Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Микропроцессорный измеритель температур

1. Метод измерения температуры

микропроцессорный алгоритм температура программный

Микропроцессорный измеритель температуры предназначен для проведения измерений температуры с возможностью сохранения измеренных значений во внутренней памяти МПС.

Разработку проекта начнем с построения математической модели. Под математической моделью будем называть модель-формулу (систему формул), которая позволяет микропроцессору вычислить выходные параметры задачи для последующей их реализации с помощью исполнительных устройств и предъявление результата пользователю системы.

Для нахождения матемотической модели построим схему измерения, представленную на рис. 1, которая состоит из АЦП (аналогово-цифрового преобразователя), резистивного делителя напряжнения и эталонного источника питания.

Рис. 1. Схема подключения

По закону Ома и второму закону Кирхгофа для цепи постоянного тока:

;

где - входное напряжение на АЦП:

- сопротивление терморезистора; - эталонное постоянное сопротивление; - напряжение на сопротивлении ; - сила тока в цепи;

Из выразим R_x.

;

;

;

;

На основе татировочной таблицы (Табл. 1, стр. 4) искомую температуру можно выразить через измерение сопротивления :

(1)

Подставляя в формулу (1) полученное значение R_x, получим математическую модель:

2. Концептуальный алгоритм

Алгоритм - это последовательность действий конкретного элемента системы, описанного на естественном языке с применением условно-графического изображения.

Концептуальный алгоритм - это алгоритм, каждый блок отвечает на вопрос «что делать?», а не «как делать?».

Сокращения, принятые в концептуальном алгоритме:

- мгновенное значение напряжения

- эталонное сопротивление

Е - ЭДС цепи

-сопротивление терморезистора

-измеряемая температура

Система приводится в исходное состояние, так как в начальный момент времени работы МП содержимое всех ячеек памяти находится в хаотичном состоянии. Далее происходит запуск АЦП на измерение , благодаря чему МП получает необходимые сведения для выполнения определённой задачи, в нашем случае - это напряжение .

После чего полученное значение запоминается в память. Для того чтобы МП мог работать с полученными данными с АЦП, данные следует преобразовать во внутренний код процессора. Только после этого МП сможет посчитать температуру по ранее заданной формуле Так как посчитанная температура хранится в шестнадцатеричной системе счисления, следует её, для удобства пользователя перевести в десятеричную систему счисления.

После число преобразуется в код индикации, проверяется флаговый регистр F на равенство 0, и выводится каждая тетрада температуры непосредственно на индикацию, так как в разработке использована динамическая индукция.

Микропроцессорная система (МПС), структурная схема которой приведена на чертеже ИТПЭВС.000000.001.Э1, построена на основе базовой структуры МПС и подключенных к ней внешних устройств (ВУ), обеспечивающих выполнение поставленной задачи.

Структурная схема спроектированной микропроцессорной системы имеет магистральный тип межмодульных связей из-за небольшого числа внешних устройств и высокой нагрузочной способности магистрали. Используется прямой метод адресации внешних устройств для уменьшения потерь времени.

Для организации связи с внешними устройствами используется программно-управляемый обмен, заключающийся в том, что внешнее устройство работает только по командам микропроцессора в соответствии с программой его работы. Данный способ применяется потому, что именно он используется в лабораторном макете.

Обмен информацией между элементами микропроцессорной системы осуществляется согласно принципу магистральности, по магистрали в режиме разделения времени доступа к ней, то есть элементы обращаются через магистраль поочередно. Основу магистрали составляет группа шин, каждая из которых соединяет все одноименные выходы (входы) элементов системы.

В состав магистрали входят:

ША - шина адреса, группа шин адресации элементов;

ШД - шина данных, группа шин передачи данных;

ШУ - шина управления, группа шин управления обменом.

В данной схеме ШУ представляет собой четыре сигнальных проводника:

ЗПЗУ - запись в запоминающее устройство;

ЧТЗУ - чтение запоминающего устройства;

ЗПВУ - запись во внешнее устройство;

ЧТВУ - чтение внешнего устройства.

Используется прямой метод адресации внешних устройств для уменьшения потерь времени.

На структурной схеме показано объединение отдельных элементов микропроцессорной системы где:

МП - микропроцессор, является центральным элементом системы, обрабатывает информацию, поступающую из внешних устройств, с которыми он объединяется для организации законченных вычислительных, контрольно-измерительных или управляющих функций.

БС МП - предназначен для согласования МП по электрическим параметрам с шинами данных, адреса и управления, также предназначен для формирования шины управления.

ГТИ - генератор тактовых импульсов, генерирует периодический сигнал, предназначенный для синхронизации работы микропроцессора.

БНУ - блок начальных установок, предназначен для формирования импульса сброса, который приводит МП в исходное состояние.

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство, предназначено для хранения информации, изменяющейся в процессе работы системы.

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство, содержит информацию и рабочую программу, не изменяющуюся в процессе работы системы, а также необходимо для хранения программы, данных и необходимых констант при выключенном питании.

БС ОЗУ - предназначен для согласования ОЗУ по энергетическому и информационно-логическому потоку с шинами данных, адреса и управления.

БС ПЗУ - предназначен для согласования ПЗУ по энергетическому и информационно-логическому потоку с шинами данных, адреса и управления.

ДА - дешифратор адреса - это устройство, служащее для выделения из адресного пространства системы той комбинации, которая соответствует данному внешнему устройству.

Порт - регистр, принимающий, хранящий и передающий информацию, но не изменяющий её. Предназначен для пропускания или задержки сигнала, чтобы данные поступали только на то устройство, которое в данный момент необходимо системе.

Индикация динамическая - предназначена для отображения измеренной мощности W.

АЦП - аналого-цифровой преобразователь, преобразующий аналоговое напряжение на его входе в цифровой код.

Порты вывода на восьмисегментные индикаторы (Порт1, Порт2) - порт 2 предназначен для хранения управляющей информации включения индикатора. Порт 1 предназначен для хранения данных, которые должны отображаться на индикаторе.

Вых. порт 3 - регистр, принимающий данные, полученные с АЦП.

Вых. порт 4 - регистр, служит для запуска АЦП.

Ключи - устройство, предназначенное для создания одностороннего ввода данных из входного порта в шину данных. Так как у некоторых элементов нет третьего состояния и для предотвращения попадания на магистраль сигнала применяется данное устройство.

4. Описание принципиальной электрической схемы

Принципиальная схема МПС представлена на чертеже ИТПЭВС 000000.001.Э3.

Микропроцессор выполнен на микросхеме DD3.

ГТИ и БНУ реализован на микросхеме DD4 и на элементах R15, C1, C2, VD1, Z1, SB1, ZQ1. Конденсатор C1 и кварцевый резонатор ZQ1 необходимы для стабилизации частоты генерируемого сигнала. Кнопка SB1 формирует сигнал сброса, который приводит систему в первоначальное состояние.

БС МП реализован на микросхемах DD1, DD2, DD5, DD6, DD7 формируют шину адреса и шину данных.

ПЗУ выполнено на микросхеме DD8.

ОЗУ выполнено на микросхеме DD9.

Дешифратор адреса встроен в микросхемы портов DD10, DD11.

Канал ВА0-ВА7 микросхемы DD10 реализует порт 1 и предназначен для управления сегментами светодиодных индикаторов HG1, HG2.

Канал BB0-ВВ7 микросхемы DD10 реализует порт 2 и предназначен для выбора индикатора, HG1 или HG2, на который будет производится выведение информации.

Канал BА0-BА7 микросхемы DD11 реализует порт 3 и предназначен для считывания информации с АЦП.

Канал BC0-BC7 микросхемы DD11 реализует порт 4 и предназначен для запуска АЦП.

Индикация представлена знакосинтезирующими индикаторами HG1 и HG2. Резисторы R3-R10 предназначены для ограничения тока свечения сегментов индикаторов. Резисторы R11-R14 предназначены для ограничения токов базы транзисторов VT1, VT2. Транзисторы VT1, VT2 предназначены для усиления сигнала выбора индикатора по току.

АЦП выполнен на микросхемах DD12, DD13, DD7.2 и элементах R16-R19, VT3, VT4, VD2 и C3-C5.

Микросхема DD12 представляет из себя компаратор, DD13 - двоичный счетчик. R16 это эталонное сопротивление относительно которого находится сопротивление терморезистора. На элементах R17-R19, VT3, VT4, VD2 и C3-C5 собран генератор линейно изменяющегося напряжения.

Перечень элементов приведён в приложении.

5. Особенности программного обеспечения

Для упрощения процедуры трансляции и увеличения скорости преобразования в данном курсовом проекте применяется табличный метод. Суть его заключается в том, что операнд, подлежащий преобразованию, выступает в качестве номера строки таблицы, а результатом преобразования является содержимое той строки таблицы (ячейки памяти), адрес которой совпадает со значением исходного операнда. Преобразование, или получение адреса нужной строки происходит посредством сложения адреса начала таблицы с исходным кодом. Если на соответствующий сегмент поступил «0», то сегмент горит, а если «1» - сегмент не горит (рис. 3, стр. 13, и табл. 2, стр. 14). Закрепление сегментов индикаторов за разрядами порта 1 приведено на рис. 3 (стр. 13).

Таблица преобразования кодов индикации

Символы «0,», «1,» используются при выведении на индикатор числа 100 и для предупреждении о превышении верхней границы диапазона измерений.

Организация временной задержки

Одним из них является организация пустого цикла (рис. 4, стр. 14).

Рис. 4

Алгоритм реализации деления

Деление, как и умножение, отсутствует в наборе команд МП КР580ВМ80А. Разделить одно число (делимое) на другое (делитель) - значит найти такое третье число (частное), которое при умножении на делитель даёт делимое. Поэтому данный алгоритм реализуется многократным вычитанием. Из делимого А вычитается делитель М до тех пор, пока число не становится отрицательным, а число срабатывания цикла и есть искомый результат. Функциональный алгоритм деления приведен на рис. 5 (стр. 15).

Рис. 5

Список литературы

1. ГОСТ 2.701-84 (2000). ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.

2. ГОСТ 2.702-75 (2000). ЕСКД. Правила выполнения электрических схем.

3. ГОСТ 2.708-81. ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники.

4. ГОСТ 19.402-78. ЕСПД. Описание программы.

5. ГОСТ 19.701-90. ЕСПД. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения.

6. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Микропроцессоры в конструкции и технологии ЭВС» / Авт.-сост. В.Н. Невзоров. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2008.

7. Невзоров В.Н. Микропроцессоры в конструкции и технологии электронно-вычислительных средств: Учебное пособие. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2008. 119 с.

8. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник: В 2 т. / Н.Н. Аверьянов, А.И. Березенко, Ю.И. Борщенко и др.; Под ред. В.А. Шахнова. - М.: Радио и связь, 1988 г.

9. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Спавочник. Т. 1. - М.: ИП РадиоСофт, 2000. - 512 с.: ил.

10. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Т. 2. - М.: ИП РадиоСофт, 2000. - 640 с.: ил.

11. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Т. 4. - М.: РадиоСщфт, 2001. - 576 с.: ил.

12. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Т. 5. - М.: КубК-а, 1997. - 608 с.: ил.

13. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Т. 6. - М.: ИП РадиоСофт, 2003. - 544 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru