Структура и использование микроконтроллеров (стр. 1 из 3)
ЗАДАНИЕ
Общая характеристика объекта управления. Агрегат содержит один резервуар (Р), который оснащен датчиками и имеет входные трубы и выпускную трубу. Дополнительно резервуары могут содержать электронагреватель (TEN), миксер, приводимый во вращение электродвигателем (ED). Задана последовательность операций, которая обеспечивает химико-технологический процесс приготовления продута.
Датчик нижнего уровня (DL) сигнализирует о том, что резервуар пуст, если сигнал DL=0. Датчики верхнего уровня (DH) сигнализируют о том, что резервуар заполнен, если сигнал DH=0. На каждой трубе имеется кран, приводимый в движение электромагнитом. Кран будет открыт, если на электромагнит подать сигнал управления низкого уровня (Kn=0, n–номер крана). Если сработает датчик нижнего уровня, то соответствующий выпускной кран должен быть закрыт.
Датчик температуры (DT) использует термосопротивление, величина которого зависит от температуры. Датчик проградуирован так, что при температуре 10 С0 он выдает 0,1 В, а при температуре 200 С0 – 2,0В.
После включения нагревателя устройство должно поддерживать температуру в диапазоне от Тмин до Тмакс. В исходном состоянии резервуары пуст, все краны закрыты, нагреватель и двигатель выключены.
Технологический цикл должен начинаться после нажатия кнопки «Пуск». По завершении цикла подать звуковой сигнал частотой 1 – 2 кГц длительностью 2 с.
Описание логики работы устройства
Вариант 2.
1. Открыть кран К1 на 30 с.
2. Открыть кран К2 до заполнения резервуара. Р
3. Запустить электродвигатель на 5 мин. Одновременно включить нагреватель.
4. Выключить нагреватель. Слить жидкость из Р.
5. Открыть кран К3 до заполнения Р водой.
6. Включить двигатель и перемешивать в течение 3 мин.
7. Слить воду.
Цикл завершен.
Даны значения Тмин=85, Тмакс=90. Режим работы светодиодных цифровых индикаторов – динамический.
Студент
Преподаватель
Содержание
Задание
Введение
1 Аппаратная часть
1.1 Структура устройства
1.2 Описание принципиальной электрической схемы
1.3 Выбор и расчет элементов схемы
1.4 Конструкция устройства
2 Программное обеспечение
2.1 Алгоритм функционирования
2.2 Описание программы
2.3 Технология подготовки и отладки ПО
2.4 Результаты тестирования и отладки ПО
Заключение
Список использованных литературных источников
Приложение А
Введение
Область применения микроконтроллеров - это различные контроллеры устройств автоматики, пластиковые карты, контроллеры периферийных устройств.
Развитие микроэлектроники и её широкое применений изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно-технического прогресса.
Использование микроконтроллеров в изделиях не только приводит к повышению технико-экономических показателей (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров), но и позволяет сократить время разработки изделий и делает их модифицируемыми, адаптивными. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение высоких показателей эффективности при низкой стоимости.
Микроконтроллеры представляют собой эффективное средство автоматизации разнообразных объектов и процессов.
AVR фирмы Atmel 8-битные RISC-микроконтроллеры для встраиваемых приложений являются, пожалуй, наиболее интересным направлением, развиваемым фирмой. Они представляют собой мощный инструмент, прекрасную основу для создания современных высокопроизводительных и экономичных встраиваемых контроллеров многоцелевого назначения.
Несмотря на то, что микроконтроллеры AVR появились на рынке около 10 лет назад, их популярность до сих пор очень высока. С каждым годом они захватывают все новые и новые ниши на рынке. Не последнюю роль в этом играет соотношение показателей цена/быстродействие/энергопотребление, до сих пор являющееся едва ли не лучшим на рынке 8-битных микроконтроллеров. Кроме того, постоянно растет число выпускаемых сторонними производителями разнообразных программных и аппаратных средств поддержки разработок устройств на их основе. Все это позволяет говорить о микроконтроллерах AVR как об индустриальном стандарте среди 8-битных микроконтроллеров.
В настоящее время в рамках единой базовой архитектуры микроконтроллеры AVR подразделяются на несколько семейств:
- Tiny AVR;
- Mega AVR;
- Mega AVR для специальных применений;
- ASIC/FPGA AVR.
Далее будет более подробно рассмотрено семейство Mega. Микроконтроллеры этого семейства имеют наиболее развитую периферию, наибольшие среди всех микроконтроллеров AVR объемы памяти программ и данных. Они предназначены для использования в мобильных телефонах, в контроллерах различного периферийного оборудования (такого как принтеры, сканеры, современные дисковые накопители, приводы CD-ROM/DVD-ROM и т. п.), в сложной офисной технике и т. д.
Микроконтроллеры семейства Mega поддерживают несколько режимов пониженного энергопотребления, имеют блок прерываний, сторожевой таймер и допускают программирование непосредственно в готовом устройстве.
1 Аппаратная часть
1.1 Структура устройства
Рисунок1. Структурная схема устройства
Используемые сокращения:
1)DL – Датчик нижнего уровня;
2) DH - Датчики верхнего уровня ;
3) DT - Датчик температуры;
4)K1, K2, K3 – электромагнитные краны ;
5)TEN – электрический нагревательный элемент;
6) Arduino Duemilanove – платформа Arduino Duemilanove.
Рисунок 1.1 схема установки
1.2 Описание принципиальной электрической схемы
Arduino Duemilanove
Рисунок 2. Arduino Duemilanove
Общие сведения
Arduino Duemilanove («2009») построена на одном из микроконтроллеров: ATmega168 (техническое описание) или ATmega328 (техническое описание). Платформа содержит 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB или подать питание при помощи адаптера AC/DC, или батареи.
Duemilanove (в переводе с итальянского – 2009) была названа в честь года своего выпуска – 2009 год. Данная платформа является последней из серии Arduino с USB. Для сравнения с предыдущими версиями необходимо обратиться к полному списку плат Arduino.
Характеристики
Микроконтроллер ATmega168
Рабочее напряжение 5 В
Входное напряжение (рекомендуемое) 7-12 В
Входное напряжение (предельное) 6-20 В
Цифровые Входы/Выходы 14 (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ)
Аналоговые входы 6
Постоянный ток через вход/выход 40 мА
Постоянный ток для вывода 3.3 В 50 мА
Флеш-память 16 Кб (ATmega168) или 32 Кб (ATmega328) при этом 2 Кб используются для загрузчика
ОЗУ 1 Кб (ATmega168) или 2 Кб (ATmega328)
EEPROM 512 байт (ATmega168) или 1 Кб (ATmega328)
Тактовая частота 16 МГц
Схема и исходные данные
Рисунок 3. Принципиальная схема Arduino Duemilanove
Питание
Arduino Duemilanove может получать питание через подключение USB или от внешнего источника питания. Источник питания выбирается автоматически.
Внешнее питание (не USB) может подаваться через преобразователь напряжения AC/DC (блок питания) или аккумуляторной батареей. Преобразователь напряжения подключается посредством разъема 2.1 мм с центральным положительным полюсом. Провода от батареи подключаются к выводам Gnd и Vin разъема питания.
Платформа может работать при внешнем питании от 6 В до 20 В. При напряжении питания ниже 7 В, вывод 5V может выдавать менее 5 В, при этом платформа может работать нестабильно. При использовании напряжения выше 12 В регулятор напряжения может перегреться и повредить плату. Рекомендуемый диапазон от 7 В до 12 В.
Выводы питания:
VIN. Вход используется для подачи питания от внешнего источника (в отсутствие 5 В от разъема USB или другого регулируемого источника питания). Подача напряжения питания происходит через данный вывод.
5V. Регулируемый источник напряжения, используемый для питания микроконтроллера и компонентов на плате. Питание может подаваться от вывода VIN через регулятор напряжения, или от разъема USB, или другого регулируемого источника напряжения 5 В.
3V3. Напряжение на выводе 3.3 В генерируемое микросхемой FTDI на платформе. Максимальное потребление тока 50 мА.
GND. Выводы заземления.
Память
Микроконтроллер ATmega168 имеет 16 кБ флеш-памяти для хранения кода программы, а микроконтроллер ATmega328, в свою очередь, имеет 32 кБ (в обоих случаях 2 кБ используется для хранения загрузчика). ATmega168 имеет 1 кБ ОЗУ и 512 байт EEPROM (которая читается и записывается с помощью библиотеки EEPROM), а ATmega328 – 2 кБ ОЗУ и 1 Кб EEPROM.
Входы и Выходы
Каждый из 14 цифровых выводов Duemilanove, используя функции pinMode(), digitalWrite(), и digitalRead(), может настраиваться как вход или выход. Выводы работают при напряжении 5 В. Каждый вывод имеет нагрузочный резистор (стандартно отключен) 20-50 кОм и может пропускать до 40 мА. Некоторые выводы имеют особые функции:
Последовательная шина: 0 (RX) и 1 (TX). Выводы используются для получения (RX) и передачи (TX) данных TTL. Данные выводы подключены к соответствующим выводам микросхемы последовательной шины FTDI USB-to-TTL.
Внешнее прерывание: 2 и 3. Данные выводы могут быть сконфигурированы на вызов прерывания либо на младшем значении, либо на переднем или заднем фронте, или при изменении значения. Подробная информация находится в описании функции attachInterrupt().
ШИМ: 3, 5, 6, 9, 10, и 11. Любой из выводов обеспечивает ШИМ с разрешением 8 бит при помощи функции analogWrite().