Система съема данных с датчика Холла

Система съема данных с датчика Холла

Содержание

Введение

1. Анализ поставленной задачи

1.1 Обоснование достаточности аппаратных средств и программных ресурсов

1.2 Доопределение набора аппаратных средств и программных ресурсов

1.3 Распределение функций устройства между узлами микроконтроллера

1.4 Выбор и обоснование режимов работы узлов микроконтроллера

2. Проектирование принципиальной схемы устройства

2.1 Схема включения микроконтроллера

2.2 Формирование тактовых импульсов

2.2 Организация сброса

2.3 Схемы входных и выходных устройств

2.4 Схема источника напряжения питания

3. Проектирование программного обеспечения микропроцессора

3.1 Проектирование модуля инициализации микроконтроллера

3.2 Проектирование процедур обработки прерываний

3.3 Проектирование процедур обработки информации

3.4 Проектирование процедур вывода информации

3.5 Проектирование процедуры Main()

4. Листинг программы

5. Рекомендации по разработке программных и аппаратных диагностических средств для проверки работоспособности устройства

Заключение

Введение

В настоящее время встроенные компьютерные системы получают все большее распространение из-за их высокого качества и надежности, а так же простоты обработки информации.

В ходе курсового проекта необходимо разработать КС которая будет считывать данные с датчика Холла и выводить обработанную информацию на LED индикатор.

По техническому заданию на курсовой проект КС должна быть построена на микроконтроллере MSP430.

Микроконтроллеры MSP430 - это 16-разрядные микроконтроллеры RISC-архитектуры, с развитой периферией и сверхнизким энергопотреблением Микроконтроллеры семейства MSP430 содержат 16-разрядное RISC CPU, периферийные модули и гибкую систему тактирования, соединенные через фон-Неймановскую общую адресную шину (MAB) памяти и шину памяти данных (MDB). Объединяя современное CPU с отображаемыми в памяти аналоговыми и цифровыми периферийными устройствами, семейство MSP430 предлагает решения для приложений со смешанными сигналами.

1. Анализ поставленной задачи

1.1 Обоснование достаточности аппаратных средств и программных ресурсов

Темой курсового проекта является «Система съема данных с датчика Холла».

Рассмотрим общую структурную схему, приведенную на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема устройства

1.2 Доопределение набора аппаратных средств и программных ресурсов

В качестве микроконтроллера выберем MSP430F135.

MSP430F135 имеет память программ 16 Кбайт + 256 байт, ОЗУ 512 байт. Максимальное количество контактов ввода/вывода 48. Данная конфигурация позволяет строить малопотребляющие и высокоэффективные приложения.

У предложенного микроконтроллера достаточное число контактов ввода/вывода и памяти программ и данных.

На рисунке 2 приведен MSP430F135.



Рисунок 2 - MSP430F135

1.3 Распределение функций устройства между узлами микроконтроллера

Характеристики MSP430F135:

ѕ 12-разрядный АЦП с внутренним источником опорного напряжения,

ѕ устройством выборки-хранения,

ѕ режимом автоматической последовательной оцифровки данных

ѕ компаратор для сравнения аналоговых сигналов

ѕ 16-разрядный таймер с тремя регистрами захвата/сравнения

1.4 Выбор и обоснование режимов работы узлов микроконтроллера

Последовательный коммуникационный интерфейс (USART) с программной настройкой режима: асинхронный - UART или синхронный - SPI

Внутрисхемный программатор с последовательной передачей данных

Защита программного кода

Последовательное программирование ( JTAG )

На рисунке 3 приведена внутренняя структура MSP430F135

Рисунок 3 - Внутренняя структура MSP430F135

2. Проектирование принципиальной схемы устройства

2.1 Схема включения микропроцессора

Микроконтроллер MSP430F135 содержит 6 регистров ввода/вывода. Задействуем Port 1 и Port 2 управления светодиодным индикатором. Port 4 служит для считывания данных с датчика Холла.

На рисунке 4 приведена структурная схема включения микроконтроллера.

Рисунок 4 - структурная схема включения микроконтроллера

2.2 Формирование тактовых импульсов

Источником тактовых импульсов в микроконтроллере MSP430F135 может быть:

ѕ внутренний переменный резистор

ѕ внешний резистор

ѕ Керамический резонатор

ѕ 32 kHz кварцевый резонатор

ѕ высокочастотный кварцевый резонатор

ѕ внешний источник тактовых импульсов

В данном разрабатываемом устройстве наиболее предпочтительным режимом работы генератора является применение внешнего кварцевого резонатора подключаемого к контактам XIN и XOUT Это стабильный генератор с точной выдержкой временных интервалов тактовой частоты которая необходима для точной обработки данных полученных от датчика Холла.

На рисунке 5 приведена схема тактирования.

Рисунок 5 - Схема тактирования

2.3 Схема сброса

На рисунке 6 приведена аппаратная схема сброса по включению питания. Данная схема необходима для первичной инициализации аппаратуры микроконтроллера.



Рисунок 6 - Аппаратная схема сброса по включению питания

2.4 Схемы входных и выходных устройств

Данное устройство считывает данные с датчика Холла. Применим униполярный цифровой датчик Xолла SS111A. Это широкодиапазонный датчик Холла с низким напряжением питания и цифровым выходом сигнала.

Характеристик датчика:

Диапазон рабочих величин магнитного потока -65+70 Гаусс

Напряжение питания 3.8 - 30 В

Потребляемый ток 10 mA

Схема включения датчика Холла приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Схема включения датчика Холла

Для отображения данных считанных с датчика Холла применим 3 семисегментный индикатора. Схема включения семисегментного индикатора приведена на рисунке 8. Для экономии портов ввода/вывода применим динамическую индикацию которая в один момент времени выводит информацию только на один индикатор управление производится с помощью катода индикатора. Схема включения 3-х разрядного семисегментного индикатора приведена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Схема включения семисегментного индикатора

Схема стабилизатора напряжения.

Стабилизатор напряжения построен на микросхеме LM7805. Данная микросхема является линейным стабилизатором напряжения. Напряжение стабилизации 5V. На рисунке 9 приведена схема включения стабилизатора.



Рисунок 9 - Схема подключения стабилизатора к микроконтроллеру

3. Проектирование программного обеспечения микропроцессора

3.1 Проектирование модуля инициализации микроконтроллера

Для инициализации данного устройства необходимо выделить память для глобальных переменных, и провести инициализацию портов и таймеров.

3.2 Проектирование процедур обработки прерываний

Данное устройство не требует написания программы с обработкой прерываний. Быстродействия микроконтроллера достаточно для последовательного считывания данных их обработки и индикации. Измерение временных интервалов производится с помощью таймера.

3.3 Проектирование процедур обработки информации

Датчик Холла имеет прямоугольные сигналы на выходе. И для измерения каких либо величин необходимо измерение длительности активного и неактивного состояния датчика. На рисунке 10 приведен алгоритм считывания данных с датчика Холла.



Рисунок 10 - Алгоритм считывания данных с датчика Холла

3.4 Проектирование процедур вывода информации

Вывод данных производится на светодиодный семисегментный индикатор. Управление индикатором осуществляется посегментно. Поэтому необходимо написать процедуру дешифрации данных из двоичного кода в семисегментный.

3.5 Проектирование процедуры Main()

Процедура Main это главная процедура программы с которой начинается выполнение. В данной процедуре необходимо вызвать процедуру инициализации, а затем необходимо перейти в бесконечный цикл опроса датчика, измерения и дешифрации величин, отображение данных. На рисунке 11 приведен общий алгоритм работы устройства.



Рисунок 11 - Общий алгоритм работы устройства

4. Листинг программы

#include <msp430F135.h>

#define SegA1

#define SegB2

#define SegC4

#define SegD8

#define SegE0x10

#define SegF0x20

#define SegG0x40

#define SegH0x80

#define digit_0~(SegA | SegB | SegC | SegD | SegE | SegF)

#define digit_1~(SegB | SegC)

#define digit_2~(SegA | SegB | SegD | SegE | SegG)

#define digit_3~(SegA | SegB | SegC | SegD | SegG)

#define digit_4~(SegB | SegC | SegF | SegG)

#define digit_5~(SegA | SegC | SegD | SegF | SegG)

#define digit_6~(SegA | SegC | SegD | SegE | SegF | SegG)

#define digit_7~(SegA | SegB | SegC)

#define digit_8~(SegA | SegB | SegC | SegD | SegE | SegF | SegG)

#define digit_9~(SegA | SegB | SegC | SegD | SegF | SegG)

#define digit_A~(SegA | SegB | SegC | SegE | SegF | SegG)

#define digit_B~(SegC | SegD | SegE | SegF | SegG)

#define digit_C~(SegA | SegD | SegE | SegF)

#define digit_D~(SegB | SegC | SegD | SegE | SegG)

#define digit_E~(SegA | SegD | SegE | SegF | SegG)

#define digit_F~(SegA | SegE | SegF | SegG)

Unsigned char DCCode (unsigned char data)

{

Swich (data)

{

Case 0:

Return digit_0;

Break;

Case 1:

Return digit_1;

Break;

Case 2:

Return digit_2;

Break;

Case 3:

Return digit_3;

Break;

Case 4:

Return digit_4;

Break;

Case 5:

Return digit_5;

Break;

Case 6:

Return digit_6;

Break;

Case 7:

Return digit_7;

Break;

Case 8:

Return digit_8;

Break;

Case 9:

Return digit_9;

Break;

Case 10:

Return digit_A;

Break;

Case 11:

Return digit_B;

Break;

Case 12:

Return digit_C;

Break;

Case 13:

Return digit_D;

Break;

Case 14:

Return digit_E;

Break;

Case 15:

Return digit_F;

Break;

Default:

Return 0;

Break;

}

}

Void putsimbol (unsigned char led_data, unsigned char pos)

{

Swich (pos & 0x03)

{

Case 0:

P2OUT = 0x01;

Break;

Case 1:

P2OUT = 0x02;

Break;

Case 2:

P2OUT = 0x04;

Break;

}

P1OUT = led_data;

}

5. Рекомендации по разработке программных и аппаратных диагностических средств для проверки работоспособности устройства

Для диагностики работоспособности данного устройства можно использовать как аппаратные, так и программные средства. Данные средства должны иметь возможность производить обмен по последовательному интерфейсу JTAG, а так же отображать передаваемую или принимаемую информации.

А так же существует возможность самотестирования работоспособности индикаторов и датчиков Холла.

Заключение

В данном курсовом проекте было разработано устройство считывания данных с цифрового датчика Холла.

Использование внешнего кварцевого генератора обеспечивает высокую стабильность измерения временных интервалов поступающих от датчика Холла.

В ходе проектирования устройства были рассмотрены основные принципы построения устройств на микроконтроллерах MSP430 от Texas Instruments. А так же изучены аппаратные возможности данных микроконтроллеров.

Научились по описаниям работы или временным диаграммам функционирования устройств составлять алгоритмы тех или иных блоков программ.

В целом по разработанному курсовому проекту можно заметить, что использование микроконтроллеров MSP430 позволяет строить недорогие и производительные микроконтроллерные системы не использую внешнее периферийное оборудование (аналоговый компаратор, аппаратный тайме и др.).