67689
Разработка цифрового измерителя технологического многоканального на основе AVR микроконтроллера AT90S4414
Курсовая
Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы
В данной работе используется микроконтроллер AT90S4414 фирмы Atmel. Микросхема выполнена в 40-выводном корпусе, что дает безусловный выигрыш. Таким образом, микроконтроллер имеет (4 внешних порта РА ,РВ,РС и РD). Прибор обеспечивает производительность, приближающуюся к 1 МГц.
Русский
2014-09-13
183.5 KB
21 чел.
Министерство образования Российской Федерации
Марийский государственный технический университет
ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Кафедра ИВС
Контроллер технологического много канального измерителя
Пояснительная записка
к курсовой работе по дисциплине
"Микропроцессорные системы"
Вариант №6
Выполнил: студент группы ВМ-41 Лобанов С.М. ______ ______
(дата) (подпись)
Проверил: Мясников В.И. ______ ______
(дата) (подпись)
Оценка:______
Йошкар-Ола
2004
В данной курсовой работе произведена разработка цифрового измерителя технологического многоканального на основе AVR микроконтроллера AT90S4414 с характеристиками, согласно заданию. Выполнена разработка функциональной и структурной схем. Приведена подробная информация о выбранных элементах структурной схемы.
ABSTRACT
In given term paper is made development of numerical meter technological many-server on the base AVR microcontroller AT90S4414 with features, according to the task. Executed development of function and structured schemes. Brought detailed information on chosen structured scheme elements.
СОДЕРЖАНИЕ
[1]
[2]
[3] [4]
[5]
[6] [6.1] 2.1 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ [6.1.1] На рис.1. представлена структурная схема данного устройства.
[6.2]
[6.3]
[7] [7.1] 3.1 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
[7.2]
[8]
[9] |
Разработать контроллер технологического многоканального измерителя:
В промышленности и бытовой сфере проблема эффективного использования измерителей технологических многоканальных - одна из важнейших. Ее решение возможно только при комплексной автоматизации всего оборудования с помощью различных цифровых приборов локального учета, контроля и управления (с возможностью соединения таких приборов в локальную вычислительную сеть для создания систем глобального регулирования всего объекта).
AVR-микроконтроллеры в сочетании с датчиками позволяют создавать эффективные системы контроля в бытовой и промышленной технике. Их главные достоинства - универсальность, программная гибкость, возможность цифровой обработки данных и реализации сложных алгоритмов управления. Интеграция в одном корпусе большого количества периферийных устройств обеспечивает компактность и низкую стоимость приборов в условиях сжатых сроков разработки и постановки изделий на производство.
Однокристальная микро-ЭВМ (микроконтроллер) представляет собой, построенную вокруг микропроцессора вычислительную систему, которая выполнена на одном кристалле вместе с микропроцессором.
В данной работе используется микроконтроллер AT90S4414 фирмы Atmel. Микросхема выполнена в 40-выводном корпусе, что дает безусловный выигрыш. Таким образом, микроконтроллер имеет (4 внешних порта РА ,РВ,РС и РD). Прибор обеспечивает производительность, приближающуюся к 1 МГц. Архитектура эффективно поддерживает как языки высокого уровня, так и программы на языке ассемблер. Микроконтроллер AT90S4414 содержит: 4Кбайта загружаемого ПЗУ, 256 байтов СОЗУ дает возможность наращивать память данных, программируемый последовательный UART, программируемый сторожевой таймер и многое, многое другое.
Наша задача разработать дешевый и компактный технологический многоканальный измеритель напряжения и силы тока. Стандартное решение такой конструкторской задачи - построение схемы, выполняющей следующую последовательность действий:
Сегодня некоторые зарубежные фирмы выпускают АЦП, выполняющие описанную выше цепочку преобразований. Например, фирма Analog Devices производит аналого-цифровые преобразователи AD7710, AD7711 и AD7713 со встроенными операционным усилителем (с программируемым коэффициентом усиления), источниками тока и последовательным интерфейсом. Эти микросхемы адаптированы для применения в измерительных системах (где датчиками могут служить термометр сопротивления, термопара или тензорезистивный мост), и датчики подключаются непосредственно к АЦП при минимуме дополнительных компонентов. Применять такие АЦП в небольших приборах дорого (цена специализированных АЦП превышает стоимость всех остальных компонентов, вместе взятых), а использование обычных АЦП значительно увеличивает число компонентов в схеме (и отрицательно сказывается на стоимости, габаритах и надежности прибора).
Еще один путь решения поставленной задачи - преобразование сопротивления непосредственно в код. Имеется множество различных схем, реализующих такое преобразование. Принцип их действия основан на измерении (электронно-счетным методом) временного интервала, равного постоянной времени цепи разряда конденсатора через измеряемое сопротивление. Существует множество различных измерителей, например многоканальный измеритель-сигнализатор уровня серии ИСУ 2000И .
Многоканальный измеритель-сигнализатор уровня серии ИСУ 2000И
Представляет собой 16-канальный преобразователь, восемь входов которого предназначены для подключения емкостных датчиков измерения уровня заполнения резервуаров и сигнализации о достижении одной или двух установленных пределов, восемь других входов могут использоваться также и для подключения датчиков любых технологических параметров, имеющих стандартный токовый сигнал 0/4 ... 20 мА.
Особенности:
- мониторинг от 1 до 8 резервуаров; - индикация текущих значений уровня на жидкокристаллическом дисплее; - конфигурирование и программирование с клавиатуры пульта управления и индикации; - адаптация к форме резервуара для мониторинга объема среды; - калибровка показаний по двум фиксированным уровням;
Разнообразие выходных сигналов:
- токовый - для подключения дополнительных стрелочных приборов и других средств измерения; - контакты реле или транзисторные ключи; - интерфейсный выход для связи с ЭВМ; - монтаж датчиков - вертикальный; - линии подключения - двухпроводные; - расстояние от датчиков до ИСУ 2000: до 1000 м.
Близкий аналог - дисплейный и управляющий модуль LPU 8000 фирмы LABKO (Финляндия).
Автоматизированная система материального учета и управления - состоит из датчиков уровня и других технологических параметров, до восьми многоканальных измерителей-сигнализаторов уровня ИСУ 2000И, адаптера "токовая петля" - RS232C и IBM-совместимой ЭВМ с базовым программным обеспечением.
Система адаптируется под требования конкретного заказчика с учетом характера технологического процесса и оборудования. Осуществляет мониторинг до 64 резервуаров с визуализацией состояния контролируемой среды и оборудования. Ведет технологический журнал и журнал тревог, архивирует необходимые данные с заданным периодом, обеспечивает просмотр архивов и формирование отчетов по требованию заказчика.
Комплект поставки:
Блок обработки - 1 шт.
Датчики уровня (см. "Датчики уровня для приборов типа ИСУ100") - до 8 шт.
Модуль реле (8 реле в каждом) - до 2 шт.
Показывающие приборы (миллиамперметр 0-5 мА со шкалой 0-100%, класс точности 1.5, степень защиты оболочки IP40) - до 8 шт.
Блок обработки обеспечивает:
Циклическое преобразование в цифровой код и постоянный ток входных импульсных сигналов от датчиков уровня.
Циклическое преобразование в цифровой код и передачу на ЭВМ входных стандартных токовых сигналов от датчиков технологических параметров (температура, давление и т.п.).
Формирование ступенчатых сигналов на выходах типа "открытый коллектор" и контактах реле при достижении измеряемой средой программируемых уровней.
Индикация измеренных значений на алфавитно-цифровом дисплее, как в относительных единицах, так и в единицах уровня или объема.
Автоматизированная калибровка характеристик преобразования.
Адаптация к форме резервуара любой конфигурации.
Программирование с панели индикации и управления прибора.
Интерфейс с ЭВМ. Возможность программирования прибора с помощью ЭВМ.
Самоконтроль и сигнализация отказов.
Два провода для подключения одного датчика.
Взрывозащита вида "искробезопасная цепь"
Допускается размещение датчиков во взрывоопасных зонах всех классов, модуля реле - в зонах классов В-Iб, В-Iг и В-IIа, блока обработки - в зонах классов В-Iа, В-Iб, В-Iг и В-IIа.
Блок искрозащиты, размещенный внутри блока обработки, ограничивает в цепях датчиков напряжения холостого хода и токи короткого замыкания до безопасных значений. Технические характеристики представлены в таблаблице 1.
Таблица 1
Технические данные
Два вида входных сигналов: |
25 ... 500 Гц |
Количество входов: |
8 8 |
Основная погрешность измерения уровня |
1.0 % |
Погрешность преобразования |
0.25 % |
Несколько вариантов выходных сигналов |
0 ... 5 (0 ... 20) мА |
Жидкокристаллический дисплей |
(1 строка x 16 символов) |
Степень защиты оболочек |
IP54 |
Напряжение питания |
220 В, 50 Гц |
Потребляемая мощность |
< 30 Вт |
Согласно заданию схема должна содержать следующие блоки:
Рис. 1. Структурная схема технологического многоканального измерителя
Разработку функциональной схемы начнем с последовательного описания каждого блока схемы.
1) Стабилизатор напряжения. На вход данной микросхемы подается напряжение 220В с выхода получаем постоянное напряжение 5В и 5В. Эти напряжения необходимы для питания микросхем.
Согласно заданию требуется разработать цифровой измеритель технологический многоканальный на базе контролера AVR. Я взял микроконтроллер AT90S4414, потому что он имеет достаточное число выводов, напряжение питания от 2,7 до 6 В, есть программируемый полный дуплексный UART (так как мне необходимо организовать последовательную связь с компьютером). Еще в нем имеется сторожевой таймер и в данном микроконтроллере имеется возможность применить языки высокого уровня для его программирования.
Супервизор напряжения: я выбрал микросхему ADM 705. Питание микросхемы от напряжения 5В. По характеристикам эта схема подходит для моего устройства.
В задании оговорено, что нужно для связи с компьютером использовать интерфейс RS-232С. Мною была выбрана микросхема ADM202JN, у нее напряжение питания тоже 5 В.
Мне необходим жидко кристаллический индикатор со следующими характеристиками:
- напряжение питания 5В
- двух строчечный по 16 символов в строке.
Данными свойствами обладает модуль WH162B-NGK-GP.
По заданию необходимо взять 12-ти разрядное АЦП. Я взял микросхему AD7888. Она является 8 канальной. Я использую только 4. К этой микросхеме необходим источник постоянного напряжения, микросхема ADR293.
Для обеспечения питания микросхем от сети переменного тока 220В, используем преобразователь AC/DC TML 15-205. На данную микросхему подаем напряжение 220В, а с выхода получаем +5В и 5В.
Клавиатура представляет собой совокупность стандартных кнопок (12).
Для обеспечения аналоговых и цифровых входов с уровнями напряжения 0В/10В, используем обычные делители напряжения на 2 (сопротивление резисторов по 1 кОм) для получения уровня 0В/5В (это необходимо, т.к. может сгореть микросхема от напряжения 10В).
Для обеспечения токовых цифровых входов с уровнем 4мА/20мА, используем класическую схему преобразователя тока в напряжение с операционным усилителем. Усилитель выбрали КР170УДУ. Питание 5В и +5В. Резисторы расчитали по формуле:
где = 4мА/20мА, =0В/5В
и получили с сопротивлением R= 250 Ом.
На рис.2 представлена структура программного обеспечения
Flagtem или flagdav=1 |
Flagdan=1 и flagpr=1 |
Сброс флагов, если пустой буфер |
||
Возврат и сброс флага |
||
USR,RxC=1 |
Рис.2. Структурная схема программного обеспечения технологического многоканального измерителя
В блоке инициализация делаем следующие действия. Для контроллера настройка портов, программирование таймеров, настройка UART, устанавливаем стек и т. д. Для АЦП устанавливаем частоту опроса, режим 16 бит, для ЖКИ устанавливаем разрядность шины данных=8,количество строк =2, шрифт 5х7 точек, направление сдвига курсор в право, запрещаем сдвиг дисплея вместе со сдвигом курсора и т.д.
Блок опроса флагов: происходит постоянный опрос флагов, если какой-либо флаг установлен, то переходим на соответствующую подпрограмму обработки, которая после окончания своей работы возвращается в то место, откуда была вызвана и сбрасывает соответствующий флаг.
Программа опроса клавиатуры: постоянно опрашивает клавиатуру, и записывает ее состояние в заданный регистр1, как только в этом регистре1 появляется указанное число, она устанавливает Flagklav=1.
Подпрограмма обработки сканкода активизируется, когда установлен Flagklav=1, сначала проверяем, если действительно в регистре1 число (т.е. устраняем дребезг контактов), анализируем содержание регистра1 и в зависимости от того какое число там записано переходим на ту или иную подпрограмму обработки. В конце подпрограммы сбрасываем Flagklav.
Подпрограмма приема данных активизируется когда установлен флаг USR,RxC, его устанавливает компьютор приславший данные, выполняем прием даных и конце подпрограммы сбрасываем флаг USR,RxC.
Подпрограмма выдачи данных на компьютер начинает выполнятся когда Flagdan=1 и flagpr=1, далее выполняется выдача данных на компьютер и сброс флагов происходит в том случае, если буфер с данными пуст.
Подпрограмма обработки АЦП активизируется, когда установлен Flagadc, здесь происходит запись данных в буфер и устанавливается Flagdan, установка этого флага говорит о том, что в буфере есть данные для передачи.
Процедура обслуживания ЖКИ представлен на рис.3.
Рис.3. Процедура обслуживания ЖКИ
Программа процедуры обслуживания ЖКИ составленная по данному алгоритму на языке Ассемблер будет выглядеть так:
output:
ldi r25,3Ah
ldi r24,A1h
ldi r23,2Ah
in r0,portA
sbi r0,1 ; установит RS в 1
out portA,r0
in r0,portA
сbi r0,2 ; установит W/R в 0
out portA,r0
in r0,portC
sbi r0,3 ; установит Е в 1
out portA,r0
out portA,r25 ;записать в ЖКИ команду загрузки символа (00111010) из регистра r25
ldi r17,150 ;задержка 15 ms
l: ldi r18,200 ;
l1: dec r18 ;
brne l1 ;
dec r17 ;
brne l;
in r0,portA
cbi r0,3 ;сбросить Е в 0
out portA,r0
in r0,portA
sbi r0,4 ; установит W/R в 1
out portA,r0
in r0,portA
sbi r0,5
out portA,r23 ;записать данные о коде символа из регистра 23
ldi r17,600 ;задержка 60 ms
l: ldi r18,200 ;
l1: dec r18 ;
brne l1 ;
dec r17 ;
brne l;
in r0,portA
sbi r0,1 ; установит RS в 1
out portA,r0
in r0,portA
сbi r0,2 ; установит W/R в 0
out portA,r0
in r0,portC
sbi r0,3 ; установит Е в 1
out portA,r0
out portA,r23 ;записать в ЖКИ команду вывода (00101010) из регистра r23
ret
В данной курсовой работе был разработан контроллер технологического многоканального измерителя. Согласно техническому заданию были разработаны и реализованы соответствующие блоки измерителя. Устройство построено на контроллере AVR (АТ90S4414). Для устройства была построена структурная, функциональная и принципиальная схема.
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать | |||
48808. | Система автоматического регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока | 12.08 MB | |
Значительное изменение температуры может привести к существенному изменению сопротивлений обмоток возбуждения и якорных обмоток электрических машин (изменятся статические характеристики машин). | |||
48811. | Расчет структуры электромагнитных полей | 631 KB | |
Цель работы – расчет структуры полей бесконечной цилиндрической полости в диэлектрической среде, а также в волноводе для приведенных в задании параметров. Метод исследования – метод разделения переменных при интегрировании дифференциальных уравнений для получения аналитических выражений потенциалов и напряженностей полей с последующим построением на ЭВМ структуры этих полей | |||
48813. | Внутренний водопровод и канализация жилого дома | 210 KB | |
Водопровод Описание системы и схемы внутреннего водопровода Гидравлический расчет водопроводной сети Определение расчетных расходов Определение диаметров труб и потерь напора Подбор счетчика количества воды Определение требуемого напора Канализация Системы внутренних водопроводов по конструктивному выполнению следует принимать тупиковыми если допускается перерыв в подаче воды; кольцевыми с закольцованными вводами при необходимости обеспечить непрерывную подачу воды кольцевые сети должны быть... | |||
48814. | ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ СВЯЗИ ТОМСК-СТРЕЖЕВОЙ | 9.81 MB | |
3 где постоянные коэффициенты соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются 5 поэтому ; коэффициент тяготения; Эрл удельная средняя нагрузка создаваемая одним абонентом количество абонентов обслуживаемых оконечными станциями АМТС соответственно в пунктах А и Б. На затухание света в ОВ влияют такие факторы: потери на поглощении; потери на рассеянии; кабельные дополнительные потери. Потери на поглощении и... | |||
48815. | Розрахунок радіоприймача | 218 KB | |
Величезне значення для розвиту радіотехніки мало створення електронних ламп. У 1883р. Томас Едісон виявив, що скляна колба вакуумної лампочки розжарювання темніє із- за того, що розпиляло матеріалу нитки. Згодом було встановлено, що причиною даного «ефекту Едісона» | |||