Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования И НАУКИ Российской федерации

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра КТРС

Факультет: РЭФ

Пояснительная записка к курсовой работе

по курсу «Вычислительная техника и информационные технологии»

Тема: «Поддержание температуры на базе контроллера PIC16f877»

Студент: Слюсаренко К.А.

Группа: РКС10-21

Преподаватель: Кривецкий А.В.

Новосибирск 2005

Оглавление

Введение

Техническое задание

Структурная схема устройства

Выбор микропроцессорного комплекта

Описание и расчет элементов схемы электрической принципиальной

Список литературы

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Развитие электронной вычислительной техники, и информатики и применение их средств и методов в народном хозяйстве, научных исследованиях, образовании и других сферах человеческой деятельности являются в настоящее время приоритетным направлением научно-технического прогресса. Это приводит к необходимости широкой подготовки специалистов по электронным вычислительным машинам, системам и сетям, программному обеспечению и прикладной математике, автоматизированным системам обработки данных и управления и другим направлениям, связанным с интенсивным использованием вычислительной техники. Всем этим специалистам необходимы достаточно глубокие знания принципов построения и функционирования современных ЭВМ, комплексов, систем и сетей, микропроцессорных средств, персональных компьютеров. Такие знания необходимы не только специалистам различных областей вычислительной техники, но и лицам, связанным с созданием программного обеспечения и применением ЭВМ в различных областях, что определяется тесным взаимодействием аппаратурных и программных средств в ЭВМ, тенденцией аппаратурной реализации системных и специализированных программных продуктов, позволяющей достигнуть увеличение производительности, надежности, функциональной гибкости, большей приспособленности вычислительных машин и систем к эксплуатационному обслуживанию.

В последние годы мир электронных вычислительных машин значительно расширился - в нем наряду с машинами общего назначения заняли большое место супер-ЭВМ, малые ЭВМ и особенно микропроцессоры и микро-ЭВМ, персональные компьютеры.

Информация, которая передается между узлами компьютера или хранится в нем, ни каким образом не должна изменяться, для это существуют, либо аппаратные, либо программные средства контроля и диагностики.

В настоящее время одними из перспективных являются устройства американской фирмы Microchip Technology Inc., которая работает на рынке высокопроизводительных встраиваемых системах управления.

Основной продукцией фирмы являются 8-bit CMOS RISC микроконтроллеры (серия PIC), последовательные и параллельные микросхемы EPROM и EEPROM (серии 24xx, 27xx, 28xx, 93xx).

Благодаря своим достоинствам, контроллеры PIC16 вытесняют из многих разработок так уже надоевшие однокристальные процессоры фирмы Intel семейства MCS48, а в некоторых случаях и MCS51 и даже MCS96.

Микроконтроллеры PIC - это чемпионы производительности среди однокристальных микро-ЭВМ широкого применения. Это достигнуто в основном из-за их RISC (reduced instruction set computer) архитектуры. Она предполагает, что все инструкции имеют одинаковую длину (14 бит) и выбираются за один машинный цикл. Это широкий и весьма тщательно подобранный набор, специально предназначенный для задач управления, ввода/вывода сигналов. Здесь нет сложных арифметических действий типа умножения, их Вам придется программировать самостоятельно или позаимствовать из библиотеки подпрограмм.

RISC архитектура дает производительность порядка 6 млн. оп./с., и оставляет по скорости далеко позади прежних фаворитов.

Внутренняя программная память контроллеров заполняется самим пользователем и бывает двух исполнений: однократно программируемое ПЗУ и многократное с ультрафиолетовым стиранием, помимо этого есть контроллеры с электрически перепрограммируемым ПЗУ. Очень важный для многих штрих - это наличие бита секретности.

Объем ПЗУ зависит от марки PIC контроллера: от 512*12 бит для самых простых приложений и до 8К*16 бит для более сложных. Встроенное ОЗУ данных с 8-ми битной организацией варьируется по объему от 32 до 454 байт, как вариант 64*8 EERAM.

PIC контроллер может “заводиться” как от кварца, так и от обычной RC цепочки. При этом впечатляет диапазон тактовой частоты процессора - от 32 кГц до 20 МГц.

Внешних RC цепей для формирования сигнала сброса вообще не требуется. Микропроцессор его вырабатывает сам автоматически при включении питания или при подаче внешнего сигнала MCLR. Напряжение питания может изменяться в пределах, от плюс 2,5 до 6,25 Вольт. Это делает его незаменимым для портативных приложений с питанием от батарей.

Ток потребления зависит от выбранной частоты генерации. Так, например, при наименьшей частоте в 32 кГц он очень мал и составляет всего 15 мкА. Далее, ток возрастает до 3 мА с ростом частоты до 4 МГц и в пределе может стать 20 мА на частоте 20 МГц. Для минимизации энергопотребления применяют импульсную работу PIC контроллера, т.е. он находится в “спячке” с полным сохранением содержимого памяти, пока внешнее событие не потребуется какого-то его действия. Кроме внешнего сигнала MCLR, другим событием, которое может “пробуждать” контроллер является сигнал от встроенного программируемого сторожевого таймера (watch dog), который не позволит процессору “заснуть” навсегда. Линий ввода/вывода от 12 до 33, в зависимости от корпуса. Все линии двунаправленные с произвольным программированием их на ввод/вывод. Некоторые модели имеют также и встроенный 8-ми битовый АЦП с системой прерываний, вырабатываемых этим АЦП и компараторами кодов на линиях ввода/вывода. Несмотря на К-МОП технологию, линии вывода достаточно мощны и в состоянии напрямую управлять сегментами светодиодного индикатора. Втекающий и вытекающий ток до 25 мА на всех линиях одновременно и до 50 мА только на одной.

Эта особенность линий вывода позволяет реализовать простое сопряжение со схемами пользователя.

На базе одного из PIC контроллеров (в частности 16f877) в данном проекте разрабатывается устройство поддержания температуры.

Техническое задание

В данной работе рассматривается возможность создания устройства поддержания температуры с использованием в данном устройстве современного микропроцессорного комплекта.

Измерение и поддержание температуры при помощи температурного датчика TMP36 на базе микроконтроллера PIC16F877 может быть широко использовано для ряда задач в области радиотехники и других отраслях науки и техники. Внешнее исполнение устройства может быть любым, в зависимости от предъявляемых требований. При достаточно простом программном и схемотехническом исполнении устройства за основу были взяты следующие характеристики:

1. Массогабаритные.

2. Несложная реализация.

3. Надежность.

4. Невысокая стоимость.

5. Удобство в применении.

Структурная схема устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Принцип работы устройства: с входной цепи подаётся напряжение от 0 В до 5 В. Данная величина напряжения поступает на PIC16F877, в нем она преобразуется в кодовую комбинацию, соответствующую значению измеряемой температуры, которая впоследствии сравнивается с пороговым значением и регулирует работу реле в выходной цепи.

Выбор микропроцессорного комплекта

Для реализации устройства был выбран PIC16F877, в корпусе PDIP. Основными факторами при выборе контроллера явились:

· Стоимость

· Достаточное количество линий ввода-вывода

Характеристика микроконтроллера:

* Высокоскоростная RISC архитектура

* 35 инструкций

* Все команды выполняются за один цикл, кроме инструкций переходов, выполняемых за два цикла

* Тактовая частота:

-DC - 20 МГц, тактовый сигнал

-DC - 200 нс, один машинный цикл

* До 8 к х 14 слов FLASH памяти программ

До 368 х 8 байт памяти данных (ОЗУ)

До 256 х 8 байт EEPROM памяти данных

* Совместимость по выводам с PIC16C73B/74B/76/77

* Система прерываний (до 14 источников)

* 8-уровневый аппаратный стек

* Прямой, косвенный и относительный режим адресации

* Сброс по включению питания (POR)

* Таймер сброса (PWRT) и таймер ожидания запуска генератора (OST) после включения питания

* Сторожевой таймер WDT с собственным RC генератором

* Программируемая защита памяти программ

* Режим энергосбережения SLEEP

* Выбор параметров тактового генератора

* Высокоскоростная, энергосберегающая CMOS FLASH/EEPROM технология

* Полностью статическая архитектура

* Программирование в готовом устройстве (используется два вывода микроконтроллера)

* Низковольтный режим программирования

* Режим внутрисхемной отладки (используется два вывода микроконтроллера)

* Широкий диапазон напряжений питания от 2.0 В до 5.5 В

* Повышенная нагрузочная способность портов ввода/вывода (25 мА)

* Малое энергопотребление:

- < 0.6 мА @ 3.0 В, 4.0 МГц

- 20 мкА @ 3.0 В, 32 кГц

- < 1 мкА в режиме энергосбережения

Характеристика периферийных модулей:

* Таймер 0: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным программируемым предделителем

* Таймер 1: 16-разрядный таймер/счетчик с возможностью подключения внешнего резонатора

* Таймер 2: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным программируемым предделителем и выходным делителем

* Два модуля сравнение/захват/ШИМ (ССР):

-16-разрядный захват (максимальная разрешающая способность 12.5 нс)

-16-разрядное сравнение (максимальная разрешающая способность 200 нс)

-10-разрядный ШИМ

* Многоканальное 10-разрядное АЦП

* Последовательный синхронный порт MSSP

ведущий/ведомый режим SPI ведущий/ведомый режим I²C

* Последовательный синхронно-асинхронный приемопередатчик USART с поддержкой детектирования адреса

* Ведомый 8-разрядный параллельный порт PSP с поддержкой внешних сигналов -RD.-WR, -CS (только в 40/44-выводных микроконтроллерах)

* Детектор пониженного напряжения (BOD) для сброса по снижению напряжения питания (BOR)

Описание и расчет элементов схемы электрической принципиальной

температура микропроцессорный контроллер

Входная цепь (датчик температуры TMP36) вместе с внутренним АЦП микроконтроллера представляет собой схему преобразования «температура (градусы Цельсия) - код». Здесь с TMP36 снимается напряжение пропорциональное значению температуры (линейная зависимость: 10mV/градус).

Напряжение питания от 2,7 В до 5,5 В. Диапазон рабочих температур: -40 С до +125 С. Температуре 25 С соответствует напряжение 750mV.

Исходя из этого погрешность датчика равна:

0,5/165 = 0.003V = 0.3mV на градус

Затем внутреннее АЦП преобразует полученное значение напряжения в код. Мы располагаем 10 - разрядным АЦП и питающим напряжением 5V.

Исходя из этого:

ЕМР = 5/1024 = 0,0048V = 4,8mV, но учитывая, что погрешность АЦП равна 0,5*ЕМР, получим:

0,0048/2 = 2,4mV

На следующем шаге преобразованное значение сравнивается с пороговым:

21 С = 710mV = d`36` = b`00100100`

и в соответствии с результатом включается либо выключается выходная цепочка, состоящая из транзистора и реле с защитным диодом.

Список литературы

1. Однокристальные 8-разрядные FLASH CMOS микроконтроллеры компании Microchip Technology Incorporated, Москва, 2002

2. Микроконтроллеры PIC16F877. Методические указания, Новосибирск, 2002

3. Курс лекций.

Приложение 1

Приложение 2

Текст программы:

listp = 16f877

include<p16f877.inc>

;CONSTANT

Barrier equ b'00100100'; порог для сравнения

;VARIABLE

count1 equ 0x21; переменная записи результатов АЦП

On/Of equ 0x22; переменная итогового результата для сравнения

org 0x00

nop

movlw b'00000000'

movwf On/Of

BSF STATUS,RP0; выбираем банк 1

BCF STATUS,RP1

CLRF ADCON1; настраиваем регистр ADCON1

CLRF TRISC; настраиваем регистр TRISC на вывод

BCF STATUS,RP0; выбираем банк 0

movlw b'10000001'

movwf ADCON0; настраиваем регистр ADCON0

;-------------тело цикла-----------

Loop BSF ADCON0,2; запуск АЦП флагом GO/DONE

Process BTFSC ADCON0,2; проверка окончания процесса преобразования

goto Process

movf ADRESH,0

movwf count1

SWAPF count1,1; обмен тетрадами (полубайтами)

RRF count1,1; сдвиг вправо

movlw b'00000111'

ANDWF count1,1; наложение «маски» (поразрядное логическое «и»)

INCF count1,1; прибавление 1 к count1

Check BSF STATUS,C; запись 1 в битовое поле С регистра STATUS

RLF On/Of,1; сдвиг влево

DECFSZ count1,1; вычитание 1 и пропуск след. команды если результат =0

goto Check

movf On/Of,0

SUBLW Barrier; вычитание содержимого аккумулятора из константы

BTFSC STATUS,C

goto OF

BSF PORTC,0; вывод 1 в выходную цепь

OF BCF PORTC,0; вывод 0 в выходную цепь

goto Loop

end

Приложение 3

Размещено на Allbest.ru