Быстрый поиск

Реферат: Микропроцессор AonZ80

Узел индикации и опроса клавиатуры

Работа этого узла организована следующим образом: ЦП в ОЗУ формирует в определенной области буфер отображения, состоящий из 9 байт, которые последовательно один за другим выводятся на 9-разрядный индикатор.

Таймер с определенной частотой (50 Hz), вырабатывает импульсы прерывания ЦП. Обработка прерываний ЦП заключается в следующем: при поступлении сигнала прерывания на вход INT (если не было программной блокировки в программе ЦП) заканчивается выполнение текущей команды, в ОЗУ запоминается адрес следующей команды и состояние внутренних регистров ЦП, в регистр адреса загружается - 0038Н и начинается выполнение стандартного набора подпрограмм. По окончании из ОЗУ извлекается адрес прерванной команды, загружаются регистры ЦП и вновь продолжается выполнение последовательности команд. Стандартный набор подпрограмм представляет собой, опрос состояния телефонной линии, поступление вызова, опрос состояния датчика охраны, опрос положение трубки, модифицируются часы и календарь, из ОЗУ считывается для последующего отображения очередной разряд (за одно прерывание отображается - 1 разряд индикатора!), проверяется нажатие клавиш. При достаточной частоте прерываний становится незаметным поочередное отображение каждого разряда индикатора. Этот принцип отображения называется динамической индикацией.

Теперь более подробно по схеме: загрузка в регистр D10 новых данных происходит по положительному фронту на входе С, который формируется элементом D7.1 из адресного сигнала А7 и управляющего сигнала ЦП - IORQ. При этом данные с ШД защелкиваются в регистр и находятся на его выходе до следующего изменения.

ЦП управляет выбором разряда через программный счетчик, который находится в ОЗУ, переписывая его при обработке прерывания в 0, 1, 2, 3 разряды порта A(D6), которые дешифрируются в D9, D1.3 и выдаются на индикатор.

Опрос состояния кнопок

Дешифратор D9, формируя последовательно сигналы 2-7 разрядов индикации, позволяет также сканировать клавиатуру, определяя нажатие кнопок. При всех отжатых клавишах, потенциалы на BB6, BB7 будут высокими, что определяется установкой резисторов R36, R37. При нажатии на клавишу «0» с дешифратора разрядов поступит на соответствующий вход микросхемы ЦП, анализируя состояние порта ввода/вывода, во время обработки прерывания, получает сигнал о том, что нажата кнопка в соответствующей группе клавиш:

1, 2, 3, 4, 5, 6 - BB6

7, 8, 9, *, 0, # - BB7

По записанному коду из ОЗУ в программный счетчик выбора разряда: в порте A(D6) определяется код нажатой клавиши. Следует отметить, что если было нажато одновременно несколько клавиш, то ЦП при сканировании определит первую, попавшуюся из числа нажатых кнопок.

Узел определения положения трубки

ЦП, опрашивая состояние порта ввода/вывода по входу триггера BB2, определяет положение телефонной трубки:

1. Протекание тока при положенной трубке (контакты переключателя разомкнуты, на BB2 - логическая «1»).

2. При поднятии телефонной трубки контакты переключателя замыкаются, и протекает ток:

Ucc - R19 - замкнутый контакт - GND, создавая на ВВ2 потенциал логического «0».

Узел охранного устройства

ЦП, опрашивая состояние порта ввода/вывода (по входу триггера ВВ5), определяет срабатывание датчика охранной сигнализации, аналогично предыдущему случаю.

В различных версиях программ используется различное исходное состояние датчика охраны, в одних - замкнутое, в других - разомкнутое.

Узел управления магнитофоном

Узел реализован на элементах: триггер ВС5 (D6), VT5, R38.

Многие АОНы имеют программную поддержку для работы с магнитофоном. Он используется в качестве записывающего устройства при работе АОНа в режиме автоответчика. При поступлении вызова от АТС телефон, подключаясь к линии, определяет номер звонящего абонента, произносит короткую фразу, после чего подается сигнал на включение магнитофона

Сигнал на включение магнитофона (логическая «1») выдается от ЦП через порт ввода/вывода D6 - ВС5 на эмиттерный повторитель VT5.

Схема анализа состояния линии

Узел реализован на элементах: VD18, R21, R22, VD19, С10.

Это одно из узких мест в работе АОНа. Назначение этого узла состоит в том, чтобы при понижении напряжения в телефонной сети ниже некоторого уровня сформировать на выходе узла перепад логических сигналов «1» - «0». Исходя из этого, необходимо тщательно подобрать параметры элементов VD18, R21, R22. Особенностью является то, что схема должна потреблять минимум энергии из телефонной линии в режиме ожидания вызова - до 1mA. Однако при этом токе для большинства стабилитронов не достигается надежная стабилизация

VD18, R21, R22 - компрессор входного сигнала. Предназначен для понижения напряжения сигнала телефонной сети и задания уровня напряжения в линии, относительно которого будет формироваться перепад логических сигналов

VD19 - амплитудный однофазный ограничитель предназначен для преобразования аналогового в TTL-уровень для дальнейшей обработки ЦП

С10 - фильтр помех.

Рекомендации по выбору элементов:

Элементы	1вариант	2 вариант	3 вариант
VD18	Д814Д	КС522	КС211Ж
R21	47к	100к	75к
R22	47к	100к	75к
VD19	любой
С10	33-150nF

Компаратор

Двухчастотная посылка, передаваемая от АТС, содержащая номер телефона звонящего абонента, имеет различную форму и зависит от складываемых частот (fl и f2) и от момента времени (фаз сигналов).

Принцип работы компаратора основан на формировании высокого потенциала там, где уровень входного сигнала выше порога срабатывания компаратора, и формирование низкого («0») - где ниже.

Здесь важно отметить, что при сложении сигналов бывают участки, когда фазы сигналов различны, а амплитуды близки к равенству (участок А). Поэтому суммарный сигнал будет иметь небольшую амплитуду, порой соизмеримую с собственными шумами компаратора (шумами по питанию и т.д.). Следовательно, необходимо повысить на небольшую величину порог срабатывания компаратора для того, чтобы отстроиться от ложного срабатывания компаратора. Но вместе с тем, загрубляя компаратор, необходимо отразить реальные длительности сигналов.

Вся практическая работа в настройке этого узла заключается в правильном подборе этой разницы, так как в подпрограмме определения номера заложены фиксированные величины для различных частот и несоответствие их приводит к понижению вероятности определения.

Наши рекомендации по подбору элементов:

C11	100-220 nF * 160V	Должен пропускать сигнал частотой 200-3200Hz без понижения амплитуды
R23	3,6-5,6 к0м	-
R24, R25	5,1-15 к0м	-
C20	560 pF	-
С12	0,1 mF	-
С13	10.0 16*V	-
VD21, 22	-	любые
R26	3,3-6,8 к0м	-

При проверке или настройке этого узла необходимо учесть, что постоянная составляющая на выводах 3,4 Dll - 1,95V. Устанавливается подбором элементов R23, R24, R25.

Схема анализа вызова из линии

Реализована на элементах С14, R27, VD23, VD24, R28, ВВ5 порта ввода-вывода D6 (рис.3.25).

Вызов из линии - поступление от АТС прерывистого сигнала амплитудой 50-110V с частотой 25Hz. Исходя из этого и рассчитаны номиналы элементов этого узла. При отсутствии сигнала вызова на входе BB1 порта ввода/вывода D6 - лог. «0». При поступлении вызова из телефонной сети ток протекает: C14-R27-VD23-Ucc Конденсатор С14 пропускает сигнал вызова без искажений, далее делитель R27, R28, который понижает мощность сигнала. VD23 и VD24 - представляет собой амплитудный ограничитель сигнала, который обеспечивает размах импульсов вызова от АТС в пределах 0,5 -5,5V. Этот преобразованный сигнал и подается на BB1.

Ключ подключения к линии

Ключ подключения к линии при определении номера коммутирует нагрузку на линии, что обеспечивает необходимое понижение напряжения на аппарате, установление соединения и прием кодированной последовательности двухчастотных посылок от АТС с номером звонящего абонента.

При реализации алгоритма определения номера на выходе ВСЗ (D6) формируется лог. «1». Высокий потенциал обуславливает протекание тока через ограничительный резистор R8-переход база-эмиттер VT5. Таким образом, открытый транзистор VT5 подключает телефонную линию через нагрузочный резистор R5 к земляной шине, задавая тем самым необходимый уровень для приема кодированной посылки с номером звонящего абонента.

Узел реализован на элементах: R8,R9,VT2, где R8 - ограничитель тока базы VT2 (1-1,6КОм), VT2 - ключевой элемент (осуществляет подключение к телефонной линии нагрузки R9), обеспечивающий необходимый для реализации алгоритма определения номера потенциал линии VT2 - транзистор КТ940А или любой с Uкэ-150V;

R9 — нагрузочное сопротивление, определяет уровень понижения потенциала в линии - (510-620 Ом).

Узел выдачи сигналов в телефонную линию

Узел предназначен для сопряжения цифровой части с телефонной линией при формировании импульсов набора номера, голосовых сообщений, запроса работы АОН, сигнала - имитирующего длинные гудки (контроль посылки вызова). Узел состоит из трех каскадов формирования импульсов в телефонную линию и коммутирующего элемента. Узел реализован на элементах: VD8, VD9, VD10, R10, R11, R12, R13, D1.6(D1.5), VT3.

I каскад: - формирует сигнал запроса работы АОН, голосовое сообщение автоответчика.

Назначение и работа элементов:

VD8 - предназначен для исключения влияния этого каскада во время работы другого каскада формирования сигналов в телефонную линию (может быть любым).

R10 - ограничительное сопротивление тока базы коммутатора VT3 (820-1200 Ом).

II каскад - формирует посылку, имитирующую сигнал «контроль посылки вызова» (длинные гудки).

Назначение и работа элементов: При автоматическом определении номера (без поднятия трубки), АОН подключаясь к телефонной линии, имитирует сигнал «контроль посылки вызова», который призван замаскировать работу АОНа. Частоту, соответствующую этому сигналу, вырабатывает таймер на выходе OUT2, и через резисторы R11, R12 он поступает на коммутирующий элемент VT3. Так как сигнал должен быть прерывистым - 1 с звучит, 4 с отсутствует, а таймер генерирует частоту постоянно, то сигналом с триггера BC6=0 (D6) через VD9 периодически осуществляется блокировка сигнала таймера.

VD9 - для надежной блокировки рекомендуется применять германиевые диоды типа Д9;

R11, R12 - по 20КОм - в случае различной громкости звучания имитирующего и реального сигналов, необходимо подобрать номиналы этих резисторов

III каскад - формирует сигнал номеронабирателя.

Особенностей не имеет. Состоит из:

D1.6(D1.5) - буферный усилитель,

VD10 - предназначен для исключения влияния этого каскада во время работы другого каскада;

R13 - ограничительное сопротивление тока базы коммутатора VT3 (270-330 Ом).

Узел формирования звука

В АОНе имеется 3 источника формирования звуковых сигналов:

1. Таймер (сигнал OUT2) программно-управляемая БИС (D5) для формирования стабильного по частоте звукового сигнала независимо от работы ЦП.

2. Порт ввода/вывода (сигнал ВС4) - второй канал формирования звука, который непосредственно управляется от ЦП.

3. Телефонная линия.

Сигналы, от этих источников проходя через ограничительные сопротивления R30-R32, складываются в один сигнал, который подается на регулятор громкости на переменном резисторе R33. Далее сигнал поступает на усилитель, выполненный на транзисторе VT6. Здесь необходимо отметить роль диода VD28. Он реализует функцию программной блокировки звука. При подаче на выход порта ВА4 уровня лог. 1 ток базы транзистора VT6 шунтируется черезVD28, при этом сигнал на усилитель не подается и звук не формируется.

При ВА4 = 0, ток протекает через базу VT6, обеспечивая его работу в режиме усиления. Усиленный сигнал снимается с коллектора VT6, куда и подключается динамическая головка. R34, R35 задают необходимый режим работы VT6 по постоянному току. VD28 - германиевый диод типа Д9 с любым буквенным обозначением. Это требование объясняется тем, что необходимо надежно зашунтировать VT6, а как известно, именно германиевые диоды обладают наименьшим сопротивлением прямого p-n перехода.

Отдельно рассмотрим цепь формирователя звука из телефонной линии.

C15 - служит для фильтрации переменной составляющей сигналов телефонной линии

R29 - ограничитель тока VD25

VD25, VD26 - амплитудный ограничитель

VD27 - выполняет функцию блокировки звука

Ток из телефонной линии протекает на усилитель по цепи C15-R29-R30. Ho схемотехническое решение АОНа таково, что поступая от других источников, звуковые сигналы могут ответвляться в телефонную линию, что искажает алгоритм работы АОНа по формированию только необходимых сигналов. Для блокировки этого явления используется VD27. Подавая на ВС7 лог. 1 в необходимое время, мы шунтируем этот сигнал. Как и все шунтирующие диоды, в качестве VD27 предпочтительно использовать германиевый (Д9). Величина утечки и искажений полностью зависят от правильности подбора параметров применяемых резисторов и диодов.

Выпрямитель

Предназначен для создания необходимой нагрузки для телефонной линии (R17,C9). Это позволяет несколько снизить высокочастотный шум в линии и обеспечивает универсальность подключения (VD14-VD17) к клеммам, независимо от полярности.

Узел реализован на элементах: R17,C9,VD14-VD17, R18.

R17 - 4,3-6,8 кОм;

С9 - 0,15мкф - должен быть рассчитан на работу с напряжением до 160V;

VD14-VD17 - диодный мост или отдельные диоды, рассчитанные на Upa6-l60V.

R18 - 200-ЗОО кОм - нагрузка для схемы формирования звука. При его отсутствии в режиме «прослушивание разговора» становится возможным только при поднятой трубке, тогда как его наличие - в любом: поднятом или опущенном состоянии трубки любого из подключенных к телефонной сети аппаратов.

Разговорная схема

Разговорная схема функционально состоит из собственно противоместной разговорной схемы и согласующего каскада.

Разговорная схема

Определители монтируют в различные телефонные корпуса и, как правило, используют уже существующие разговорные схемы, многие из которых приводились ранее. Поэтому коротко покажем только два наиболее характерных типа:

I. Аппараты, использующие трансформаторную согласующую схему (см. общую схему ТА на Z80).

II. Аппараты, использующие электронные схемы согласования.

Согласующий каскад

Схема АОНа предусматривает подключение его к телефонной линии только под управлением микропроцессора. При снятии абонентом телефонной трубки ЦП, опрашивая состояние узла «Определение положения трубки» через порт ввода/вывода D6 (ВВ2), определяет во время обработки прерывания, что трубка телефона снята, и подключает разговорную схему выдачей на порт ввода/вывода D6 (ВСЗ) сигнала лог. 1.

Разговорная схема является высоковольтным (до 120V) аналоговым элементом схемы АОНа, в то время как микропроцессор с портами ввода/вывода - низковольтным (до 5V). Поэтому для совместной работы используется согласующий каскад на инвертирующем элементе D1.4 (D1.6), ключевом каскаде - VT4, R14, VD11, C5 (выполняет роль защиты от ВЧ помех).

заключение

В данной работе был рассмотрен принцип действия основных узлов телефонного сервера на Z80. А именно центральный процессор, постоянная память, временная память, таймер, порт ввода-вывода, задающий генератор, компаратор.

Использование процессора Z80 позволило упростить схемное решение благодаря целому ряду положительных качеств. А именно:

— достаточно низкое потребление энергии;

— один источник питания;

— высокое быстродействие;

— легкость программирования.

Данная БИС выполнена по n-канальной МОП-технологии с кремниевыми затворами и работает от одного источника питания +5V. Все входы и выходы TTL-совместимы. ЦП Z80A позволяет работать с памятью общим объемом до 64К. Память имеет байтовую структуру. Возможна прямая адресация в памяти любого байта. При обращении к памяти используется шестнадцатиразрядный адрес. Набор команд Z80A является расширенным набором команд 18080, поэтому Z80A может выполнять программы, написанные для 18080.

Также использование процессора Z80 во многом определяет надежность этого устройства. В данном случае использование в схеме аппаратного и программного сброса предотвращает потерю информации при падении напряжения питания, что предотвращает неконтролируемую работу микропроцессора при переходных процессах.

К данной работе прилагается принципиальная схема, схемы конкретных узлов, осциллограммы процессора Z80 (ПЗУ не установлена), осциллограммы в характерных точках схемы.

литература

1. Справочник: Интегральные микросхемы, Микросхемы для телефонии М.:ДОДЕКА, 1994г.