МП оказывает существенное влияние на весь процесс проектирования и имеет определенную специфику, связанную с необходимостью четкого представления архитектуры МП и знания их основных параметров. Здесь должны учитываться прежде всего такие характеристики МП, как:

время цикла простой команды;

разрядность обрабатываемых слов, возможность наращивания разрядности;

разрядность адресной шины и используемые виды адресации;

система команд; состав БИС, входящих в МПК; простота связей с внешними устройствами; размеры и организация магазинной (стэковой) памяти;

возможность организации прямого доступа к памяти (ПДП) и других специальных режимов;

стоимостные характеристики (цена, число БИС, необходимое для построения системы, потребление энергии, простота сопряжения с другими интегральными схемами)

Основным критерием выбора типа МП для реализации конкретного алгоритма обычно считают обеспечение наименьшей стоимости при выполнении всех требований технического задания. Для радиотехнических применений решающим требованием чаще всего оказывается реальное быстродействие МП. Детальное обоснование выбора МП является довольно трудоемкой задачей, при которой оценивают реальное быстродействие МП с помощью эталонной (оценочной) программы и осуществляют эскизное проектирование различных вариантов с учетом возможных компромиссов между аппаратурными и программными средствами МП системы. Этот процесс будет проиллюстрирован на конкретных примерах в гл. 4 и 5.

В настоящее время отечественной промышленностью выпускается целый ряд микропроцессоров и микропроцессорных комплектов [1, 2]: однокристальные микропроцессоры серии К536, К580, К586, многокристальные микропрограммируемые МП секции серий К581, К)582, К584, К585, К587, К588, К589.

В данной книге, рассчитанной на начальное освоение методологии проектирования устройств обработки сигналов РТС с использованием МП, за основу взят МП серии К580. Этот МП характеризуется законченностью и ясностью внутренней структуры, развитой системой команд и относительной простотой составления программ, наличием большого числа периферийных и интерфейсных схем, обеспечивающих простоту типовой структуры вычислительного устройства и малое число БИС, необходимых для его реализации, совместимостью е микросхемами других серий. Одним из главных преимуществ МПК серии К580 является наличие развитого сервисного матобеспечения для системы проектирования, значительно облегчающего процесс разработки и отладки программ.