Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

представление на схемах графической части проекта клемм питания разрабатываемой МПС в соответствии с ГОСТ.

Разработать микропроцессорную систему (МПС) управления и контроля внешним объектом на базе заданного однокристального RISC AVR-микроконтроллера семейства ATmega.

Микроконтроллер должен принимать дискретную и аналоговую информацию, производить её обработку и передавать на ПЭВМ сбора информации по последовательному каналу связи.

МПС должна содержать:

- подсистему ввода аналоговой информации;

- подсистему ввода дискретной информации;

- подсистему вывода аналоговой информации;

- подсистему вывода дискретной информации.

При разработке указанных подсистем необходимо максимально использовать внутренние ресурсы микроконтроллера, а также учитывать требования, изложенные в варианте технического задания на проект.

Каждая из разрабатываемых подсистем должна иметь индивидуальные разъемы коммутации своих сигналов.

При разработке МПС необходимо обеспечить выполнение ряда общих требований, таких как:

- обеспечение заданной тактовой частоты (п.3) работы процессора [1].

- подключение к системе (п.4,5) жидкокристаллического индикатора [11,12] и клавиатуры [5, стр.21-22];

- интерфейс связи с персональной ЭВМ (п.6) для передачи данных об объекте [1, 3, раздал 2.3];

- подключение внешнего статического ОЗУ (п.7) для расширения возможностей системы [1, 2, стр.236-238, 4, стр.116-118];

представление на схемах графической части проекта клемм питания разрабатываемой МПС в соответствии с ГОСТ.

При разработке подсистемы ввода аналоговой информации необходимо изменить диапазон входного аналогового сигнала (п.8) для приведения в соответствие с входным диапазоном АЦП, то есть провести операцию масштабирования. Входной диапазон АЦП совпадает с величиной источника опорного напряжения ЦАП, входящего в состав АЦП.

Источник опорного напряжения (п.12) для АЦП задается или внешним (V_REF), или может использоваться напряжение V_CC источника питания [1, 3].

Для различных вариантов используемых в курсовом проекте источников опорного напряжения его величина задана равной 5В (п.12).

Рекомендуется задать на границах диапазона АЦП запас примерно по 10%, что позволит не выйти за пределы диапазона при использовании масштабирующего усилителя со стандартными номиналами резисторов ряда Е192.

При масштабировании необходимо рассчитать требуемый коэффициент усиления К сигнала датчика и величину смещения ΔV усиленного сигнала. При этом рекомендуется в качестве источника опорного напряжения V_R для цепей операционного усилителя выбрать V_R = 2,5В.

Подставляя для проверки значения резисторов с разбросом ±1% в уравнения усиления и смещения, получаем реальные коэффициент усиления К и величину смещения ΔV.

Передача сигналов датчиков на АЦП осуществляется с помощью встроенного аналогового мультиплексора, входы которого, как показано в п.10 и 11 задания, настраиваются на прием несимметричных и дифференциальных сигналов.

Промасштабированный входной сигнал датчика подается для всех вариантов курсовой работы на встроенный АЦП через один из указанных в задании несимметричных входов аналогового мультиплексора с усилением к=1.

Так как терморезистор – нелинейный элемент, то программа должна будет решить, какому результату на выходе АЦП какая температура соответствует.

В курсовой работе расчет провести для четырех измерений с шагом 10°С. (Для реального приложения подобные характеристики следует вычислять с шагом 1°С).

После этого можно составить зависимость реального результата преобразования от любой температуры диапазона в виде таблицы:

Таблица 2.4 – Зависимость результата преобразования

от температуры диапазона для АЦП

Десятичный отсчет D₁₀ аналогового напряжения определяется выражением

D₁₀ = 2^N ×V₀ / V_REF,

где

N = 10 – разрядность АЦП;

V_REF =5В – опорное напряжение АЦП;

V₀ – входное напряжение АЦП (т.е.выходное напряжение масштабирующего усилителя).

В зависимости от варианта (п.13), АЦП может работать в одиночном или автономном режиме [1, 3].

Для повышения достоверности и точности результата целесообразно выводить значение напряжения не после каждого измерения, а усреднять после ряда измерений [3, стр.77-85]. Этим реализуется сравнительно простой метод фильтрации результирующих данных.

В п.14 указана частота опроса АЦП. Исходя из этого, а также учитывая методику, изложенную в [3, стр.84], можно определить количество измерений, принятых для усреднения результата.

При разработке подсистемы аналогового вывода применяется принцип цифро-аналогового преобразования с использованием широтно-импульсной модуляции [3, стр.116-133].(Также полезно посмотреть книгу на стр 133-157.)

На качество цифро-аналогового преобразования влияет в данном случае, наряду с другими параметрами, разрядность ШИМ (п.15). ШИМ формируется с помощью таймеров-счетчиков микроконтроллера в режимах Phase correct PWM или Fast PWM (п.16 и 17).

Для формирования аналогового выходного напряжения из ШИМ-сигнала используется непосредственно выходной каскад порта микроконтроллера AVR с последующим активным фильтром низких частот Баттерворта второго или четвертого порядка. Порядок фильтра зависит от заданного коэффициента подавления гармоник фильтром (п.18).

Порядок расчета и примеры расчета фильтров Баттерворта второго и четвертого порядка представлены в [3, стр.122-127].

При разработке подсистемы дискретного ввода/вывода необходимо правильно сконфигурировать выводы портов на ввод и вывод [1] в соответствии с заданием (п.19 и 20).

Дискретные входы и выходы микроконтроллера должны быть гальванически развязаны от источника и приемника информации [8, рис.1.21, 1.22]. Гальваническая развязка позволяет исключить уравнительные токи по общим проводникам и тем самым уменьшить взаимовлияние отдельных устройств, обладающих различным энергопотреблением. Поэтому гальваническую развязку в подсистеме дискретного ввода/вывода курсовой работы необходимо реализовать обязательно (п.21). Современные системы используют, как правило, оптронные развязки.

Для настройки системы необходимо написать программу инициализации, которая будет размещаться во внутренней FLASH памяти контроллера.

Содержание пояснительной записки и графической части проекта

Пояснительная записка должна содержать:

- Титульный лист;

- Аннотацию;

- Задание на курсовую работу;

- Содержание;

- Введение;

- Разработка структурной схемы устройства;

- Разработка функциональной схемы устройства (пункты по разработке функциональных схем подсистем ввода-вывода аналоговой и дискретной информации);

- Разработка принципиальной схемы (пункты по разработке принципиальных схем подсистем ввода-вывода аналоговой и дискретной информации);

- Разработка программного обеспечения (фрагменты программы инициализации);

- Заключение;

- Список используемой литературы;

- Приложения

На принципиальной схеме каждая из разрабатываемых подсистем ввода-вывода аналоговой и дискретной информации и напряжения питания должны иметь индивидуальные разъемы коммутации своих сигналов.

В разделе по разработке принципиальной схемы, кроме вышесказанного, рассмотреть подключение последовательного интерфейса с ПЭВМ, подключение ЖКИ, клавиатуры и внешнего ОЗУ.

В разделе по разработке программного обеспечения разместить ассемблерную программу инициализации, выполненную в соответствии с правилами [6].

Графическая часть должна содержать следующие листы

- Схема электрическая структурная (формат А4 или А3, приложение А);

- Схема электрическая функциональная (формат А3 или А2, приложение В);

- Схема электрическая принципиальная (формат А1, приложение С);

- Временные диаграммы работы, если они нужны (формат А4, прилож. D);

- Алгоритм работы программного обеспечения (формат А4, приложение E)

Литература

1. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. – М.: Издательский дом «Додэка – XXI», 2007. – 592 с.: ил.

2. Голубцов М.С., Кириченкова А. В. Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному. Изд.2-е, испр. и доп. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 304 с.

3. Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR микроконтроллеров.: Пер. с нем. – К.: «МК-Пресс», 2006 (2007). – 208 с., ил.

4. Швец В.А. и др. Одноплатные микроконтроллеры. Проектирование и применение. – К.: «МК-Пресс», 2006. – 304 с., ил.

5. Мортон Дж. Микроконтроллеры AVR. Вводный курс/Пер. с англ. – М.: Издательский дом «Додэка – XXI», 2006. – 272 с.: ил.

6.Проектирование микропроцессорных систем. Методические указания по отладке и трансляции программ для микроконтроллеров серии AVR фирмы ATMEL и по проведению лабораторных работ. Учебное издание. – / Авт. С.А. Нестеренко, В.И Великий. – Одесса: Наука и техника, 2007. – 72 с.

7.Проектирование микропроцессорных систем. Методические указания по выполнению расчетно-графической работы. Авт. В.И. Великий, И.Г. Милейко, В.О. Шапорин – Одесса: Наука и техника, 2008. – 24 с.: ил.

8.Микропроцессоры: В 3-х кн. Кн. 2. Средства сопряжения. Контролирующие и информационно-управляющие системы: Учеб. для втузов/В.Д. Вернер, Н.В. Воробьев, А.В. Горячев и др.; Под ред. Л.Н. Преснухина. – М.: Высш. шк., 1986. – 383 с.: ил.

9.Фролов Г.И., Гембицкий Р.А. Микропроцессоры. Автоматизированные системы контроля объектов: Учеб. пособие для втузов/Под ред. Л.Н. Преснухина. – М.: Высш. шк., 1984. – 87 с.: ил.

10.Великий В.І. Мікропроцесорні системи в САУ: Курс лекцій. Навч. посібник. – О.: Наука і техніка, 2006. – 192 с.: ил.

11.http: //atmel.ru /Articles /Atmel 17. htm

Статьи: AVR + ЖКИ «Сопряжение AVR-микроконтроллеров и ЖКИ»,

«Алфавитно-цифровые индицирующие ЖКИ-модули на основе контроллера HD44780»

12.А.В. Самарин. Жидкокристаллические дисплеи. Схемотехника, конструкция и применение / А.В.Самарин – М.: СОЛОН-Р,2002.304 с. – (Серия «Библиотека инженера»)

Электронные копии литературных источников 1-7, 12 можно получить в лаборатории кафедры, пособия 8,9 – в кабинете проектирования ИКС, пособие 10 – в библиотеке института.