Построение компьютерной системы на микроконтроллере (стр. 1 из 2)
Содержание
Введение
1. Анализ поставленной задачи
1.1 Обоснование достаточности аппаратных средств и программных ресурсов
1.2 Доопределение набора аппаратных средств и программных ресурсов
1.3 Распределение функций устройства между узлами микроконтроллера
1.4 Выбор и обоснование режимов работы узлов микроконтроллера
2. Проектирование принципиальной схемы устройства
2.1 Схема включения микроконтроллера
2.2 Формирование тактовых импульсов
2.3 Организация сброса
2.4 Схемы входных и выходных устройств
2.5 Схема источника напряжения питания
3. Проектирование программного обеспечения микропроцессора
3.1 Проектирование модуля инициализации микроконтроллера
3.2 Проектирование процедур обработки прерываний
3.3 Проектирование процедур обработки информации
3.4 Проектирование процедур вывода информации
3.5 Проектирование процедуры Main()
4. Листинг программы
Заключение
Введение
В настоящее время встроенные компьютерные системы получают все большее распространение из-за их высокого качества и надежности, а так же простоты обработки информации.
В ходе курсового проекта необходимо разработать КС которая будет считывать данные по последовательному порту и выводить обработанную информацию на LCD индикатор.
По техническому заданию на курсовой проект КС должна быть построена на микроконтроллере MSP430.
Микроконтроллеры MSP430 - это 16-разрядные микроконтроллеры RISC-архитектуры, с развитой периферией и сверхнизким энергопотреблениемМикроконтроллеры семейства MSP430 содержат 16-разрядное RISC CPU, периферийные модули и гибкую систему тактирования, соединенные через фон-Неймановскую общую адресную шину (MAB) памяти и шину памяти данных (MDB). Объединяя современное CPU с отображаемыми в памяти аналоговыми и цифровыми периферийными устройствами, семейство MSP430 предлагает решения для приложений со смешанными сигналами.
1. Анализ поставленной задачи.
Темой курсового проекта является "Удаленное устройство индикации".
Рассмотрим общую структурную схему, приведенную на рисунке 1.
Рисунок 1 – Структурная схема устройства.
В качестве микроконтроллера выберем MSP430F135.
MSP430F135 имеет память программ 16 Кбайт + 256 байт, ОЗУ 512 байт. Максимальное количество контактов ввода/вывода 48. Данная конфигурация позволяет строить малопотребляющие и высокоэффективные приложения.
У предложенного микроконтроллера достаточное число контактов ввода/вывода и памяти программ и данных.
На рисунке 2 приведен MSP430F135.
Рисунок 2 – MSP430F135
Характеристики MSP430F135:
- 12-разрядный АЦП с внутренним источником опорного напряжения,
- устройством выборки-хранения,
- режимом автоматической последовательной оцифровки данных
- компаратор для сравнения аналоговых сигналов
- 16-разрядный таймер с тремя регистрами захвата/сравнения
- Последовательный коммуникационный интерфейс (USART) с программной настройкой режима: асинхронный - UART или синхронный - SPI
- Внутрисхемный программатор с последовательной передачей данных
- Защита программного кода
- Последовательное программирование ( JTAG )
На рисунке 3 приведена внутренняя структура MSP430F135
Рисунок 3 – Внутренняя структура MSP430F135
2. Проектирование принципиальной схемы устройства
Схема включения микропроцессора
Микроконтроллер MSP430F135 содержит 6 регистров ввода/вывода. Задействуем Port1 и Port 2 управления светодиодным индикатором. Port4 служит для считывания данных с датчика Холла.
На рисунке 4 приведена структурная схема включения микроконтроллера.
Рисунок 4 – Структурная схема включения микроконтроллера
Формирование тактовых импульсов
Источником тактовых импульсов в микроконтроллере MSP430F135 может быть:
– внутренний переменный резистор
– внешний резистор
– Керамический резонатор
– 32 kHz кварцевый резонатор
– высокочастотный кварцевый резонатор
– внешний источник тактовых импульсов
В данном разрабатываемом устройстве наиболее предпочтительным режимом работы генератора является применение внешнего кварцевого резонатора подключаемого к контактам XIN и XOUTЭто стабильный генератор с точной выдержкой временных интервалов тактовой частоты которая необходима для делителя USART интерфейса.
На рисунке 5 приведена схема тактирования.
Рисунок 5 – Схема тактирования.
Схема сброса
На рисунке 6 приведена аппаратная схема сброса по включению питания. Данная схема необходима для первичной инициализации аппаратуры микроконтроллера.
Рисунок 6 – Аппаратная схема сброса по включению питания
Схемы входных и выходных устройств
Прием данных осуществляется по последовательному RS-232 интерфейсу. Для его нормального функционировании и обеспечения совместимости с уровнями используем микросхему интерфейса MAX232. Схема включения MAX 232 приведена на рисунке 7.
Рисунок 7 – Схема включения MAX 232
ЖКИ подключен к микроконтроллеру MSP430F135 с помощью 8-ми разрядной шиной.
Рисунок 8 – Схема подключения ЖКИ.
Алфавитно-цифровые ЖКИ - модули представляют собой недорогое и удобное решение, позволяющее сэкономить время и ресурсы при разработке новых изделий, при этом обеспечивают отображение большого объема информации при хорошей различимости и низком энергопотреблении. Возможность оснащения ЖКИ - модулей задней подсветкой позволяет эксплуатировать их в условиях с пониженной или нулевой освещенностью, а исполнение с расширенным диапазоном температур (-20°С...+70°С) в сложных эксплуатационных условиях, в том числе в переносной, полевой и даже, иногда, в бортовой аппаратуре.
В соответствии с временной диаграммой в исходном состоянии сигнал Е = 0, сигнал R/W = 0, значение сигнала RS - произвольное, шина данных DBO...DB7 в состоянии высокого импеданса (НI). Такое состояние управляющих сигналов (E и R/W) должно поддерживаться все время в промежутках между операциями обмена с ЖКИ-модулем. Шина данных в эти моменты в принципе свободна, и может использоваться в мультиплексном режиме для каких-либо других целей, например, для сканирования матрицы клавиатуры. Естественно, необходимо позаботиться об исключении конфликтов на шине данных в момент совершения операций обмена с ЖКИ-модулем.
Последовательности действий, которые необходимо выполнять управляющей системе при совершении операций записи и чтения для 8-ми разрядной шины приведены соответственно в таблицах 1, 2. Для нормальной работы ЖКИ необходимо сформировать временные диаграммы приведенные на рисунках 9 и 10
Таблица 1. Операции записи для 8-ми разрядной шины
| 1. Установить значение линии RS2. Вывести значение байта данных на линии шины DB0...DB73. Установить линию Е = 14. Установить линию У = 05. Установить линии шины DB0...DB7 = HI |
Таблица 2. Операции чтения для 8-ми разрядной шины
| 1. Установить значение линии RS2. Установить линию R/W = 13. Установить линию Е = 14. Считать значение байта данных с линий шины DB0...DB75. Установить линию Е = 06. Установить линию R/W = 0 |
Рисунок 9 – Временная диаграмма операции записи
Рисунок 10 – Временная диаграмма операции чтения
Схема стабилизатора напряжения
Стабилизатор напряжения построен на микросхеме LM7805. Данная микросхема является линейным стабилизатором напряжения. Напряжение стабилизации 5V. На рисунке 11 приведена схема включения стабилизатора.
Рисунок 11 – Схема подключения стабилизатора к микроконтроллеру.
3. Проектирование программного обеспечения микропроцессора
3.1 Проектирование модуля инициализации микроконтроллера
Для инициализации данного устройства необходимо выделить память для глобальных переменных, и провести инициализацию портов, таймеров и последовательного интерфейса.
3.2 Проектирование процедур обработки прерываний
Данное устройство не требует написания программы с обработкой прерываний. В связи с тем что по заданию необходима очень маленькая скорость обмена по RS232 и быстродействии LCD индикатора и контроллера достаточно для уверенного приема данных.
3.3 Проектирование процедур обработки информации
В микроконтроллер встроен последовательный коммуникационный интерфейс (USART) который обеспечивает совместимость по формату кадра с интерфейсом RS232. Согласование уровней описано выше.
3.4 Проектирование процедур вывода информации
Вывод данных производится на LCDиндикатор. Управление индикатором осуществляется по трем сигнальным и восьми информационным линиям связи. Индикация заключается в записи кодов символов в соответствующие ячейки памяти LCD индикатора.
3.5 Проектирование процедуры Main()
Процедура Main это главная процедура программы с которой начинается выполнение. В данной процедуре необходимо вызвать процедуру инициализации, а затем необходимо перейти в бесконечный цикл опроса датчика, измерения и дешифрации величин, отображение данных выполняется по прерываниям таймера. На рисунке 12 приведен общий алгоритм работы устройства.