Разработка PIC-контроллера устройства измерения временных величин сигналов (стр. 1 из 9)
Содержание
1. ОСНОВНАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Обзор аналогичных устройств
1.1.1 Классификация цифровых измерительных приборов
1.1.2 Цифровые измерители времени
1.1.2.1 Цифровой хронометр с генератором нониусных импульсов
Цифровой хронометр с линией задержки импульсов
1.2 Разработка структурной схемы устройства
1.3 Описание базового микроконтроллера
1.3.1 Регистры
1.3.2 Стек
1.3.3 Порты ввода/вывода
1.3.4 Таймер
1.3.5 Предделитель
1.4 Разработка программного обеспечения
1.4.1 Обзор команд
1.4.2 Программа PIC-контроллерного устройства измерения временных величин сигналов
1.5 Выбор и обоснование элементов
1.5.1 Отличительные особенности микроконтроллера
1.5.2 Описание используемых транзисторов
1.5.3 Описание используемых диодов
1.6 Принцип работы программно–аппаратных средств
2 АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ УСТРОЙСТВА
2.1 Аппаратные средства контроля
2.1.1 Логический пробник (одноконтактный)
2.1.2 Осциллограф (С1-65А)
2.1.3 Вольтметр В7-16А
2.2 Алгоритм поиска неисправности
2.2 Алгоритм поиска неисправностей
3 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
3.1 Расчет оптовой отпускной цены
3.1.1 Расчет затрат на основные материалы
3.1.2 Расчет затрат на покупные комплектующие изделия
3.2 Построение графика безубыточности
3.3 Расчет эксплуатационных показателей
3.3.1 Расчет величины капитальных затрат
3.3.2 Расчет показателей эксплуатационных расходов
ВВЕДЕНИЕ
Современная информационно–измирительная техника располагает совокупностью средств измерения различных физических величин электрических, магнитных, механических и др. Огромное количество из этих величин в процессе измерения преобразуется в величины электрические как наиболее удобные для передачи, усиления, сравнения, точного измерения. Поэтому в развитии современной информационно–измирительной техники преобладающее значение приобретает развитие средств измерений электрических величин.
Первые автоматические ЦИП были предложены и разработаны
Ф. Е. Темниковым в середине тридцатых годов. Первые серийноспособные цифровые приборы были разработаны и изготовлены в 1954—1956 гг. в Новосибирске и во Львовском политехническом институте под руководством М. П. Цапенко, К. Б. Карандеева и А. Я. Шрамкова.
Цифровая измерительная техника постепенно стала важнейшей отраслью измерительной техники. Номенклатура цифровых приборов непрерывно расширяется, выпускаются ЦИП различных классов точности от 0,0001 до 2% с различным числом десятичных знаков отсчета от 2 до 8 (в большинстве случаев 4—5 знаков).
Созданы автоматические цифровые приборы, основанные на новых принципах, отличающиеся дискретной, кодированной формой представления результата измерения, высокими точностью и быстродействием. Цифровые приборы решают многие новые задачи измерительной техники.
В настоящее время очень развита микропроцессорная техника и микропроцессоры имеют широкое применение. Поэтому использовать во многих случаях целесообразно микропроцессоры и заменять ими обычные логические схемы, что повышает надежность и долговечность устройства в целом за счет высокой интеграции логических элементов на кристалле полупроводника.
К микропроцессорным БИС относятся и микроконтроллеры т.к. содержат интегрированные ОЗУ, ПЗУ и подсистему ввода вывода.
1.ОСНОВНАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Обзор аналогичных устройств
1.1.1 Классификация цифровых измерительных приборов
В каждом цифровом измерительном приборе определяется числовое значение измеряемой величины в определенной системе счисления, преобразование одного кода в другой, визуальная цифровая индикация или регистрация. Все эти операции занимают определенное время, поэтому ЦИП измеряют и выдают результат измерения дискретно во времени.
Цифровые приборы делятся на цифровые приборы прямого преобразования, уравновешивания (рисунок 1.1) и комбинированные.
Цифровые приборы прямого преобразования в зависимости от характера преобразования делятся на приборы непрерывного действия, выходной код которых следует за измеряемой величиной при каждом ее изменении, превышающем ступень квантования, и на приборы циклического действия, в которых процесс измерения циклически повторяется по заданной программе и новое значение выходного кода определяется после сброса на нуль предыдущего значения.
Рисунок 1.1
К цифровым приборам непрерывного действия прямого преобразования относятся, например, цифровые приборы с кодирующими преобразователями угол—код, в которых измеряемая электрическая величина в измерительном механизме преобразуется в угол а поворота подвижной части прибора, а угол а кодирующим преобразователем преобразуется в код.
Большинство цифровых приборов прямого преобразования являются приборами циклического действия. К ним, например, относятся цифровые приборы с вантующими преобразователями угол–код, работающими с фиксированным циклом, цифровые приборы с частотными преобразователями, с преобразователями в интервал времени.
Цифровые приборы уравновешивания построены по замкнутой схеме. В таких приборах в процессе измерения производится сравнение известной компенсирующей величины Хк и неизвестной по значению величины Х или величины, пропорциональной мгновенному значению или интегралу величины X. При этом в процессе уравновешивания одна из величин — Хк или величина, пропорциональная X, изменяется во времени.
Этот процесс уравновешивания продолжается до момента уравнивания величин Х и Хк, который обнаруживается одним измерительным устройством сравнения и усилителем некомпенсации УН.
Цифровые приборы уравновешивания подразделяются на приборы следящего уравновешивания, или следящие приборы, и приборы развертывающего уравновешивания.
1.1.2 Цифровые измерители времени
Интервал времени Тх измеряется цифровым хронометром (рисунок 1.2 а) путем сравнения с интервалом NT0. Для снижения погрешности необходимо уменьшение Т0, т. е. повышение скорости счета импульсов счетчиком. Максимальная скорость прямого счета счетчиками импульсов достигает 109 имп/сек, однако у большинства серийных счетчиков импульсов не превышает 107 имп/сек.
Снижение погрешности измерения интервала Тx возможно не только путем уменьшения T0 т. е. ступени квантования, но и путем уменьшения погрешностей d1t и d2t, возникающих при квантовании интервала времени Тх
1.1.2.1 Цифровой хронометр с генератором нониусных импульсов
Схема цифрового хронометра с генератором нониусных импульсов состоит из генератора квантующих импульсов с периодом Т0 (рисунок 1.1 б),
ключа К1 управляемого старт- и стоп-импульсами, схемы совпадения СС и ключа K2, который открывается стоп-импульсом и закрывается импульсом на выходе СС, и генератора нониусных импульсов ГНИ с периодом:
TН = T0 (1.1)
где
n — номинальный отсчет счетчика СИ2 (обычно равен 10).
Генератор ГНИ запускается стоп-импульсом, и импульсы с периодом Тн поступают на схему совпадения СС и через открытый стоп-импульсом ключ К2 на СИ2. На второй вход схемы совпадения непрерывно поступают импульсы Т0. В момент совпадения импульсов Т0 и Тн срабатывает СС и закрывает рлюч К2,поступление импульсов Тн на СИ2 прекращается.
Уравнение связи между d2t и числом импульсов N2, поступивших на счетчик СИ2, находим из равенства:
N2Tн = (T0 - d2t) + T0(N2 - 1) (1.2)
После подстановки находим:
d2t = N2T0/n (1.3)
Тогда измеряемый интервал Тх определяется по сумме отсчетов обоих счетчиков импульсов:
Tx = N1T0 + d2t = N1T0 + N2T0/n (1.4)
Следовательно, если d1t = 0, то погрешность от дискретности уменьшается в n раз.
Известны хронометры с нониусным генератором импульсов с погрешностью измерения, равной 10-9 сек.
1.1.2.2 Цифровой хронометр с линией задержки импульсов
Схема этого прибора (рисунок 1.2 в) состоит из генератора квантующих импульсов ГКИ, счетчика импульсов СИ, цифрового отсчетнрго устройства ЦОУ, преобразователя кода ПКК, линии задержки Л3 с N2н выходами и N2н схем совпадения СС. Каждый квантующий импульс Т0 поступает на ЛЗ, и через интервалы Т0/ N2н на соответствующих выходах ЛЗ появляются выходные импульсы. К каждому из N2н выходов ЛЗ подключена схема совпадения. На вторые входы всех СС поступает стоп-импульс. До прихода стоп-импульса все СС закрыты, в момент прихода стоп-импульса открывается та схема СС, на которой совпадают во времени импульс с периодом повторения Т0/ N2н и стоп-импульс, тогда:
d2t = N2T0/ N2н (1.5)
где
N2н — номер выходного канала линии задержки, к которому подключена сработавшая схема совпадения.
В преобразователе кода входной импульс от этой схемы совпадения по каналу N2 преобразуется в код управления младшей декадой цифрового отсчетного устройства.
Измеряемый интервал Тх равен:
Тх = N1T0 + d2t = N1T0 + N2T0/ N2н (1.6)
где
N2н — число секций линий задержки (обычно равно 10);
N2 — отсчет младшей декады ЦОУ;
N1 — отсчет остальных декад ЦОУ.
Известны схемы цифровых хронометров, в которых для измерения d1t и d2t последние преобразуются в амплитуды импульсов напряжения, числовое значение которых определяется амплитудным анализатором.