На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, 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 уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Разработка измерителя частот для сетей переменного тока

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 13.08.2012. Сдан: 2011. Страниц: 16. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Содержание 

  Введение……………………………... .…………………………………….... 4
1 Обзор аналогичных устройств........................................................................ 6
2 Обоснование выбранного варианта технического решения……………… 10
3 Разработка принципиальной схемы устройства…………………………… 12
4 Разработка алгоритма и программы функционирования устройства……. 19
5 Результаты  эмуляции программы в пакете  Proteus 7 professional…........... 26
6 Анализ временных соотношений и оценка погрешностей………...... 28
Выводы…………………………………………………………………………. 31
Литература…………………………………………………............................... 32
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
     Введение 

     В современном обществе по мере познания им природы все более возрастает роль измерений. Соответственно непрерывно увеличивается объем измерительной информации – информации о значениях измеряемых физических величин, повышаются требования к качеству и способам ее обработки и использования.
     Наибольшее  распространение в современной  науке и технике получают цифровые измерительные приборы и преобразователи, используемые для измерений, дистанционной передачи измерительной информации, в качестве промежуточных преобразователей для ввода информации в цифровые вычислительные машины и др.
     Основные  требования, предъявляемые к средствам  измерений - это высокая точность; быстродействие; возможность автоматизации процесса измерений; представление результатов измерений в форме, удобной для обработки, в том числе с помощью ЭВМ; малые габариты и вес; высокая надежность.
     Разрешить проблему сочетания точности и быстродействия позволили цифровые приборы. Цифровыми измерительными приборами называются приборы, осуществляющие автоматически в процессе измерения операции квантования измеряемой величины, ее цифровое кодирование и представление результатов измерения в цифровой форме непосредственно в виде числа или кода.
     Отсутствие  подвижных частей в приборах позволило  резко увеличить их надежность и  долговечность. Представление измерительной  информации в цифровой форме дает возможность обработки ее в ЭВМ. Сравнительно легко осуществляется автоматизация процесса измерений.
     Несмотря  на схемные и конструктивные особенности, принцип построения цифровых приборов одинаков (рис.1).
 

      Рис.1: «Обобщенная структурная схема  цифрового прибора»
       

     Измеряемая  величина поступает на входное устройство прибора ВУ, где происходит масштабное преобразование. С входного устройства сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь АЦП, где аналоговый сигнал преобразуется в соответствующий код, который отображается в виде числового значения на цифровом отсчётном устройстве ЦОУ. Для получения всех управляющих сигналов в цифровом приборе предусмотрено устройство управления (УУ) (на рис. 1 не показано).
     Входное устройство цифрового прибора устроено аналогично электронному прибору, а в некоторых конструкциях на его входе используется фильтр для исключения помех.
     В зависимости от принципа аналого-цифрового  преобразования (АЦП) цифровые измерительные  приборы разделяют на устройства прямого преобразования и компенсационные (с уравновешивающим преобразованием).
     Современный инженер, работающий в любой отрасли  промышленности, должен уметь выбрать  и назначить соответствующие  устройства измерений для управления технологическим процессом, контроля качества продукции, должен знать об основных метрологических характеристиках средств измерения. 
 
 
 
 
 
 
 

    Обзор аналогичных устройств
 
   Количество  аналогов частотомера в мире не поддаётся  исчислению. В целом все частотомеры работают по одному принципу: подсчет количества импульсов за фиксированный интервал времени. И в разных схемах этот принцип реализуется по разному. Отсюда и идёт такое разнообразие конструкций. Новое направление в развитии измерительной техники даёт использование микроконтроллеров (например схема № 2). Хотя их использование повышает цену прибора, но пользовательская выгода также возрастает не в меньшее количество раз. Ведь предел измерения можно повысить до 1,2 ГГц, а используя универсальность микроконтроллеров и немалое количество денег функции частотомера ограничиваются только фантазией и знаниями разработчика. В данной работе будут рассматриваться те схемы, которые в наибольшей степени охватывают современные тенденции развития частотомеров.
    Анализ аналогов и прототипа         Таблица 1.1.

                      Частотомер 

Крит. качества
№1 №2 №3 Разрабатываемая конструкция
Стоимость Высокая Очень высокая Средняя Невысокая
Эргономичность - + - +
Многофункциональность - - + -
Дискретность  (Гц) 10 10 25 1
Габариты Большие Средние Маленькие Меньше всех
Диапазон  измерений 10Гц-100КГц 1Гц-200МГц 50Гц-500КГц 1Гц-100КГц
Вид обрабатываемого сигнала Аналоговый Цифровой Цифровой Цифровой
Масса Большая средняя средняя Наименьшая
 
    Ниже приводятся схемы приведенных выше аналогов. 
     
     

 

    Схема 1 – простой аналоговый частотомер, собранный на одновибраторе К155АГ1

    Схема 2 – малоэргономичный комбинированный частотомер,     позволяющий измерять ещё и индуктивность различных катушек, резонансную частоту контуров, емкость конденсаторов.
 

    Схема 3 – частотомер с использованием микроконтроллера К1816ВЕ31 
     

   Электрическая принципиальная схема разрабатываемого частотомера представлена в Приложении 1.
Разрабатываемый частотомер включает в себя:
    входной каскад, предназначенный для усиления входного сигнала.
    задающий кварцевый генератор для получения фиксированных и стабильных интервалов времени.
    микроконтроллер, обеспечивающий измерения частоты входного сигнала и вывод информации на индикатор.
    ЖКИ с контроллером для отображения значений частоты сигнала.
    блок питания.
 
    Для питания использованных микросхем требуется напряжение 5 вольт, которое получаем путем стабилизации напряжения 9 вольт от портативной батареи “Крона”.
    Из  всего вышесказанного следует, что  большинство схем объединено общими недостатками: все они стационарные приборы, имеют сравнительно большие габариты и потребляют значительный ток от источника питания, что вынуждает питать их от сети переменного тока и не допускает  использования автономного батарейного питания. Разрабатываемая схема цифрового частотомера лишена указанных недостатков и позволяет создать недорогой многофункциональный малогабаритный прибор. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Обоснование выбранного варианта технического решения
 
   При выборе схемы частотомера главной  задачей было создание максимально  простого и дешевого прибора, который отвечал бы параметрам, поставленных техническим заданием. В связи с этим разрабатываемый прибор не содержит дополнительных элементов и не является многофункциональным.
   Основным  элементом частотомера является микроконтроллер PIC16F628A. Выбор был остановлен на этом контроллере так, как он явлется достаточно простым в программировании и архитектуре, имеется в наличии практически во всех радиомагазинах и достаточно дешев (цена порядка 3$ в рознице). PIC16FXX - это 8-pазpядные микpоконтpоллеpы с RISC аpхитектуpой, пpоизводимые фиpмой Microchip Technology. Это семейство микpоконтpоллеpов отличается низкой ценой, низким энеpгопотpеблением и высокой скоpостью. Микpоконтpоллеpы имеют встроенное ЭППЗУ пpогpаммы, ОЗУ данных и выпускаются в 18 и 28 выводных корпусах. 
PIC OTP - это однокpатно пpогpаммиpуемые пользователем контpоллеpы, пpедназначенные для полностью оттестированных и законченных изделий, в котоpых не будет пpоиходить дальнейших изменений кода. Эти контpоллеpы выпускаются в дешевых пластиковых коpпусах с пpедваpительно заданным типом внешнего генеpатоpа - кварцевым или RC.

   Для изделий, пpогpамма которых может меняться, либо содержит какие-либо пеpеменные части, таблицы, паpаметpы калибpовки, ключи и т.д., выпускается электpически стиpаемый и пеpепpогpаммиpуемый контpоллеp PIC16F84.
      Микpоконтpоллеpы  семейства PIC имеют очень эффективную  систему команд, состоящую всего  из 35 инстpукций. Все инстpукции выполняются  за один цикл, за исключением условных пеpеходов и команд, изменяющих пpогpаммный счетчик, котоpые выполняются за 2 цикла. Один цикл выполнения инстpукции состоит из 4 пеpиодов тактовой частоты. Таким обpазом, пpи частоте 4 МГц, вpемя выполнения инстpукции составляет 1 мксек. Каждая инстpукция состоит из 14 бит, делящихся на код опеpации и опеpанд (возможна манипуляция с pегистpами, ячейками памяти и непосpедственными данными). Высокая скорость выполнения команд в PIC достигается за счет использования двухшинной Гаpваpдской аpхитектуpы вместо тpадиционной одношинной Фон-Hеймановской. Гаpваpдская аpхитектуpа основывается на набоpе pегистpов с pазделенными шинами и адpесным пpостpанством для команд и для данных. Hабоp pегистpов означает, что все пpогpаммные объекты, такие как поpты ввода/вывода, ячейки памяти и таймеp, пpедставляют собой физически pеализоваенные аппаpатные pегистpы. Память данных (ОЗУ) для PIC16CXX имеет pазpядность 8 бит, память пpогpамм (ППЗУ) имеет pазpядность 14 бит для PIC16FXX. Использование Гаpваpдской аpхитектуpы позволяет достичь высокой скоpости выполнения битовых, байтовых и pегистpовых опеpаций. Кpоме того, Гаpвадская аpхитектуpа допускает конвейеpное выполнение инстpукций, когда одновpеменно выполняется текущая инстpукция и считывается следующая. В тpадиционной же Фон-Hеймановской аpхитектуpе команды и данные пеpедаются чеpез одну pазделяемую или мультиплексиpуемую шину, тем самым огpаничивая возможности конвейеpизации.  
         Гаpваpдская аpхитектуpа и большая pазpядность команды позволяют сделать код для PIC значительно более компактным, чем для дpугих микpоконтpоллеpов и существенно повысить скоpость выполнения пpогpамм.
 
 
 
 
 
 

    Разработка  принципиальной схемы устройства
 
 

      Схема 4 – разрабатываемый частотомер  
     

     Главной частью прибора является микроконтроллер, без которого крайне сложно осуществить вычисления, диктуемые алгоритмом вычисления, и управление блоками прибора, а также режимами его работы.
     Правильным  выбором микроконтроллера во многом определяется функциональные возможности  устройства, его цена, удобство и стоимость настройки и программирования.
     В данной разработке предложен для  использования микроконтроллер  зарубежной фирмы “Microchip Technology” – PIC16F628A. Он обладает рядом важных достоинств, что и обусловило его выбор.
     Во-первых, – это его функциональные возможности. В его состав входит два 16-разрядных таймера-счетчика, что позволяет отказаться от использования отдельных многоразрядных счетчиков. Присутствует и канал последовательного ввода-вывода данных (UART), который позволяет организовать интерфейс с индикатором.
     Во-вторых, изделия этой фирмы широко распространены как на украинском, так и на мировом рынке микроконтроллеров, что уменьшает стоимость маркетинговых операций.
     В-третьих  – это его низкая стоимость (на сегодняшний день порядка 3 долларов), что также позволяет уменьшить общую стоимость изделия.
     Все указанное выше позволяет утверждать о целесообразности его применения в данной разработке.
     Контроллер  PIC16F628A содержит электрически перепрограммируемое ПЗУ объемом 2 Кбайт, внутреннее ОЗУ объемом 224 байт, 16 линий ввода-вывода, три таймера-счетчика (два по 8 бит и один 16 бит), шесть векторов прерываний и аналоговый компаратор.  

   Особенности микроконтроллеров PIC16F628A:
    Внешний и внутренний режимы тактового генератора 
    - Прецизионный внутренний генератор 4МГц, 
    нестабильность +/- 1% 
    - Энергосберегающий внутренний генератор 37кГц 
    - Режим внешнего генератора для подключения кварцевого или керамического резонатора

    Режим энергосбережения SLEEP
    Программируемые подтягивающие резисторы на входах PORTB
    Сторожевой таймер WDT с отдельным генератором
    Режим низковольтного программирования
    Программирование на плате через последовательный порт (ICSP) (с использованием двух выводов)
    Защита кода программы
    Сброс по снижению напряжения питания BOR
    Сброс по включению питания POR
    Таймер включения питания PWRT и таймер запуска генератора OST
    Широкий диапазон напряжения питания от 2.0В до 5.5В
    Промышленный и расширенный температурный диапазон
    Высокая выносливость ячеек FLASH/EEPROM
 
     В принципиальной схеме частотомера можно выделить основные узлы, которые несут определенную функциональную нагрузку. Это входной блок, включающий в себя разделительные конденсаторы С4-С5, токоограничивающий резистор R6 с разделительным конденсатором С6, ограничивающие диоды VD1 и VD2 и усилитель в виде транзистора VT1. Источником эталонных счетных импульсов является кварцевый генератор Q1. Для отображения информации служит ЖКИ модуль со встроенным м/контроллером HD44780 фирмы "Hitachi".
     Подробнее о работе схемы.
     На  вход прибора подается изменяющееся напряжение, значение которого может  быть 1-10 вольт, а диапазон частот от 20Гц до 1кГц. Оно поступает на разделительные конденсаторы С4 – С5, которые отсекают постоянную составляющую измеряемого сигнала. При этом переменная составляющая остается без изменения. Этот сигнал подается на усилитель, выполненный на транзисторе VT1 с коллектора которого импульсный сигнал поступает на вход T1CKI (вывод 12) микроконтроллера DDI. В данном проекте используется биполярный маломощный высокочастотный транзистор КТ3102А. Его основные характеристики:
     Таблица 3.1.
Uкбо(и), 
В
Uкэо(и), 
В
Iкmax(и), 
мА
Pкmax(т), 
Вт
h21э Iкбо
мкА
fгр.
МГц
Кш
Дб
50 50 100 0,25 100-200 0,05 150 10
 
     Максимальное  входное напряжение, подаваемое на вывод контроллера T1CKI не должно превышать напряжение питания +5 вольт, а минимальное – быть меньше потенциала земли. Для ограничения подаваемого входного сигнала служат диоды VD1-VD2. Если прикладываемое к диоду напряжение превысит пороговый уровень, он открывается и поддерживает это напряжение на постоянном уровне. В качестве диодов выбран импульсный диод КД521Г. Его параметры:
    Максимальное обратное напряжение – 30 вольт.
    Падение напряжения на открытом диоде – 1,0 вольта.
    Максимальный прямой ток – 50 мА.
    Обратный ток – 1 мкА.
    Время восстановления – 4 нс.
     Таким образом, прошедшая переменная составляющая входного сигнала ограничена напряжением  пробоя (открывания) ограничительных  диодов, т. е. не превышает по абсолютной величине 1 вольта. Для ограничения прямого тока через диоды в пределах допустимого служит токоограничивающий резистор R6.  

     Для отображения информации применен цифровой индикатор Hitachi (HG1) со встроенным контроллером HD44780. К выводам VDD и VSS подключается напряжение +5 и -5 В соответственно. Вывод VEЕ предназначен для регулировки яркости дисплея. При изменении напряжения на этом выводе сегменты строки должны менять свое состояние от прозрачного до непрозрачного. Для этого можно соединить вывод VEE c шиной питания через потенциометр,  но с целью упрощения и удешевления схемы был экспериментально подобран номинал резистора R2 (1 кОм), при котором достигается необходимая четкость изображения. 
     Линии RS, RW, E предназначены для управляющих сигналов. Запись данных происходит по 4-х разрядной шине D4-D7. На рисунке 2 приведена временная диаграмма записи данных на индикатор.
 
     Рисунок 2 – временная диаграмма записи.
     Основой блока питания является стабилизатор DD2 7805 (LM340T5), который выдает на выходе постоянное напряжение +5 В, при входном напряжении до 35 В.
     Из-за бросков тока в системе питания  могут возникать «медленные»  колебания напряжения. При правильно  спроектированной цепи питания (включение  больших электролитических конденсаторов) эти колебания носят затухающий характер. Для снижения низкочастотных пульсаций в шинах питания применяют блокирующие конденсаторы, включаемые между выводами «питание» и «земля» после стабилизатора. Если же емкость выбрана неправильно. В цепи могут достаточно долго идти колебания. С целью предотвращения таких явлений включают электролитические конденсаторы большой емкости. С7– алюминиевый электролитический К53-16, предназначенный для подавления помех в цепях постоянного и пульсирующего тока. Его емкость – 100 мкФ.  Для подавления импульсных помех в цепи питании подключается конденсатор С8: К10-9 – 16 В – 1 нФ. . Этот конденсатор играет роль источника постоянного напряжения при коротких бросках тока.
           Расчет элементов  входной цепи
     Водная  цепь устройства должна обеспечивать свободное прохождение переменной составляющей измеряемого сигнала и при этом обеспечивать требуемый режим работы.
     Постоянный  резистор R6 на входе прибора служит для задания токов, протекающих через ограничивающие диоды VD1 и VD2, т. е. значение номинала этого резистора определяет токи диодов в открытом состоянии. У выбранных диодов КД521Г максимально возможная величина протекающего через них тока в прямом направлении должна составлять не более 20 мА. Тогда максимальный ток через диод
       , (3.1)
     где Iпр – ток, протекающий через диод в открытом состоянии, А; Umax – наибольшее значение максимальной величины входного напряжения, В; Uпр – падение напряжения на открытом диоде, В; R1 – необходимое значение номинала ограничительного резистора.
     Можно вычислить R1
      ,   (3.2)
     При подстановке соответствующих числовых значений
      (Ом)          (3.3)
     Значение  резистора из стандартного ряда R1=500 Ом.
     В качестве R6 берется металлопленочный резистор С2-33и, применение которого допускается на частотах, заданных в техническом задании. Резисторы R4 и R5 служат тем путем, по которому текут входные токи усилителя на транзисторе. Значение их номиналов должно быть таким, чтобы обеспечить нормальный режим работы VT1. Номиналы обоих резисторов выбираются из стандартного ряда.
     R4: С2-33и – 0,125 – 430 Ом ± 5%
     R5: С2-33и – 0,125 – 16 кОм ± 5%
Резистор R3 ограничивает ток поступающий на вход микроконтроллера. Ток не должен превышать 25 мА.
      (Ом)           (3.4)
Из стандартного ряда выбираем R3: С2-33и – 0,125 – 220 Ом ± 5%.
     Входные конденсаторы С4 и С5 выбираем такими, чтобы постоянная времени входной цепи была больше половины периода входного сигнала минимальной частоты. Из этих соображений выбираем С4 и С5 равными 47 мкФ.
     С4: К53-7– 15В – 47 мкФ ±20%
     С5: К53-7– 15В – 47 мкФ ±20%
     На  входе микроконтроллера могут наблюдаться броски напряжения, наводиться импульсные помехи, а это, в свою очередь, будет способствовать неустойчивой работе. Все эти явления носят случайный характер и в сильной степени зависят от условий эксплуатации прибора и близости бытовых и индустриальных помех, но при этом могут оказать довольно сильное влияние на точность измерений и их достоверность. Для устранения влияния этой причины параллельно конденсаторам С3, С4 подключаются конденсаторы малой емкости С2, С5. Номинал емкости этого конденсатора выбирается равным 10 нФ: К10-9 – 16 В – 10 нФ ±20%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Разработка  алгоритма и программы функционирования устройства
 
      Принцип измерения частоты - классический. За интервал времени,
равный 1 секунде подсчитывается количество пришедших импульсов. Интервал времени отсчитывается программно. Входные импульсы подсчитываются Таймером 1, значение в котором, после цикла измерения, вычисляется с помощью импульсов досчета. Перед выводом на экран, значение входного счетчика приводиться сначала в двоично-десятичный вид, затем в коды символов цифр. После этого цикл измерения повторяется. 
 

 
 

   Рисунок 3 – алгоритм программы  
 

   Программа функционирования частотомера написана на языке Assembler, отлажена и скомпилирована с помощью программы MicroCode Studio.
   Исходный  текст программы имеет вид: 

   EStrobe MACRO                   ;  Strobe the "E" Bit
     bsf    E
     bcf    E
    ENDM 

               CBLOCK     0x20
                   TTt
                   Time1
                   Dlay             ; 8 Bit Delay Variable
                   Temp            ; a temporary variable
                   cntmsec
                   LED1
                   LED2
                   LED3
                   LED4
                   LED5
                   NumH
                   NumL
                   Tens
                   Ones
                   Thou
                   TenK
                   Hund
                   Temp1
                  Temp2
                   Temp3
                   Temp4
                   SelFr
                   FrLow
                   FrHig
                  ENDC
         
                  ORG 4               ; start at location 0
               goto main             ; jump over to main routine      
   ClearVar            
              clrf LED1
              clrf LED2
              clrf LED3
              clrf LED4
              clrf LED5
              clrf NumH
              clrf NumL
              clrf Tens
              clrf Ones
              clrf Thou
              clrf TenK
              clrf Hund
              clrf SelFr
                      
              return
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


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