Устройство контроля за уровнем аналоговых сигналов
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ I НАУКИ УКРАЇНИ
Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”
Кафедра обчислювальної техніки та програмування
УДК 681.3
Інв №
ПРИСТРІЙ КОНТРОЛЮ ЗА РІВНЯМИ АНАЛОГОВИХ СИГНАЛІВ
Альбом документів курсового проекту по дисципліні
“ Проектування мікроконтролерних пристроїв ”
XXXXXXXXXXXXX.421.012. ДКП
ІЗЮМ 2006
|
Формат |
Зона |
Поз. |
Обозначение |
Наименование |
Кол. листов |
Примечание |
|
Документация |
||||||
|
Общая |
||||||
|
А4 |
XXXXXXXXX.421.012 ТЗ |
Техническое |
||||
|
задание |
||||||
|
А4 |
XXXXXXXXX.421.012 ПЗ |
Пояснительная |
||||
|
Записка |
||||||
|
А4 |
XXXXXXXXX.421.012 Э1 |
Схема |
||||
|
электрическая |
||||||
|
структурная |
||||||
|
А4 |
XXXXXXXXX.421.012 Э3 |
Схема |
||||
|
электрическая |
||||||
|
принципиальная |
||||||
|
А4 |
XXXXXXXXX.421.012 ПЭ |
Перечень |
||||
|
элементов |
||||||
XXXXXXXXXXXXX.421.012 ВП |
||||||||
|
Изм |
Лит |
№ докум |
Подпись |
Дата |
ПРИСТРІЙ КОНТРОЛЮ ЗА РІВНЯМИ АНАЛОГОВИХ СИГНАЛІВ Ведомость проекта |
Лит |
Лист |
Листов |
|
Разраб |
Xxxxxxxxx. |
К |
2 |
2 |
||||
|
Провер |
Xxxxxxxxx |
НТУ “XXX”Кафедра XXX |
||||||
|
Утв. |
Xxxxxxxxx. |
Анотація
В даному курсовому проекті розроблено пристрій контролю за рівнями аналогових сигналів. Розробка виконана на ОМК та МС ТТЛ-логіки малого ступеню інтеграціі. В пояснювальній записці приведені необхідні обгрунтовування, розрахунки та описи принципу дії як пристрою вцілому, так і його окремих функціональних блоків та вузлів.
Альбом документів курсового проекту крім пояснювальної записки вміщує також креслення структурної та принципової схем пристрою.
Аннотация
В данном курсовом проекте разработано устройство контроля за уровнями аналоговых сигналов. Разработка выполнена на ОМК и МС ТТЛ - логики малого степени интеграции. В объяснительной записке приведенные необходимые разъяснения, расчеты и описания принципа действия как устройства в целом, так и его отдельных функциональных блоков и узлов.
Альбом документов курсового проекта кроме объяснительной записки вмещает также черчение структурной и принципиальной схем устройства.
Annotation
In given semester project is designed device of the checking for level analog signal. The Development was run for CPU and MS TTL - a logic small degree to integrations. In expository note brought necessary explanations, calculations and descriptions of the principle of the action as device as a whole, so and its separate functional block and nodes.
The Album course project document except expository note contains also drawing structured and principle schemes device.
Техническое задание
Разработать устройство контроля за уровнями аналоговых сигналов
Составные части устройства:
Входные сигналы медленно изменяющиеся во времени аналоговые сигналы постоянного тока (Ui) от нескольких источников (4 датчика).
Обработка входных сигналов
Сравнить уровни входных сигналов с двумя уставками (нижним Uп1 и верхним Uп2 пороговыми уровнями), хранящимися в виде констант K1i и K2i в памяти данных микроконтроллера, и по результатам сравнения осуществить:
Включить зеленый светодиодный индикатор, если K1i <Ui <K2i.
Включить красный светодиодный индикатор, сформировать и подать на звуковой излучатель (динамик) последовательность импульсных сигналов с заданной частотой (Fз) и скважностью 2, если K1i >Ui >K2i.
Диапазон изменения входных
сигналов (Ui), В 0,1 – 5
Нижний пороговый уровень Uп1,
соответствующий константе K1i, В 0,9
Верхний пороговый уровень Uп2,
соответствующий константе K2i, В 2,4
Частота последовательности импульсных
сигналов, подаваемых
на звуковой излучатель Fз, Гц 3730
Выходные сигналы:
уровни сигналов и выведенные их на 4 – разрядный 7 – сегментный светодиодный или жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) в виде десятичных чисел с ошибкой не более +.20 мВ.
Осуществлять динамическую индикацию выбранного канала с заданной частотой обновления всех разрядов индикатора Fо.ж
Частота обновления всех разрядов
индикатора Fо, Гц– 44 Гц.
система управления:
Выбор индицируемого канала осуществляется вручную с помощью 4 кнопок с зависимой фиксацией.
Напряжения питания
Напряжения питания устройства, В ---- 5
Условия эксплуатации
Температурный диапазон: +5…+40ос.
Относительная влажность: 40%.
Элементная база в качестве элементной базы использовать микросхемы ТТЛ (ТТЛШ) малой и средней степени интеграции.
Комплектность конструкторской документации :
Конструкторская документация должна содержать следующие документы:
ведомость проекта
техническое задание
объяснительную записку
схему электрическую структурную
схему электрическую функциональную
перечень элементов
Срок сдачи
Сдать до 1 апреля 2006 года.
Реферат
Данный документ представляет собой пояснительную записку объемом 25 листов. В пояснительной записке представлено 1 таблица, 8 рисунков использовано 10 источников литературы.
Ключевые слова: МИКРОКОНТРОЛЛЕР, АНАЛОГОВЫЙ СИГНАЛ, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ, ДИНАМИК, СВЕТОДИОДНЫЙ ИНДИКАТОР.
В данном курсовом проекте разработано устройство контроля за уровнем аналоговых сигналов. Разработка выполнена на микроконтроллере и микросхемах ТТЛ-логики малой степени интеграции. в пояснительной записке приведены необходимые обоснования, расчеты и описания принципа действия как устройства в целом, так и его отдельных функциональных блоков и узлов.
Альбом документов курсового проекта кроме пояснительной записки содержит также : спецификацию, техническое задание, перечень элементов, чертежи структурной и принципиальной схем устройства.
Содержание
Введение
Выбор и обоснование основных технических решений.
Детализация исходного ТЗ и постановка задачи (использование блочно-иерархического подхода при разработке данного устройства).
Источники информации (входных сигналов).
Приемники информации (выходных сигналов).
Возможные пути (варианты) решения поставленной задачи.
Возможные варианты структурных схем и их сравнительный анализ.
Обоснование выбора структурной схемы.
Обоснование выбора типа ОМК для решения поставленной задачи.
Структурная схема устройства и её описание.
Структурная схема.
Назначение отдельных функциональных блоков.
Описание принципа действия и общий алгоритм работы.
Разработка функциональных схем и блок-схем алгоритмов работы отдельных блоков.
Разработка функциональной и принципиальной схем устройства.
Описание принципиальной схемы устройства.
Описание принципиальных схем отдельных устройств.
Расчет потребляемой мощности и определение требований к источникам питания.
Расчет временных параметров.
Разработка и отладка рабочей программы (управления).
Блок-схема(ы) алгоритма(ов) и её(их) описание(я).
Структура программы.
Текст программы (вносится в приложение!).
Технология отладки программы.
Компиляция (с распечаткой всех файлов, полученных во время компиляции: obj, lst, erl, sym).
Моделирование.
Заключение.
Список используемой литературы.
Введение
Однокристальные микроконтроллеры (ОМК) позволяют существенно расширить интеллектуальные возможности различного рода устройств и систем. Они представляют собой, по сути, специализированные однокристальные микроЭВМ, содержащие для связи с внешней средой встроенные периферийные узлы и устройства, набор которых во многом определяет их функциональные возможности и области применения.
Они стали сегодня одним из самых распространенных элементов программируемой логики. Более двух третей мирового рынка микропроцессорных средств в настоящее время составляют именно однокристальные микроконтроллеры.
В структуру ОМК семейства PIC заложено много различных функциональных особенностей, делающих их самыми высокопроизводительными, микропотребляющими, помехозащищенными, программируемыми пользователем 8-ми битными микроконтроллерами. Благодаря этим особенностям ОМК семейства PIC могут обрабатывать аппаратно-программным способом как дискретные, так и аналоговые сигналы, а также формировать различного рода управляющие сигналы, а также осуществлять связь между собой и ЭВМ, находящейся на более высоком иерархическом уровне в системе.
Существует два принципиально разных подхода к проектированию цифровых устройств: использование принципа схемной логики или использование принципа программируемой логики.
Следует иметь в виду, что наивысшее быстродействие достигается в процессорах, в которых управляющее устройство строится с использованием системной логики, а операционное устройство выполняется в виде устройства, специализированного для решения конкретной задачи.
Мы будем использовать микроконтроллер фирмы Microchip со встроенным АЦП, и на его основе разрабатывать устройство контроля за уровнями входных аналоговых сигналов.
1.Выбор и обоснование основных технических решений.
1.1 Детализация исходного ТЗ и постановка задачи (использование блочно-иерархического подхода при разработке данного устройства).
Поставленную задачу можно разбить на 3 задачи:
1. Задача приема входных данных.
2. Задача обработки входных данных и принятие решения.
3. Выдача управляющего сигнала на объекты индикации.
В свою очередь задача приема входных данных содержит в себе 3 задачи малой размерности:
Прием аналогового сигнала;
цикл работы АЦП;
запись в РОН.
Задача обработки входных данных и принятия решения реализуется на основе 2 подзадач:
чтение двух констант (верхний и нижний предел) из ПЗУ;
сравнение констант с РОН.
Задача выдачи управляющего сигнала на объект управления содержит в себе 3 задачи малой размерности:
Преобразование информации о уровне входного аналогового сигнала в форму пригодную для выдачи на ЖКИ
Осуществление управления динамической индикацией с заданной частотой обновления;
Подача сигнала на зеленый светодиод в том случае, либо же подача сигнала на красный светодиод и на динамик (с определенной в ТЗ частотой) в зависимости от принятого решения.
В соответствии с блочно-иерархическим принципом это разбиение исходной задачи на ряд более простых задач можно представить следующей структурой (см. рис. 2.1).
Рисунок 1.1 Разбиение общей задачи на ряд подзадач.
1.2 Источники информации (входных сигналов)
Источниками информации могут служить любые устройства, выдающие плавно изменяющиеся во времени аналоговые сигналы уровень которых лежит в пределах 0-5 В ( уровни ТТЛ ).
1.3 Приемники информации (выходных сигналов)
Приемниками информации служат семисегментные светодиодные индикаторы , светодиоды и динамик.
1.4 Возможные пути (варианты) решения поставленной задачи
Все МКУ разрабатываются с помощью программных и аппаратных способов реализации.
Преимущества аппаратной реализации заключаются в том, что:
а) использование специальных БИС упрощает разработку и обеспечивает высокое быстродействие системы в целом;
б) уменьшается время на разработку и отладку устройства.
Преимущества программной реализации такие;
а) меньшая стоимость и потребляемая мощность системы ;
б) меньшее количество компонент в системе, а значит выше надежность системы в целом;
в) время жизни системы значительно выше по сравнению с аппаратной реализацией;
г) возможность простой модификации системы (путем перепрограммирования).
Не смотря на то, что численно преимуществ программной реализации больше, чем у аппаратной, бывают случаи, где без аппаратной части просто не обойтись. Но не в данной задаче.
Глобальная задача обработки входных данных и принятия решения будет реализована программным путем, так как именно для этого предназначен микроконтроллер. Если же входные данные обрабатывать аппаратно (собрать схему на жесткой логике), тогда ТЗ теряет свой смысл, в нем оговорено спроектировать микроконтроллерное устройство, а значит для МК останется только задача формирования выдачи выходного сигнала. Хотя эту задачу нельзя назвать слишком уж простой, и осуществить ее решение на жесткой логике было бы затруднительно и дороговато.
И зачем пытаться что-то реализовать аппаратно, если можно без особых усилий достичь того же результата, используя микроконтроллер. Поэтому обработкой входных сигналов будет заниматься МК под управлением соответствующей программы.
К тому же чем меньше элементов будет в проектируемом устройстве тем оно будет надежнее и дешевле.
1.5. Возможные варианты структурных схем и их сравнительный анализ
Для реализации данного устройство можно предложить следующие варианты:
на микроконтроллере со встроенным АЦП;
рис. 1.5.1 Структурная схема устройства на микроконтроллере со встроенным АЦП.
где :
ВС – входной аналоговый сигнал,
СД – сигналы данных для индикации (в том числе звуковой),
УС – сигналы управления индикацией
внешний АЦП + 3 портовый микроконтроллер без АЦП
рис. 1.5.2 Структурная схема устройства на микроконтроллере с внешним АЦП.
где :
ВС – входной аналоговый сигнал,
СД – сигналы данных для индикации (в том числе звуковой),
УС – сигналы управления индикацией
внешний АЦП + компоратор + дешевый 2 портовый
Кі1
микроконтроллер.
14
АЦП
Блок компорации
ВС
14
ФК
14
Кі2
Блок индикации
11
СД
2
УС
рис. 1.5.3 Структурная схема устройства на микроконтроллере с внешним АЦП и блоком компорации.
где :
ВС – входной аналоговый сигнал,
СД – сигналы данных для индикации (в том числе звуковой)
УС – сигналы управления индикацией
ФК – флаг компорации (результат сравнения)
Кі1, Кі2 – константы нижнего и верхнего пороговых уровней
1.6 Обоснование выбора структурной схемы
Учитывая все аспекты, рассмотренные в п.1.4 ПЗ, мы выбираем 1 вариант реализации (на микроконтроллере со встроенным АЦП).
1.7. Обоснование выбора ОМК для решаемой задачи
Для решения данной задачи необходим МК, который содержит в себе следующие характеристики в соответствии с ТЗ:
Встроенный АЦП с разрядностью 8р.
имеет 1 линий для ввода аналогового сигнала
имеет 14 линий вывода (8 – входные данные для семисегментные световые индикаторы, 3 – для выбора индикатора, 2-для светодиодов и 1- для динамика );
позволяет использовать кварцевый и внешний генератор;
имеет в наличии ПЗУ;
будет доступным и сравнительно недорогим.
иметь достаточное быстродействие
Еще одним немаловажным моментом является наличие документации на МК, чтобы правильно его запрограммировать.
Учитывая все требования, нами был выбран микроконтроллер PIC16C72, так как он в наибольшей степени удовлетворяет всем вышесказанным условиям.
Но поскольку оценить нужное быстродействие без написания программы трудно, возможно нам придется заменить его на микроконтроллер того же семейства 16с7х но более быстродействующий.
2. Структурная схема устройства и её описание
2.1Структурная схема
После обоснования выбора структурной схемы устройства останавливаемся на схеме с микроконтроллером со встроенным АЦП. Структурная схема приведена на рисунке 2.1.
рис. 2.1 Структурная схема устройства на микроконтроллере со встроенным АЦП.
где :
ВС – входной аналоговый сигнал,
СД – сигналы данных для индикации (в том числе звуковой),
УС – сигналы управления индикацией
Назначение отдельных функциональных блоков
Блок ЦПУ предназначен для преобразования входного аналогового сигнала в цифровое представление, сравнения этого значения с константами и в зависимости от результата сравнения осуществлять управление устройством индикации, предварительно преобразовав информацию о уровне аналогового входного сигнала в форму пригодную для блока индикации.
Блок индикации предназначен для вывода информации о уровне входного аналогового сигнала, в виде десятичных чисел, с заданными количеством знакомест и частотой обновления данных. Кроме того блок индикации с помощью двух светодиодов и динамика информирует попадает ли уровень сигнала в область, ограниченную константами Кі1 и Кі2.
Описание принципа действия и общий алгоритм работы
Аналоговый сигнал, поступающий на вход АЦП микроконтроллера, преобразовывается в цифровое представление. Затем микроконтроллер сравнивает уровень входного сигнала с двумя константами, хранящимися в ПЗУ, и в зависимости от результата сравнения подает сигналы на динамик и светодиоды, по линиям СД. Кроме того микроконтроллер преобразовывает информацию о уровне аналогового входного сигнала в форму пригодную для блока индикации, эта информация передается по линиям СД.
Обновление информации на блоке индикации целиком зависит от МК, оно происходит с заданной частотой 44 Гц. По линиям УС, от микроконтроллера в блок индикации, передаются сигналы, предназначенные для выбора знакоместа.
2.3 Функциональная схема устройства и ее краткое описание
Рисунок 3.1 Функциональная схема МКУ
Тактирование
поскольку на устройство наложены достаточно жесткие меры по скорости измерения мы будем использовать кварцевый генератор, кроме того с помощью замены кварца мы можем варьировать временем выполнения программы.
Расчет потребляемой мощности и определение требований к источникам питания.
4.1 Расчет потребляемых токов
Расчет потребляемых токов сводится к тому, что необходимо определить суммарное потребление тока всеми микросхемами, то есть:
(4.1)
где Iобщ - общий ток, потребляемый устройством,
Ik - ток, потребляемый k-той микросхемой,
m - общее число микросхем,
n - число микросхем данного типа.
*При условии индикации «8». Поскольку у нас динамическая индикация, то одновременно горит только один индикатор, поэтому общий потребляемый ток равен 35 mA( тоже самое и со светодиодами).
Получаем общий ток потребления:
I>общ = >25 + 35 + 10+ 25 = 95 mA
4.2 Расчет потребляемой мощности
Расчет потребляемой мощности сводится к тому, что необходимо определить мощность потребляемую устройством, то есть:
(4.2)
где Робщ - общая потребляемая мощность,
Uпит - напряжение питания,Iобщ - общий ток потребления.
Принимаем потребляемую мощность не более 0,5 Вт.
4.3 Расчет надежности
Интенсивность отказов характеризуется отношением числа изделий в единицу времени к числу изделий, продолжающих оставаться исправными к началу рассматриваемого промежутка времени:
(4.3)
где m - число изделий, отказавших за время t,
N - число исправно работающих изделий к началу промежутка времени.
Интенсивность отказов элементов следующая:
микросхемы – 0.8510-6 (ч-1),
резисторы – 0.910-6 (ч-1),
конденсаторы – 1.410-6 (ч-1).
Тогда,
(ч-1)
Поскольку не учтена интенсивность отказа некоторых элементов примем что наработка на отказ составит около 35 000 часов. Такую надежность устройства можно считать приемлемой.
5. Расчет временных параметров
По ТЗ разрабатываемое устройство должно проводить динамическую индикацию с частотой 44Гц. И, в определенной ситуации, звуковую индикацию, с частотой последовательности импульсных сигналов 3730 Гц.
Для соблюдения поставленных в ТЗ условий нам потребуется выполнять процедуру динамической индикации через время t>ди>=22727 мкс, а процедуру звуковой индикации через время t>зи>=268 мкс.
Нам известно что скорость выполнения одной команды, при использовании PIC16C72, тактируемого от кварца 4Мгц, занимает четыре такта (не считая goto и т.п.), т.е скорость выполнение среднестатистической команды равна 1 МГц. Значит наша процедура динамической индикации должна срабатывать каждые 22727 командных циклов микроконтроллера, а процедура звуковой индикации каждые 268 командных циклов.
Кроме того нам известно, что АЦ преобразование в выбранном нами микроконтроллере (PIC16C72) длиться не более 20 мкс.
Эти данные будут нужны при настройке таймеров и задержек в программе.
6. Разработка и отладка рабочей программы .
Возможно предложить следующие варианты решения поставленной задачи:
Написать программу которая в непрерывном цикле Производит АЦП преобразование, перевод результата в семисегментный код, и осуществляет динамическую индикацию.
Преимущества : легко написать программу (не сложный алгоритм)
Недостатки: труднее высчитывать задержки для обеспечения динамической и звуковой индикации с заданной частотой. Из-за не постоянного времени выполнения процедуры преобразования в семисегментный код, не получиться обеспечить точную частоту обновления.
Написать программу которая в непрерывном цикле Производит АЦП преобразование, перевод результата в семисегментный код. Складывает результаты в буффер. По прерываниям таймеров происходит динамическая и звуковая индикация.
Преимущества: данный подход обеспечит точную частоту звуковой и динамической индикации. Не нужно подбирать задержки для индикаций. Можно чаще снимать данные с АЦП и выводить их позднее, а это уменьшает вероятность того, что мы пропустим резкое изменение уровня входного сигнала.
Недостатки: разработка программы усложниться за счет использования таймеров и прерываний от них. Кроме того нужно каким-то образом организовать буфер для хранения результатов АЦП.
Учитывая все вышесказанное, мы выбираем 2 вариант, т.к. на наш взгляд он более приспособлен для решения поставленной задачи.
Блок-схемы алгоритмов и их описание
Структура программы
Микроконтроллер выполняет следующие функции:
прием аналогового сигнала ;
АЦП преобразование ;
Преобразования результата АЦП в семисегментный код ;
принятие решения о выходе уровня входного сигнала за пороговые уровни.
Вывод преобразованных значений на светодиодные индикаторы(осуществление динамической индикации с заданной частотой)
выдача сигнальных сообщений на светодиоды и динамик.
Программа содержит следующие участки программы:
INIT – производит перевод всех портов и регистров устройства в исходное состояние;
MAIN – основная программа;
IRQTMR1 - подпрограмма обработки прерывания от таймера1 (для динамической индикации)
IRQTMR2 - подпрограмма обработки прерывания от таймера2
(для звуковой индикации)
INDICATION – подпрограмма обновления состояния индикатора;
BINTOSEVEN – подпрограмма перевода числа из двоичного кода в семисегментный код.
SOUNDINDICATION – подпрограмма звуковой индикации
Текст программы.
Текст программы приведен в приложении А.
Технология отладки программы
При разработке и отладке программы была использована бесплатная программа Mplab предоставляемая фирмой Microchip.
MPLAB - это интегрированная среда разработки (IDE) для семейства микроконтроллеров PICmicro фирмы Microchip Technology Incorporated. MPLAB позволяет писать, отлаживать и оптимизировать программы для Ваших разработок. MPLAB включает текстовый редактор, симулятор (виртуальный отладчик), менеджер проектов и поддерживает эмуляторы (внутрисхемные отладчики) MPLAB-ICE и PICMASTER , программаторы PICSTART Plus и PRO MATE II и другие средства и инструменты разработок фирмы Microchip и других фирм.
Инструментальные средства MPLAB, организованные как ниспадающие меню и определяемые быстрые клавиши, позволяют:
- ассемблировать, компилировать исходный текст;
- отлаживать логику работы, наблюдая с помощью симулятора или, в реальном времени, с эмулятором MPLAB-ICE ;
- просматривать переменные в окнах просмотра;
- программировать кристаллы с помощью программаторов PICSTART Plus или PRO MATE II
- и многое другое.
Так как MPLAB не корректно работает с АЦП, отладка программы выполнялась путем замены результата АЦП числами, которые не выходили за пороговые значения(заданными константами К1 и К2) и на числа которые:
а) меньше нижней границы ;
б) больше верхней границы .
Технология отладки программы
Компиляция (с распечаткой всех файлов, полученных во время компиляции: obj, lst, erl, sym)
В ходе компиляции был получен объектный модуль и НЕХ – файл пригодный для прошивки в память микроконтроллера.
Приведем фрагменты файлов полученных во время компиляции:
Файл KURSOV.lst:
MPASM 02.50.02 Intermediate KURSOV.ASM 4-20-2006 9:09:06 PAGE 1
LOC OBJECT CODE LINE SOURCE TEXT
VALUE
00001 list p=16C72
00002 #include <P16C72.inc>
00001 LIST
00002 ; P16C72.INC Standard Header File, Version 1.01 Microchip Technology, Inc.
00249 LIST
00003
00000020 00004 TMP EQU 20H
00000021 00005 K1 EQU 21H
00000022 00006 K2 EQU 22H
00007
00000023 00008 SOTNI EQU 23H
00000024 00009 DESYATKI EQU 24H
00000025 00010 EDINICI EQU 25H
00011
00000028 00012 SAVEW EQU 28H
00000030 00013 SAVEW2 EQU 30H
00000029 00014 SAVESTATUS EQU 29H
00000031 00015 SAVESTATUS2 EQU 31H
00016
00000026 00017 SV EQU 26H ; STACK VERTEX
00000027 00018 SP EQU 27H ; STACK POINTER
00019
00020
00000032 00021 DINAMIK EQU 32H
00022
00000033 00023 CT EQU 33H ; FOR DELAY
00024
00025 ;STK 40h-5Eh ; STACK ADDRES FOR TEN BCD TRIADS
00026
Warning[205]: Found directive in column 1. (ORG)
0000 00027 ORG 0x00 ; processor reset vector
0000 28B5 00028 GOTO Start ; go to beginning of program
00029
00030
00031 ; -------------IRQ
Warning[205]: Found directive in column 1. (ORG)
0004 00032 ORG 0x04 ; обработка прерывания осуществляется за 9 циклов (4,5 мкс)
0004 1C0C 00033 BTFSS PIR1, TMR1IF ; анализ
0005 2818 00034 goto IRQTMR2 ; источника прерывания
00035
0006 00036 IRQTMR1 ; обработчик прерывания от таймера
00037 ;------ PUSH REGISTERS---------
0006 00A8 00038 MOVWF SAVEW
0007 0803 00039 MOVF STATUS,W
0008 00A9 00040 MOVWF SAVESTATUS
0009 0804 00041 MOVF FSR,W
000A 00A6 00042 MOVWF SV
00043 ;------------------------------
000B 1010 00044 BCF T1CON,TMR1ON ; TIMER STPR
000C 3038 00045 MOVLW B'00111000'
000D 008E 00046 MOVWF TMR1L
000E 30A7 00047 MOVLW B'10100111'
000F 008F 00048 MOVWF TMR1H
MPASM 02.50.02 Intermediate KURSOV.ASM 4-20-2006 9:09:06 PAGE 2
LOC OBJECT CODE LINE SOURCE TEXT
VALUE
0010 1410 00049 BSF T1CON,TMR1ON ; TIMER ON
0011 100C 00050 BCF PIR1, TMR1IF ; сброс флага переполнения от таймера
0012 2116 00051 CALL INDICATION
00052
00053 ;------ POP REGISTERS ---------
0013 0826 00054 MOVF SV,W
0014 0084 00055 MOVWF FSR
0015 0829 00056 MOVF SAVESTATUS,W
0016 0083 00057 MOVWF STATUS
0017 0828 00058 MOVF SAVEW,W
00059 ;------------------------------
---------------------------------
---------------------------------
Файл KURSOV.err:
Warning[205] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 27 : Found directive in column 1. (ORG)
Warning[205] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 32 : Found directive in column 1. (ORG)
Warning[203] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 83 : Found opcode in column 1. (retfie)
Warning[205] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 86 : Found directive in column 1. (ORG)
Message[302] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 107 : Register in operand not in bank 0. Ensure that bank bits are correct.
Message[302] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 109 : Register in operand not in bank 0. Ensure that bank bits are correct.
Message[302] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 111 : Register in operand not in bank 0. Ensure that bank bits are correct.
Message[302] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 167 : Register in operand not in bank 0. Ensure that bank bits are correct.
Message[302] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 168 : Register in operand not in bank 0. Ensure that bank bits are correct.
Warning[203] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 322 : Found opcode in column 1. (RETURN)
Warning[203] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 399 : Found opcode in column 1. (RETURN)
Warning[203] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 419 : Found opcode in column 1. (RETURN)
Warning[203] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 434 : Found opcode in column 1. (RETURN)
Warning[205] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 438 : Found directive in column 1. (END)
Файл KURSOV.hex:
:02000000B52821
:080008000C1C1828A8000308D5
:10001000A9000408A600101038308E00A7308F0009
:1000200010140C10162126088400290883002808C3
:100030008C1C2628B0000308B1001211003091007A
:0E00400012158C105C21310883003008090075
:0C01540082073F3406345B344F346634BD
:100160006D347D3407347F346F3403138316FF30CE
:10017000850000308600003087008312FF30A00029
:10018000A501A301A401B201850186018701073001
:100190008700FF30B3007830A2002D30A10040303E
:1001A0008400A700A60038308E00A7308F00900191
:1001B00010140C108B170B1783160C148C1483124D
:1001C000C1309F001F1534211F19E4287F309E0085
:1001D0001E08A000FF30B300000000000000000077
:1001E000000000000000000000000000000000000F
:1001F00000000000000000000000B30BEC2803101A
:1002000021082002031C0D29031020082202031CD0
:100210000D29121187150712DF2807168711920181
:100220008C101211FC3091001215DF282708840071
:1002300000080710860067210714840A0008871049
:10024000860067218714840A000807118600672149
:100250000715840A03105E300402031C3129403064
:1002600084000408A7000800A301A401A501A30AB3
:100270006430A00203183729A3036430A007A40A3E
:100280000A30A00203183F29A4030A30A00720085F
:10029000A500AA208000840A2408AA208000840ADD
:1002A0002308AA208000840A03105E300402031C85
:1002B0005B29403084000800031001303202031C27
:1002C0006429B20387120800B20A87160800FF30BB
:1002D000B30000000000000000000000000000006B
:0602E000B30B69290800C0
:00000001FF
Моделирование
Моделирование производилось в интегрированной среде разработки MPLAB (кратко в разделе 6.5 этого документа).
Для проверки состояния регистров мы использовали окно «watch», а для подсчета времени выполнения процедур в программе были расставлены breakpoint’ы и использовалось окно «stopwatch» .
В результате моделирования установлена работоспособность программы. исследованы получившиеся временные характеристики:
Процедура BINTOSEVEN– в худшем случае (при преобразовании уровня 5В) – 99 мкс.
Процедура INDICATION– 7694 мкс
Интервал между вызовами INDICATION – 22741 мкс (44Гц)
Интервал между вызовами SOUNDINDICATION – 268 мкс (3731Гц)
Данные временные характеристики полностью удовлетворяют ТЗ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
В.В.Скороделов "Проектирование устройств на однокристальных микроконтроллерах с RISC-архитектурой". Ч1,Ч2, Учебное пособие.
Угрюмов Е. П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. М.: Высшая школа, 1991.
Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. М.: Радио и связь, 1988.
Тули М. Справочное пособие по цифровой электронике. М.: “Энергоатомиздат”, 1990.
Бирюков С.А. “Применение интегральных микросхем серии ТТЛ”. М.: “Патриот”, 1992.
Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике. Справочник (под ред. Б.И.Файзулаева, –М, Радио и связь, 1989)
ГОСТ 2.102-68. Виды и комплектность конструкторской докуметации. М.: 1988.
ГОСТ 2.708-81. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники. М.: 1988.
Разработка и оформление конструкторской документации. РЭА. Справочник (под ред. Э.Г.Романычевой – М.: Радио и связь, 1989)
Ю.В.Новиков, О.А.Калашников "Разработка устройств сопряжения". Издательство "ЭКОМ", Москва, 1998г. 355 с.
Заключение
В данном проекте был разработано устройство контроля за уровнями аналоговых сигналов.
Это устройство предназначено для измерения уровней входных аналоговых сигналов, проверки попадания уровня в определенные границы и отображения на цифровом табло текущего значения уровня сигнала.
Устройство реализовано на однокристальном микроконтроллере типа PIC16С71.
Применение в устройстве данного однокристального микроконтроллера привело к экономии элементов, возможности меняя программу работы в широких пределах корректировать алгоритм обработки данных. Также улучшились весогабаритные параметры.
Устройство имеет следующие характеристики:
Потребляемая мощность не более 0,5 Вт;
Наработка на отказ около 35000 часов;
Уровни входных сигналов 0-5 В.
Промоделировав работу программы и проанализировав, полученные при моделировании, временные характеристики можем сказать что устройство полностью удовлетворяет требованиям, поставленным в ТЗ.
В качестве улучшения можно предложить доработать устройство, а конкретнее добавить возможность контроля за уровнями аналоговых сигналов, уровень которых выше 5В.
В качестве решения можно предложить поставить на входе АЦП делитель уровня и учитывать его коэффициент деления в программе (для перевода результата отображения в семисегментный код ).
При таком подходе получиться полноценный вольтметр постоянного тока.
|
Обозначение |
Наименование |
Количество |
|
Конденсаторы |
||
|
С1 |
K50-6-20 мкФ – 16В |
1 |
|
С2-С3 |
МРТ-111-20 пФ±10%-63В |
2 |
|
С4 |
КМ – 6 – 9 - 0,47 +- 10% ОЖО 464. 023 ТУ |
1 |
|
Микросхемы |
||
|
DD1 |
PIC16С72 |
1 |
|
HG |
АЛС324А |
3 |
|
Кварц |
||
|
ZQ1 |
4 МГц |
1 |
|
Разъемы |
||
|
ХТ1 |
СНО 4 |
1 |
|
Телефон |
||
|
BF1 |
ТОН-2 |
1 |
|
Кнопки |
||
|
SA1 |
П2К |
1 |
|
Резисторы |
||
|
R1 |
ОМЛТ 0,125 – 300 Ом |
1 |
|
R2-R11 |
ОМЛТ 0,125 – 1,2 КОм |
10 |
Приложение А
Текст программы:
list p=16C72
#include <P16C72.inc>
TMP EQU 20H
K1 EQU 21H
K2 EQU 22H
SOTNI EQU 23H
DESYATKI EQU 24H
EDINICI EQU 25H
SAVEW EQU 28H
SAVEW2 EQU 30H
SAVESTATUS EQU 29H
SAVESTATUS2 EQU 31H
SV EQU 26H ; STACK VERTEX
SP EQU 27H ; STACK POINTER
DINAMIK EQU 32H
CT EQU 33H ; FOR DELAY
;STK 40h-5Eh ; STACK ADDRES FOR TEN BCD TRIADS
ORG 0x00 ; processor reset vector
GOTO Start ; go to beginning of program
; -------------IRQ
ORG 0x04 ; обработка прерывания осуществляется за 9 циклов (4,5 мкс)
BTFSS PIR1, TMR1IF ; анализ
goto IRQTMR2 ; источника прерывания
IRQTMR1 ; обработчик прерывания от таймера
;------ PUSH REGISTERS---------
MOVWF SAVEW
MOVF STATUS,W
MOVWF SAVESTATUS
MOVF FSR,W
MOVWF SV
;------------------------------
BCF T1CON,TMR1ON ; TIMER STPR
MOVLW B'00111000'
MOVWF TMR1L
MOVLW B'10100111'
MOVWF TMR1H
BSF T1CON,TMR1ON ; TIMER ON
BCF PIR1, TMR1IF ; сброс флага переполнения от таймера
CALL INDICATION
;------ POP REGISTERS ---------
MOVF SV,W
MOVWF FSR
MOVF SAVESTATUS,W
MOVWF STATUS
MOVF SAVEW,W
;------------------------------
IRQTMR2
BTFSS PIR1, TMR2IF; анализ
goto RET
T2BREAK
;------ PUSH REGISTERS---------
MOVWF SAVEW2
MOVF STATUS,W
MOVWF SAVESTATUS2
;------------------------------
BCF T2CON,TMR2ON ; TIMER2 STOP
MOVLW B'00000000'
MOVWF TMR2
BSF T2CON,TMR2ON ; TIMER2 ON
BCF PIR1, TMR2IF ; сброс флага переполнения от таймера
CALL SOUNDINDICATION
;------ POP REGISTERS ---------
MOVF SAVESTATUS2,W
MOVWF STATUS
MOVF SAVEW2,W
;------------------------------
RET
retfie ; возврат из прерывания
ORG 0xAA
TOSEVEN
addwf PCL,F ; W + PC -> PC
retlw b'00111111' ; ..FEDCBA = '0'
retlw b'00000110' ; .....CB. = '1'
retlw b'01011011' ; .G.ED.BA = '2'
retlw b'01001111' ; .G..DCBA = '3'
retlw b'01100110' ; .GF..CB. = '4'
retlw b'01101101' ; .GF.DC.A = '5'
retlw b'01111101' ; .GFEDC.A = '6'
retlw b'00000111' ; .....CBA = '7'
retlw b'01111111' ; .GFEDCBA = '8'
retlw b'01101111' ; .GF.DCBA = '9'
Start
BCF STATUS,6
BSF STATUS,5 ; BANK1
MOVLW B'11111111';INITA
MOVWF TRISA
MOVLW B'00000000';INITB
MOVWF TRISB
MOVLW B'00000000';INITC
MOVWF TRISC
BCF STATUS,5 ; BANK 0
;--------------------------- INIT VAR
;----------------- TESTS
MOVLW B'11111111'
MOVWF TMP
;----------------------
; CLRF TMP
CLRF EDINICI
CLRF SOTNI
CLRF DESYATKI
CLRF DINAMIK
CLRF PORTA
CLRF PORTB
CLRF PORTC
MOVLW B'00000111'
MOVWF PORTC
MOVLW B'11111111'
MOVWF CT
MOVLW .120
MOVWF K2
MOVLW .45
MOVWF K1
;--------------------------- INIT STACK
MOVLW 0x40
MOVWF FSR
MOVWF SP
MOVWF SV
;--------------------------- INIT TIMER1
MOVLW B'00111000'
MOVWF TMR1L
MOVLW B'10100111'
MOVWF TMR1H
;------------------------------- INIT TIMER 2
; --------------------------- RUN TIMER1
CLRF T1CON
BSF T1CON,TMR1ON ; TIMER ON
BCF PIR1,TMR1IF
BSF INTCON,GIE
BSF INTCON,PEIE
BSF STATUS,5 ; BANK1
BSF PIE1,TMR1IE
BSF PIE1,TMR2IE
; MOVLW B'00000001'
; MOVWF PIE1
MAIN
;--------------------------------------------- ADC ------------
BCF STATUS,5 ; BANK0
MOVLW B'11000001'
MOVWF ADCON0
BSF ADCON0,2 ; START CONV
CALL BINTOSEVEN
LOOP
BTFSC ADCON0,2
GOTO LOOP
;---------------------------- TEST VALUES
; MOVLW B'1100100' ; POADAET
; MOVLW B'0000000' ; NIJE
MOVLW B'1111111' ; VISHE
MOVWF ADRES
;---------------------------
MOVF ADRES,W
MOVWF TMP
;DELAY ;----5106-CYCLES 1CYCLE=1us
MOVLW .255
MOVWF CT
D2
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
DECFSZ CT,1
GOTO D2
COMP
; ----------------- COMPARE -----------
; K1< ADC <K2 ????
;---- K1< ADC ? ----------
BCF STATUS,0
MOVF K1,W
sub>WF TMP,0 ; ADFRES-K1
BTFSS STATUS,0 ; ЕСЛИ ADRES<ki, ТО ПЕРЕЙТИ НА NO (ИНАЧЕ ПРО
; ПРОПУСТИТЬ СЛЕД КОМАНДУ)
GOTO NO
;---- ADC <=K2 ? --------
BCF STATUS,0
MOVF TMP,W
sub>WF K2,0 ; ADFRES-K1
BTFSS STATUS,0 ; ЕСЛИ ADRES>ki, ТО ПЕРЕЙТИ НА NO (ИНАЧЕ ПРО
; ПРОПУСТИТЬ СЛЕД КОМАНДУ)
GOTO NO
;YES
;--------------- TIMER 2 STOP
BCF T2CON,TMR2ON ; TIMER STOP
BSF PORTC,3
BCF PORTC,4
GOTO MAIN
NO
;--------------- TIMER2 ON WITH IMMIDIATLY IRQ
BSF PORTC,4
BCF PORTC,3
CLRF T2CON
BCF PIR1, TMR2IF ; сброс флага переполнения от таймера
BCF T2CON,TMR2ON ; TIMER2 STOP
MOVLW B'11111100'
MOVWF TMR2
BSF T2CON,TMR2ON ; TIMER2 ON
;--------------------------------------------------
GOTO MAIN
; -------------------- DYNAMIC INDICATION PROCEDURE
INDICATION
;----------- RESTORE SP VALUE-----------
MOVF SP,W
MOVWF FSR
;---------------------------------------
MOVF INDF,W
BCF PORTC,0
MOVWF PORTB
CALL DELAY
BSF PORTC,0
INCF FSR,F
MOVF INDF,W
BCF PORTC,1
MOVWF PORTB
CALL DELAY
BSF PORTC,1
INCF FSR,F
MOVF INDF,W
BCF PORTC,2
MOVWF PORTB
CALL DELAY
BSF PORTC,2
INCF FSR,F
;-------------------CALCULATE SP (STACK POINTER)
;---- 5Eh< FSR ? ----------
BCF STATUS,0
MOVLW 0x5E
sub>WF FSR,0 ; ADFRES-K1
BTFSS STATUS,0 ; ЕСЛИ FSR<70h, ТО ПЕРЕЙТИ НА NO (ИНАЧЕ ПРОПРОПУСТИТЬ СЛЕД КОМАНДУ)
GOTO SPFSRNO
MOVLW 0x40
MOVWF FSR
SPFSRNO
;------------ PUSH SP VALUE ----------
MOVF FSR,W
MOVWF SP
RETURN
;---------------------- BINARY TO SEVENSEGMENTS GODE CONVERTION
BINTOSEVEN
; ----------- MUL x2 --------------
clrf SOTNI
clrf DESYATKI
clrf EDINICI
; RLF TMP,1
; BTFSS STATUS,0 ;
; GOTO M1
;
; MOVLW .2
; MOVWF SOTNI
; MOVLW .5
; MOVWF DESYATKI
; MOVLW .6
; MOVWF EDINICI
M1
;----------- convert bin to bcd -------------
; clrf SOTNI
pr0
incf SOTNI,f ;разряд сотен
movlw .100
sub>wf TMP,f
btfsc STATUS,0
goto pr0
decf SOTNI,f
movlw .100
addwf TMP,F
; clrf DESYATKI
pr1
incf DESYATKI,F ;разряд десятков
movlw .10
sub>wf TMP,F
btfsc STATUS,0
goto pr1
decf DESYATKI,F
movlw .10
addwf TMP,F
; clrf EDINICI
movf TMP,W
movwf EDINICI
;----------- convert bcd to seven segments code -------------
TTTT
CALL TOSEVEN
MOVWF INDF
INCF FSR,F
MOVF DESYATKI,W
CALL TOSEVEN
MOVWF INDF
INCF FSR,F
MOVF SOTNI,W
CALL TOSEVEN
MOVWF INDF
INCF FSR,F
;-------------------CALCULATE SV (STACK VERTEX)
;---- 5Eh< FSR ? ----------
BCF STATUS,0
MOVLW 0x5E
sub>WF FSR,0 ; ADFRES-K1
BTFSS STATUS,0 ; ЕСЛИ FSR<70h, ТО ПЕРЕЙТИ НА NO (ИНАЧЕ ПРОПРОПУСТИТЬ СЛЕД КОМАНДУ)
GOTO SVFSRNO
MOVLW 0x40
MOVWF FSR
SVFSRNO
RETURN
;---------------------- SOUND INDICATION PROCEDURE
SOUNDINDICATION
BCF STATUS,0
MOVLW 0x1
sub>WF DINAMIK,0 ; ADFRES-K1
BTFSS STATUS,0 ; ЕСЛИ FSR<70h, ТО ПЕРЕЙТИ НА NO (ИНАЧЕ ПРОПРОПУСТИТЬ СЛЕД КОМАНДУ)
GOTO DIN
DECF DINAMIK,F
BCF PORTC,5
RETURN
DIN
INCF DINAMIK,F
BSF PORTC,5
RETURN
DELAY ;----2555-CYCLES 1CYCLE=1us
MOVLW .255
MOVWF CT
D1
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
DECFSZ CT,1
GOTO D1
RETURN
END