Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО "Ивановский государственный энергетический университет

имени В.И. Ленина"

Кафедра электроники и микропроцессорных систем

Курсовой проект

на тему: "Микропроцессорная система управления"

Выполнил: студент гр. 4-35

Лезнов В.С.

Проверили: к.т.н. доц.

Софронов С.В.,

Копылова Л.Г.,

Волков А.В.,

Краснушкин А.И.

Иваново - 2008

Содержание

Введение

1. Функциональная схема

2. Описание принципиальной схемы

2.1 Микроконтроллер Microchip PIC16F747

2.1.1 Карта памяти

2.1.2 Реализация интерфейса I²C

2.2 Блок АЦП

2.3 Блок ЦАП

2.4 Клавиатура и дисплей

3. Разработка блока питания

4. Программная часть. Программа опроса клавиатуры

4.1 Блок-схема алгоритма

4.2 Листинг программы ввода информации с АЦП

Список использованных источников

Введение

Одной из характерных особенностей нынешнего этапа научно-технического прогресса является все более широкое применение микроэлектроники в различных отраслях промышленности и народного хозяйства.

Особое внимание в настоящее время уделяется внедрению микропроцессоров, обеспечивающих решение задач автоматизации управления механизмами, приборами и аппаратурой. Адаптация микропроцессора к особенностям конкретной задачи осуществляется, в основном, путем разработки соответствующего программного обеспечения, записываемого затем в память процессора. Аппаратная адаптация в большинстве случаев осуществляется путем подключения необходимых интегральных схем и организации систем ввода-вывода, соответствующих решаемой задаче.

В микропроцессорной технике выделился самостоятельный класс больших интегральных схем (БИС) - микроконтроллеров, которые предназначены для "интеллектуализации" оборудования различного назначения. Архитектура однокристальных микроЭВМ - результат эволюции архитектуры микропроцессоров и микропроцессорных систем, обусловленной стремлением существенно снизить их аппаратные затраты и стоимость.

Однокристальный микроконтроллер представляет собой устройство, конструктивно выполненное в виде одной БИС и включающее в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации: процессор, запоминающее устройство данных, запоминающее устройство команд, внутренний генератор тактовых сигналов, а также программируемые интегральные схемы для связи с внешними устройствами. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости, что им, видимо, в ближайшем времени не будет альтернативной элементной базы для построения управляющих и/или регулирующих систем умеренного быстродействия.

1. Функциональная схема

Рис. 1. Функциональная схема устройства

Микропроцессорная система включает в себя:

а) микроконтроллер PIC16F747 со встроенным модулем интерфейса I²C;

б) 8-канальный 12-разрядный АЦП с параллельным интерфейсом;

в) 2-канальный 10-разрядный умножающий ЦАП с интерфейсом I²C;

г) клавиатуру 28 клавиш (матрица 7*4);

д) LCD индикаторы (ЖК дисплей на 10 знакомест).

Ввод данных в устройство может осуществляться тремя способами:

аналоговые сигналы (7 каналов) - через АЦП;

числовые данные и управление функциями - через клавиатуру;

цифровая информация с внешних цифровых источников, в том числе потоки цифровых данных, - через интерфейс I²C.

Вывод данных из устройства может осуществляться также тремя способами:

аналоговый сигнал управления (напряжение, 2 канала) - через ЦАП;

цифровая и буквенная информация - через дисплей;

данные о текущем состоянии устройства, а также потоки цифровых данных для внешних цифровых устройств - через интерфейс I²C.

2. Описание принципиальной схемы

Ниже приводится описание основных блоков устройства, основные соображения по выбору элементной базы и общее описание функционирования.

2.1 Микроконтроллер Microchip PIC16F747

Основой системы служит микроконтроллер PIC16F747 фирмы Microchip. Наличие в задании требования реализации интерфейса I²C привело к решению применить микроконтроллер со встроенным модулем этого интерфейса. Выбор архитектуры PIC вызван предыдущим опытом работы с процессорами данного типа, богатым функциональным оснащением и высоким быстродействием кристалла при умеренной цене. На рисунке 2 приведена структурная схема, а на рисунке 3 - расположение выводов данного микроконтроллера.

Рис. 2. Структурная схема Microchip PIC16F747

Микроконтроллеры семейства PIC имеют эффективную систему команд, состоящую всего из 35 инструкций. Все инструкции выполняются за один цикл, за исключением условных переходов и команд, изменяющих программный счетчик, которые выполняются за 2 цикла. Один цикл выполнения инструкции состоит из 4 периодов тактовой частоты. Таким образом, учитывая то, что рабочая частота контроллера составляет 0 Гц... 20 МГц, минимальное время выполнения инструкции равняется 200 нс. Каждая инструкция состоит из 14 бит, делящихся на код операции и операнд (возможна манипуляция с регистрами, ячейками памяти и непосредственными данными).

Рис. 3. Расположение выводов Microchip PIC16F747 в корпусе PDIP40

Высокая скорость выполнения команд в PIC достигается за счет использования двухшинной Гарвардской архитектуры вместо традиционной одношинной Фон-Hеймановской. Гарвардская архитектура основывается на наборе регистров с разделенными шинами и адресным пространством для команд и для данных. Набор регистров означает, что все программные объекты, такие как порты ввода/вывода, ячейки памяти и таймер, представляют собой физически реализованные аппаратные регистры.

Основные особенности микроконтроллера:

1) 8-разрядная RISC архитектура: 35 команд (большинство выполняется за 1 такт), производительность до 16 миллионов операций в секунду при тактовой частоте 20 МГц;

2) 4 кБайт FLASH-памяти программ, программируемой внутрисхемно;

3) 4 кБайт энергонезависимой памяти данных;

4) 368 Байт встроенной статической оперативной памяти;

5) 1 16-разрядный и 2 8-разрядных таймера-счетчика, таймер реального времени с отдельным асинхронным тактовым генератором;

6) контроллеры интерфейсов AUSART и I2C;

7) 14-канальный 10-разрядный АЦП;

8) программируемый сторожевой таймер;

9) встроенный генератор сигнала сброса при включении питания и по снижению уровня напряжения питания;

Таблица 1. Набор команд микроконтроллера PIC16F84

Программирование контроллера осуществляется любым программатором, совместимым с процессорами PIC, через стандартизованный разъем.

2.1.1 Карта памяти

Общие сведения о памяти контроллера PIC16F747 приведены на рис. 4 и 5.

8-битовая шина данных соединяет два основных функциональных элемента вместе: набор регистров (включая порты) и арифметико-логическое устройство. Первые 32 байта ОЗУ адресуются прямо и называются "Банк 0". Область ОЗУ организована как 128 х 8. К ячейкам ОЗУ можно адресоваться прямо или косвенно, через регистр указатель (банка) FSR (04h). Это также относится и к EEPROM памяти данных-констант.

Рис. 4. Организация ОЗУ в PIC16F747

Непосредственная адресация к константам организуется при помощи специальных команд, которые загружают в рабочий регистр W данные из программной памяти. Все регистры могут быть разделены на две функциональные группы: регистры специальных функций и регистры общего назначения. К регистрам специальных функций относятся: счетчик реального времени или внешних событий, программный счетчик (PC), регистр статуса, регистры ввода/вывода, регистр указатель банка (FSR), регистр конфигурации и управления предделителем частоты. Регистры общего назначения используются для хранения переменных пользователя.

В регистре STATUS (03 или 83h) есть биты выбора страниц, которые позволяют обращаться к четырем страницам будущих модификаций этого кристалла. Первые 32 адресов используются для размещения регистров специального назначения. Регистры с адресами 20h7Fh могут быть использованы, как регистры общего назначения, которые представляют собой статическое ОЗУ. Некоторые регистры специального назначения продублированы на страницах, а некоторые расположены на странице 1 отдельно. Когда установлена страница 1, то обращение к адресам 80hFFh фактически адресует страницу 0.

Рис. 4. Организация регистров в PIC16F747

Энергонезависимая память данных предназначена для длительного хранения констант, которые могут подстраиваться процессе наладки и/или работы устройства, например, различные настроечные параметры или данные о состоянии устройства перед выключением питания.

2.1.2 Реализация интерфейса I²C

Концепция шины I²C. Шина I2C поддерживает любую технологию изготовления микросхем (НМОП, КМОП, биполярную). Две линии, данных (SDA) и синхронизации (SCL) служат для переноса информации. Каждое устройство распознается по уникальному адресу - будь то микроконтроллер, ЖКИ буфер, память или интерфейс клавиатуры - и может работать как передатчик или приёмник, в зависимости от назначения устройства. Обычно ЖКИ буфер - только приёмник, а память может как принимать, так и передавать данные. Кроме того, устройства могут быть классифицированы как ведущие и ведомые при передаче данных. Ведущий - это устройство, которое инициирует передачу данных и вырабатывает сигналы синхронизации. При этом любое адресуемое устройство считается ведомым по отношению к ведущему.

· модуль имеет программно-переключаемые две страницы встроенного знакогенератора;

· работать как по 8-ми, так и по 4-х битной шине данных (задается при инициализации);

· принимать команды с шины данных;

· записывать данные в ОЗУ с шины данных;

· читать данные из ОЗУ на шину данных;

· читать статус состояния на шину данных;

· запоминать до 8-ми изображений символов, задаваемых пользователем;

· выводить мигающий (или не мигающий) курсор двух типов;

· управлять подсветкой.

Модуль управляется по параллельному 4-х или 8-ми битному интерфейсу. Временные диаграммы приведены на рис. 10 и 11. Примеры обмена по интерфейсу приведены на рис. 12 и 13. Программное управление осуществляется с помощью системы команд, приведенной в таблице 4. Перед началом работы модуля необходимо произвести начальную установку.

Модуль позволяет задать изображения восьми дополнительных символов знакогенератора, использующихся при работе наравне со встроенными.

Временные диаграммы:

Рис. 10. Диаграмма чтения

Рис. 11. Диаграмма записи

Рис. 12. Диаграмма обмена по 4-х битному интерфейсу

Рис. 13. Диаграмма обмена по 8-ми битному интерфейсу

Рис. 14. Начальная установка модуля

Таблица 2. Назначение внешних выводов

Выводы DB0-DB7 подключаются к порту D микроконтроллера;

A0 - подключается к линии 5 порта A;

R/W - подключается к к линии 4 порта A;

E - подключается к дешифратору выбора микросхем.

3. Разработка блока питания

Питание системы осуществляется от стандартной сети переменного напряжения 220В. Для нормального функционирования устройство требует два напряжения питания: +5 В для питания цифровых микросхем, индикации и +10В для питания ЦАП.

Для получения нужных напряжений был взят трёхобмоточный трансформатор E19T1, на выходе которого снимается напряжение 5В и 12В. Данные напряжения подаются на интегральные стабилизаторы Aimtec AMEU75-5SZ и AMEU75-12SZ соответственно. Они способны выдавать на выходе ток до 12А. микроконтроллер преобразователь схема программа

Для устранения помех по питанию на выходах интегральных стабилизаторов ставятся танталовые конденсаторы 100мкФ в качестве низкочастотных фильтров и плёночные конденсаторы 0,1мкФ в качестве высокочастотных фильтров, а также стабилитроны SMBJ5.1 и SMBJ10 соответственно. Для сглаживания пульсаций тока применяются дроссели SDR0805 220мкГн.

Также для устранения пульсаций напряжения в непосредственной близости с корпусом каждой микросхемы устанавливается плёночный конденсатор 0,1мкФ параллельно линии питания.

Для выбора самовосстанавливающегося предохранителя необходимо предварительно определить потребляемые схемой токи.

.

Т.е. выбираем самовосстанавливающийся предохранитель на 400мА.

4. Программная часть. Программа опроса клавиатуры

4.1 Блок-схема алгоритма

4.2 Листинг программы ввода информации с АЦП

Список использованных источников

1. Microchip PIC16F747 8-bit microcontroller Datasheet.

2. 24AA01/24LC01B 1K I2C™ Serial EEPROM Datasheet.

3. Analog Devices AD5337/AD5338/AD5339 Dual-Voltage Output, 8-/10-/12-Bit DACs datasheet.

4. Texas Instruments ADS7852 12-Bit, 8-Channel, Parallel Output Analog-to-Digital Cconverter Datasheet.

5. Series AMEU75-Z Power Supply Datasheet.

6. Жидкокристаллический модуль MT-10S1 фирмы МЭЛТ - информ-лист.

Размещено на Allbest.ru