Разработка электронного тахометра с микроконтроллерным управлением

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГОУ ВПО «ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАТИКИ И УПРАВЛЕНИЯ

КАФЕДРА ВТ

Курсовая робота

По дисциплине: ”ВМ иС”

«Разработка электронного тахометра с микроконтроллерным управлением»

Выполнил: ст-т 4-го курса, гр. 916

Гасанов И.К

Проверила: Фейламазова С.А.

Махачкала 2013 г.

Содержание

Введение

1. Анализ технического задания

1.1 Обзор аналогов

1.2 Алгоритм функционирования

2. Разработка структурной схемы

3. Выбор элементной базы

3.1 PIC 16C84

3.2 КМ155ИД11

3.3 ИК561ЛП

3.4 К561ТМ2

4. Разработка схемы электрической принципиальной

5. Программирование микроконтроллера

5.1 Схема программатора для PIC

5.2 Программа для программирования

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Аннотация

В работе представлены результаты разработки электронного тахометра с микроконтроллерным управлением применяемого в качестве определителя количества оборотов в различных производственных деятельностей. Пояснительная записка приведена на 27 страницах.

электрический микроконтроллер тахометр

Введение

В промышленности измерение скорости сводится в большинстве случаев к измерению скоростей вращения крутящихся деталей и узлов, когда за ними приходится наблюдать в целях безопасности либо для создания условий их работы в желательном режиме. В случае прямолинейного движения измерение скорости часто также может быть сведено к измерению скорости вращения. Поэтому тахометрические датчики являются в своем большинстве датчиками угловой скорости. Промышленные датчики, предназначенные специально для измерения скорости, e=-dф/dt базируются на законе Фарадея ф(x)=фoF(x) где х-переменная линейного или углового положения. Поэтому всякое относительное перемещение между источником потока (индуктором) и контуром наводит в этом последнем Э.Д.С, амплитуда которой пропорциональна скорости перемещения, вследствие чего на выходе такого датчика формируется сигнал. Этот вид тахеометрии называется электродинамическим.

Когда исследуемое движущееся тело осуществляет периодическое движение, например вращение, определение его скорости может быть заменено измерением частоты: так, датчик близости, расположенный рядом с объектом, расстояние до которого изменяется периодически, выдает сигнал, частота которого равна или кратна, в зависимости от конфигурации объекта, частоте движений. Так, для измерения угловой скорости вращающегося вала можно использовать насаженный на него диск, снабженный чередующимися прозрачными и непрозрачными частями, которые при вращении будут прерывать поток лучей, регистрируемый с помощью оптического детектора. Таким образом будет формироваться последовательность электрических импульсов с частотой, пропорциональной скорости. Тахометры этого типа называют импульсными.

В случае очень медленного вращения, например, менее одного градуса в час, описанные выше методы становятся непригодными, и в этом случае измерение скорости может быть j эффективно осуществлено с помощью лазерного гигрометра. Принцип его действия основан на существовании разности i хода двух волн, излучаемых одним лазером и распространяющихся в противоположных направлениях в одной и той же вращающейся среде. Эта разность хода, пропорциональная угловой скорости, выявляется с помощью интерферометра. Отношения, которые связывают скорость и положение, с одной стороны, и скорость и ускорение, с другой, позволяют определять скорость путем обработки сигналов датчиков каждой из этих двух величин. Производная по времени сигнала аналогового датчика положения определяет величину скорости. Однако этот метод связан с появлением помех (например, из-за дискретности проволочного потенциометра) и увеличением высокочастотного шума. Интегрирование сигнала датчика ускорения представляет другой метод определения скорости; используемый в навигации, он требует сложного оборудования (инерциальная платформа).

1. Анализ технического задания

В данной курсовой работе разрабатывается схема электронного тахометра с микроконтроллерным управлением.

Назначение:

Тахометр предназначен для использования при регулировке холостого хода карбюраторов двигателей внутреннего сгорания. Его можно использовать и для контроля частоты вращения вала автомобильных или лодочных двигателей во время движения.

Технические характеристики:

1. Наличие программ: запоминающее устройство с электрическим стиранием программ и информации(EEPROM) объемом 1K(14 бит и 64 байт).

2. Режимы работы: индикация и измирения.

3. Режим индикация.

3.1 Диапазон: частота врвшения от 0 до 6000 мин-1.

3.2 Количество делений: 12 частей.

3.3 Дискретная шкала: 500 мин-1.

4. Индикация.

4.1 Диапазон: частота врвшения от 300 до 3000 мин-1.

4.2 Дискретная шкала: 250 мин-1.

Принцип работы:

Принцип действия тахометра основан на прямом измерении периода следования импульсов, снятых с контактов прерывателя, с последующим вычислением частоты вращения вала двигателя и выведением результата на дискретную шкалу. При этом измерение временных интервалов реализуется путем счета калиброванных промежутков времени - дискрет, формируемых программно из тактовых импульсов. Интервал осреднения - 10 периодов.

1.1 Обзор Аналогов

Пример №1

Автомобильный цифровой тахометр.

Этот тахометр предназначен для использования при регулировке холостого хода карбюраторов двигателей внутреннего сгорания. Его можно использовать и для контроля частоты вращения вала автомобильных или лодочных двигателей во время движения. Для увеличения точности измерения оборотов введен предел измерения 3 секунды. Тахометр имеет три разряда индикации с пределом измерения от 60 мин-1 до 7800 мин-1. Погрешность измерения на пределе 1 секунда равна 30 мин-1, а на пределе 3 секунды - 10 мин-1. Нижний предел ограничен погрешностью измерения, а верхний - количеством прерываний между индикацией. Из-за чего индикация разрядов становится прерывистой. Поскольку за один оборот коленчатого вала двигателя происходит два искрообразования, то мы подсчитываем за одну секунду 2N импульсов. Т.е. в два раза большее количество, чем произошло оборотов (N). Чтобы получить значение оборотов в минуту, необходимо умножить значение оборотов за секунду на 60 (Nsx60=Nm). Так как мы подсчитываем число импульсов не N, а 2N, то умножать нужно уже не на 60, а на 30. А поскольку аппаратно мы отбрасываем разряд единиц, то фактически делим значение оборотов на 10. Из этого следует расчетная формула: Nm=2Nsx3 мин-1. Где Nm - значение оборотов в минуту, 2Ns - число импульсов с прерывателя за одну секунду. Если подсчитывать число импульсов за 3 секунды, то Nm=2Ns мин-1. Таким образом, подсчитанное число импульсов за секунду достаточно умножить на 3 и перекодировать в двоично-десятичное, чтобы получить значение оборотов в минуту без единиц. А на пределе 3-х секунд просто перекодировать полученное значение. Показания индикатора равные 100 будут соответствовать значению 1000 мин-1.

Тахометр реализован на одной микросхеме микроконтроллера PIC16F84A. Алгоритм программы тахометра представлен на рисунке 1.

После включения питания происходит начальная инициализация всех регистров с последующей индикацией. После инициализации вступает в работу таймер TMR0. Таймер имеет коэффициент деления равный 256, что вместе с определителем, имеющим коэффициент деления равный 32, и циклом процессора равным 4, дает прерывания каждую секунду (4х32х256=32768). При замыкании контактов прерывателя с входа RB0 также происходит прерывание. При прерывании сохраняются значения регистров, задействованных на момент прерывания, и определяется происхождение прерывания. Если прерывание с входа RB0, то двоичный 16-ти разрядный счетчик увеличивается на единицу. Таким образом, подсчитывается количество прерываний с входа RB0 между прерываниями от переполнения таймера, то есть за 1 секунду. Каждое прерывание заканчивается восстановлением ранее сохраненных значений регистров, и процессор переключается на работу с индикацией. Если прерывание произошло по переполнению таймера, то определяется состояние переключателя предела измерения и, если переключатель на пределе одной секунды, двоичное значение 16-ти разрядного счетчика умножается на 3 (2Nx3). 16-ти разрядный счетчик обнуляется, готовясь к новому циклу измерения. Полученное двоичное значение перекодируется в трехразрядное двоично-десятичное число и переписывается в регистры индикации. После восстановления значений регистров индикация происходит с новыми данными. То есть индикация обновляется каждую секунду. Если установлен предел измерения равный 3 секундам, то при переполнении таймера значение счетчика секунд увеличивается на единицу. Если значение счетчика секунд еще не равно трем, прерывание завершается без обнуления 16-ти разрядного счетчика. В противном случае, в 16-ти разрядном счетчике накапливается количество прерываний с входа RB0 за три секунды. Это значение перекодируется в двоично-десятичное число и переписывается в регистры индикации. Двоичный счетчик обнуляется и цикл повторяется. В данном случае индикация обновляется каждые три секунды. Схема тахометра на (Рис. 1.1).

Рис. 1.1

Входной сигнал с контактов прерывателя стабилизируется стабилитроном VD1 на уровень ТТЛ и подается на вход RB0. При бесконтактной системе зажигания сигнал снимается с выхода коммутатора, выдающего перепад напряжения 3 В. Этого напряжения достаточно для срабатывания микроконтроллера. Входы RA0-RA2 коммутируют аноды светодиодов, реализуя динамическую индикацию. Вход RA3 нагружен переключателем предела измерения «1s-3s». Внутренние подтягивающие резисторы на входах микроконтроллера программно отключены для исключения влияния на входной сигнал, поэтому возникла необходимость в установке резистора R2. Входы RB1-RB7 использованы для вывода значений сегментов. Поскольку микроконтроллер работает при верхнем питающем напряжении 6 В, то микросхему стабилизатора напряжения КР142ЕН5 можно взять с любой буквой, обеспечивающей это напряжение. ПотрРис1роролором ток около 25миллиампер, поэтому микросхема стабилизатора напряжения не нуждается в радиаторе. Диод VD2 защищает прибор от переполюсовки. Если тахометр будет использоваться при регулировке карбюраторов, то светодиоды АЛ304Г нежелательно заменять светодиодами с большими размерами цифр. Внешний вид электронного тахометра показан на (Рис. 1.2).

Рис. 1.2

1.2 Алгоритм функционирования

Алгоритм функционирования представлен на (Рис 1.2.1).



Рис. 1.2.1

После включения питания происходит начальная инициализация всех регистров с последующей индикацией. После инициализации вступает в работу таймер TMR0. Таймер имеет коэффициент деления равный 256, что вместе с предделителем, имеющим коэффициент деления равный 32, и циклом процессора равным 4, дает прерывания каждую секунду (4х32х256=32768). При замыкании контактов прерывателя с входа RB0 также происходит прерывание. При прерывании сохраняются значения регистров, задействованных на момент прерывания, и определяется происхождение прерывания. Если прерывание с входа RB0, то двоичный 16-ти разрядный счетчик увеличивается на единицу. Таким образом, подсчитывается количество прерываний с входа RB0 между прерываниями от переполнения таймера, то есть за 1 секунду. Каждое прерывание заканчивается восстановлением ранее сохраненных значений регистров, и процессор переключается на работу с индикацией. Если прерывание произошло по переполнению таймера, то определяется состояние переключателя предела измерения и, если переключатель на пределе одной секунды, двоичное значение 16-ти разрядного счетчика умножается на 3 (2Nx3). 16-ти разрядный счетчик обнуляется, готовясь к новому циклу измерения. Полученное двоичное значение перекодируется в трехразрядное двоично-десятичное число и переписывается в регистры индикации. После восстановления значений регистров индикация происходит с новыми данными. То есть индикация обновляется каждую секунду. Если установлен предел измерения равный 3 секундам, то при переполнении таймера значение счетчика секунд увеличивается на единицу. Если значение счетчика секунд еще не равно трем, прерывание завершается без обнуления 16-ти разрядного счетчика. В противном случае, в 16-ти разрядном счетчике накапливается количество прерываний с входа RB0 за три секунды. Это значение перекодируется в двоично-десятичное число и переписывается в регистры индикации. Двоичный счетчик обнуляется и цикл повторяется. В данном случае индикация обновляется каждые три секунды.

2. Разработка структурной схема

Структурная схема приведена на (Рис. 2.1)

Рис. 2.1

Главным элементом на структурной схема тахометра это центральный процессор выполненный на микроконтроллере . Он имеет два порта: А с пятью и В с восемью выводами, которые могут быть программно сконфигурированы как на введение, так и на выведение информации. Распаложены выводы для ввода и вывода информации. Центральный процессор тактирован встроенным тактовым генератором, частоту которого задает кварцевый резонатор . Процессор обнуляется при включении питания цепью. Резистор служит для ограничения тока этого входа, а диод - для быстрой разрядки конденсатора при отключении питания.

Входной формирователь состоит из логического элементе и триггере, а также снабжен предварительным усилителем на транзисторе. В цепь базы этого транзистора включены элементы, повышающие помехоустойчивость входного формирователя .

С выхода формирователя импульсы поступают на вход элемента, выполняющий функции буфера, и на вход D-триггера , включенного делителем частоты на два. На выходе этого триггера формируется импульсная последовательность вида "меандр" с частотой следования, вдвое меньшей входной.

Буферный элемент предназначен для подключения к нему прочих устройств автомобильной электроники (например, блока зажигания). Выход этого элемента служит также для контроля работы входного формирователя. Частота следования импульсов на выходе элемента равна частоте искрообразования. Триггер не являются обязательным, он лишь придает техническому решению прибора дополнительную гибкость.

Сформированная импульсная последовательность поступает на вход процессора , который обрабатывает ее по встроенной программе с использованием прерываний. Узел индикации состоит из двух светодиодных шкал и дешифратора. Обзорная шкала также образована светодиодами, которые подключены к выходам дешифратора, собранного на преобразователях кода. На вход дешифратора с порта А процессора поступает сигнал, несущий двоичный код значения частоты вращения, что приводит к включению соответствующего числа светодиодов шкалы. Светодиод индицирует включение прибора, поскольку его свечение соответствует нулевому коду на входе дешифратора.

Вторая шкала - растянутая - образована светодиодами, которые подключены к выводам процессора через токоограничительные резисторы .

Прибор питается от двенадцати вольтой бортовой сети автомобиля. Через выключатель питания и входной фильтр напряжение постоянного тока поступает на стабилизатор, с выхода которого напряжение поступает на все узлы прибора. Микросхемный стабилизатор установлен на теплоотвод. охлаждения.

3. Выбор элементной базы

3.1 PIC16C84

PIC16C84 относится к семейству КМОП микроконтроллеров. Отличается тем, что имеет внутреннее 1K x 14 бит EEPROM для программ, 8-битовые данные и 64байт EEPROM памяти данных. При этом отличаются низкой стоимостью и высокой производительностью. Пользователи, которые знакомы с семейством PIC16C5X могут посмотреть подробный список отличий нового от производимых ранее контроллеров. Все команды состоят из одного слова (14 бит шириной) исполняются за один цикл (400 нс при 10 МГц), кроме команд перехода, которые выполняются за два цикла (800 нс). PIC16C84 имеет прерывание, срабатывающее от четырех источников, и восьмиуровневый аппаратный стек.

Периферия включает в себя 8-битный таймер/счетчик с 8-битным программируемым предварительным делителем (фактически 16 - битный таймер) и13 линий двунаправленного ввода/вывода. Высокая нагрузочная способность (25мА макс. втекающий ток, 20 мА макс. вытекающий ток) линий ввода/вывода упрощают внешние драйверы и, тем самым, уменьшается общая стоимость системы. Разработки на базе контроллеров PIC16C84 поддерживается ассемблером, программным симулятором, внутрисхемным эмулятором (только фирмы Microchip) и программатором.

Серия PIC16C84 подходит для широкого спектра приложений от схем высокоскоростного управления автомобильными и электрическими двигателями до экономичных удаленных приемопередатчиков, показывающих приборов и связных процессоров. Наличие ПЗУ позволяет подстраивать параметры в прикладных программах (коды передатчика, скорости двигателя, частоты приемника и т.д.).

Малые размеры корпусов, как для обычного, так и для поверхностного монтажа, делает эту серию микроконтроллеров пригодной для портативных приложений. Низкая цена, экономичность, быстродействие, простота использования и гибкость ввода/вывода делает PIC16C84 привлекательным даже в тех областях, где ранее не применялись микроконтроллеры. Например, таймеры, замена жесткой логики в больших системах, сопроцессоры.

Следует добавить, что встроенный автомат программирования EEPROM кристалла PIC16C84 позволяет легко подстраивать программу и данные под конкретные требования даже после завершения ассемблирования и тестирования. Эта возможность может быть использована как для тиражирования, так и для занесения калибровочных данных уже после окончательного тестирования. Характеристики PIC 16C84

- только 35 простых команд;

- все команды выполняются за один цикл(400ns), кроме команд перехода -2 цикла;

- рабочая частота 0 Гц ... 10 МГц (min 400 нс цикл команды)

- 14 - битовые команды;

- 8 - битовые данные;

- 1024 х 14 электрически перепрограммируемой программной памяти на кристалле (EEPROM);

- 36 х 8 регистров общего использования;

- 15 специальных аппаратных регистров SFR;

- 64 x 8 электрически перепрограммируемой EEPROM памяти для данных;

- восьмиуровневый аппаратный стек;

- прямая, косвенная и относительная адресация данных и команд;

- четыре источника прерывания:

. внешний вход INT

. переполнение таймера RTCC

. прерывание при изменении сигналов на линиях порта B

. по завершению записи данных в память EEPROM

Периферия и Ввод/Вывод

- 13 линий ввода-вывода с индивидуальной настройкой;

- втекающий/вытекающий ток для управления светодиодами

макс втекающий ток - 25 мА

макс вытекающий ток - 20 мА

- 8 - битный таймер/счетчик RTCC с 8-битным программируемым предварительным делителем;

- автоматический сброс при включении;

- таймер включения при сбросе;

- таймер запуска генератора;

- Watchdog таймер WDT с собственным встроенным генератором, обеспечивающим повышенную надежность;

- EEPROM бит секретности для защиты кода;

- экономичный режим SLEEP;

- выбираемые пользователем биты для установки режима возбуждения встроенного генератора:

- RC генератор : RC

- высокочастотный кварцевый резонатор : HS

- экономичный низкочастотный кристалл : LP

- встроенное устройство программирования EEPROM памяти программ и данных; используются только две ножки.

КМОП технология

- экономичная высокоскоростная КМОП EPROM технология;

- статический принцип в архитектуре;

- широкий диапазон напряжений питания и температур:

. автомобильный: 2.0 ... 6.0 В, -40...+125С

- низкое потребление

3 мА типично для 5В, 4МГц

Структурная схема PIC16C84 приведена на (Рис.3.1.1)

Рис. 3.1.1

Архитектура основана на концепции раздельных шин и областей памяти для данных и для команд (Гарвардская архитектура). Шина данных и память данных (ОЗУ) - имеют ширину 8 бит, а программная шина и программная память (ПЗУ) имеют ширину 14 бит. Такая концепция обеспечивает простую, но мощную систему команд, разработанную так, что битовые, байтовые и регистровые операции работают с высокой скоростью и с перекрытием по времени выборок команд и циклов выполнения. 14- битовая ширина программной памяти обеспечивает выборку 14-битовой команды в один цикл. Двухступенчатый конвейер обеспечивает одновременную выборку и исполнение команды. Все команды выполняются за один цикл, исключая команды переходов. В PIC16C84 программная память объемом 1К х 14 расположена внутри кристалла. Исполняемая программа может находиться только во встроенном ПЗУ. Внешний вид PIC 16C84 приведен на (Рис 3.1.2)



Рис. 3.1.2

3.2 КМ155ИД11

Микросхемы представляют собой дешифратор на 3 входа и 8 выходов для управления шкалой заполнения. Содержат 123 интегральных элемента. Корпус типа 238.16-2, масса более 2г типа 201.16-5, масса не более 2,5г.

Назначение выводов:

1 -- выход 7; 2 -- выход 6; 3 -- выход 5; 4--выход 4; 5--выход 3; 6--выход 2; 7--выход 1; 8--общий; 9--выход 0; 10--выход «перенос»: 11--вход 1; 12--вход 2; 13--вход 3; 14--вход «запрет»; 15--вход «перенос» 16--напряжение питания.

Схема КМ155ИД11 приведена на (Рис. 3.3.1).

Рис. 3.3.1

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания......................5 В ± 5%

Выходное напряжение низкого уровня ................=< 0,4 В

Выходное напряжение высокого уровня..............1,4...2,2

В Напряжение на анти звонном диоде..................>=-1,5 В

Входной ток низкого уровня................................=<-1,6 мА

Входной ток высокого уровня ............................=< 0,04 мА

Входной пробивной ток.........................................=< 1 мА

Выходной ток высокого уровня ...........................=< 0,3 мА

Ток утечки на выходе ............................................=<-0,3 мА

Ток потребления ....................................................=< 140 мА

Потребляемая статическая мощность ..................=< 735 мВт

3.3 К561 ЛП2

Функциональность:	логика
Номинальное напряжение питания:	3...15
Выходное напряжение низкого уровня:	0.98
Выходное напряжение высокого уровня:	8.2
Входной ток низкого уровня:	0.01
Входной ток высокого уровня:	0.02
Ток потребления, мА:	-
Время задержки включения, нс:	-
Время задержки выключения, нс:	-
Диапазон рабочих температур, гр. С:	-
Корпус:	201,14-1
Производитель:	Россия

3.4 К561ТМ2

Технические характеристики К561ТМ2.

Выходное напряжение высокого уровня.................8,2.

Фуекциональность.............................................Тригер.

Входной ток высокого уровня...............................0,02.

Выходное напряжение низкого уровня.................0,98.

Входной ток низкого уровня.................................0,01.

Номинальное напряжение питания ......................3-15.

Корпус.............................................................201.14-1.

Производитель..................................................Россия.

На (Рис 3.4.1) приведены внешний вид К561ЛП2 и К561 ТМ2.

Рис3.4.1

4. Разработка схемы электрической принципиальной

На (Рис 4.1) изображена структурная схема тахометра состоящая из центрального процессора выполненного на микроконтроллере DD1. Он имеет два порта: А с пятью и В с восемью выводами, которые могут быть программно сконфигурированы как на введение, так и на выведение информации.

Рис. 4.1

Входы RA0-RA3, RB2-RB5 сконфигурированы на выведение информации, RB0 и RB1 - на введение, а RA4, RB6 и RB7 не использованы. Центральный процессор тактирован встроенным тактовым генератором, частоту которого задает кварцевый резонатор ZQ1. Процессор обнуляется при включении питания цепью R2C1 по входу MCL. Резистор R3 служит для ограничения тока этого входа, а диод VD1 - для быстрой разрядки конденсатора С1 при отключении питания.

Входной формирователь собран на элементе DD2.1 и триггере DD3.1, а также осношен предварительным усилителем на транзисторе VT1. В цепь базы этого транзистора включены элементы, повышающие помехоустойчивость входного формирователя. С выхода формирователя импульсы поступают на вход элемента DD2.2, выполняющий функции буфера, и на вход D-триггера DD3.2, включенного делителем частоты на два. На выходе этого триггера формируется импульсная последовательность вида "меандр" с частотой следования, вдвое меньшей входной.

Буферный элемент DD2.2 предназначен для подключения к нему прочих устройств автомобильной электроники (например, блока зажигания). Выход этого элемента служит также для контроля работы входного формирователя. Частота следования импульсов на выходе элемента DD2.2 равна частоте искрообразования. Элемент DD2.2 и триггер DD3.2 не являются обязательными, они лишь придают техническому решению прибора дополнительную гибкость.

Сформированная импульсная последовательность поступает на вход RB0 процессора DD1, который обрабатывает ее по встроенной программе с использованием прерываний. Требуемый вид измерения выбирают тумблером SА1, изменяющим режим входа RB1 процессора.

Узел индикации состоит из двух светодиодных шкал HL1-HL4 и HL5-HL17 и дешифратора DD4, DD5. Обзорная шкала образована светодиодами HL6- HL17, которые подключены к выходам дешифратора, собранного на преобразователях кода DD4 и DD5 . На вход дешифратора с порта А процессора DD1 поступает сигнал, несущий двоичный код значения частоты вращения, что приводит к включению соответствующего числа светодиодов шкалы. Светодиод HL5 индицирует включение прибора, поскольку его свечение соответствует нулевому коду на входе дешифратора.

Вторая шкала - растянутая - образована светодиодами HL1-HL4, которые подключены к выводам RB2-RB5 процессора через токоограничительные резисторы R5-R8. Прибор питается от двенадцати вольтой бортовой сети автомобиля. Через выключатель питания SA2 и входной фильтр R15C7 напряжение постоянного тока поступает на стабилизатор DA1, с выхода которого напряжение 5 В поступает на все узлы прибора. Микросхемный стабилизатор DA1 установлен на теплоотвод с поверхностью охлаждения 25 см2. Примененный автором стабилизатор имеет полностью изолированный пластмассовый корпус.

Тахометр реализован на одной микросхеме микроконтроллера PIC16С84. После включения питания происходит начальная инициализация всех регистров с последующей индикацией. После инициализации вступает в работу таймер TMR0. Таймер имеет коэффициент деления равный 256, что вместе с определителем, имеющим коэффициент деления равный 32, и циклом процессора равным 4, дает прерывания каждую секунду (4х32х256=32768).

При замыкании контактов прерывателя с входа RB0 также происходит прерывание. При прерывании сохраняются значения регистров, задействованных на момент прерывания, и определяется происхождение прерывания. Если прерывание с входа RB0, то двоичный 16-ти разрядный счетчик увеличивается на единицу. Таким образом, подсчитывается количество прерываний с входа RB0 между прерываниями от переполнения таймера, то есть за 1 секунду. Каждое прерывание заканчивается восстановлением ранее сохраненных значений регистров, и процессор переключается на работу с индикацией.

Если прерывание произошло по переполнению таймера, то определяется состояние переключателя предела измерения и, если переключатель на пределе одной секунды, двоичное значение 16-ти разрядного счетчика умножается на 3 (2Nx3). 16-ти разрядный счетчик обнуляется, готовясь к новому циклу измерения. Полученное двоичное значение перекодируется в трехразрядное двоично-десятичное число и переписывается в регистры индикации. После восстановления значений регистров индикация происходит с новыми данными. То есть индикация обновляется каждую секунду.

Если установлен предел измерения равный 3 секундам, то при переполнении таймера значение счетчика секунд увеличивается на единицу. Если значение счетчика секунд еще не равно трем, прерывание завершается без обнуления 16-ти разрядного счетчика. В противном случае, в 16-ти разрядном счетчике накапливается количество прерываний с входа RB0 за три секунды. Это значение перекодируется в двоично-десятичное число и переписывается в регистры индикации. Двоичный счетчик обнуляется и цикл повторяется. В данном случае индикация обновляется каждые три секунды. Входной сигнал с контактов прерывателя стабилизируется стабилитроном VD1 на уровень ТТЛ и подается на вход RB0. При бесконтактной системе зажигания сигнал снимается с выхода коммутатора, выдающего перепад напряжения 3 В. Этого напряжения достаточно для срабатывания микроконтроллера. Входы RA0-RA2 коммутируют аноды светодиодов, реализуя динамическую индикацию. Вход RA3 нагружен переключателем предела измерения «1s-3s». Внутренние подтягивающие резисторы на входах микроконтроллера программно отключены для исключения влияния на входной сигнал, поэтому возникла необходимость в установке резистора R2. Входы RB1-RB7 использованы для вывода значений сегментов. Поскольку микроконтроллер работает при верхнем питающем напряжении 6 В, то микросхему стабилизатора напряжения КР142ЕН5 можно взять с любой буквой, обеспечивающей это напряжение. Потребляемый тахометром ток около 25 миллиампер, поэтому микросхема стабилизатора напряжения не нуждается в радиаторе. Диод VD2 защищает прибор от переполюсовки. Если тахометр будет использоваться при регулировке карбюраторов, то светодиоды АЛ304Г нежелательно заменять светодиодами с большими размерами цифр.

Печатная плата может быть выполнена на одностороннем фольгированном стеклотекстолите, однако лучше сделать ее из двухстороннего стеклотекстолита. Фольгу со стороны установки элементов необходимо использовать в качестве экрана, проделав отверстия установки элементов сверлом большего диаметра. Это улучшит помехозащищенность прибора, особенно если высоковольтные провода двигателя имеют микротрещины. После монтажа элементов выводы кварцевого резонатора ZQ1 и микросхемы стабилизатора DA1 изгибают так, чтобы резонатор и микросхема были параллельны плате. Печатная плата индикаторов со стороны их установки .Тонкими линиями обозначены проводники, идущие с обратной стороны платы. При монтаже и пайке выводов с изгибом по краю корпуса необходимо действовать аккуратно и быстро, чтобы не повредить соединение внутри пластмассового корпуса светодиода. Для желающих на плате предусмотрен вывод сегмента запятой во втором разряде, чтобы отделить значение тысяч. Его необходимо подключить через резистор 430 Ом на минус 5 В.

Тахометр в настройке не нуждается. Только необходимо перед установкой проверить кварцевый резонатор на соответствие его номинальной частоте. В противном случае придется корректировать частоту кварца в готовом приборе параллельным или последовательным подключением к нему корректирующих конденсаторов, что не предусмотрено конструкцией платы.

Проверку работоспособности тахометра можно выполнить при помощи любого низкочастотного импульсного генератора. Зависимость частоты FГц от показаний тахометра N мин-1 следующая: FГцх3=N мин-1. И наоборот, чтобы иметь представление о частоте вращения коленчатого вала в Герцах, необходимо показания тахометра разделить на три. Например, если подать на вход тахометра частоту 100 Гц, то показания индикатора должны быть равны 300, что соответствует 3000 мин-1. При показании тахометра равном150 (соответствует 1500 мин-1), частота вращения коленчатого вала в Герцах будет равна 50 Гц.

5. Программирование микроконтроллера

Программирование PIC процессора 16F84.

Здесь информация для тех, кто не имеет опыта работы с PIC процессорами. Для транслирования исходного текста программы в машинный код процессора используется широко распространенный, бесплатный ассемблер MPASM, для программирования - программатор PIX, также бесплатный и доступный на многих серверах. Схема аппаратной части программатора приведена на рисунке. Архивы MPASM и PIX распаковываем в разных директориях MPASM и PIX соответственно. Файл *.asm с исходным текстом программы переписываем в директорию ассемблера MPASM.

Трансляция исходного текста:

Набираем команду MPASM [_имя_].asm. После выполнения программы на экране дисплея должно быть следующее:

MPASM 01. 40 O 1993-96 Microchip Technology Ink. /Byte Craft Limi

Checking c:\.....\[_имя_].asm for symbols...

Assembling...

[_имя_].asm 639

Building files...

Errors : 0

Warnings : 0 reported 0 suppressed

Message : 0 reported 0 suppressed

Lines assembled: 638

Press any key to continue.

Отсутствие сообщения об ошибках и предупреждений говорит о том, что программа оттранслирована правильно. После трансляции в директории MPASM появится несколько файлов с именем [_имя_] и разными расширениями. Нужный нам для программирования файл будет [_имя_].HEX.

Программирование PIC процессора:

1. Переходим в директорию PIX, запускаем программу PIX.EXE, подключаем к разъему COM2 аппаратную часть программатора (см. рисунок) с вставленным PIC процессором.

2. Даем команду F7 (Erase) - стираем ранее записанную информацию, т.к. новые микросхемы заполнены нулями, которые необходимо "стереть". Микросхема без информации заполнена 3FFF, а ее энергонезависимая память - FF. После стирания в этом можно убедиться, посмотрев содержимое памяти командой F4 (Read).

3. Даем команду F3 (File) и выбираем необходимый нам файл [_имя_].HEX из директории MPASM.

4. Последняя команда - F9 (Blow) - запись микросхемы.

После завершения процесса программирования появляется надпись: "All loaded Areas Blown OK 1195 mSec", последняя цифра может отличаться в зависимости от быстродействия компьютера.

5. Отключаем аппаратную часть программатора от порта COM2 и выгружаем программу командой ALT-X. Микросхема запрограммирована и готова к работе.

Название	Память прогр.	ОТР/ ROM	RAM	МГц	I/O	Таймер	ССР/ PWM	Послед.	Особен	Корпус
								интерф.
PIC16C84	1024х14	ROM	68 + 64ЕЕ	10	13	1 +WDT	-	-	64х8 ЕЕ, Uпит 2,0 В	18Р, 18SO

5.1 Схема программатора для PIC

Программатор PIC контроллеров:

Конструкция представляет из себя очень простое и дешевое устройство для программирования и последующего чтения внутренней памяти PIC контроллеров типа PIC16C84 /83, PIC16F84 /83, PIC16CE625 /624/623. В отличие от многих аналогичны конструкций, программатор допускает внутрисхемное програм-мирование.

При разработке за основу была взята схема AN589, рекомендуемая фирмой "Microchip" в документе . В нем подробно описана как работа схемы, так и алгоритм программирования.

Программатор питается от источника напряжением 12…13v с током до 100ma и подключается к порту LPT1 персонального компьютера. Управляющая программа разрабатывалась для MS DOS, поэтому при работе в среде «Windows» для соблюдения необходимых временных соотношений при программировании ее необходимо запускать в режиме эмуляции MS DOS. Хотя сама программа прекрасно работает и в оконном режиме, попытка программирования в этом случае ни к чему хорошему не приведет. Схема программатора приведена на (Рис.5.1.1).

Рис. 5.1.1

5.2 Программа для программирования

Интерфейс программы приведен на Рис (5.2.1).

Рис. 5.2.1

Заключение

В качестве достоинства рассмотренного выше электронного тахометра можно отметить: гибкость программирования, полная автономность, точность показаний. Среди недостатков следует отметить относительно высокая цена комплектации, а также сложность программирования.

Данный прибор широко применяться в автомобилестроении, а также авиастроении, также можно отметить широкий спектр различных модификаций электронного тахометра.

Список использованной литературы

1. Ломакин Л. Электроника за рулем. - Радио, 1996, # 9, с. 55, 56.

2. Ганженко Д., Коршун И. PIC и его применение. - Радио, 1995, # 10, с. 47-49.

3. Бирюков С. Подавление импульсов контактов. - Радио, 1996, # 8, с. 47, 51.

4. Маслов А. Модернизация квазианалогового тахометра.- Радио, 1993, # 9, с. 36, 37.

5. Чуднов В. Линейная шкала в тахометре. - Радио, 1993, # 3, с. 13.

6. Н.Хлюпин (RA4NAL), E-mail: a4nalr@write.kirov.ru

7. Александр Денисов (RA3RBE)E-mail: denisov@geocities.com

8. ЗАО КПНП Журнал "Катера и Яхты" 1963-2003

Размещено на Allbest.ru