49066

Устройство сбора телеметрической информации с оценкой измеряемой величины с порогом

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Конструктивная реализация устройства включает в себя ряд коммутаторов с подключенными к ним дешифраторами аналоговоцифровой преобразователь АЦП и микропроцессорный блок включающий в себя сам микропроцессор тактовый генератор и память ПЗУ и ОЗУ 5 стр. В работе произведен расчет и выбор АЦП расчет и выбор коммутаторов разработка структурной схемы алгоритма программы отладки расчет требуемой памяти и частоты выборки отсчетов. Чтобы считать с определенного датчика сигнал необходимо выбрать коммутатор его канал и запустить АЦП....

Русский

2013-12-20

382 KB

7 чел.

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА

Институт Радиоэлектроники и Телекоммуникаций

Кафедра Радиоэлектронных и Телекоммуникационных Систем

Курсовая работа

По курсу «Вычислительная техника и информационная технология»

На тему:

«Устройство сбора телеметрической информации с оценкой

измеряемой  величины с порогом»

Выполнил студент гр. 5313

Аглиев Р.М.

                                                                  

                                                                            Поверил к.т.н. доцент

каф. РТС Можгинский В.Л.

Казань 2006

Содержание

  

1. ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………….……………………3

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………………………………………... 4

3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ …………………………………………………… 6

3. 1. Структурная схема ………………………………………… ……………6

3. 2. Описание работы схемы ………………………………………………... 7

3. 3. Алгоритм обработки ………………………………………...…………8

3. 4. Программа обработки с распределением            команд по ячейкам памяти ………………………………………..…8

3. 5. Расчет емкости требуемой памяти …………………………………….10

3. 6. Расчет времени выполнения программы …………...………………...10

4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И КРАТКИЕ ВЫВОДЫ …………………….11

5. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ………………………….12   

1. ВВЕДЕНИЕ

В данной курсовой работе разработано устройство сбора телеметрической информации с оценкой измеряемой величины с порогом. Устройство сбора информации предназначено для опроса датчиков с проверкой попадания, снятых с них значений, в допустимую область и записи в буфер при необходимости.

Конструктивная реализация устройства включает в себя ряд коммутаторов с подключенными к ним дешифраторами, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и микропроцессорный блок, включающий в себя сам микропроцессор, тактовый генератор и память (ПЗУ и ОЗУ) [5, стр.14].

В работе произведен расчет и выбор АЦП, расчет и выбор коммутаторов, разработка структурной схемы, алгоритма, программы отладки, расчет требуемой памяти и частоты выборки отсчетов.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Микропроцессорная система (МПС) – это вычислительная или управляющая система, построенная на основе микропроцессорных средств, применяется автономно или встраивается в управляемый объект.

Микропроцессор (МП) – это программно-управляющее средство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управления им, построенный на одной или нескольких интегральных микросхемах. Процессоры бывают однокристальными и секционными. У однокристального процессора АЛУ и УУ реализованы на одном кристалле. В секционных процессорах они реализованы на разных кристаллах. Микро-ЭВМ – цифровая ЭВМ, с интерфейсом ввода/вывода, состоящая из МП, памяти и при необходимости пульта управления и источников питания, объединенных в единой несущей конструкции. Структура МП, МПС, микро-ЭВМ показана на рис.1.

Рис. 1. Структурная схема МП, МПС, микро-ЭВМ.

Один разряд двоичного числа называется битом. Слова процессора – разрядность числа, обрабатываемого МП за один шаг.

Конкретные МП могут существенно отличаться друг от друга, но все они имеют 4 основных блока (рис.2).

Рис. 2. Упрощенная структурная схема МП.

АЛУ – арифметико-логическое устройство; предназначено для выполнения арифметических и логических операций «И», «ИЛИ», «исключающее ИЛИ», «НЕ», сдвига на 1 разряд.

Блок регистров – предназначен для хранения информации.

УУ – устройство управления; выдает управляющие сигналы всем внутренним блокам, а также во внешние шины.

Блок интерфейса – предназначен  для сопряжения МП с периферийными устройствами.

ША – предназначена для передачи адресов от МП к блоку памяти и внешних устройств.

ШД – предназначена  для обмена информации между МП и периферийными устройствами.

ШУ – предназначена для передачи управляющих сигналов между МП и периферийными устройствами.

В данной курсовой работе используется микропроцессорный комплект серии 580 с однокристальным микропроцессором КР580ВМ80А. Микропроцессор КР580ВМ80А представляет собой микропроцессор с тремя шинами: однонаправленной 16-ти разрядной шиной адреса, двунаправленной 8-м и разрядной шиной данных и 12-ти  разрядной шиной управления. Максимальное адресуемое пространство составляет 216 = 65536 байт. Микро-ЭВМ построенная на базе этого МП имеет типичную структуру для систем, построенных на однокристальных процессорах. Общий вид системы на базе микропроцессора КР580ВМ80А показан на рис.3. В ней выделяют три основных компонента – центральный процессор, функции которого выполняет микропроцессор, память и средства ввода-вывода.

Рис. 3. Микропроцессорная система на базе КР580ВМ80А.

3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3. 1. Структурная схема.

3. 2. Описание работы схемы.

Чтобы считать с определенного датчика сигнал необходимо выбрать коммутатор, его канал и запустить АЦП.

Коммутатор должен обеспечить выполнение теоремы Котельникова – Найквиста: fкоммутация = fд  = (4÷5)2FвN , где N – число датчиков[1, стр.115. Для наших условиях Fв = 60Гц, N = 200, следовательно:

;

.

Из справочника выберем коммутатор серии К591КН3 [1,c.254], выполненный в виде микросхемы с 16 входными каналами для 200 датчиков. tперекл=0,3мкс, входное напряжение не превышает 15 В. Поэтому нам понадобиться 13 таких микросхем.

Количество разрядов АЦП, необходимых для ввода информации равно:

.

АЦП следует выбирать с разрядностью не менее 4. Обычно разрядность АЦП кратна 4. Поэтому выберем 8-хразрядный АЦП К572ПВ4 [4,c.35], входное напряжение ±2,5 В.

Блок усилителя производит нормировку сигнала с 8В до 10В (до максимального напряжения на входе АЦП). Таким образом, число FFh соответствует напряжению 5В на входе коммутатора, 00h – 0В. Тогда напряжению 0,5В будет соответствовать число 10h, а 5В – A0h. В блоке усилителя находится устройство выборки хранения (УВХ), предназначенное для хранения значения напряжения снятого отчета на время преобразования АЦП.

МП согласуется с внешними устройствами по шине адреса следующим образом: за выбор коммутатора отвечают 5-8ой разряды шины (в дешифратор поступает 2-ый код, преобразуется в 10-й, с помощью которого мы выбираем коммутатор; 1-4-ый разряды отвечают за выбор канала коммутатора. Таким образом, мы включили требуемый коммутатор и выбрали необходимый нам канал, в результате чего сигнал с датчика попадает на АЦП. Далее происходит программная обработка сигнала и если сигнал удовлетворяет необходимым требования (лежит в пределах от 0,5 до 5,0В) то его значение сохраняется в так называемом буфере, по крайней мере, до считывания следующего сигнала. Буфер реализуется программным способом, путем использования ячейки памяти с определенным адресом.

  АЦП должен предоставлять информацию для МП в виде 8 разрядного параллельного 2-го код, в диапазоне напряжений несколько больших, чем пороговое значение и с частотой не менее fд.

Итак, с помощью этого можно сказать что сигнал прошедший через АЦП (в 10-ном коде) равен (2n · x)/Uвх. Где n – это разряд АЦП, x – значение выходного сигнала, Uвх – входное напряжения.

Значит, сигналы после АЦП будут выглядеть:

0,5 – 2610 = 110102

5 – 25610 =  1000000002     

В дальнейшем программа изменяет общий код управления для опроса следующего датчика и процесс, описанный выше, полностью повторяется.

Чаще всего коммутаторам присваивается адрес 00h, а АЦП - 01h. Таким образом, по команде OUT 00h селектор адреса запирает АЦП и ведет общение по шине данных с коммутаторами (посылает номер опрашиваемого датчика), по команде IN 01h селектор адреса запирает коммутаторы и ведет общение по шине данных с АЦП (принимает оцифрованные данные). На втором уровне (при работе с коммутаторами) разделение происходит по информации с шины данных, по которой происходит выбор одного из 13-ти коммутаторов, связанного с опрашиваемым датчиком.

3. 3. Алгоритм обработки.

3. 4. Программа обработки с распределением команд по ячейкам памяти.

Составим программу для  микропроцессора. Будем учитывать, что тактовая частота работы микропроцессора равна 2МГц.

Адрес

памяти

Метка

Команда

(мнемоника)

код

Число

тактов

Время выпол

Комментарий

8000h

M0

MVI B

06

7

3,5

Записываем в рег-р В кол-во опрашиваемых датчиков (номер первого опрашиваемого 200)

0001h

FAh

FA

8002h

M1

MOV A,B

78

5

2,5

Записываем номер опрашиваемого датчика в аккумулятор (X -> A)

8003h

OUT 

D3

10

5

Коммутируем на вход АЦП X-ый датчик

8004h

00h

00

8005h

IN

DB

10

5

Принимаем данные с АЦП (UXi -> A)

8006h

01h

01

8007h

CPI

FE

7

3,5

Сравниваем отсчет с нижним пороговым напряжением 0,5В (10h)

8008h

10h

10

8009h

JP

F2

10

5

Если меньше  порога, то перейти к метке М4 (задержка), если больше, то идти дальше.

800Ah

1Ah

1A

800Bh

00h

00

800Ch

M2

CPI

FE

7

3,5

Сравниваем отсчет с верхним пороговым напряжением 5В (A0h)

800Dh

A0h

A0

800Eh

JM

F4

10

5

Если больше порога, то перейти к метке М5 (задержка), если меньше, то идти дальше.

800Fh

1Fh

1F

8010h

00h

00

8011h

M3

OUT

D3

10

5

Запись числа в БУ

8012h

02h

02

8013h

DCR B

5

2,5

Уменьшаем номер опрашиваемого датчика    

8014h

JNZ

С2

10

5

Если номер датчика равен 0, то идем далее, если нет, то переходим к метке M1 (0005h)

8015h

02h

02

8016h

00h

00

8017h

JMP

C3

10

5

Переходим к метке M0 (0000h)

8018h

00h

00

8019h

00h

00

801Ah

M4

MVI A

3E

7

3,5

Записываем в регистр A число 10h, соответствующее 0,5В

801Bh

10h

10

801Ch

JMP

C3

10

5

Возвращение в основную программу (метка М2)

801Dh

0Сh

0С

801Eh

00h

00

801Fh

M5

MVI A

3E

7

3,5

Записываем в регистр A число A0h, соответствующее 5В

8020h

A0h

A0

8021h

JMP

C3

10

5

Возвращение в основную программу (Метка М3)

8022h

11h

11

8023h

00h

00

3. 5. Расчет емкости требуемой памяти.

Программа занимает 24h байт(16-ая система) памяти, что в десятеричной системе означает 36 байт.

Т.к. одна ячейка памяти имеет емкость 1 байт, то объем требуемой памяти:
                                                  V
K = 36 байт.

3. 6. Расчет времени выполнения программы.

Найдем количество тактов, за которое выполняется программа. Для этого сложим тактовое выполнение каждой из команд с учетом числа их повторений:

ТТ = 7+5+(10+10+7+10+7+10+10+5+10+10+7+10+7)·200+10 =22622 мкс.

Примем, что длительность одного такта равна 0,5 мкс, тогда можем вычислить время полного выполнения программы:

Т = ТТ · 0.5 = 22622 · 0,5 = 11311 мкс.

Вычислим частоту F, равную 1/Т

F = 88,4 Гц

Мы получили возможную частоту обработки всей информации равную 237,67 Гц.

 

4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И КРАТКИЕ ВЫВОДЫ

   В данной курсовой работе произведена разработка устройство сбора телеметрической информации. Мы получили структурную схему устройства, алгоритм работы и таблицу размещения команд программы по ячейкам памяти микропроцессора.

   Аппаратная часть устройства представляет собой микропроцессорный блок, 14 логических элемента “НЕ”, 14 коммутаторов, АЦП и дешифратор.

Для данной схемы мы составили наиболее оптимальную программу обработки входных сигналов, которая опрашивает датчики с частотой 88,4 Гц при длительности такта 0,5 мкс.

5. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Щербакова Т. Ф., Козлов, Култынов, Седов С.С. Методическое пособие «Разработка и отладка  программного обеспечения МПС обработки информации», Казань 1997

2.  Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов. М.: Радио и связь, 1998

3.  Преснухин Л.Н. Микропроцессоры. М.: Высш. шк., 1986. – 495 с.: ил.

4.  Якубовский С.В. Цифровые и аналоговые микросхемы: Справочник. – М.:

5.  Вениаминов В.Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И. Микросхемы и их применение. Радио и связь, 1989


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34291. Гомеостаз 15.84 KB
  Иммунитет невосприимчивость организма к инфекциям и инвазиям чужеродных организмов. Иммунитет: специфический носит индивидуальный характер и формируется на протяжении всей жизни человека в результате контакта его иммунной системы с различными микробами и антигенами; специфич. сохраняет память о перенесенной инфекции и препятствует ее повторному возникновению; неспецифический носит видоспецифический характер обеспечивает борьбу с инфекцией на ранних этапах ее развития когда специфический иммунитет еще не сформировался. Также...
34292. Аномалия 16.16 KB
  Пороки развития аномалии развития совокупность отклонений от нормального строения организма возникающих в процессе внутриутробного или реже послеродового развития. По этиологическому признаку пороки делят на: наследственные пороки возникшие в результате мутаций гамет реже зиготы; в зависимости от того на каком уровне произошла мутация делятся на генные и хромосомные; экзогенные пороки обусловленные повреждением тератогенными факторами эмбриона или плода лекарственные препараты вирусы промышленные яды алкоголь табачный...
34293. Оплодотворение 27 KB
  Начало оплодотворения момент слияния мембран сперматозоида и яйцеклетки окончание оплодотворения момент объединения материала мужского и женского пронуклеусов. III стадия проникновение самый активный сперматозоид проникает головкой в яйцеклетку сразу после этого в цитоплазме яйцеклетки образуется оболочка оплодотворения которая препятствует полиспермии. Условия необходимые для оплодотворения: концентрация сперматозоидов в эякуляте не менее 60 млн в 1 мл; проходимость женских половых путей;...
34294. Особенности человека как объекта генетических исследований 778.5 KB
  Вопервых у человека не может быть произведено искусственного направленного скрещивания в интересах исследователя. Наконец изучение генетики человека затрудняется наличием в его геноме большого числа групп сцепления генов 23 у женщин и 24 у мужчин а также высокой степенью фенотипического полиморфизма связанного с влиянием среды. Все перечисленные особенности человека делают невозможным применение для изучения его наследственности и изменчивости классического гибридологического метода генетического анализа с помощью которого были открыты...
34295. Охрана природных экосистем. Формы природоохранной деятельности. Правовые основы охраны природы. Значение охраны природы для здоровья человека 14.43 KB
  Правовые основы охраны природы. Значение охраны природы для здоровья человека. Охрана природных экосистем совокупность мероприятий направленных на поддержание природы планеты в состоянии соответствующем эволюционному уровню биосферы её живого вещества а также человека. Национальный парк Памятник природы Красная книга Правовые основы охраны природы.
34296. Пол и его возникновение 24 KB
  Одновременно и определение пола закономерно переходит от генного у гермафродитов к хромосомному у раздельнополых форм начиная видимо с рыб и геномному у пчел. В ходе онтогенеза определение пола может происходить в момент оплодотворения хромосомные механизмы а также контролироваться внутренними гормоны и или внешними факторами. Определение пола можно представить в виде эстафеты которую хромосомный механизм передает недифференцированным гонадам развивающимся в мужские или женские половые органы. После рождения эстафета переходит к...
34297. Репаративная регенерация, её значение. Способы репаративной регенерации. Типичная и атипичная регенерация. Особенности восстановительных процессов у млекопитающих. Значение регенерации для биологии и медицины 18.51 KB
  Морфаллаксис влечет за собой перегруппировку оставшейся части организма. Нередко связан с дальнейшим значительным разрушением оставшейся части и завершается формированием из этого материала целого организма или органа. Если условия будут меняться то возникает реакция организма. В результате изменений: сохранение постоянства внутренней среды поддержание целостности организма.
34298. Регенерация 43 KB
  В большей степени регенерация присуща растениям и беспозвоночным животным в меньшей позвоночным. Регенерация в медицине полное восстановление утраченных частей. Регенерация у животных и человека образование новых структур взамен удалённых либо погибших в результате повреждения репаратинпая регенерация или утраченных в процессе нормальной жизнедеятельности физиологнческая регенерация; вторичное развитие вызванное утратой развившегося ранее органа.
34299. РЕГЕНЕРА́ЦИЯ 34 KB
  Иногда при регенерации вместо нормального числа пальцев образуется их больше или вместо одного хвоста вырастает два или три. Часто способность к регенерации стоит в связи с защитной способностью отбрасывать органы в момент опасности вследствие сильного сокращения мышц например защемленную лапку придавленный хвост и т. Благодаря физиологической регенерации поддерживается структурный гомеостаз и обеспечивается возможность постоянного выполнения органами их функций. Во многих тканях существуют специальные камбиальные клетки и очаги их...