Разработка микропроцессорного устройства для измерения данных

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В настоящее время микропроцессорные системы получили очень широкое распространение во многих сферах: в науке, в промышленности, в хозяйстве, в быту. В науке микропроцессорные системы (МПС) используют для выполнения сложных трудоёмких расчётов. Также МПС широко используют для построения различных датчиков, систем мониторинга. В промышленности микропроцессоры используются в различных станках с автоматическим, программным или частично-программным управлением, в системах слежения и автоматического управления (система управления выпечкой хлеба, система управления сушкой древесины). МПС находят широкое применение в бытовых устройствах (аудио-видео технике, стиральных машинах и т.д.).

Основное назначение однокристальных микроконтроллеров - реализация цифровых алгоритмов управления. Функционирование микроконтроллера в системе управления заключается в том, что он, получая информацию от объекта управления о его состоянии, обрабатывает ее в соответствии с заложенным в память программ алгоритмом и выдает управляющие воздействия на исполнительные устройства. Взаимодействие микроконтроллера с датчиками и исполнительными устройствами определяется соответствующими протоколами обмена, учитывающими особенности функционирования системы в целом и требования программно-аппаратной и схемотехнической совместимости с другими устройствами и системами.

1. Анализ технического задания

В данном курсовом проекте требуется разработать микропроцессорное устройство (МПУ), предназначенное для измерения и цифровой индикации данных, поступающих с датчиков. Устройство должно представлять собой комплекс программно-аппаратных средств. Аппаратная часть (согласно ТЗ) включает:

§ Микроконтроллер семейства MCS-51.

§ Блок управления и индикации:

§ Тип индикатора - АЛС318А.

§ Число разрядов в индикаторе - 4.

§ Кнопки «Пуск» и «Рестарт».

§ Связь с компьютером.

§ Блок оцифровки и ввода данных:

§ Число датчиков - 6.

§ АЦП.

§ Погрешность измерения =<0,7%.

Программное обеспечение МПУ необходимо для инициализации устройства, формирования необходимых временных интервалов, управления процессом оцифровки и записи оцифрованных данных в буфер последовательного порта.

Также в состав МПУ должен быть включен модуль памяти объемом 2к*8 (ОЗУ и ПЗУ).

Общую задачу, возлагаемую на МПУ, можно разделить на подзадачи:

- Сбор информации

- Сохранение собранной информации для последующей обработки.

Сигналы с датчиков подаются в виде напряжения. Сбор информации осуществляется через фиксированные интервалы времени.

Датчики должны подключаться к МПУ через цепь устройств: датчик - усилитель - фильтр - аналоговый коммутатор (АК) - АЦП. Коммутатор необходим для выбора датчика, с которого в данный момент происходит сбор информации. Коммутатор должен быть восьмиразрядным. Предполагается в качестве АК выбрать микросхему КР590КН6.

Для аналогово-цифрового преобразования предполагается использовать микросхему К1113ПВ1, точность и быстродействие которой вполне удовлетворяют ТЗ.

В техническом задании рекомендуется использовать однокристальные микро-ЭВМ серии MCS-51. Организация однокристальных микро-ЭВМ ориентирована на применение встраиваемых в изделие управляющих МПС реального времени, рабочая программа которых расположена в ПЗУ системы. В качестве микропроцессорного блока предполагается использовать микроконтроллер фирмы ATMEL - АТ89С51.

2. Разработка структурной схемы МПС

МПС должна обеспечивать следующие функции

· Ввод данных с АЦП и их обработка;

· Обеспечение сбора МПС и запуск / останов в режима вода / обработки данных при помощи клавишного пульта;

· Светодиодную индикацию состояния МПС (инициализирована, ожидание / обработка);

· Преобразование оцифрованных данных и вывод на индикатор (принцип динамический).

· Передачу обработки данных по интерфейсу RS232.

Исходя из этого, МПС будет состоять из следующих частей: микропроцессорного блока, модуля памяти ОЗУ и ПЗУ, устройства вывода (пульта управления и индикации) и устройства ввода.

Структурная схема разрабатываемой МПС, приведена на рисунке 1.

В состав микропроцессорного блока должны входить: микропроцессор, тактовый генератор, узел сброса МПС в начальное состояние (как при включении питания, так и при нажатии кнопки «Сброс»), буферные регистры (для хранения адреса).

Модуль памяти должен включать оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). В ПЗУ хранится управляющая программа. ОЗУ предназначено для организации стека, хранения оцифрованных данных.

Пульт управления должен содержать следующие элементы:

кнопку «Сброс», при нажатии, на которую производиться начальная установка (инициализация) МПС;

4-разрядный индикатор. Принцип управления индикатором - динамический.

блок ввода и оцифровки сигналов с датчиков.

Для организации интерфейса с устройствами ввода аналоговой информации (аналоговый коммутатор, АЦП) необходимы два порта. Порт ввода оцифрованных данных с АЦП и порт управления. Разрядность порта ввода определяется разрядностью АЦП, а разрядность порта управления типом выбранного аналогового коммутатора и типом заданного АЦП. Через порт управления от микропроцессора задается номер канала аналогового сигнала, выдается управляющий сигнал «Пуск.

Рисунок 1. Структурная схема МПС

Схема работы разрабатываемой системы состоит в следующем. Датчик подает сигнал (определённый уровень напряжения), полученный сигнал оцифровывается АЦП. Оцифрованный сигнал записывается в ОЗУ и в ПЗУ. Данные будет оцифровываться с определенными интервалами времени, время оцифровки данных АЦП будет контролировать по готовности.

Разработка функциональных схем отдельных блоков МПС.

Разрабатываемая МПС содержит следующие аппаратные средства:

1. Модуль центрального процессора (ЦП)

2. Модуль пульта управления и индикации

3. Модуль ввода аналоговых сигналов

4. Модуль ОЗУ и ПЗУ

Проектирование схемы микропроцессорного блока.

Важнейшей частью разрабатываемой МПС является микропроцессорный блок на базе микроконтроллера МК-51. В состав этого блока входят следующие элементы:

- Микроконтроллер AT89C51, совместимый с МК-51;

- Регистр защелка К555ИР22;

- Кнопка «Пуск» (START);

- Кнопка «Сброс» (RST).

Основные характеристики микроконтроллера АТ89С51:

- восьмиразрядный ЦП, оптимизированный для реализации функций управления;

- встроенный тактовый генератор;

- адресное пространство памяти программ - 64 К;

- адресное пространство памяти данных - 64 К;

- внутренняя память программ - 4КБ (FLASH-память);

- внутренняя память данных - 128 байт;

- дополнительные возможности по выполнению операций булевой алгебры (побитовые операции);

- 32 двунаправленные и индивидуально адресуемые линии ввода / вывода;

-2 шестнадцатиразрядных многофункциональных таймера / счетчика;

- полнодуплексный асинхронный приемопередатчик;

- векторная система прерываний с двумя уровнями приоритета и шестью источниками событий [1].

Условное графическое обозначение и расположение выводов микросхемы AT89C51 показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Условное графическое обозначение и назначение выводов микросхемы AT89C51

Назначение выводов микросхемы AT89C51:

GND - потенциал общего провода («земли»);

Vсс - основное напряжение питания +5В;

XTAL1, ХTAL2 - выводы для подключения кварцевого резонатора;

RST - вход общего сброса микро-ЭВМ;

PSEN - разрешение внешней памяти программ; выдается только при обращении к ПЗУ;

ALE - строб адреса внешней памяти;

ЕА - отключение внутренней программной памяти;

Через порт 0 (в мультиплексном режиме) выводится младший байт адреса, а также выдается и принимается в микроконтроллер байт данных при работе с внешней памятью программ / данных. Задаются данные при программировании внутренней памяти программ и читается ее содержимое;

Через порт 2 выводится байт старший байт адреса внешней памяти программ и данных, а также задаются старшие разряды адреса при программировании и верификации УФРПЗУ;

Порт 1 предназначен для задания младшего байта адреса при программировании и проверке ПЗУ микросхемы.

Порт 3 имеет следующие альтернативные функции:

Р3.7 - строб чтения из внешней памяти данных (Read Data for External Memory,);

P3.6 - строб записи во внешнюю память данных (Write Data for External Memory,)

P3.5 - внешний вход T/C1 (Timer/Counter 1 External Input, T1);

P3.4 - внешний вход T/C0 (Timer/Counter 0 External Input, T0);

P3.3 - вход внешнего прерывания 1 (External Interrupt 1 Input Pin,);

P3.2 - вход внешнего прерывания 0 (External Interrupt 0 Input Pin,);

P3.1 - выход данных передатчика последовательного порта (Serial Port Transmit Pin, TxD);

P3.0 - вход данных передатчика последовательного порта (Serial Port Receive Pin, RxD).

Каждый порт является фиксатором - защелкой и может адресоваться как побайтно, так и побитно.

Для работы МП необходимо наличие в составе МПС генератора тактовых сигналов, вырабатывающего тактовые импульсы для синхронизации работы МП и других компонентов МПС. В ОЭВМ MCS-51 имеется встроенный генератор тактовых импульсов. Частота внутреннего ГТИ определяется кварцевым резонатором, подключаемым к выводам ХTAL1 и ХTAL2. Выбираем кварцевый резонатор с частотой fBQ=12 МГц.

В данном устройстве используются внутренняя память программ и данных и внешние микросхемы памяти ОЗУ и ПЗУ. Для того чтобы сообщить микроконтроллеру о включении внутренней памяти программ, необходимо на вход ЕА подать уровень логической единицы. При обращении к внешней памяти программ будет формироваться сигнал разрешения внешней памяти программ PSEN (активный уровень низкий), который выполняет функцию сигнала чтения при обращении к ПЗУ.

Микроконтроллер AT89C51 имеет совмещенную шину адреса и данных. Поэтому для выделения младшего байта адреса необходимо использовать внешний регистр, запись информации в который будет происходить по стробу адреса внешней памяти ALE.

Для обслуживания прерываний в микроконтроллере имеется два входа на запрос прерывания INT0 и INT1.

Для связи разрабатываемой МПС с внешними устройствами возможно применение отдельных регистров с соответствующими дешифраторами адресов.

Порт	Контакты	Назначение
P0	P0.0 - P0.7	Шина адреса (младший байт)/Шина данных
P1	P1.0 - P1.5	Сигналы от блока ССИ
P2	P2.0 - P2.7	Шина адреса (старший байт)
P2	P2.7	Запуск регистра
P3	P3.0 - P3.1	Сигналы связи с пк
P3	P3.2	Сигнал от АЦП (готовность данных)
P3	P3.3	Сигнал гашения / преобразования от АЦП
P3	P3.4 - P3.5	Сигнал от кнопки START. Запуск МПС
P3	P3.6	Вывод сигнала WR МК
P3	P3.7	Вывод сигнала RD МК

Для реализации регистра - защёлки выбираем выполненный по биполярной технологии буферный регистр с потенциальным управлением КР555ИР22, условное графическое обозначение см. рис. 3. Основой микросхемы является 8-разрядный регистр-защелка со статическим синхронным входом «С». Запись данных в регистр разрешена при С=1. В противном случае регистр находится в режиме хранения. На выходе регистра имеется буфер с тремя состояниями, управляемый сигналом OE# (Output Enable). Если управляющий сигнал OE# активен, то данные регистра передаются на выход микросхемы. При OE#=1 выходной буфер закрыт и находится в состоянии с большим сопротивлением. Буфер обеспечивает выходной ток до 0,026А и емкость нагрузки до 300пФ [2].

Рисунок 3. Условное графическое изображение МС КР555ИР22

Электрические характеристики микросхемы:

Проектирование схемы блока управления и индикации.

Кнопка «Сброс» (RST) реализована с помощью простой схемы (рис. 5).

Рисунок 4

Кнопку «Пуск» надо сделать на основе микросхемы К555ТМ? для подавления дребезга контактов (рисунок 6).

Рисунок 5. Микросхема К1531ТМ? и ее цоколёвка

Микросхема К555ТМ? содержит два T-триггера.

Рисунок 7. Схема блока МК

В данном курсовом проекте будем применять схему с динамической индикацией, что позволит значительно сократить аппаратную часть при незначительном усложнении программной части. Динамический принцип организации интерфейса семисегментного индикатора (ССИ) предполагает наличие двух портов вывода. Через один порт должно выводиться данные, формирующие высвечиваемый символ, а через другой - данные о том, какой разряд индикатора должен быть подсвечен. Но при использовании специальных микросхем (дешифратора кодов ССИ) и при условии, что в курсовом проекте используются четыре микросхемы ССИ, можно обойтись одним портом вывода (4 разряда - для определения символа, которым загорится микросхема ССИ, 2 - для выбора подсвечиваемого разряда (так как остальные два будут подсвечиваться постоянно)). Схема блока индикации показана на рисунке 9.

В качестве преобразователей двоично-десятичного кода в семиэлементный будем использовать микросхему дешифратора К514ИД1, так как тип индикатора - с общим катодом (рис 8).

Рисунок 8. Микросхема К514ИД1

Дешифратор для семисегментного полупроводникового цифрового индикатора с разъединенными анодами сегментов. Используется для преобразования двоичного кода в код ССИ.

В качестве индикаторов будем использовать четыре МС АЛС318А. Такие индикаторы знакосинтезирующие, многоразрядные, на основе соединения галлий-фосфор-мышьяк, эпитаксиальные. Применяются для отображения информации в электронных секундомерах и микрокалькуляторах. Индикаторы имеют пять разрядов, каждый разряд образован элементами, излучающими свет при воздействии прямого тока. Различные комбинации элементов, обеспечиваемые внешней коммутацией в мультиплексном режиме, позволяют воспроизвести многоразрядные числа. Выпускаются в пластмассовом корпусе.

Для отображения номера датчика отведем два последних семисегментных индикатора, а на первые два подадим такую комбинацию нулей и единиц, чтобы он постоянно отображал одну комбинацию (Н-).

Рисунок 9. Схема блока индикации

Проектирование схемы блока аналоговых сигналов.

В этой схеме был использован операционный усилитель LM 358. Каскады микросхемы решают две задачи: во-первых, воспринимают дифференциальный сигнал с выхода датчика, во-вторых, усиливают его.



Рисунок 10. Схема согласования для датчика

Рисунок 11. Операционный усилитель LM?58

Операционный усилитель - усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

АЦП К1113ПВ1

Микросхемы представляют собой функционально законченный 10-разрядный АЦП, сопрягаемый с микропроцессором. Обеспечивает преобразование как однополярного напряжения (вывод 15 соединяется с выводом 16) в диапазоне 0…9,95 В, так и биполярного напряжения в диапазоне -4,975…+4,975 В. Так как по заданию нужно обрабатывать сигнал с датчиков в диапазоне от -2,5В до +2,5В, поэтому эта микросхема вполне нам подходит. В состав ИС входят ЦАП, компаратор напряжения регистр последовательного приближения (РПП), источник опорного напряжения (ИОН), генератор тактовых импульсов (ГТИ), выходной буферный регистр с тремя состояниями, схемы управления. Выходные каскады с тремя состояниями позволяют считывать результат преобразования непосредственно на шину данных микропроцессора. По уровням входных и выходных логических сигналов сопрягаются с ТТЛ схемами. В ИС выходной ток ЦАП сравнивается с током входного резистора от источника сигнала и формируется логический сигнал РПП. Стабилизация разрядных токов ЦАП осуществляется встроенным ИОН. Тактирование РПП обеспечивается импульсами встроенного ГТИ с частотой следования 300…400 кГц. Установка РПП в исходное состояние и запуск его в режим преобразования производится по внешнему сигналу «гашение и преобразование». По окончанию преобразования АЦП вырабатывает сигнал «готовность данных» и информация из РПП поступает на цифровые входы через каскады с тремя состояниями.

Рисунок 13. АЦП К1113ПВ1

Таблица 1 - Выводы АЦП К1113ПВ1 и их функциональное назначение

Выводы	Назначение	Обозначение
8-1	Цифровые выходы	D1-D8
9	Цифровой выход 1 (СP)	D0
10	Напряжение источника питания (Ucc1)	-U
11	Гашение и преобразование	Г/П
12	Напряжение источника питания (Ucc2)	+U
13	Аналоговый вход	Ain
14	Общий	GA
15	Управление сдвигом нуля	V
16	Общий (цифровая земля)	GND
17	Готовность данных	ГД
18	Цифровой выход 10 (МР)	D9

Разработка модулей памяти.

Разработать модуль памяти ОЗУ и ПЗУ объёмом по 2Кбайта с 8-разрядными словами. Подключить эти модули памяти к микропроцессору AT89C51.

Модуль ОЗУ: КР537РУ3Б Модуль ПЗУ: КР556РТ16

Сведения о микросхеме памяти КР537РУ3Б:

Обозн	Техн	Емк	Тва, нс	Еп, В	IOH, мА	IOL, мА	Вых	Корп
КМ132РУ5А	n-МОП	4К*1	350	5 ±10%	4.0	8.0	3с	2104,18-1

Статические характеристики микросхемы КР537РУ3Б.

Рисунок 14 - Условное графическое обозначение микросхемы ОЗУ КР537РУ3Б

Сведения о микросхеме памяти КР556РТ16

Ёмкость	UCC, В	ICC, мА	UIH, В	UIL, В	IIH, мкА	IIL, мА	UOH, В	UOL, В	IOH, мА	IOL, мА	CL, пФ	tCS, нс	tA(A), нс	tDIS(CS), нс
2Kx8	5±5%	100	5.25	0.4	0.1	1.6	2.4	0.4	200	2	300	450	350	200

Основные характеристики микросхемы КР556РТ16.

Назначение выводов микросхемы ПЗУ КР556РТ16

ВЫВОДЫ	Назначение	Обозначение
1..8, 19, 22..23	Адресные входы	А0..А10
9.. 11,13..17	Выход данных	DO0..DO7
18	Выбор микросхемы
20	Разрешение по выходу	OE
21	Напряжение программ.	UPR
24	Напряж питания	Ucc
12	Общий	0В

Рисунок 15 - Условное графическое обозначение микросхемы ПЗУ КР556РТ16

Разработка субмодулей ОЗУ и ПЗУ.

В схеме используется буферный регистр К555ИР22, условное графическое обозначение которого представлены ниже.



Рисунок 16 - Условное графическое изображение регистра К555ИР22

Микросхема 5411DM (T_0-1 = 40 нс, T_1-0 = 25 нс)

Микросхема K155ЛН1 (T_0-1 = 22 нс, T_1-0 = 15 нс)



Микроконтроллер AT89C51.

Характеристики:

- Совместимость с MCS-51 тм

- 4 Кбайт встроенной перепрограммируемой Flash памяти

- 1000 Циклов Запись / Удаление

- Трехуровневая программная защита памяти

- 128 x 8-Bit встроенного ОЗУ

- 32 программируемых порта ввода / вывода

- Два 16 битных счетчика / таймера

- Шесть источников прерываний

- Программируемый последовательный порт

- Низкое потребление в режиме ожидания и энергосберегающий режим «Power Down»

Описание: AT89C51 - низкопотребляющий, быстродействующий 8-ми битный CMOS микроконтроллер с 4 Кбайтами Flash. При производстве микроконтроллеров (далее МК) были использованы Хай-Тэк технологии фирмы Atmel. В частности, МК изготовлены согласно промышленной рекомендации MCS-51 тм, которая распространяется и на цоколевку.

Однокристальную Flash память можно программировать как изнутри, так и извне (используя программатор).

Кстати, сама память расположена на одном кристалле с процессором, что позволило добиться максимальной производительности.

MK AT89C51 обеспечивает следующие стандартные характеристики:

4 Кбайт Flash, 128 байт RAM, 32 линии Вв. / Выв., два 16-битных таймера / счетчика, пятивекторная двухуровневая архитектура прерываний, полный дуплексный последовательный порт, встроенный в кристалл генератор и часы. Кроме того, МК AT89C51 - разработка «static logic», а следовательно, работоспособен вплоть до нулевой частоты. В режиме ожидания процессор остановлен, но ОЗУ, таймер / счетчики, последовательный порт и система прерываний продолжают функционировать. Режим «Power Down» сохраняет содержимое ОЗУ, но замораживает генератор, блокирует все другие функции МК, пока не будет осуществлён аппаратный сброс («Reset»).

3. Разработка принципиальной электрической схемы

Схеме электрическая принципиальная строится на основании структурной схемы МПС, схема и перечень элементов, входящих в МПС перечислены в перечне элементов (приложение А).

Работа схемы электрической принципиальной происходит по тем же принципам что и работа структурной схемы разработанной системы.

Описание работы МПС изложено в разделе «Структурная схема и ее описание».

4. Расчет потребляемой мощности разработанной схемы

Для расчета потребляемой мощности достаточно просуммировать 1 потребляемую мощность всех компонентов, входящих в состав схемы. При расчете будем использовать максимальные напряжения питания. Результаты расчетов.



Микросхема	Число	Напряжение питания, В	Потребляемый ток одной ИС, мА	Потребляемая 1 мощность, мВт 1
ОЗУ: К537РУ10	1	5	8*85	8*468
ПЗУ: К556РТ12	4	5	35	735
Регистр К1531ИР22	1	5	40	400
МК: АТ89С51	1	5	20	100
ШФ: К1531АП5	2	5	46	230
АК К590КН6	1	5
АЦП:К1113ПВ1	1	5	18	270
К1531ИД4	1	5	20	10
К514ИД1	1	5	13	65
К1531ТМ?	1	5	8	40
К1531ЛЛ1	4	5	4*9,8	4*49
К1531ЛН1	1	5	7	70
Итого	437 без ак	4793

5. Разработка схемы источника питания

К разрабатываемому блоку питания предъявляется следующее требование: обеспечение выходных напряжений +5 В (ток 488,8 мА), +15 В (ток 15 мА) и -15 В (ток 15 мА). Его основу составляет трансформатор Т. Сетевая обмотка трансформатора подключается к бытовой сети переменного тока (U=220B, Р=50 Гц). На первой вторичной обмотке генерируется напряжение U₂i=10B, а на второй U₂₂=20B. Напряжение на первой вторичной обмотке получаются исходя из формулы: Un = B*Uh, где Uh - требуемое постоянное напряжение на нагрузки; 11ц - переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора; В-коэффициент, зависящий от тока нагрузки, который определяется по таблице.

Отсюда U₂₁ = 2,4*5 В = 12 В (для тока нагрузки 2 А). Определим максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:

I_Д = 0,5*С*1н,

где I_Д - ток через диод, А; 1н - максимальный ток нагрузки, А; С - коэффициент, зависящий от тока нагрузки, который определяется по таблице. Получим 1д = 0,5*1,5*2 = 1,5 А.

Подсчитаем обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:

Uoбр = 1,5*Uh,

где Uoбр - обратное напряжение, В; Uh - напряжение на нагрузке, В.

Тогда, Uoбр = 1,5*5 В = 7,5 В.

В соответствии с этими данными выберем диоды: КД202Б (1_пр - ЗА; Uoбр = 50 В; Uпр = 1 В).

Определим емкость конденсатора фильтра: Сф=Iн*dU / (2*Fc), где Iн - ток, потребляемый нагрузкой источника, dU-пульсации напряжения (принято 5мВ) Fc=50Гц - частота напряжения в обмотке. Получаем С1=97 мкФ.

Выбирается конденсатор К50-35 - 100 мкФ.

В качестве конденсатора С5 используется КД1 - 0,1 мкФ. Напряжение с выхода фильтра поступает на вход ИМС DD1 интегрального стабилизатора 142ЕН5А (I_np.max⁼3A, U_CT=5B), с выхода которой снимается стабильное напряжение +5В.

Вторая вторичная обмотка имеет вывод средней точки, что используется для получения двуполярного напряжения. Диодный мост, построенный на VD5-VD8 (Д7А: I, p_max=0.3A, U_o0p=50B, U_llp=0,4B), электролитические конденсаторы СЗ, С4 (К50-35 - 50 мФ) и блокировочные конденсаторы С6, С7 (КД 1-0,1 мФ) выбираются по тем же принципам, что и для пятивольтовой цепи. Для стабилизации напряжения применяется простейшая схема параметрического стабилизатора на стабилитроне VD9 (VD10 - для -15В) Параметры этого стабилитрона (типа Д814Д) следующие: U_U=15B 1 =25 мА Рассчитать номиналы балластных резисторов R1 и R2 можно по следующей формуле:

R = (0,9* U₂ - (2*Uпр+ Uст)) / (Icc+Iст), где

U₂ =20B - напряжение на вторичной обмотке трансформатора;

Uпр=0,5B - падение напряжения на диоде VD5-VD8 при прямом включении.

Icc - ток, потребляемый нагрузкой, Iст - ток стабилизации стабилитронов.

Расчет дает R1=75 Ом, R2=82 Ом

Выбор и обоснование блокировочных конденсаторов.

Для обеспечения надежности работы любой цифровой схемы необходимо снизить уровень импульсных помех, распространяющихся по цепям питания микросхем. Для этого применяют блокировочные конденсаторы. Обычно для цифровых микросхем используют 1 блокировочный керамический конденсатор емкостью 1..0.01 мкФ на каждый корпус и 1 электролитический конденсатор емкостью 100..10 мкФ на 10 корпусов.



Схема источника питания МПС

6. Описание алгоритма работы

Листинг программы:

; Т=50 минут=3000 секунд.

; Сбор информации с датчиков осуществляется в течении фиксированного времени -; через каждую секунду, т.к. в течении 50 минут 4К памяти должны заполнится; информацией т.о. 3000<4096

; Секунда формируется 10000 мкс=50 мс *20=1с

; Информация на ССИ выводится в формате: «НО-Х», где Х - номер датчика

;***********************************************************

;* блок объявления переменных и констант *

;***********************************************************

mxram EQU 7Fh ; макс. адрес ОЗУ

steck EQU 19H ; начало стека задаем сами

;************************************************************

;*** вектора прерываний ***

;************************************************************

ORG 0000H ; вектор начала

AJMP start

ORG 0003H ; вектор прерывания по входу INT0

reti

ORG 000BH ; вектор прерывания от т/с0

AJMP tmr

ORG 0013H ; прерывания по входу INT0

reti

ORG 001ВH ; вектор прерывания от т/с1

reti

ORG 0023H ; вектор прерывания от последовательного порта ajmp toPC

ORG 0030H ; начало программы

start:

mov SP,#steck ; адрес стека

;************************************************************

;* Инициализация портов ввода вывода *

;* Р0, Р2, Р1 на вывод. на ввод: Р3.2 - готовность данных, Р3,4 - пуск *

;************************************************************

mov P0, #00000000b

mov P1, #00000000b

mov P2, #00000000b

mov P3, #11010111b

;*****************************************************

;** настройка регистров *****

;*****************************************************

mov IE,#00010010b ; прерывание от Т/С0 и

; последовательного порта

mov IP,#00010000b ; высший приоритет от последовательного порта

mov SCON,#10101000; настройка последовательного порта

mov TCON,#0 ; сброс флагов остановки Т/С

mov TMOD,#1b ; Т/С0 в режим 1

mov TL0,#3Сh ; записываем в т/с1 65536-50000=15536

mov TH0,#0B0h

mov TH1,#E4h ; настройка последовательного порта

mov R1,#20 ; кол-во повторений цикла т/с0

mov R0,#5 ; количество датчиков

;*************************************************************;**** 3000 выборок, по истечении которых управление будет передаваться ****;**** внешней программе, для сброса информации на ЖМД ****

;*************************************************************mov R2,#11 ; 3000 выборок реализуем через R2 и R3

mov R3,#184 ; 184+256*11=3000

mov DPL,#0 ; Записываем в ОЗУ с адреса 0, DPTR = 0h

mov DPH,#0;

setb EA ; разрешение прерываний

setb TR1 ; запуск Т/С1 для организации RS232

wait: jb P3.4, wait ; ожидание сигнала «пуск»

setb TR0 ; запуск таймера

begin: Mov P0, R0 ; Вывод на ССИ номер датчика

; проверка на количество выборок <3000 BB7h

mov A, DPH ; в аккумулятор старший байт DPTR

cjne A,#0Bh, begin ; сравниваем со старшим байтом В

mov A, DPL ; в аккумулятор младший байт DPTR

cjne A,#0B7h, begin ; сравниваем со старшим байтом B7h

clr TR0 ; остановка таймера

call toPC ; п/п записи на жесткий диск

ajmp wait ; на ожидание запуска оцифровки

;******************************************************************

;* обработка прерывания от т/с0. *

;******************************************************************

Tmr:

clr TR0 ; остановка таймера

djnz R1, kon ; пока 20 раз не выполнится цикл ничего не делать

;***** сканирование АЦП ***********************

;*********************************************************

mov P0, R0 ; номер датчика в порт P0

setb P2.7 ; выбираем регистр выбора датчика на мультиплексоре

clr P3.3 ; запуск АЦП

gd: jb P3.2, gd ; ожидаем готовности данных

mov A, P0 ; запишем в А оцифрованные данные

clr P2,7 ; отключаем RG мультиплексора

setb P3.3 ; выключаем АЦП

djnz R0, zp ; предыдущий датчик (от 5 к 1)

mov R0,#4 ; кол-во датчиков

;***** запись в ОЗУ. Адрес в DPTR *********************

;***********************************************************

zp: setp P2.4 ; дешифрируем ОЗУ

clr P3.6 ; сигнал WR на ОЗУ, записываем данные

movx @DPTR, A ; Записываем оцифрованные данные

setb P3.6 ; снимаем сигнал WR

inc DPTR ; увеличиваем адрес ОЗУ на единицу

mov R1,#20 ; количество повторений цикла т/с0

kon: mov TL0,#3Сh ; записываем в т/с1 65536-50000=15536

mov TH0,#0B0h

setb TR0 ; запуск т/с0

reti

;*************************************************************

;** п/п передачи данных в ПК **

;*************************************************************

toPC:

mov DPL,#00h ; запись в DPTR начального адреса данных в ОЗУ

mov DPH,#00h

ajmp cp ; переход на запись

cp1 inc DPTR ; переход на следующий адрес

cp: mov A,#0h ; стартовый бит

movx A,@DPTR ; данные по адресу

mov A,#01h ; стоповый бит

; проверка на количество выборок <3000 BB7h

mov A, DPH ; в аккумулятор старший байт DPTR

cjne A,#0Bh, cp1 ; сравниваем со старшим байтом «Вh»

mov A, DPL ; в аккумулятор младший байт DPTR

cjne A,#0B7h, cp1 ; сравниваем со старшим байтом «B7h»

ret

end

Заключение

В данном курсовом проекте была разработана микропроцессорная система сбора и накопления данных.

Разработка микропроцессорной системы состоит из трех этапов:

- Разработка аппаратной части МПС;

- Разработка программного обеспечения для МПС;

Разработка программного обеспечения для приема данных на ПК.

Результатом первого этапа разработки является принципиальная электрическая схема МПС. В процессе этого этапа первоначально была разработана структурная схема МПС и произведен выбор элементной базы для построения МПС. Также был произведен расчет модуля памяти, где было проверено согласование элементов модуля памяти по электрическим параметрам. Кроме того, было проверено согласование по электрическим параметрам элементов, подключенных к системной шине. Также была рассчитана потребляемая мощность всей МПС и разработан блок питания.

На втором этапе был разработан алгоритм управления, который затем был реализован в виде программы на языке ассемблера МК51.

На третьем этапе было разработано приложение-клиент, которое читает данные с COM порта, распределяет их по буферам и сохраняет на жесткий диск.

микропроцессорный индикация дешифратор полупроводниковый

Размещено на Allbest.ru

...