PIC-микроконтроллер

Размещено на http://www.allbest.ru/

УРГЕНЧЕСКИЙ ФИЛИАЛ

ТАШКЕНТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИМЕНИ

МУХАММАДА АЛЬ-ХОРАЗМИЙ

Самостоятельная работа

Тема: PIC-микроконтроллер

Подготовил: студент группы 962-20

Курбанбаев Курбанбай

Принял(а) Шахида Батирбаевна

Целью данного курсового проекта является практическое применение знаний, полученных в различных областях науки в пределах таких курсов, как «Специализированные архитектуры ЭВМ», «Микропроцессорная техника», «Проектирование специализированных микропроцессорных систем», а также «Программирование» для реализации полученного технического задания.

Результат выполнения задания - устройство измерения температуры окружающей среды, напряжения на выходах потенциометра, управление звуковым излучателем и часы. Полученные данные необходимо периодически отображать на LCD-дисплее микроконтроллера PIC18F4520.

В пояснительной записке представлены этапы перехода от словесного описания поставленной задачи до конкретной реализации в виде функционирующего устройства. Выполнены все этапы проектирования от технического задания до реализации проекта в выбранной элементной базе (микроконтроллер PIC18F4520) с использованием среды MPLAB IDE.

МИКРОКОНТРОЛЛЕР, ТЕРМОДАТЧИК, MPLAB IDE, LCD-ДИСПЛЕЙ.

Содержание

Введение

1. Техническое задание

1.1 Назначение устройства

1.2 Требования к реализации

2. Техническое предложение

2.1 Элементная база

2.2 Алгоритм и варианты реализации

Введение

Первое, что привлекает внимание в PIC-контроллерах -- это простота и эффективность. В основу концепции PIC, единую для всех выпускаемых семейств, была положена RISC-архитектура с системой простых однословных команд, применение встроенной памяти программ и данных и малое энергопотребление [2]. Микроконтроллеры PIC имеют симметричную систему команд, позволяющую выполнять операции с любым регистром, используя любой метод адресации. В настоящее время MICROCHIP выпускает четыре основных семейства 8-разрядных RISC-микроконтроллеров [6]:

- базовое семейство PIC15Cx с 12-разрядными командами, простые недорогие микроконтроллеры с минимальной периферией;

- PIC12Cxxx с 12-разрядными командами со встроенным тактовым генератором, выпускаемые в миниатюрном 8-выводном исполнении.

- Mid-range PIC16x/7x/8x/9x с 14-разрядными командами. Наиболее многочисленное семейство, объединяющее микроконтроллеры с разнообразными периферийными устройствами, в число которых входят аналоговые компараторы, аналогово-цифровые преобразователи, контроллеры последовательных интерфейсов SPI, USART и I2C, таймеры-счётчики и так далее;

- High-end PIC17C4x/5xx высокопроизводительные микроконтроллеры с расширенной системой команд 16-разрядного формата, работающие на частоте до 33 МГц, с объёмом памяти программ до 16 Кслов. Кроме обширной периферии почти все микроконтроллеры этого семейства имеют встроенный аппаратный умножитель 8х8, выполняющий операцию умножения за один машинный цикл.

Особый акцент Microсhip делает на максимально возможное снижение энергопотребления для выпускаемых микроконтроллеров. При работе на частоте 4 МГц PIC-контроллеры, в зависимости от модели, имеют ток потребления меньше 1,5 мА, а при работе на частоте 32,768 КГц -- ниже 15 мкА. Поддерживается “спящий” режим работы. Диапазон питающих напряжений PIC-контроллеров составляет 2,0...6,0 В.

В настоящее время готовится к запуску в производство новое пятое семейство PIC-контроллеров PIC18Cxxx. Новые микроконтроллеры будут иметь расширенное RISC-ядро, оптимизированное под использование нового Си-компилятора, адресное пространство программ до 2 Мбайт, до 4 Кбайт встроенной памяти данных и производительность 10 MIPS.

Из программных средств отладки наиболее известны и доступны различные версии ассемблеров, а также интегрированная программная среда MPLAB. Для проектирования устройства был выбран микроконтроллер серии PIC18 так, как на его основе реализована демонстрационная плата PICDEM 2 PLUS.

В данной лабораторной работе было запрограммировано устройство измерения температуры на основе термодатчика TC74, настройка и снятие значений с него осуществлялась при помощи модуля SSP.

Также была запрограммирована работа с потенциометром посредством снятия значений с выходов аналого-цифрового преобразователя настроенного на работу с потенциометром.

Была реализована работа с Piezo Buzzerом при помощи CCP в режиме широтно-импульсной модуляции, что позволило Piezo Buzzer излучать звуки различной частоты и длительности.

Также на основе тактового генератора были запрограммированы часы реального времени с использованием внешних синхросигналов от кварцевого генератора. микроконтроллер термодатчик модуль

В каждой реализованной подпрограмме осуществляется вывод на LCD текущих значений как, то напряжение, температура, текущая длительность и период сигнала, а также времени в формате чч:мм:сс.

Отдельными подпрограммами были реализованы процедуры инициализации LCD и портов, а также меню, которое позволяет переключаться между режимами работы программы.

1. Техническое задание

Техническое задание (ТЗ) на проектирование должно содержать исчерпывающую и однозначную информацию о требованиях, предъявляемых к проекту. Техническое задание обычно объемный документ, в котором на естественном языке описана, по сути, словесная модель проектируемой системы. Несмотря на строгость и точность формулировок ТЗ не дает однозначного описания объекта проектирования и не позволяет непосредственно переходить от описания функционирования системы к ее техническому воплощению [1].

1.1 Назначение устройства

микроконтроллер термодатчик модуль

Необходимо реализовать на микроконтроллере PIC18F4520 устройство, выполняющее периодически измерение напряжение с помощью 5 кОм потенциометра, управление динамиком, измерение температуры окружающей среды и организация часов реального времени на основе счётчика. Эти данные необходимо отображать на экране. Переключение между режимами должно осуществляться с помощью меню. Все данные передавать на внешние устройства для дальнейшей обработки через порт RS-232, например для отображения на ПК при помощи Hyper Terminal.

Спроектированное устройство может применяться для измерения температуры в домашних условия, на предприятиях, в научных лабораториях и т.д. Данное устройство не подходит для высокоточного измерения температуры в связи с определенными технологическими особенностями самого микроконтроллера и встроенного в него термодатчика.

Измерение напряжения на выходах потенциометра имеет исключительно образовательное назначение, т.к. сам потенциометр является весьма неточным, но позволяет научится применять аналого-цифровые преобразования. Цели организации работы с динамиком и построения часов аналогично.

Устройство работает независимо от компьютера. Преимущество - мобильность устройства и простота использования. Для функционирования данного устройства в нормальном режиме необходимо обеспечить постоянную подачу электроэнергии. Диапазон рабочих напряжений - с 2 до 5 В. Устройство должно быть защищено от попадания на его поверхность жидкости и других вредных воздействия в связи с отсутствием корпуса. Минимальный срок общей эксплуатации составляет 10 лет. Минимальная гарантированная продолжительность непрерывной работы - 48 часов.

В соответствии со спецификацией устройства PICDEM 2 PLUS в нём реализованы последующие соответствия портов и входов/выходов устройств (табл. 1.1)[11]. Данная таблица наилучшим образом показывает назначение входов/выходов микроконтроллера.

Таблица 1.1 - Соответствие портов и входов/выходов устройств

1.2 Требования к реализации

Сроки проектирования определяются сроками выполнения курсового проекта, включая разработку документации. Проект считается законченным, если проведено программирование микроконтроллера и результат соответствует техническому заданию. Основные требования к проектированию: использование свободно распространяемых микроконтроллеров PIC18F4520, описание моделей с помощью языка программирования ассемблер, использование тестового подхода к проверке исправности модели устройства. Способ проверки - физическое тестирование основных этапов программы [5].

2. Техническое предложение

Техническое предложение является частью предварительного проектирования. При этом:

1) принимается решение об использовании микроконтроллера фирмы Microchip, серии PIC18, как, во-первых, отвечающего современным требованиям к элементной базе; во-вторых, имеющегося в наличии на момент разработки проекта;

2) оптимизация алгоритма программы для устройства будет проводиться на этапе программирования микроконтроллера.

2.1 Элементная база

Демонстрационная плата PICDEM 2 Plus содержит следующие физические компоненты [6] (рис. 2.1).

1. 18, 28, 40-pin DIP разъем.

2. Встроенный +5V регулятор.

3. Разъем RS-232 и дополнительное оборудование, предназначенное для прямого подключения к разъему RS-232.

4. Разъем для подключения ICD-отладчика.

5. Вход для аналоговых устройств.

6. Три кнопки для внешних воздействий и сброс.

7. Зеленый индикатор включения LED.

8. Четыре зелёных LED, подключенных к PORTB.

9. Переключатель J6 для отключения LED от PORTB.

10. Кварцевый генератор с частотой 4 МГц.

11. Разъемы, предназначенные для подключения генератора.

12. Генератор с частотой 32,768 КГц для использованием Timer1.

13. Переключатель J7 для отключения встроенного RC генератора.

14. 32К х 8 серийный EEPROM.

15. LCD дисплей.

16. Piezo buzzer.

17. Пространство для подключения дополнительного оборудования.

18. Термодатчик TC74.

Для реализации данного проекта был выбран микроконтроллер PIC18F4520.

PIC18F4520 - это высокоскоростной RISC микроконтроллер соответствую требования, предъявляемым к элементной базе [8].

1. Оптимизированная архитектура и система команд для написания программ на языке С.

2. Тактовая частота 4 МГц.

3. Линейное адресное пространство памяти программ 32 кбайт, 16384 команд.

4. Линейное адресное пространство памяти данных 1536 байт.

5. Память EEPROM (память данных) 256 байт.

6. Быстродействие до 10MIPS.

7. 16-разрядные команды, 8-разрядные данные.

8. Система приоритетов прерывания, 17 возможных источников прерывания.

9. 75 команд микроконтроллера.

10. Пять портов ввода/вывода (PORT A, B, C, D, E).

11. Аппаратное умножение 8х8 за один машинный цикл.

12. Возможность самопрограммирования.

13. Сброс по включению питания (POR), таймер включения питания (PWRT), таймер запуска генератора (OST).

14. Поддержка последовательного интерфейса адресуемого синхронно-асинхронного приемопередатчика (USART).

15. Наличие встроенного термодатчика.

16. 4 модуля счетчика/таймера TMR0, TMR1, TMR2, TMR3 разрядности 8 и 16 бит.

17. Вторичный генератор синхросигнала на основе TMR1/ TMR3.

18. Программируемая защита кода программы.

19. Внутрисхемная отладка по двухпроводной линии (ICD).

20. 100 000 циклов стирания/запись памяти программ.

21. Широкий диапазон напряжений питания (от 2,0 В до 5,5 В).

22. Наличие 5кОм потенциометра

23. Наличие Piezo buzzer

Рисунок 2.1 - PICDEM 2 PLUS Demo Board

2.2 Алгоритм и варианты реализации

Для программирования микроконтроллера PIC18F4520 можно использовать языки программирования С и ассемблер.

Для реализации устройство измерения температуры окружающей среды выбран язык программирования ассемблер [7,8,9].

Алгоритм работы данного устройства представлен на рисунке 2.2.

Размещено на Allbest.ru