Проектирование микропроцессорной измерительной системы

1. Техническое задание

2. Введение

3. Структурная схема

4. Разработка принципиальной схемы

5. Разработка блок-схемы программы

6. Заключение

1. Техническое задание Разработать МПУ для контроля и индикации параметров изменяющегося по случайному закону 8-ми разрядного двоичного кода. Вывести на индикатор значения кода, поступившие на вход МПУ в интервале времени от 1.0с до 2.0с. При скорости изменения кода 500 ед/с, времени контроля 4 с и пределах изменения значения кода 0−11 111 111.

2.

Введение

Курсовое проектирование преследует цель закрепить знания, полученные студентами при изучении курсов по микропроцессорной технике. Оно помогает на практике применить полученные теоретические знания при проектировании микропроцессорных измерительных систем (МПС).

МПС предназначены для:

— приема информации о параметрах объекта, представленных в виде сигналов, поступающих от аналоговых или цифровых первичных датчиков, устанавливаемых на объекте,

— обработки полученной информации в соответствии с заданием,

— выдачи результатов обработки на вход блока индикации для принятия оператором решения о состоянии контролируемого процесса.

Параметрами сигналов в зависимости от варианта задания являются:

— период следования, длительность фронтов или спадов, нелинейность фронтов, спадов или вершин,

— период следования, отклонение формы сигнала от формы, заданной законом изменения, временные значения минимального или максимального значений амплитуды аналоговых электрических сигналов,

— параметры перемещения объекта (скорость прохождения участков, время прохождения участков, число участков, где объект меняет направление перемещения и пр.),

— параметры цифрового двоичного кода (число нулей в коде, число нулей в группе разрядов и пр.).

Основу МПС должен составлять микропроцессорный модуль (ММ), или микроконтроллер. Для формирования дополнительных управляющих и/или информационных сигналов, не предусмотренных перечисленными БИС, рекомендуется использовать ИС других общедоступных серий.

3. Структурная схема Рис. 1 Структурная схема МПС микропроцессорный контроль программа ГСЧ — генератор случайных чисел, генерирующий последовательность чисел, элементы которой почти независимы друг от друга БР — буферный регистр, осуществляющий хранение значений, поступающих с ГСЧ и передающий их микроконтроллеру МК — микроконтроллер, осуществляющий контроль параметров изменяющегося по случайному закону 8-ми разрядного двоичного кода И — индикатор, отображающий результат контроля заданного параметра Такая структурная схема содержит достаточно небольшое количество элементов и способна в полной мере выполнить поставленную задачу.

4. Разработка принципиальной схемы Микроконтроллер Для реализации МПУ контроля и индикации параметров нам понадобится 8 разрядный контроллер, с одним таймером, портами ввода/вывода, регистрами.

Выбираем микроконтроллер PIC16F84.

PIC16F84 — это 8-pазpядный микpоконтpоллеp. Отличается низкой ценой, низким энеpгопотpеблением и высокой скоpостью. Он предназначен для изделий, пpогpамма котоpых может меняться, либо содеpжит какие-либо пеpеменные части, таблицы, паpаметpы калибpовки, ключи и т. д., является электpически стиpаемым и пеpепpогpаммиpуемым. Он также содеpжит электpически пеpепpогpаммиpуемое ПЗУ даных. Именно такой контpоллеp мы и будем использовать.

Рис. 2. Принципиальная схема МПУ В микроконтроллерах PIC16F84 существует два блока памяти — память программ и память данных. Каждый блок имеет свою собственную шину, что позволяет за один такт производить обращение как к коду, так и к данным.

Память данных микроконтроллера PIC16F84 можно разделить на специальные регистры, содержащие служебную инфомацию о состоянии микроконтроллера и регистры общего назначения, используемые в качестве оперативной памяти микроконтроллера.

Память для хранения программы микроконтроллера PIC16F84 (1k 14-и битовых слов) выполнена по FLASH технологии и размещена непосредственно на кристалле микроконтроллера. Выборку очередной инструкции из памяти осуществляет блок управления с использованием текущего значения счетчика команд, имеющего восьмиуровневый стек, позволяющий реализовать последовательный вызов процедур.

После выборки микрооперация храниться в регистре инструкций IR и доступна декодеру для выборки данных и декодирования.

Декодер распознает и декодирует выбранную команду для того, чтобы сообщить блоку управления, какие аппаратные части ядра микроконтроллера должны быть задействованы для выполнения инструкций.

Блок управления сообщает тактовому генератору, в какой последовательности должны работать аппаратные блоки контроллера (т.е. управляет работой конвейера).

Регистр общего назначения микроконтроллера PIC16F84 представляет собой набор скоростных регистров (68 * 8 бит).

Данные в регистровый файл могут поступить по следующим путям:

— Из регистра инструкций через мультиплексор MUX1.

— От АЛУ.

— Из памяти данных.

— Из портов ввода/вывода и других периферийных устройств.

АЛУ микроконтроллера PIC16F84, который управляется блоком управления имеет регистр аккумулятор, доступный программе и регистр статуса, который может информировать о результатах выборки.

Данные на АЛУ могут поступать из следующих источников:

— От регистра инструкций через мультиплексор MUX2.

— Из регистров общего назначения.

— Из памяти данных. При этом косвенно через регистры общего назначения операнд может поступить на АЛУ.

FSR используется для реализации механизмов прямой и косвенной адресации.

Память данных (64 байт) служит для хранения константных значений и в некоторых случаях для хранения части исполняемого кода при нехватке памяти программ.

Электростираемое, перепрограммируемое ПЗУ.

Программирование по принципу ISP позволяет по средствам специального интерфейса (2-е линии) программировать память данных и инструкций.

Порты ввода/вывода предназначены для подключения различного периферийного оборудования по средствам 2-х портов, до 16-и линий ПУ. Все порты микроконтроллера PIC16F84 программно доступны и позволяют программно настраивать на различные режимы функционирования.

Таймер — аппаратная реализация часов реального времени, которые можно использовать для отсчета различных временных интервалов. Таймер полностью программно доступен и может функционировать с выработкой аппаратного прерывания либо посредствам установки значения специального регистра.

ADC — расширения портов ввода/вывода к которым можно подключать источники аналогового сигнала.

USART — универсальный блок последовательной передачи информации, позволяет подключать периферийные устройства по последовательному интерфейсу.

Генератор случайных чисел В качестве ГСЧ выбираем генератор слов XWG1, так как он легко совместим с 8-разрядным входом микроконтроллера и удобен для отслеживания правильности работы системы, соответствующей заданию, в связи с тем, что значения на его выходе задаются пользователем и заранее известны.

Буферный регистр Выбираем БР 74F241DW — 8-разрядный регистр Индикатор Так как МК имеет 4-разрядный выход, вывода данных выбираем 4-разрядный индикатор.

5. Описание работы схемы ГСЧ генерирует и выдает данные, которые поступают в буферный регистр на вход, А (1А1…2А4) предназначенный для их хранения и передаются с выхода БР Y (1Y1…2Y4) на вход микроконтроллера RB (RBOINT…RB7).

Для выдержки заданных интервалов опроса буферного регистра и вывода значений на экран индикатора в МК будем использовать в качестве счетчика регистр R20, значение которого в начальный момент работы системы задается равным нулю.

Для удобства разобьем общее время работы МПС (в соответствии с заданием — 4с) на промежутки с 0 по 1 секунду, что соответствует 500 интервалам в 0,002 с (1/500 с); с 1 по 2 с — еще 500 интервалов (значения счетчика с 500 по 1000); с 2 по 4 с (значения счетчика с 1000 по 2000)

Таймер МК запрограммирован на временной интервал в 0,002 с (1/500 с). В момент, когда значение, полученное в результате опроса таймера достигает нуля, в регистр R20 заносится значение R20+1, т. е. значение счетчика увеличивается на единицу. Затем таймер снова начинает отсчет от 0,002 с до нуля, после чего значение счетчика увеличивается еще на единицу. Итак происходит до тех пор, пока значение счетчика не достигнет 500, или не превысит его.

В момент, когда значение в регистре R20 становится равным или более 500 МК начинает считывать значения с 8-разрядного входа RB, и формировать соответствующий выходной сигнал на 4-разрядном выходе RA (RA0…RA3).

Значения с выхода МК RA поступают на 4-разрядный вход индикатора и отображаются на его экране.

В момент, когда значение счетчика R20 достигает значения 1000, опрос буферного регистра через вход RB и формирование сигналов на выходе RA прекращается.

Счетчик продолжает считать интервалы в 0,002 с до тех пор, пока его значение не достигнет или не превысит значение в 2000, что соответствует 4 от начала работы. В этот момент Выполнение программы прекращается.

6. Разработка блок-схемы программы Рис. 3. Блок-схема управляющей программы

7.

Заключение

В результате выполнения курсового проекта была разработана система МПУ для контроля и индикации параметров изменяющегося по случайному закону 8-ми разрядного двоичного кода и получены практические навыки проектирования микропроцессорных измерительных систем.