Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

 

Повышение оригинальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Микропроцессорные устройства

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 26.04.2013. Год: 2012. Страниц: 26. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


1.Техническое задание

Разработать систему сбора и обработки информации (СОИ), основной функцией которой является сбор информации с датчиков, контроль измеряемых параметров и сохранении измеренных значений.












































2.Содержание























































3.Введение

Современный этап развития человеческого общества характеризуется все возрастающим проникновением электроники во все сферы жизни и деятельности людей. Достижения в области электроники в значительной мере способствуют успешному решению сложнейших научно-технических проблем, повышению эффективности научных исследований, созданию новых видов машин и оборудования, разработки эффективных технологий и систем управления, получению материалов с уникальными свойствами, совершенствованию процессов сбора и обработки информации и др.
Охватывая широкий круг научных, технических и производственных проблем, электроника опирается на достижения в различных областях знаний. При этом, с одной стороны, электроника ставит перед другими науками и производством новые задачи, стимулируя их дальнейшее развитие, а с другой -вооружает их качественно новыми техническими средствами и методами исследования. Результаты изучения электронных процессов и явлений, а также исследования и разработка методов создания электронных приборов и устройств получают свое воплощение в многообразных средствах электронной техники, развитие которой происходит по двум тесно переплетающимся направлениям. Первая из них связана с созданием электронных приборов различного назначения, технологией их производства и промышленным выпуском, второе - с созданием на основе электронных приборов различных видов аппаратуры, систем и комплексов для решения сложнейших задач в области вычислительной техники, информатики, связи, радиолокации, телевидения, телемеханики, и многих других областях научной практической деятельности человека.
Достижения электронной науки и техники используются почти без исключения во всех областях человеческой деятельности. Ускоренными темпами электроника внедряется в научные исследования, промышленность, на транспорт, в связь, сельское хозяйство,




здравоохранение, культуру, быт, военное дело и др. средства электронной техники стали неотъемлемой частью сложных приборов и устройств самого широкого назначения.
Применение МП в современных цифровых устройствах управления и обработки информации стало обыденной реальностью. Массовый выпуск микропроцессорных наборов больших интегральных схем (БИС) с широкими функциональными возможностями и низкой стоимостью обеспечила исключительные преимущества цифровым методам информации.
МП техника не только существенно расширяет возможности автоматизации, но и позволяет использовать принципиально новые методы управления на основе математических моделей объектов управления. Широкое использование самых различных средств электронной техники стало естественным и неотъемлемым условием жизни людей.






























Структурная схема устройства














Рисунок 1. Структурная схема устройства

Наша система сбора и обработки информации в соответствии с поставленной задачей должна состоять из следующих узлов:
Датчик (Д). В нашем случае предназначен для измерения температуры жидких и газообразных сред, твердого тела. Сигналы с датчика поступают на нормирующий усилитель.
Нормирующий усилитель (НУ). Поскольку напряжение на датчике мало, его необходимо усилить.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Необходим для преобразования измеренного значения напряжения на датчике в цифровой код и его последующей передачи в микроконтроллер. С выхода АЦП сигналы поступают на схему гальванической развязки под действием управляющих сигналов.
Гальваническая развязка необходима для защиты микропроцессора. Устраняет непосредственную электрическую связь цепей измерительного блока и микроконтроллера.
Микроконтроллер (МПК). Выполняет функции считывания данных из АЦП и записи их в оперативную память микроконтроллера, передачу данных по каналу RS232 в ЭВМ.
Интерфейс RS-232С предназначен для подключения микроконтроллера к компьютеру(ЭВМ). Данные в RS-232C передаются в последовательном коде побайтно. Каждый байт обрамляется стартовым и стоповыми битами.
Память (П). Сюда записываются регистрируемые данные. Как только память заполнится, то из буфера сигналы передаются по последовательному порту RS232 в персональную ЭВМ для последующей обработки.








Принципиальная электрическая схема.

Датчик
В качестве датчика используем термометр сопротивления медный (ТСМ) марки ТСМ 9203 разработчика и изготовителя ОАО НПП Эталон.
Он предназначен для измерения температуры жидких и газообразных сред, твердого тела.





Схема соединения:

Термометр сопротивления медный — датчик измерения температуры. Принцип действия основан на измерении калиброванного медного сопротивления. Зависимость сопротивления датчика от температуры — называется градуировка. В нашем случае градуировка 100М. В схеме подключения простейшего термометра сопротивления используется два провода. Такая схема используется там, где не требуется высокой точности, так как сопротивление соединяющих проводов несколько искажает входной сигнал. При использовании такой схемы появляется возможность использования проводов длиной в 100 метров.

Преимущества термометров сопротивления:
    Высокая точность измерений (обычно лучше ±1 °C), может доходить до 0,001 °C.
    Компенсация сопротивления линий при использовании 4-х проводной схемы измерений
    Практически линейная характеристика

Недостатки термометров сопротивления:
    Низкий диапазон измерений (по сравнению с термопарами)
    Не могут измерять высокую температуру (по сравнению с термопарами)
Нормирующий усилитель

Выбираем операционный усилитель. Так как напряжение на датчике намного ниже величины опорного напряжения, то для обеспечения использования всей разрядности оцифровки АЦП используем операционный усилитель. Операционные усилители представляют собой усилители постоянного тока с низкими значениями напряжения смещения нуля и входных токов и с высоким коэффициентом усиления. По размерам и цене они практически не отличаются от отдельного транзистора. В то же время, преобразование сигнала схемой на ОУ почти исключительно определяется свойствами цепей обратных связей усилителя и отличается высокой стабильностью и воспроизводимостью. Кроме того, благодаря практически идеальным характеристикам ОУ реализация различных электронных схем на их основе оказывается значительно проще, чем на отдельных транзисторах. Выберем в качестве усилителя MAX409 фирмы Maxim. Это одноканальный операционный усилитель с униполярным питанием.

Отличительные особенности:
    Потребляемый ток в холостом режиме 1.2 мкА (макс)
    Диапазон униполярного напряжения питания от +2.5 В до +10 В
    Максимальное напряжение смещения 500 мкВ
    Типичное значение входного тока смещения ±0.1 пА
    Диапазон входных напряжений включает отрицательную шину питания

Области применения:
    Системы с автономным питанием
    Медицинское оборудование
    Электрометрические усилители
    Системы внутренней безопасности
    Предусилители фотодиодов
    Измерители pH





Расположение выводов:



I.C не подключается.
IN(+) не инвертированный вход.
IN(-) инвертированный вход.
NULL обнуление , подключаются к потенциометру.
V(+) напряжение питания.
V(-) напряжение питания

ИС MAX409 являются одно канальными, низковольтными, микромощными, прецизионными, операционными усилителями, разработанными для приложений с автономным питанием. Они обладают потребляемым током, менее 1.2 мкА на усилитель, который относительно постоянен, во всем диапазоне напряжений питания, что являет собой 15…20 – ти кратное улучшение, по сравнению со стандартными, широко – используемыми, микромощными ОУ. Уникальная реализация выходной ступени ОУ позволяет данным ОУ иметь ультра – малые потребляемые токи, при одновременном обеспечении линейности под нагрузкой. Имеют типичный диапазон 150 кГц, скорость нарастания напряжения 75 В/мс, и стабильное усиление 10 В/В, или более.

Расчет операционного усилителя:

Известные данные:
Номинальное сопротивление
    Ток мА (номинальный измерительный ток для ТС с номинальным сопротивлением (R0) 50 и 100 Ом по ГОСТ Р 8.625-2006).
    Номинальное сопротивление Ом.
    Напряжение питания датчика (термометра сопротивления) В.
    Минимальное напряжение срабатывания АЦП В.

Для понижения выходного напряжения с датчика поставим последовательно в цепь с термометром сопротивления дополнительное сопротивление .

Расчет выходного напряжения датчика :
В;
Расчет дополнительного сопротивления :
;
кОм.
Расчет коэффициента усиления ОУ:

Резисторы ,

Для обеспечения симметрии по дифференциальному сигналу выбираем резисторы: Ом

Резисторы обратной связи ,

кОм.














Аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

В последние годы в микроконтроллерной технике получили широкое развитие микросхемы, управляемые по последовательному каналу. Одной из
таких микросхем является экономичный, 8-ми разрядный, последовательный АЦП с однополярным питанием MAX1107.

Блок - схема:

Расположение выводов:




VDD - напряжение питания
IN(+) не инвертированный вход.
IN(-) инвертированный вход.
SHDN - вход отключения (инверсный), который позволяет отключать, цифровым сигналом нагрузку от источника питания и переводить АЦП в режим малого потребления при этом ток сокращается.
REFOUT - выход опорного напряжения
REFIN – вход опорного напряжения
GND – земля
DOUT - цифровой выход
SCLK - ножка синхронизации.
CONVST - Выборка входного сигнала и цикл преобразования
Отличительные особенности:
    Однополярное питание:
- От +4.5 В до + 5.5 В (MAX1107)
    Низкий потребляемый ток:
96 мкА при +3 В и 25 К выборок/с
0.5 мкА в режиме отключения (Power-Down Mode)
    Программируемая, с помощью выводов, конфигурация
    Диапазон напряжения входных сигналов от 0 В до VDD
    Встроенная система выборки/фиксации
    Встроенный источник опорного напряжения:
- +4.096 В (MAX1107)
    диапазон входного напряжения ИОН от 1 В до VDD
    SPI/QSPI/MICROWIRE- совместимый последовательный интерфейс
    Малогабаритный корпус типа 10-pin µMAX

Области применения:
    Системы регистрации данных
    Измерительные приборы ручного применения
    Медицинское оборудование
    Диагностические системы
    Автономные системы с питанием от солнечной энергии
    Системы с автономным питанием 4-20 мА
    Индикаторы уровня принимаемого сигнала (RSSI)

АЦП имеют встроенную систему выборки/фиксации (T/H), источник опорного напряжения (ИОН), тактовый генератор и последовательный интерфейс. ИС MAX1107 предназначена для питания напряжением в диапазоне от +4.5 В до +5.5 В и потребляет ток всего 107 мкА. Аналоговые входы имеют возможность конфигурации выводами ИС, для реализации униполярного и одиночного, или дифференциального режимов работы. ИС MAX1106/MAX1107, также, имеют вход управления режимом пониженного энергопотребления, который снижает потребляемый ток до 0.5 мкА, когда не требуется использование ИС. Трех- проводной, последовательный интерфейс непосредственно стыкуется с устройствами стандартов SPI™, QSPI™, MICROWIRE™, без необходимости применения внешней логики. Преобразования со скоростями до 25 К выборок/с производятся с применением встроенного тактового генератора. ИС MAX1106/MAX1107 выпускается в корпусе 10-Pin µMAX, с занимаемой площадью, составляющей 20% от корпуса типа 8-pin plastic DIP.








Гальваническая развязка
Гальваническая развязка выполняется на оптопаре. Оптопара - это электронный компонент, содержащий комбинацию светоизлучающих и светочувствительных элементов помещенных в один корпус. Принцип работы такого устройства заключается в преобразовании электрического сигнала в свет, его передаче по оптическому каналу и последующему преобразованию обратно в электрический сигнал. Оптопары широко используются в различных радиотехнических устройствах, где требуется гальваническая развязка между отдельными узлами. Оптопары позволяют осуществлять бесконтактное управление электрическими цепями. Оптопары выпускаются как в стандартных DIP корпусах, так и в корпусах SOIC для поверхностного монтажа. Выбираем транзисторную оптопару марки АОТ174В фирмы Протон.


1 – Анод
2 – Катод
3 – Эмиттер
4 – Коллектор

Оптопара состоит из кристаллов инфракрасного AsGaAl светодиода и кремниевого n-p-n фототранзистора. Кристаллы расположены в одной плоскости, оптически связаны полусферическим световодом.Такая конструкция обеспечивает отсутствие полевых утечек при длительном приложении Uиз. Внутренние межсоединения выполнены золотой проволокой.
Поставляется в корпусах DIP4 и DIP4SMD.

Предельно-допустимые режимы эксплуатации:


Электрические параметры:



Расчет элементов устройства гальванической развязки:

Выбираем оптрон АОТ174В (Iвх=20 мА, Iвых=1 мА, UП=5 В)
Сопротивление резисторов на входе оптронов R6,R7,R8:
Ом
Сопротивление резистора R9,R10,R11:
кОм






























Микропроцессорный контроллер (МПК)

В качестве микропроцессорного контроллера будем использовать микроконтроллер марки PIC16C63 фирмы Microchip. Одно из достоинств сообщества микроконтроллеров PIC это то, что его представители сочетают два трудно совместимых качества. С одной стороны существует довольно большое разнообразие микроконтроллеров PIC, каждый из которых имеет свои индивидуальные свойства и особенности, оптимальное сочетание которых позволяет наилучшим образом решать конкретную задачу. А с другой стороны все микроконтроллеры PIC в определенной мере стандартны. Из "всего набора выпускаемых сегодня микроконтроллеров PIC выделяются две наиболее развитые и популярные серии PIC16 и PIC18. Семейство PIC16 представляет множество недорогих, высокопроизводительн х 8-разрядных микроконтроллеров, выполненных по КМОП технологии с очень малым потреблением энергии и полностью статической архитектурой.


OSC1/CLKIN - вход кристалла генератора, RC-цепочки или внешнего тактового сигнала.
OSC2/CLROUT - выход кристалла генератора.
MCLR - инверсный вход для микроконтроллера
VDD - положительное напряжение питания
VSS - общий провод (земля)
RAO-3, RBO-7, RC0-7 (ввод/вывод) - программируемые пользователем линии. Они могут быть входами и/или выходами под прямым управлением программы.







Предоставляемые ресурсы:




    8-ми уровневый аппаратный стек адресов возврата из подпрограмм
    тактовая частота 0...20 МГц
    возможно использование 21-го контакта для ввода-вывода и одного контакта для ввода, подачи тактового сигнала таймера или вывода с выходом типа "открытый коллектор" без верхнего защитного диода

Высокопроизводитель ое процессорное ядро с сокращенным набором команд (RISC):
    Гарвардская архитектура:
-длина слов памяти программ - 14 бит
-длина слов памяти данных - 8 бит
    35 сравнительно легко запоминающиеся команды
    непосредственная, прямая, косвенная и относительная адресация
    все команды выполняются за один цикл (четыре периода тактового генератора), кроме команд перехода, которые выполняются за два цикла

Особенности внутренней конфигурации и схем ввода-вывода:
    программируемый выбор типа тактового генератора: - внешний RC генератор
-высокочастотный кварцевый резонатор
-кварцевый или керамический резонатор
-микропотребляющий низкочастотный резонатор
    блок таймеров-счетчиков с внешней или внутренней синхронизацией: - 8-ми разрядный с программируемой длиной предварительного делителя до 8-ми разрядов:
-16-ти разрядный (регистр защелки и компаратора) - может увеличиваться в режиме останова процессорного ядра
-8-ми разрядный со вспомогательным регистром загрузки (регистр ШИМ)
    выводы ШИМ/защелки/компарат ра - 16-ти разрядный регистр защелки с разрешением 12,5 нс
-16-ти разрядный регистр компаратора с разрешением 200 нс
-разрешение ШИМ 1...10 бит, максимальная частота - 80 кГЦ для 8 бит и 20 кГЦ для 10 бит
    блок АЦП: - 8-ми разрядный АЦП последовательного приближения с мультиплексором на входе и временем преобразования 16 мкс
-опорное напряжение, либо питающее, либо подаваемое вместо одного из аналоговых сигналов
    синхронный и последовательный порт с протоколами SPI и I2C
    асинхронный последовательный порт
    разнообразные источники прерываний
    таймер контроля работоспособности с собстенным внутренним RC генератором
    режим останова с микроэнергопотреблен ем и ожиданием условия запуска
    протокол последовательного программирования внутренней памяти программ по 2 информационным выводам





КМОП технология:
    высокое быстродействие - до 5 млн команд в секунду
    полностью статическая архитектура
    входные уровни:
- КМОП триггер Шмитта
- 1,4 В порог ТТЛ
    выходы с током нагрузки±25мА
    широкий диапазон напряжения питания:
- - 3,0...6,0 В
    малое энергопотребление:
- < 2 мА при 5 В и 4 МГц
- типично 15 мкА при 3 В и 32 кГц
- < 1 мкА 3 В и 0...70°C в режиме останова c выключенным устройством контроля работоспособности

В качестве тактового генератора воспользуемся , кварцевым генератором. Кварцевый генератор — генератор колебаний, стабилизируемый кварцевым резонатором. Обычно обладает небольшой выходной мощностью. Внешнее напряжение на кварцевой пластинке вызывает её деформацию. А она, в свою очередь, приводит к появлению зарядов на поверхности "кварца (пьезоэлектрический эффект). В результате этого, механические колебания кварцевой пластины сопровождаются синхронными с ними колебаниями электрического заряда на её поверхности и наоборот. Для обеспечения связи резонатора с остальными элементами схемы непосредственно на кварц наносятся электроды, либо кварцевая пластинка, помещается между обкладками конденсатора. Для получения высокой добротности и стабильности резонатор помещают в вакуум и поддерживают постоянной его температуру.
























Память

В настоящее время Ramtron – мировой лидер в области разработки сегнетоэлектрических ОЗУ (FRAM) – высокопроизводительн й энергонезависимой памяти, которая сочетает преимущества многих технологий памяти в одном устройстве. FM25256 - Последовательная память FRAM размером 256 кбит и питанием 5В.

Структурная схема FM25256:


Расположение выводов FM25256:

/CS Выбор микросхемы
/WP Защита от записи
/HOLD Вход прерывания работы последовательного порта
SCK Синхронизация последовательной связи
SI Последовательный ввод данных
SO Последовательный вывод данных
VSS Общий
VDD Напряжение питания (4.0…5.5В)
Отличительные особенности:
    256 кбит сегнетоэлектрическог энергонезависимого ОЗУ
- Организация памяти 32768 x 8 бит
- Неограниченное количество циклов чтение-запись
- Длительность хранения данных 10 лет
- Технология записи NoDelay™ (без задержек)
- Высоконадежная сегнетоэлектрическая технология
    Быстродействующий последовательный интерфейс SPI
- Частота до 25 МГц
- Непосредственная аппаратная замена для ЭСППЗУ
- Поддержка режимов SPI 0 и 3 (CPOL, CPHA=0,0 и 1,1)
    Схема защита от записи
- Аппаратная защита
- Программная защита
    Широкий рабочий диапазон
- Напряжение питания 4.0…5.5В
    Стандартные промышленные конфигурации
- Промышленный температурный диапазон -40°C…+85°C
- 8-выв. корпус SOIC (-S)
- Экологически чистый 8-выв. корпус SOIC (-G)

FM25256 - энергонезависимая память емкостью 256 кбит, выполненная по продвинутой сегнетоэлектрической технологии. Сегнетоэлектрическая память с произвольным доступом (далее FRAM) является энергонезависимой памятью и выполняет чтение/запись аналогично ОЗУ. Она обеспечивает надежное хранение данных в течение 10 лет, исключая проблемы, связанные с применением ЭСППЗУ (электронно-стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство) или других типов энергонезависимой памяти.

FM25256, в отличие от последовательных ЭСППЗУ, выполняет операцию записи на скорости шины, не требуя каких-либо задержек. Следующий цикл шины может начинаться сразу после завершения предыдущего, не выполняя опроса данных. Кроме этого, микросхема обладает фактически неограниченной износостойкостью. Также FRAM характеризуется гораздо более низким энергопотреблением, чем ЭСППЗУ.

Приведенные особенности FM25256 делают ее применение идеальным в приложениях, где требуется частая и быстрая запись или экономичность работы. Примерами использования данной ИС могут служить системы накопления данных, где количество циклов перезаписи является критичным параметром, и системы промышленного управления, где длительность цикла записи ЭСППЗУ может стать причиной потери данных.

Для пользователей ЭСППЗУ полезной окажется возможность установки FM25256 на тоже посадочное место ЭСППЗУ с совместимостью по расположению выводов. FM25256 содержит высокоскоростную шину SPI, которая еще более подкрепляет особенность высокоскоростной записи технологии FRAM. Гарантируется выполнение всех технических характеристик в температурном диапазоне -40°C…+85°C.





Последовательный интерфейс RS-232С.

Интерфейс RS-232-C был разработан для простого применения, однозначно определяемого по его названию "Интерфейс между терминальным оборудованием и связным оборудованием с обменом по последовательному двоичному коду". Каждое слово в названии значимое, оно определяет интерфейс между терминалом (DTE) и модемом (DCE) по передаче последовательных данных. стройства для связи по последовательному каналу соединяются кабелями с 9-ю или 25-ти контактными разъемами типа D. Обычно они обозначаются DB-9, DB-9, CANNON 9, CANNON 25 и т.д. Разъемы типов розетки и штырей. Каждый вывод обозначен и пронумерован. Расположение выводов представлено ниже. Спецификации RS-232 предусматривают надёжную передачу данных1 при скорости до 20Kbits/s на довольно небольшое расстояние (до 15 метров):' Современные ИС для интерфейса RS-232 обеспечивают скорость передачи данных до 1Mbps на коротких дистанциях (1.5 метра). Наиболее распространенные области применения RS-232 - это компьютеры и периферия, кабели для мобильных телефонов и диагностические порты. Выберем изделие фирмы Maxim – RS-232 трансивер с внешними конденсаторами 0.1 мкФ

Расположение выводов:


С1+ - С2– - подключение конденсаторов
V+ и V– - напряжение питания
GND - сигнальная (схемная) земля
T1IN – T2IN – вход передатчика
T1OUT – T2OUT – выход передатчика
R1IN – R2IN – вход приемника
R1OUT – R2OUT – выход приемника








Типовая схема включения:



Отличительные особенности:
    Внешние конденсаторы от 0.1 мкФ до 10 мкФ
    Скорость передачи данных 120 Кбит/с
    2 приемника активны в режиме shutdown
    Малогабаритный корпус 28 - pin SSOP, использует на 60% меньшую площадь, чем SOIC
    Низкий потребляемый ток в режиме shutdown: 1 мкА
    Разработаны для применения в RS-232 и в приложениях V.28
    Выходы приемника TTL/CMOS с тремя состояниями

Области применения:
    Компьютеры
    Laptops, Palmtops, Notebooks
    Оборудование с автономным питанием
    Ручное оборудование

Трансиверы MAX202 разработаны для применения в информационных интерфейсах RS-232 и V.28, где недоступны источники питания ±12 В. Встроенные насосы подкачки заряда преобразуют входное напряжение +5 В в напряжение ±10 В, необходимое для выходных уровней интерфейса RS-232. Драйверы и приемники MAX202 отвечают всем спецификациям стандартов EIA/TIA- 232E и CCIT V.28 на скорости передачи данных 20 Кбит/с. Драйверы обеспечивают выходные уровни сигнала ±5 В, на скоростях свыше 120 Кбит/с, когда имеет нагрузку, соответствующую спецификации EIA/TIA- 232E.


и т.д.................


Скачать работу


Скачать работу с онлайн повышением оригинальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.