МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ I НАУКИ УКРАЇНИ

Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”

Кафедра обчислювальної техніки та програмування

УДК 681.3

Інв №

ПРИСТРІЙ КОНТРОЛЮ ЗА РІВНЯМИ АНАЛОГОВИХ СИГНАЛІВ

Альбом документів курсового проекту по дисципліні

“ Проектування мікроконтролерних пристроїв ”

XXXXXXXXXXXXX.421.012. ДКП

ІЗЮМ 2006

Анотація

В даному курсовому проекті розроблено пристрій контролю за рівнями аналогових сигналів. Розробка виконана на ОМК та МС ТТЛ-логіки малого ступеню інтеграціі. В пояснювальній записці приведені необхідні обгрунтовування, розрахунки та описи принципу дії як пристрою вцілому, так і його окремих функціональних блоків та вузлів.

Альбом документів курсового проекту крім пояснювальної записки вміщує також креслення структурної та принципової схем пристрою.

Аннотация

В данном курсовом проекте разработано устройство контроля за уровнями аналоговых сигналов. Разработка выполнена на ОМК и МС ТТЛ –  логики малого степени интеграции. В объяснительной записке приведенные необходимые разъяснения, расчеты и описания принципа действия как устройства в целом, так и его отдельных функциональных блоков и узлов.

Альбом документов курсового проекта кроме объяснительной записки вмещает также черчение структурной и принципиальной схем устройства.

Annotation

In given semester project is designed device of the checking for level analog signal. The Development was run for CPU and MS TTL – a logic small degree to integrations. In expository note brought necessary explanations, calculations and descriptions of the principle of the action as device as a whole, so and its separate functional block and nodes.

The Album course project document except expository note contains also drawing structured and principle schemes device.

Техническое задание

Разработать устройство контроля за уровнями аналоговых сигналов

Составные части устройства:

Входные сигналы медленно изменяющиеся во времени аналоговые сигналы постоянного тока (Ui) от нескольких источников (4 датчика).

Обработкавходныхсигналов

Сравнить уровни входных сигналов с двумя уставками (нижним Uп1 и верхним Uп2 пороговыми уровнями), хранящимися в виде констант K1i и K2i в памяти данных микроконтроллера, и по результатам сравнения осуществить:

• Включить зеленый светодиодный индикатор, если K1i <Ui <K2i.
• Включить красный светодиодный индикатор, сформировать и подать на звуковой излучатель (динамик) последовательность импульсных сигналов с заданной частотой (Fз) и скважностью 2, если K1i >Ui >K2i.
• Диапазон изменения входных

сигналов (Ui), В 0,1 – 5

• Нижний пороговый уровень Uп1,

соответствующий константе K1i, В 0,9

• Верхний пороговый уровень Uп2,

соответствующий константе K2i, В 2,4

• Частота последовательности импульсных

сигналов, подаваемых

на звуковой излучатель Fз, Гц 3730

Выходные сигналы:

уровни сигналов и выведенные их на 4 – разрядный 7 – сегментный светодиодный или жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) в виде десятичных чисел с ошибкой не более +.20 мВ.

Осуществлять динамическую индикацию выбранного канала с заданной частотой обновления всех разрядов индикатора Fо.ж

• Частота обновления всех разрядов

индикатора Fо, Гц– 44 Гц.

система управления:

Выбор индицируемого канала осуществляется вручную с помощью 4 кнопок с зависимой фиксацией.

Напряжения питания

Напряжения питания  устройства, В —- 5

Условия эксплуатации

Температурный диапазон: +5…+40^ос.

Относительная влажность: 40%.

Элементная база в качестве элементной базы использовать микросхемы  ТТЛ (ТТЛШ) малой и средней степени интеграции.

Комплектность конструкторской документации :

Конструкторская документация должна содержать следующие документы:

• ведомость проекта
• техническое задание
• объяснительную записку
• схему электрическую структурную
• схему электрическую функциональную
• перечень элементов

Срок сдачи

Сдать до 1 апреля 2006 года.

Реферат

Данный документ представляет собой пояснительную записку объемом 25 листов. В пояснительной записке представлено 1 таблица, 8 рисунков использовано 10 источников литературы.

Ключевые слова: МИКРОКОНТРОЛЛЕР, АНАЛОГОВЫЙ СИГНАЛ, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ, ДИНАМИК, СВЕТОДИОДНЫЙ ИНДИКАТОР.

В данном курсовом проекте разработано устройство контроля за уровнем аналоговых сигналов. Разработка выполнена на микроконтроллере и микросхемах ТТЛ-логики малой степени интеграции. в пояснительной записке приведены необходимые обоснования, расчеты и описания принципа действия как устройства в целом, так и его отдельных функциональных блоков и узлов.

Альбом документов курсового проекта кроме пояснительной записки содержит также : спецификацию, техническое задание, перечень элементов, чертежи структурной и принципиальной схем устройства.

Содержание

Введение

1. Выбор и обоснование основных технических решений.
   • Детализация исходного ТЗ и постановка задачи (использование блочно-иерархического подхода при разработке данного устройства).
   • Источники информации (входных сигналов).
   • Приемники информации (выходных сигналов).
   • Возможные пути (варианты) решения поставленной задачи.
   • Возможные варианты структурных схем и их сравнительный анализ.
   • Обоснование выбора структурной схемы.
   • Обоснование выбора типа ОМК для решения поставленной задачи.
2. Структурная схема устройства и её описание.
   • Структурная схема.
     • Назначение отдельных функциональных блоков.
   • Описание принципа действия и общий алгоритм работы.
   • Разработка функциональных схем и блок-схем алгоритмов работы отдельных блоков.
3. Разработка функциональной и принципиальной схем устройства.
   • Описание принципиальной схемы устройства.
   • Описание принципиальных схем отдельных устройств.
4. Расчет потребляемой мощности и определение требований к источникам питания.
5. Расчет временных параметров.
6. Разработка и отладка рабочей программы (управления).
   • Блок-схема(ы) алгоритма(ов) и её(их) описание(я).
   • Структура программы.
   • Текст программы (вносится в приложение!).
   • Технология отладки программы.
     • Компиляция (с распечаткой всех файлов, полученных во время компиляции: obj, lst, erl, sym).
     • Моделирование.

7. Заключение.
8. Список используемой литературы.

Введение

Однокристальные микроконтроллеры (ОМК) позволяют существенно расширить интеллектуальные возможности различного рода устройств и систем. Они представляют собой, по сути, специализированные однокристальные микроЭВМ, содержащие для связи с внешней средой встроенные периферийные узлы и устройства, набор которых во многом определяет их функциональные возможности и области применения.

Они стали сегодня одним из самых распространенных элементов программируемой логики. Более двух третей мирового рынка микропроцессорных средств в настоящее время составляют именно однокристальные микроконтроллеры.

В структуру ОМК семейства PIC заложено много различных функциональных особенностей, делающих их самыми высокопроизводительными, микропотребляющими, помехозащищенными, программируемыми пользователем 8-ми битными микроконтроллерами. Благодаря этим особенностям ОМК семейства PIC могут обрабатывать аппаратно-программным способом как дискретные, так и аналоговые сигналы, а также формировать различного рода управляющие сигналы, а также осуществлять связь между собой и ЭВМ, находящейся на более высоком иерархическом уровне в системе.

Существует два принципиально разных подхода к проектированию цифровых устройств: использование принципа схемной логики или использование принципа программируемой логики.

Следует иметь в виду, что наивысшее быстродействие достигается в процессорах, в которых управляющее устройство строится с использованием системной логики, а операционное устройство выполняется в виде устройства, специализированного для решения конкретной задачи.

Мы будем использовать микроконтроллер фирмы Microchip со встроенным АЦП, и на его основе разрабатывать устройство контроля за уровнями входных аналоговых сигналов.

1.Выбор и обоснование основных технических решений.

1.1 Детализация исходного ТЗ и постановка задачи (использование блочно-иерархического подхода при разработке данного устройства).

Поставленную задачу можно разбить на 3 задачи:

1. Задача приема входных данных.
2. Задача обработки входных данных и принятие решения.
3. Выдача управляющего сигнала на объекты индикации.

В свою очередь задача приема входных данных  содержит в себе 3 задачи малой размерности:

• Прием аналогового сигнала;
• цикл работы АЦП;
• запись в РОН.

Задача обработки входных данных и принятия решения реализуется на основе 2 подзадач:

• чтение двух констант (верхний и нижний предел) из ПЗУ;
• сравнение констант с РОН.

Задача выдачи управляющего сигнала на объект управления содержит в себе 3 задачи малой размерности:

• Преобразование информации о уровне входного аналогового сигнала в форму пригодную для выдачи на ЖКИ
• Осуществление управления динамической индикацией с заданной частотой обновления;
• Подача сигнала на зеленый светодиод в том случае, либо же подача сигнала на красный светодиод и на динамик (с определенной в ТЗ частотой) в зависимости от принятого решения.

В соответствии с блочно-иерархическим принципом это разбиение исходной задачи на ряд более простых задач можно представить следующей структурой (см. рис. 2.1).

Рисунок 1.1 Разбиение общей задачи на ряд подзадач.

1.2 Источники информации (входных сигналов)

Источниками информации могут служить любые устройства, выдающие плавно изменяющиеся во времени  аналоговые сигналы уровень которых лежит в пределах 0-5 В ( уровни ТТЛ ).

1.3 Приемники информации (выходных сигналов)

Приемниками  информации служат семисегментные светодиодные индикаторы , светодиоды и динамик.

1.4 Возможные пути (варианты) решения поставленной задачи

Все МКУ разрабатываются с помощью программных и аппаратных способов реализации.

Преимущества аппаратной реализации заключаются в том, что:

а) использование специальных БИС упрощает разработку и обеспечивает высокое быстродействие системы в целом;

б) уменьшается время на разработку и отладку устройства.

Преимущества программной реализации такие;

а) меньшая стоимость и потребляемая мощность системы ;

б) меньшее количество компонент в системе, а значит выше надежность системы в целом;

в) время жизни системы значительно выше по сравнению с аппаратной реализацией;

г) возможность простой модификации системы (путем перепрограммирования).

Не смотря на то, что численно преимуществ программной реализации больше, чем у аппаратной, бывают случаи, где без аппаратной части просто не обойтись. Но не в данной задаче.

Глобальная задача обработки входных данных и принятия решения будет реализована программным путем, так как именно для этого предназначен микроконтроллер. Если же входные данные обрабатывать аппаратно (собрать схему на жесткой логике), тогда ТЗ теряет свой смысл, в нем оговорено спроектировать микроконтроллерное устройство, а значит для МК останется только задача формирования выдачи выходного сигнала. Хотя эту задачу нельзя назвать слишком уж простой, и осуществить ее решение на жесткой логике было бы затруднительно и дороговато.

И зачем пытаться что-то реализовать аппаратно, если можно без особых усилий достичь того же результата, используя микроконтроллер. Поэтому обработкой входных сигналов будет заниматься МК под управлением соответствующей программы.

К тому же чем меньше элементов будет в проектируемом устройстве тем оно будет надежнее и дешевле.

1.5. Возможные варианты структурных схем и их сравнительный анализ

Для реализации данного устройство можно предложить следующие варианты:

• на микроконтроллере со встроенным АЦП;

рис. 1.5.1 Структурная схема устройства на микроконтроллере со встроенным  АЦП.

где :

ВС – входной аналоговый сигнал,

СД – сигналы данных для индикации (в том числе звуковой),

УС – сигналы  управления индикацией

• внешний АЦП + 3 портовый микроконтроллер без АЦП

рис. 1.5.2 Структурная схема устройства на микроконтроллере с внешним АЦП.

где :

ВС – входной аналоговый сигнал,

СД – сигналы данных для индикации (в том числе звуковой),

УС – сигналы  управления индикацией

• внешний АЦП + компоратор + дешевый 2 портовый

микроконтроллер.

рис. 1.5.3 Структурная схема устройства на микроконтроллере с внешним  АЦП и блоком компорации.

где :

ВС – входной аналоговый сигнал,

СД – сигналы данных для индикации (в том числе звуковой)

УС – сигналы  управления индикацией

ФК – флаг компорации (результат сравнения)

Кі1, Кі2 – константы нижнего и верхнего пороговых уровней

1.6 Обоснование выбора структурной схемы

Учитывая все аспекты, рассмотренные в п.1.4 ПЗ, мы выбираем 1 вариант реализации (на микроконтроллере со встроенным  АЦП).

1.7. Обоснование выбора ОМК для решаемой задачи

Для решения данной задачи необходим МК, который содержит в себе следующие характеристики в соответствии с ТЗ:

• Встроенный АЦП с разрядностью 8р.
• имеет 1 линий для ввода аналогового сигнала
• имеет 14 линий вывода (8 – входные данные для семисегментные световые индикаторы,  3 – для выбора индикатора, 2-для светодиодов и 1- для динамика );
• позволяет использовать кварцевый и внешний генератор;
• имеет в наличии ПЗУ;
• будет доступным и сравнительно недорогим.
• иметь достаточное быстродействие

Еще одним немаловажным моментом является наличие документации на МК, чтобы правильно его запрограммировать.

Учитывая все требования, нами был выбран микроконтроллер PIC16C72, так как он в наибольшей степени удовлетворяет всем вышесказанным условиям.

Но поскольку оценить нужное быстродействие без написания программы трудно, возможно нам придется заменить его на микроконтроллер того же семейства 16с7х  но более быстродействующий.

2. Структурная схема устройства и её описание

2.1Структурная схема

После обоснования выбора структурной схемы устройства останавливаемся на схеме с микроконтроллером со встроенным АЦП. Структурная схема приведена на рисунке 2.1.

рис. 2.1 Структурная схема устройства на микроконтроллере со встроенным  АЦП.

где :

ВС – входной аналоговый сигнал,

СД – сигналы данных для индикации (в том числе звуковой),

УС – сигналы  управления индикацией

• Назначение отдельных функциональных блоков

Блок ЦПУ предназначен для преобразования входного аналогового сигнала в цифровое представление, сравнения этого значения с константами и в зависимости от результата сравнения осуществлять управление устройством индикации, предварительно преобразовав информацию о уровне аналогового входного сигнала в форму пригодную для блока индикации.

Блок индикации предназначен для вывода информации о уровне входного аналогового сигнала, в виде десятичных чисел, с заданными количеством знакомест и частотой обновления данных. Кроме того блок индикации с помощью двух светодиодов и динамика информирует попадает ли уровень сигнала в область, ограниченную константами Кі1 и Кі2.

• Описание принципа действия и общий алгоритм работы

Аналоговый сигнал, поступающий на вход АЦП микроконтроллера, преобразовывается в цифровое представление. Затем микроконтроллер сравнивает  уровень входного сигнала с двумя константами, хранящимися в ПЗУ,  и в зависимости от результата сравнения подает сигналы на динамик и светодиоды, по линиям СД. Кроме того микроконтроллер преобразовывает информацию о уровне аналогового входного сигнала в форму пригодную для блока индикации, эта информация передается по линиям СД.

Обновление информации на блоке индикации целиком зависит от МК, оно происходит с заданной частотой 44 Гц. По линиям УС, от микроконтроллера в блок индикации, передаются сигналы, предназначенные для выбора знакоместа.

2.3 Функциональная схема устройства и ее краткое описание

Рисунок 3.1 Функциональная схема МКУ

Тактирование

поскольку на устройство наложены достаточно жесткие меры по  скорости измерения мы  будем использовать кварцевый генератор, кроме того с помощью замены кварца мы можем варьировать временем выполнения программы.

4. Расчет потребляемой мощности и определение требований к источникам питания.

4.1 Расчет потребляемых токов

Расчет потребляемых токов сводится к тому, что необходимо определить суммарное потребление тока всеми микросхемами, то есть:

(4.1)

где Iобщ – общий ток, потребляемый устройством,

Ik – ток, потребляемый k-той микросхемой,

m – общее число микросхем,

n – число микросхем данного типа.

*При условии индикации «8». Поскольку у нас динамическая индикация, то одновременно горит только один индикатор, поэтому общий потребляемый ток равен 35 mA( тоже самое и со светодиодами).

Получаем общий ток потребления:

I_{общ =}  25 + 35 + 10+ 25 = 95 mA

4.2 Расчет потребляемой мощности

Расчет потребляемой мощности сводится к тому, что необходимо определить мощность потребляемую устройством, то есть:

(4.2)

где Робщ – общая потребляемая мощность,

Uпит – напряжение питания,Iобщ – общий ток потребления.

Принимаем потребляемую мощность не более 0,5 Вт.

4.3 Расчет надежности

Интенсивность отказов l характеризуется отношением числа изделий в единицу времени к числу изделий, продолжающих оставаться исправными к началу рассматриваемого промежутка времени:

(4.3)

где m – число изделий, отказавших за время t,

N – число исправно работающих изделий к началу промежутка времени.

Интенсивность отказов элементов следующая:

микросхемы – 0.85×10^-6 (ч^-1),

резисторы – 0.9×10^-6 (ч^-1),

конденсаторы – 1.4×10^-6 (ч^-1).

Тогда,

(ч^-1)

Поскольку не учтена интенсивность отказа некоторых элементов примем что наработка на отказ составит около 35 000 часов. Такую надежность устройства можно считать приемлемой.

5. Расчет временных параметров

По ТЗ разрабатываемое устройство должно проводить динамическую индикацию с частотой 44Гц. И, в определенной ситуации, звуковую индикацию, с частотой последовательности  импульсных  сигналов 3730 Гц.

Для соблюдения поставленных в ТЗ условий нам потребуется выполнять процедуру динамической индикации через время t_ди=22727 мкс, а процедуру звуковой индикации через время t_зи=268 мкс.

Нам известно что скорость выполнения одной команды, при использовании PIC16C72, тактируемого от кварца 4Мгц, занимает четыре такта (не считая goto и т.п.), т.е скорость выполнение среднестатистической команды равна 1 МГц. Значит наша процедура динамической индикации должна срабатывать каждые 22727 командных циклов микроконтроллера, а процедура звуковой индикации каждые 268 командных циклов.

Кроме того нам известно, что АЦ преобразование в выбранном нами микроконтроллере (PIC16C72) длиться не более 20 мкс.

Эти данные будут нужны при настройке таймеров и задержек в программе.

6. Разработка и отладка рабочей программы .

Возможно предложить следующие варианты решения поставленной задачи:

1. Написать программу которая в непрерывном цикле Производит АЦП преобразование, перевод результата в семисегментный код, и осуществляет динамическую индикацию.

Преимущества : легко написать программу (не сложный алгоритм)

Недостатки: труднее высчитывать задержки для обеспечения динамической и звуковой индикации с заданной частотой. Из-за не постоянного времени выполнения процедуры преобразования в семисегментный код, не получиться обеспечить точную частоту обновления.

2. Написать программу которая в непрерывном цикле Производит АЦП преобразование, перевод результата в семисегментный код. Складывает результаты в буффер. По прерываниям таймеров происходит динамическая и звуковая индикация.

Преимущества: данный подход обеспечит точную частоту звуковой и динамической индикации. Не нужно подбирать задержки для индикаций. Можно чаще снимать данные с АЦП и выводить их позднее, а это уменьшает вероятность того, что мы пропустим резкое изменение уровня входного сигнала.

Недостатки: разработка программы усложниться за счет использования таймеров и прерываний от них. Кроме того нужно каким-то образом организовать буфер для хранения результатов АЦП.

Учитывая все вышесказанное, мы выбираем 2 вариант, т.к. на наш взгляд он более приспособлен для решения поставленной задачи.

• Блок-схемы алгоритмов и их описание

• Структура программы

Микроконтроллер выполняет следующие функции:

• прием аналогового сигнала ;
• АЦП преобразование ;
• Преобразования результата АЦП в семисегментный код ;
• принятие решения о выходе уровня входного сигнала за пороговые уровни.
• Вывод преобразованных значений на светодиодные индикаторы(осуществление динамической индикации с заданной частотой)
• выдача сигнальных сообщений на светодиоды и динамик.

Программа содержит следующие участки программы:

INIT – производит перевод всех портов и регистров устройства в исходное состояние;

MAIN – основная программа;

IRQTMR1  – подпрограмма обработки прерывания от таймера1 (для динамической индикации)

IRQTMR2  – подпрограмма обработки прерывания от таймера2

(для звуковой индикации)

INDICATION – подпрограмма обновления состояния индикатора;

BINTOSEVEN – подпрограмма перевода числа из двоичного кода в семисегментный код.

SOUNDINDICATION – подпрограмма звуковой индикации

• Текст программы.

Текст программы приведен в приложении А.

• Технология отладки программы

При разработке и отладке программы была использована бесплатная программа Mplab предоставляемая фирмой Microchip.

MPLAB – это интегрированная среда разработки (IDE) для семейства микроконтроллеров PICmicro фирмы Microchip Technology Incorporated. MPLAB позволяет писать, отлаживать и оптимизировать программы для Ваших разработок. MPLAB включает текстовый редактор, симулятор (виртуальный отладчик), менеджер проектов и поддерживает эмуляторы (внутрисхемные отладчики) MPLAB-ICE и PICMASTER , программаторы PICSTART Plus и PRO MATE II и другие средства и инструменты разработок фирмы Microchip и других фирм.

Инструментальные средства MPLAB, организованные как ниспадающие меню и определяемые быстрые клавиши, позволяют:

– ассемблировать, компилировать исходный текст;

– отлаживать логику работы, наблюдая с помощью симулятора или, в реальном времени, с эмулятором MPLAB-ICE ;

– просматривать переменные в окнах просмотра;

– программировать кристаллы с помощью программаторов PICSTART Plus или PRO MATE II

– и многое другое.

Так как MPLAB не корректно работает с АЦП,  отладка программы выполнялась путем замены результата АЦП числами, которые не выходили за пороговые значения(заданными константами К1 и К2) и на числа которые:

а) меньше нижней границы ;

б) больше верхней границы .

• Технология отладки программы

• Компиляция (с распечаткой всех файлов, полученных во время компиляции: obj, lst, erl, sym)

В ходе компиляции был получен объектный модуль и НЕХ – файл пригодный для прошивки в память микроконтроллера.

Приведем фрагменты файлов полученных во время компиляции:

Файл KURSOV.lst:

MPASM 02.50.02 Intermediate    KURSOV.ASM   4-20-2006  9:09:06 PAGE  1

LOC  OBJECT CODE     LINE SOURCE TEXT

VALUE

00001    list      p=16C72

00002    #include <P16C72.inc>

00001         LIST

00002 ; P16C72.INC  Standard Header File, Version 1.01    Microchip Technology, Inc.

00249         LIST

00003

00000020            00004 TMP     EQU     20H

00000021            00005 K1      EQU     21H

00000022            00006 K2      EQU     22H

00007

00000023            00008 SOTNI    EQU     23H

00000024            00009 DESYATKI EQU     24H

00000025            00010 EDINICI  EQU     25H

00011

00000028            00012 SAVEW           EQU     28H

00000030            00013 SAVEW2          EQU     30H

00000029            00014 SAVESTATUS      EQU     29H

00000031            00015 SAVESTATUS2     EQU     31H

00016

00000026            00017 SV      EQU     26H ; STACK VERTEX

00000027            00018 SP      EQU     27H ; STACK  POINTER

00019

00020

00000032            00021 DINAMIK EQU     32H

00022

00000033            00023 CT      EQU     33H ; FOR DELAY

00024

00025 ;STK    40h-5Eh  ; STACK ADDRES FOR TEN BCD TRIADS

00026

Warning[205]: Found directive in column 1. (ORG)

0000                  00027 ORG     0x00             ; processor reset vector

0000   28B5           00028         GOTO    Start            ; go to beginning of program

00029

00030

00031 ; ————-IRQ

Warning[205]: Found directive in column 1. (ORG)

0004                  00032 ORG     0x04                    ; обработка прерывания осуществляется за 9 циклов (4,5 мкс)

0004   1C0C           00033         BTFSS   PIR1, TMR1IF    ; анализ

0005   2818           00034         goto    IRQTMR2         ;   источника прерывания

00035

0006                  00036 IRQTMR1                         ; обработчик прерывания от таймера

00037 ;—— PUSH REGISTERS———

0006   00A8           00038         MOVWF   SAVEW

0007   0803           00039         MOVF    STATUS,W

0008   00A9           00040         MOVWF   SAVESTATUS

0009   0804           00041         MOVF    FSR,W

000A   00A6           00042         MOVWF   SV

00043 ;——————————

000B   1010           00044         BCF     T1CON,TMR1ON    ; TIMER STPR

000C   3038           00045         MOVLW   B’00111000′

000D   008E           00046         MOVWF   TMR1L

000E   30A7           00047         MOVLW   B’10100111′

000F   008F           00048         MOVWF   TMR1H

MPASM 02.50.02 Intermediate    KURSOV.ASM   4-20-2006  9:09:06         PAGE  2

LOC  OBJECT CODE     LINE SOURCE TEXT

VALUE

0010   1410           00049         BSF     T1CON,TMR1ON    ; TIMER ON

0011   100C           00050         BCF     PIR1, TMR1IF    ; сброс флага переполнения от таймера

0012   2116           00051         CALL    INDICATION

00052

00053 ;—— POP REGISTERS ———

0013   0826           00054         MOVF    SV,W

0014   0084           00055         MOVWF   FSR

0015   0829           00056         MOVF    SAVESTATUS,W

0016   0083           00057         MOVWF   STATUS

0017   0828           00058         MOVF    SAVEW,W

00059 ;——————————

———————————

———————————

Файл KURSOV.err:

Warning[205] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 27 : Found directive in column 1. (ORG)

Warning[205] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 32 : Found directive in column 1. (ORG)

Warning[203] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 83 : Found opcode in column 1. (retfie)

Warning[205] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 86 : Found directive in column 1. (ORG)

Message[302] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 107 : Register in operand not in bank 0.  Ensure that bank bits are correct.

Message[302] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 109 : Register in operand not in bank 0.  Ensure that bank bits are correct.

Message[302] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 111 : Register in operand not in bank 0.  Ensure that bank bits are correct.

Message[302] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 167 : Register in operand not in bank 0.  Ensure that bank bits are correct.

Message[302] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 168 : Register in operand not in bank 0.  Ensure that bank bits are correct.

Warning[203] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 322 : Found opcode in column 1. (RETURN)

Warning[203] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 399 : Found opcode in column 1. (RETURN)

Warning[203] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 419 : Found opcode in column 1. (RETURN)

Warning[203] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 434 : Found opcode in column 1. (RETURN)

Warning[205] D:\MPLAB\KURSOV.ASM 438 : Found directive in column 1. (END)

Файл KURSOV.hex:

:02000000B52821

:080008000C1C1828A8000308D5

:10001000A9000408A600101038308E00A7308F0009

:1000200010140C10162126088400290883002808C3

:100030008C1C2628B0000308B1001211003091007A

:0E00400012158C105C21310883003008090075

:0C01540082073F3406345B344F346634BD

:100160006D347D3407347F346F3403138316FF30CE

:10017000850000308600003087008312FF30A00029

:10018000A501A301A401B201850186018701073001

:100190008700FF30B3007830A2002D30A10040303E

:1001A0008400A700A60038308E00A7308F00900191

:1001B00010140C108B170B1783160C148C1483124D

:1001C000C1309F001F1534211F19E4287F309E0085

:1001D0001E08A000FF30B300000000000000000077

:1001E000000000000000000000000000000000000F

:1001F00000000000000000000000B30BEC2803101A

:1002000021082002031C0D29031020082202031CD0

:100210000D29121187150712DF2807168711920181

:100220008C101211FC3091001215DF282708840071

:1002300000080710860067210714840A0008871049

:10024000860067218714840A000807118600672149

:100250000715840A03105E300402031C3129403064

:1002600084000408A7000800A301A401A501A30AB3

:100270006430A00203183729A3036430A007A40A3E

:100280000A30A00203183F29A4030A30A00720085F

:10029000A500AA208000840A2408AA208000840ADD

:1002A0002308AA208000840A03105E300402031C85

:1002B0005B29403084000800031001303202031C27

:1002C0006429B20387120800B20A87160800FF30BB

:1002D000B30000000000000000000000000000006B

:0602E000B30B69290800C0

:00000001FF

• Моделирование

Моделирование производилось в интегрированной среде разработки MPLAB (кратко в разделе 6.5 этого документа).

Для проверки состояния регистров мы использовали окно «watch», а для подсчета времени выполнения процедур в программе были расставлены   breakpoint’ы и использовалось окно «stopwatch» .

В результате моделирования установлена работоспособность программы. исследованы получившиеся временные характеристики:

Процедура BINTOSEVEN– в худшем случае (при преобразовании уровня 5В) – 99 мкс.

Процедура INDICATION– 7694 мкс

Интервал между вызовами INDICATION – 22741 мкс (44Гц)

Интервал между вызовами SOUNDINDICATION – 268 мкс (3731Гц)

Данные временные характеристики полностью удовлетворяют ТЗ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

• В.В.Скороделов “Проектирование устройств на однокристальных микроконтроллерах с RISC-архитектурой”. Ч1,Ч2, Учебное пособие.
• Угрюмов Е. П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ. М.: Высшая школа, 1991.
• Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. М.: Радио и связь, 1988.
• Тули М. Справочное пособие по цифровой электронике. М.: “Энергоатомиздат”, 1990.
• Бирюков С.А. “Применение интегральных микросхем серии ТТЛ”. М.: “Патриот”, 1992.
• Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной технике. Справочник (под ред. Б.И.Файзулаева, –М, Радио и связь, 1989)
• ГОСТ 2.102-68. Виды и комплектность конструкторской докуметации. М.: 1988.
• ГОСТ 2.708-81. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники. М.: 1988.
• Разработка и оформление конструкторской документации. РЭА. Справочник (под ред. Э.Г.Романычевой – М.: Радио и связь, 1989)
• Ю.В.Новиков, О.А.Калашников “Разработка устройств сопряжения”. Издательство “ЭКОМ”, Москва, 1998г. 355 с.

Заключение

В данном проекте был разработано устройство контроля за уровнями аналоговых сигналов.

Это устройство предназначено для измерения уровней входных аналоговых сигналов, проверки попадания уровня в определенные границы  и отображения на цифровом табло текущего значения уровня сигнала.

Устройство реализовано на однокристальном микроконтроллере типа PIC16С71.

Применение в устройстве данного однокристального микроконтроллера привело к экономии элементов, возможности меняя программу работы в широких пределах корректировать алгоритм обработки данных. Также улучшились весогабаритные параметры.

Устройство имеет следующие характеристики:

Потребляемая мощность не более 0,5 Вт;

Наработка на отказ около 35000 часов;

Уровни входных сигналов 0-5 В.

Промоделировав работу программы и проанализировав, полученные при моделировании, временные характеристики можем сказать что устройство полностью удовлетворяет требованиям, поставленным в ТЗ.

В качестве улучшения можно предложить доработать устройство, а конкретнее добавить возможность контроля за уровнями аналоговых сигналов, уровень которых выше 5В.

В качестве решения можно предложить поставить на входе АЦП делитель уровня и учитывать его коэффициент деления в программе (для перевода результата отображения в семисегментный код ).

При таком подходе получиться полноценный вольтметр постоянного тока.

Приложение А

Текст программы:

list      p=16C72

#include <P16C72.inc>

TMP EQU     20H

K1     EQU     21H

K2     EQU     22H

SOTNI       EQU     23H

DESYATKI EQU     24H

EDINICI     EQU     25H

SAVEW              EQU     28H

SAVEW2            EQU     30H

SAVESTATUS   EQU     29H

SAVESTATUS2           EQU     31H

SV    EQU     26H ; STACK VERTEX

SP     EQU     27H ; STACK  POINTER

DINAMIK  EQU     32H

CT    EQU     33H ; FOR DELAY

;STK 40h-5Eh  ; STACK ADDRES FOR TEN BCD TRIADS

ORG     0x00             ; processor reset vector

GOTO    Start            ; go to beginning of program

; ————-IRQ

ORG 0x04                    ; обработка прерывания осуществляется за 9 циклов (4,5 мкс)

BTFSS       PIR1, TMR1IF    ; анализ

goto   IRQTMR2           ;   источника прерывания

IRQTMR1                              ; обработчик прерывания от таймера

;—— PUSH REGISTERS———

MOVWF    SAVEW

MOVF        STATUS,W

MOVWF    SAVESTATUS

MOVF        FSR,W

MOVWF    SV

;——————————

BCF  T1CON,TMR1ON        ; TIMER STPR

MOVLW    B’00111000′

MOVWF   TMR1L

MOVLW    B’10100111′

MOVWF   TMR1H

BSF T1CON,TMR1ON        ; TIMER ON

BCF  PIR1, TMR1IF    ; сброс флага переполнения от таймера

CALL         INDICATION

;—— POP REGISTERS ———

MOVF        SV,W

MOVWF    FSR

MOVF        SAVESTATUS,W

MOVWF    STATUS

MOVF        SAVEW,W

;——————————

IRQTMR2

BTFSS       PIR1, TMR2IF; анализ

goto   RET

T2BREAK

;—— PUSH REGISTERS———

MOVWF    SAVEW2

MOVF        STATUS,W

MOVWF    SAVESTATUS2

;——————————

BCF  T2CON,TMR2ON        ; TIMER2 STOP

MOVLW    B’00000000′

MOVWF   TMR2

BSF T2CON,TMR2ON        ; TIMER2 ON

BCF  PIR1, TMR2IF    ; сброс флага переполнения от таймера

CALL         SOUNDINDICATION

;—— POP REGISTERS ———

MOVF        SAVESTATUS2,W

MOVWF    STATUS

MOVF        SAVEW2,W

;——————————

RET

retfie                     ; возврат из прерывания

ORG     0xAA

TOSEVEN

addwf      PCL,F        ; W + PC -> PC

retlw      b’00111111′ ; ..FEDCBA = ‘0’

retlw      b’00000110′ ; …..CB. = ‘1’

retlw      b’01011011′ ; .G.ED.BA = ‘2’

retlw      b’01001111′ ; .G..DCBA = ‘3’

retlw      b’01100110′ ; .GF..CB. = ‘4’

retlw      b’01101101′ ; .GF.DC.A = ‘5’

retlw      b’01111101′ ; .GFEDC.A = ‘6’

retlw      b’00000111′ ; …..CBA = ‘7’

retlw      b’01111111′ ; .GFEDCBA = ‘8’

retlw      b’01101111′ ; .GF.DCBA = ‘9’

Start

BCF   STATUS,6

BSF    STATUS,5  ; BANK1

MOVLW    B’11111111′;INITA

MOVWF   TRISA

MOVLW    B’00000000′;INITB

MOVWF   TRISB

MOVLW    B’00000000′;INITC

MOVWF   TRISC

BCF   STATUS,5 ; BANK 0

;————————— INIT VAR

;—————– TESTS

MOVLW    B’11111111′

MOVWF    TMP

;———————-

;        CLRF         TMP

CLRF         EDINICI

CLRF         SOTNI

CLRF         DESYATKI

CLRF         DINAMIK

CLRF         PORTA

CLRF         PORTB

CLRF         PORTC

MOVLW    B’00000111′

MOVWF   PORTC

MOVLW    B’11111111′

MOVWF    CT

MOVLW    .120

MOVWF    K2

MOVLW    .45

MOVWF    K1

;————————— INIT STACK

MOVLW    0x40

MOVWF    FSR

MOVWF    SP

MOVWF    SV

;————————— INIT TIMER1

MOVLW    B’00111000′

MOVWF   TMR1L

MOVLW    B’10100111′

MOVWF   TMR1H

;——————————- INIT TIMER 2

; ————————— RUN TIMER1

CLRF         T1CON

BSF T1CON,TMR1ON ; TIMER ON

BCF           PIR1,TMR1IF

BSF            INTCON,GIE

BSF            INTCON,PEIE

BSF    STATUS,5 ; BANK1

BSF            PIE1,TMR1IE

BSF            PIE1,TMR2IE

;        MOVLW    B’00000001′

;        MOVWF   PIE1

MAIN

;——————————————— ADC ————

BCF  STATUS,5 ; BANK0

MOVLW    B’11000001′

MOVWF    ADCON0

BSF  ADCON0,2 ; START CONV

CALL         BINTOSEVEN

LOOP

BTFSC       ADCON0,2

GOTO        LOOP

;—————————-   TEST VALUES

;        MOVLW B’1100100′    ; POADAET

;        MOVLW B’0000000′    ; NIJE

MOVLW B’1111111′    ; VISHE

MOVWF ADRES

;—————————

MOVF ADRES,W

MOVWF TMP

;DELAY ;—-5106-CYCLES  1CYCLE=1us

MOVLW    .255

MOVWF    CT

D2

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

DECFSZ    CT,1

GOTO        D2

COMP

; —————– COMPARE ———–

;        K1< ADC <K2 ????

;—-    K1< ADC ? ———-

BCF  STATUS,0

MOVF        K1,W

SUBWF     TMP,0                 ; ADFRES-K1

BTFSS       STATUS,0 ; ЕСЛИ ADRES<ki, ТО ПЕРЕЙТИ НА NO (ИНАЧЕ ПРО

; ПРОПУСТИТЬ СЛЕД КОМАНДУ)

GOTO        NO

;—-    ADC <=K2 ? ——–

BCF  STATUS,0

MOVF        TMP,W

SUBWF     K2,0           ; ADFRES-K1

BTFSS       STATUS,0 ; ЕСЛИ ADRES>ki, ТО ПЕРЕЙТИ НА NO (ИНАЧЕ ПРО

; ПРОПУСТИТЬ СЛЕД КОМАНДУ)

GOTO        NO

;YES

;————— TIMER 2 STOP

BCF T2CON,TMR2ON ; TIMER STOP

BSF  PORTC,3

BCF  PORTC,4

GOTO    MAIN

NO

;————— TIMER2 ON WITH IMMIDIATLY IRQ

BSF  PORTC,4

BCF  PORTC,3

CLRF         T2CON

BCF  PIR1, TMR2IF    ; сброс флага переполнения от таймера

BCF  T2CON,TMR2ON        ; TIMER2 STOP

MOVLW    B’11111100′

MOVWF   TMR2

BSF T2CON,TMR2ON        ; TIMER2 ON

;————————————————–

GOTO        MAIN

; ——————– DYNAMIC INDICATION PROCEDURE

INDICATION

;———– RESTORE SP VALUE———–

MOVF        SP,W

MOVWF    FSR

;—————————————

MOVF        INDF,W

BCF           PORTC,0

MOVWF    PORTB

CALL         DELAY

BSF  PORTC,0

INCF          FSR,F

MOVF        INDF,W

BCF           PORTC,1

MOVWF    PORTB

CALL         DELAY

BSF  PORTC,1

INCF          FSR,F

MOVF        INDF,W

BCF           PORTC,2

MOVWF    PORTB

CALL         DELAY

BSF  PORTC,2

INCF          FSR,F

;——————-CALCULATE SP (STACK POINTER)

;—-    5Eh< FSR ? ———-

BCF  STATUS,0

MOVLW    0x5E

SUBWF     FSR,0                  ; ADFRES-K1

BTFSS       STATUS,0 ; ЕСЛИ FSR<70h, ТО ПЕРЕЙТИ НА NO (ИНАЧЕ ПРОПРОПУСТИТЬ СЛЕД КОМАНДУ)

GOTO        SPFSRNO

MOVLW   0x40

MOVWF    FSR

SPFSRNO

;———— PUSH SP VALUE ———-

MOVF        FSR,W

MOVWF    SP

RETURN

;———————- BINARY TO SEVENSEGMENTS GODE CONVERTION

BINTOSEVEN

; ———– MUL x2 ————–

clrf    SOTNI

clrf    DESYATKI

clrf    EDINICI

;        RLF  TMP,1

;        BTFSS       STATUS,0 ;

;        GOTO        M1

;

;        MOVLW  .2

;        MOVWF    SOTNI

;        MOVLW  .5

;        MOVWF    DESYATKI

;        MOVLW  .6

;        MOVWF    EDINICI

M1

;———– convert bin to bcd ————-

;        clrf    SOTNI

pr0

incf    SOTNI,f ;разряд сотен

movlw        .100

subwf         TMP,f

btfsc STATUS,0

goto   pr0

decf   SOTNI,f

movlw        .100

addwf         TMP,F

;        clrf    DESYATKI

pr1

incf    DESYATKI,F ;разряд десятков

movlw        .10

subwf         TMP,F

btfsc STATUS,0

goto   pr1

decf   DESYATKI,F

movlw        .10

addwf         TMP,F

;        clrf    EDINICI

movf TMP,W

movwf        EDINICI

;———– convert bcd to seven segments code ————-

TTTT

CALL         TOSEVEN

MOVWF    INDF

INCF          FSR,F

MOVF        DESYATKI,W

CALL         TOSEVEN

MOVWF    INDF

INCF          FSR,F

MOVF        SOTNI,W

CALL         TOSEVEN

MOVWF    INDF

INCF          FSR,F

;——————-CALCULATE SV (STACK VERTEX)

;—-    5Eh< FSR ? ———-

BCF  STATUS,0

MOVLW    0x5E

SUBWF     FSR,0                  ; ADFRES-K1

BTFSS       STATUS,0 ; ЕСЛИ FSR<70h, ТО ПЕРЕЙТИ НА NO (ИНАЧЕ ПРОПРОПУСТИТЬ СЛЕД КОМАНДУ)

GOTO        SVFSRNO

MOVLW   0x40

MOVWF    FSR

SVFSRNO

RETURN

;———————- SOUND INDICATION PROCEDURE

SOUNDINDICATION

BCF  STATUS,0

MOVLW    0x1

SUBWF     DINAMIK,0                  ; ADFRES-K1

BTFSS       STATUS,0 ; ЕСЛИ FSR<70h, ТО ПЕРЕЙТИ НА NO (ИНАЧЕ ПРОПРОПУСТИТЬ СЛЕД КОМАНДУ)

GOTO        DIN

DECF         DINAMIK,F

BCF  PORTC,5

RETURN

DIN

INCF          DINAMIK,F

BSF  PORTC,5

RETURN

DELAY ;—-2555-CYCLES  1CYCLE=1us

MOVLW    .255

MOVWF    CT

D1

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

NOP

DECFSZ    CT,1

GOTO        D1

RETURN

END

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter