Цифровой тахометр (стр. 2 из 3)
Также в состав аппаратных средств вошел микрокомпьютер, который содержит в себе необходимые элементы, позволяющие реализовать все необходимые программные действия системы.
3. Проектирование аппаратных средств системы
3.1 Разработка принципиальной схемы системы
Основу проектируемого устройства составляет центральный процессор (ЦП). В разрабатываемом цифровом тахометре ЦП строится на основе микропроцессора 8086. При разработке структуры блока ЦП возникают задачи разделения (демультиплексирования) шины адреса/данных буферирования шин адреса и шин данных, а также выработка тактовых импульсов и синхронизация сигналов REDY и RESET с тактовыми сигналами микропроцессора.
Первая задача решается с помощью БИС КР580ИР82, выполняющих функции адресной защелки. Поэтому на принципиальной схеме два 8 – битовых регистра КР580ИР82 (DD12 и DD13) обеспечивают запоминание 11 разрядов адреса.
Вторая задача решается с помощью двух 8 – битовых шинных формирователей КР580ВА86 (DD14 и DD15), которые усиливают сигналы системной шины.
Выработка тактовых импульсов и синхронизация сигналов REDY и RESET с тактовыми сигналами микропроцессора выполняется генератором тактовых импульсов (ГТИ) КР1810ГФ84. Ко входом X1 и X2 БИС КР1810ГФ84 (DD6) подключается кварцевый резонатор РК374 (ZQ1) с частотой колебаний – 15 МГц.
На вход RDYБИС КР1810ГФ84 поступает сигнал готовности от блока АЦП.
Сброс МП осуществляется сигналом RESET, который вырабатывается в момент включения питания. Выработка сигнала RESET осуществляется RC цепочкой построенной на элементах C1 и R8. Выбор номиналов элементов C1 и R8 производят исходя из того, что минимальная продолжительность сигнала RESET, при первом включении МП должна составлять не менее 50 мкс. При номиналах C1 = 1мкф и R8 = 200кОм получим длительность сигнала сброса равную:
( 1 )
где Ucc - напряжение источника питания;
Uh- напряжение логической единицы на входе RES.
Из формулы ( 1 ) видно, что при выбранных номиналах элементов достигается необходимая длительность сигнала сброса.
В разрабатываемой системе блок ПЗУ построен из двух включенных параллельно БИС КР556РТ6 (DD16 и DD19) емкостью 2 Кбайта каждая. Адресные входы А0 – А10 каждой бис соединены параллельно и подключены к адресным линиям А0 – А10. Процесс обращения к ПЗУ стробируется сигналами M/IO и RD подаваемыми на входы CS БИС. Выдача данных на шину микропроцессора после установки адресов микросхемой памяти осуществится не позднее чем, через 80 нс. Так как в МП 8086 длительность цикла чтения длится дольше, то выбранные для построения памяти микросхемы смогут передавать информацию с максимальной пропускной способностью шины.
Для преобразования импульса в код используется микросхема АЦП КР1113ПВ1 (DD3). Микросхема КР1113ПВ1 – это биполярный, десяти разрядный АЦП, с динамическим диапазонам от –5.5В до +5.5В и выдачей данных в прямом коде.
Данная микросхема имеет внутренний буфер, что позволяет подключать ее непосредственно к шине данных. Управления началом преобразования и выдачей данных на шину осуществляется логической схемой собранной на элементах DD4, DD5, DD8 и DD11. Если микропроцессор не обращается к АЦП, то низким уровнем на входе логического элемента И (DD8) триггер готовности (DD11) удерживается в единичном состоянии. При этом на входе RDY БИС КР1810ГФ84 присутствует высокий уровень напряжения (устройство готово), а выходы данных АЦП находятся в третьем состоянии. При обращении к АЦП на одном входе элемента И будет присутствовать высокий уровень напряжения, а состояния на другом будет определятся сигналом готовности АЦП. Если данные в АЦП не готовы, то высоким уровнем на входе логического элемента И триггер готовности устанавливается в нулевое состоянии. При этом на входе RDY БИС КР1810ГФ84 присутствует низкий уровень напряжения (устройство не готово), а выходы данных АЦП по прежнему находятся в третьем состоянии. Если же данные в АЦП готовы, то низким уровнем на входе логического элемента И триггер готовности устанавливается в единичное состояние. При этом на входе RDY БИС КР1810ГФ84 появляется высокий уровень напряжения (устройство готово), а на шину АЦП помещает данные.
В микросхеме КР1113ПВ1 младший значащий разряд (МЗР) соответствует напряжению:
( 2 )
При обработке данных использовать данное значение неудобно, поэтому для того чтобы довести это значение до величины 10мВ напряжение на вход АЦП подается через усилитель постоянного тока с коэффициентом передачи равным:
( 3 )
Точное значение коэффициента передачи устанавливается при помощи построечного резистора R15 в цепи обратной связи.
Коэффициент передачи инвертирующего операционного устройства определяется следующим образом:
( 4 )
Из формулы ( 4 ) видно, что изменения коэффициента передачи может быть осуществлено изменением сопротивления в цепи обратной связи. Его, легко изменять параллельным подключением различного числа резисторов в цепи обратной связи.
Подключение и отключение резисторов осуществляется, ключами DD2.1- DD2.3. Управление состоянием ключа (открыт, закрыт), осуществляется уровнем напряжения на выходе регистра DD1. При высоком уровне напряжения на одном из выходов регистра отпирается ключ, подключенный к этому выводу. Данные в регистр заносятся микропроцессором, командой вывода в порт по адресу 01h. Таким образом, значения коэффициента передачи будет определятся выражением:
( 5 )
Так как в разрабатываемом вольтметре необходимы следующие значения коэффициента передачи 1, то принимая значения R0 = 90 кОм по формуле (5) получим следующие значения номиналов резисторов:
R1 = 1 МОм.
Информация об измеряемой частоте (значение) отображается на четырех индикаторах (HG1, HG2, HG3 и HG4). Для хранения отображаемых данных до поступления новых используются два регистра КР1533ИР27 (DD17 и DD18). Процесс записи данных в регистры КР1533ИР27 стробируется сигналами M/IO и WR, подаваемые на входы PE и C. В разряды с нулевого по двенадцатый регистров DD17 и DD18 в двоично-десятичном коде микропроцессором записывается значение измеренного напряжения. Эти данные с выходов регистров поступают на дешифраторы двоично-десятичного кода в семисегментный.
Индикаторы HG1 - HG4 подключаются к выводам микросхем через ограничительные резисторы. Номинал резисторов рассчитываются из выражения:
( 6 )
где Ucc – напряжения источника питания;
Uпр – напряжение на светодиоде матричного индикатора;
U0вых – напряжение логического нуля на выходе ИМС;
I – ток протекающий через светодиод матричного индикатора.
3.2 Описание работы тахометра
После включения питания микропроцессор считывает поступающие импульсы, устанавливая на выходах логические уровни. В регистр DD1 записывается соответствующее значение. И на вход АЦП поступает некоторое количество импульсов. После окончания преобразования импульсов в код, данные из АЦП по шине данных поступают в микропроцессор, где они преобразуются из двоичного кода в двоично-десятичный. Полученный код МП записывает в регистры DD17 и DD18.
Значение измеренной частоты после преобразование в семисегментный код дешифраторами DD20 - DD22 отображается на индикаторах HG1-HG4.
4. Проектирования программного обеспечения
4.1 Разработка схемы алгоритма работы системы и программы
С точки зрения программиста разработанный цифровой тахометр, который состоит из программно доступных регистров микропроцессора и двух портов: порт АЦП и порт индикатора. И вся работа системы заключается в вводе данных из АЦП и их обработка (перевод в двоично-десятичный код), и выводе данных на индикатор.
Прежде чем приступить к разработке программы выполняющей перечисленные действия необходимо определить форматы данных вводимых и выводимых в порты.
4.2 Описание алгоритма работы системы и программы
Разработанный алгоритм работы системы представлен на чертеже БГУИ.ХХХХХХ.002.
Рисунок 3 – Размещение программы в адресном пространстве микропроцессорной системы
При включении тахометра выполняет начальные установки режимов работы и регистров, ждет прерывания от таймера и сигнального входа. Установки портов - индикатор погашен. Обнуляет счетчик оборотов и таймер 1 секунда. Снимает показания счетчика оборотов. Увеличивается содержимое таймера на 1, следит за реальным временем и записывает результат в буфер индикации. Производит счет входных импульсов + нормировку для обеспечения показаний в оборотах/мин, счет ведется в двоично-десятичном коде, обнуление счетчика при включении и по таймеру после считывания результата.
Заключение
Входе выполнения курсовой работы был разработан цифровой тахметр с автоматическим выбором диапазона измеряемого напряжения.
В пояснительной записке проработаны вопросы соотношения аппаратных и программных средств разрабатываемой системы, разработана и описана структурная и принципиальная схема устройства. Бес внимания не остались вопросы разработки программного обеспечения. В курсовой работе разработан и описан алгоритм функционирования цифрового тахометра. По разработанному алгоритму составлена программа.