Разработка измерителя температуры жидкости (стр. 1 из 3)
Содержание
Введение
1. Анализ поставленной задачи
1.1 Аналитический обзор микроконтроллера AT90S1200
1.2 Аналитический обзор цифрового термометра
2. Проектирование принципиальной схемы устройства
2.1 Схема включения микропроцессора
2.2 Формирование тактовых импульсов
2.3 Схема сброса
2.4 Схема подключения цифрового термометра
2.5 Схема подключения ЖКИ
2.6 Схема стабилизатора напряжения
3. Проектирование программного обеспечения микроконтроллера
3.1 Разработка алгоритма программы
3.2 Проектирование процедур управления интерфейсными устройствами
3.3 Проектирование процедуры инициализации аппаратуры микроконтроллера
3.4 Инициализация цифрового термометра DS1620
3.5 Инициализация ЖКИ
3.6 Проектирование процедуры Main()
4. Рекомендации по разработке программных и аппаратных диагностических средств для проверки работоспособности устройства
5. Проектирование печатной платы устройства (PCad, OrCad)
Заключение
Введение
В связи с повсеместным использованием цифровых управляющих систем постоянно растет необходимость разработки и усовершенствования их.
Большинство цифровых систем строится на микропроцессорах либо на микроконтроллерах. При помощи микропроцессорных систем происходит управление различными технологическими процессами и операциями. Данные системы практически универсальны, так как они имеют очень высокое быстродействие, и достаточную разрядность для различных выполнения различных расчетов на производстве. Используя в данных системах ППЗУ, возможно, при помощи одной компьютерной системы управление различным оборудованием. То есть необходимо изменение только программы управления.
Центральное место в структуре микропроцессорного устройства занимает микропроцессор, который выполняет арифметические и логические операции над данными, программное управление процессором обработки информации, организует взаимодействие всех устройств, входящих в систему. Микропроцессор представляет собой функционально законченное устройство, состоящее из одной или нескольких программно-управляемых БИС и предназначенное для выполнения операций по обработке информации и управления вычислительным процессом.
В данном курсовом проекте необходимо разработать измеритель температуры жидкости. Данное устройство будет построено на базе Clasic серии микроконтроллеров Atmel.
Датчиком температуры является цифровой термометр DS1620. Данный термометр позволяет по последовательному интерфейсу считывать показания в цифровом виде.
В качестве индикатора применен ЖКИ-модуль.
1. Анализ поставленной задачи
Темой курсового проекта является «Измеритель температуры жидкости». Для реализации поставленной задачи, нам необходимо использовать процессор AT1200S, вместо него мы будем использовать AT90S1200. Он является полным аналогом своего предшественника. Данная система позволяет очень быстро и точно производить измерение температуры.
Рассмотрим структурную схему, приведенную на рисунке 1.
Рисунок 1 – Структурная схема устройства.
В качестве микроконтроллера по заданию задан AT90S1200. Это микроконтроллер из семейства clasic.
1.1 Аналитический обзор микроконтроллера AT90S1200
В состав данного микроконтроллера входит следующие периферийные устройства:
- встроенный сторожевой таймер;
- аналоговый компаратор.
На рисунке 2 приведен микроконтроллер AT90S1200.
Рисунок 1.1 – микроконтроллер AT90S1200
Характеристики AT90S1200:
– Память программ 1 Кбайт
– Память данных (EEPROM) 64 байт
– Память данных (ОЗУ) -
– Количество лин. ввод/выв. 15
– Напряжение питания 2.7–5.5 В
– Тактовая частота 0 – 12 МГц
AT90S1200 является 8-ми разрядным CMOS микроконтроллером с низким энергопотреблением, основанным на усовершенствованной AVR RISC архитектуре. Благодаря выполнению высокопроизводительных инструкций за один период тактового сигнала, AT90S1200 достигает производительности, приближающейся к уровню 1 MIPS на МГц, обеспечивая разработчику возможность оптимизировать уровень энергопотребления в соответствии с необходимой вычислительной производительностью. Ядро AVR содержит мощный набор инструкций и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра напрямую подключены к арифметико-логическому устройству (АЛУ), что обеспечивает доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной инструкции за один такт. В результате, данная архитектура имеет более высокую эффективность кода, при повышении пропускной способности, вплоть до 10 раз, по сравнению со стандартными микроконтроллерами CISC.
Архитектура также эффективно поддерживает языки высокого уровня, как и ультра- уплотненные программы на ассемблерном коде. AT90S1200 имеет: 1 Кбайт Flash - памяти с поддержкой внутрисистемного программирования, 64 байт EEPROM, 15 линий I/O общего назначения, 32 рабочих регистра общего назначения, внутренние и внешние прерывания, программируемый следящий таймер с встроенным тактовым генератором и программируемый последовательный порт SPI для загрузки программ, а также, два программно выбираемых режима экономии энергопотребления. Режим ожидания «Idle Mode» останавливает CPU, но позволяет функционировать регистрам, таймеру/ счетчику, следящему таймеру и системе прерываний. Режим экономии энергопотребления «Power Down» сохраняет значения регистров, но останавливает тактовый генератор, отключая все остальные функции микроконтроллера, вплоть до следующего внешнего прерывания, или до аппаратной инициализации.
Устройство производится с применением технологи энергонезависимой памяти с высокой плотностью размещения, разработанной в корпорации Atmel. Встроенная Flash - память с поддержкой внутрисистемного программирования обеспечивает возможность перепрограммирования программного кода в составе системы, посредством SPI последовательного интерфейса, или с помощью стандартного программатора энергонезависимой памяти. Благодаря совмещению усовершенствованного 8-ми разрядного RISC CPU с Flash- памятью с поддержкой внутрисистемного программирования на одном кристалле получился высокопроизводительный микроконтроллер AT90S1200, обеспечивающий гибкое и экономически- высокоэффективное решение для многих приложений встраиваемых систем управления. AVR AT90S1200 поддерживается полным набором программ и пакетов для разработки, включая: макроассемблеры, отладчики/ симуляторы программ, внутрисхемные эмуляторы и наборы для макетирования. На рисунке 1.2 приведена внутренняя структура AT90S1200
Рисунок 1.2 – Внутренняя структура AT90S1200
1.3 Аналитический обзор цифрового термометра
По заданию в качестве цифрового термометра необходимо применить цифровую микросхему DS 1620. Данная микросхема не требует внешних компонентов, напряжение питания может варьировать от 2.7 В до 5.5 В, диапазон температур -55 °С – +125 °С с точностью 0.5 °С, время измерения до 1 секунды. На рисунке 1.3 приведен цифровой термометр DS 1620.
Рисунок 1.3 – Структурная схема цифрового термометра DS 1620.
Микросхема DS1620 это термометр и термостат с цифровым вводом/выводом, обеспечивающий точность ±0.5°C. При использовании в качестве термометра, данные считываются через 3-проводную последовательную шину в дополнительном 9-битном коде с ценой младшего разряда ±0.5°C. Для приложений требующих более высокого разрешения, пользователь может прочитать дополнительные регистры и произвести простые арифметические действия, чтобы достичь более чем 12-битового разрешения (с ценой самого младшего разряда 0.0625°C).
При использовании в качестве термостата, микросхема DS1620 отличается наличием во внутренней энергонезависимой памяти (EEPROM) программируемых пользователем уставок по превышению температуры (TH) и по понижению температуры (TL). Три специальных логических выхода срабатывают, когда соответствующие уставки пересекаются. Один срабатывает, когда пересекается уставка TH, другой при пересечении TL, и третья срабатывает, когда TH достигнут, и выход будет оставаться активным до тех пор, пока температура не упадёт ниже TL (программируемый гистерезис). DS1620 может быть запрограммирован с этими уставками и использоваться в автономном приложении только как термостат до тех пор, пока не понадобится их перенастроить.
Микросхема DS1620 прелагается в 300mil, 8-контактном PDIP и 208mil, 8-контактном SOIC. Для приложений, которым не требуется точность ±0.5°C, доступна микросхема DS1720 с пониженной точностью ±2.5°C, более дешёвая полностью совместимая микросхема (только в корпусе SOIC).
2. Проектирование принципиальной схемы устройства
2.1 Схема включения микроконтроллера
Микроконтроллер AT90S1200 содержит 2 портов ввода/вывода. Порт D используется для связи с цифровым термометром по 3-wire интерфейсу, а так же для управления ЖК-индикатором.
На рисунке 2.1 приведена структурная схема включения микроконтроллера.
Рисунок 2.1 – Структурная схема включения микроконтроллера
2.2Формирование тактовых импульсов
Источником тактовых импульсов в микроконтроллере AT90S1200 может быть:
– Генератор с внешним резонатором;
– Генератор с внутренней RC-цепочкой;
Наиболее предпочтительным в данном блоке является генератор с внешним резонатором т. к. он позволяет задавать любую тактовую частоту, которая зависит только от кварцевого резонатора, на которой может работать микроконтроллер. Это стабильный генератор с точной выдержкой частоты генерации.
Использование внешнего генератора требует наличия дополнительной аппаратуры.
Генератор с внутренний и внешний RC-цепочкой не гарантирует стабильность частоты.