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 Схема шестикнопочного устройства

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 26.09.2012. Сдан: 2011. Страниц: 14. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


    Содержание 
 
 

Задание……………………………………………………………………………….4
Введение……………………………………………………………………………..5
1 Обзор  вариантов решения технической  задачи и выбор метода расчета……7
2 Обоснование  выбора микроконтроллеров MicroChip………………………….11
3 Разработка  схемы электрической принципиальной  и перечня элементов.....11
3.1 Основные  системы микроконтроллера ………….………………………….13
3.1.1 Схема тактирования ………….………….………….………….……. ……..11
3.1.2 Схема сброса ………….………….…………………………………………..15
3.1.3 Последовательный внутрисхемный интерфейс программирования …….17
3.2 Цепь сопряжения аналоговых датчиков с микроконтроллером .……….…20
3.3 Часы  реального времени…...25
3.4 Внутренний  последовательный интерфейс……………………………..…..27
3.5 Система  стабилизации питания…….……………………...………….…......29
3.6 Система  управления светодиодной индикацией…………………………….31
3.7 Реализация  работы клавиатуры…………………………………….………….37 

4 Расчёт потребляемой мощности……………………………………..………….39
5 Разработка печатной платы устройства ……………………………………….43
Вывод……………………………………………………………………………….45
Список литературы……………………………………………………..………….46 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Задание 
 
 

     Построение  системы сбора данных со следующими параметрами:
Аналоговые входы …………………………………………………………….. 6 шт.
Наличие внешний памяти………………………………………………………. есть
Клавиатура, количество клавиш………………………………………………..6 шт.
Последовательный  интерфейс………………………………………………….. есть
Жидкокристаллический  индикатор…………………………………………… есть 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение 
 
 

     На  сегодняшний день практически не осталось областей в жизни человека, незатронутых электронной техникой, не говоря уже о промышленности, в которой на сегодняшний день без применения электронных устройств невозможно успешное существование ни одного предприятия. Электронные промышленные устройства позволяют вести контроль, диагностику и управление оборудованием, осуществляют поиск неполадок и предлагают варианты их решения, выполняют сложнейшие операции, позволяют синхронизировать действия между несколькими различными устройствами. Как мы видим, область применения промышленных устройств достаточно широка, а тот факт, что они имеют очень высокое быстродействие и высокую точность, обусловил их распространение на всех уровнях производства, от выполнения простейших операция, до работы в каскаде из нескольких агрегатов выполняя сложную конструкторскую задачу.
     В данном курсовом проекте мы синтезируем одно из электронных устройств – мультиплексную систему сбора данных. Данная система должна осуществлять автоматизированный сбор информации о значениях физических параметров различных объектов исследования с аналоговых и цифровых источников сигнала, а также будет производить первичную обработку, накопление и передачу данных. Так же схема будет обладать внешним интерфейсом для обмена информацией с различными устройствами.
     Мультиплексная  система сбора данных имеет на каждый измерительный канал индивидуальные средства аналоговой обработки сигнала и общий для всех каналов блок аналого-цифрового преобразования. Наибольшее распространение в настоящее время имеют именно мультиплексные системы сбора данных.
     Одна  из основных задач данного курсового  проекта состоит в том, чтобы  подобрать необходимую элементную базу, произвести синтезирование, анализ и расчёт электрический принципиальных схем различных узлов, и соединив воедино, получить полноценную систему  сбора данных.
     Но  помимо разработки самой схемы, в  данную работу будет включена проектировка печатной платы, создание программы инициализации различных узлов системы сбора данных, а так же произведена разработка корпуса устройства.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  

     1 Обзор вариантов решения технической  задачи и выбор метода расчета 
 
 

     Система сбора данных будет собрана на основе микроконтроллера, поскольку это наиболее удобно и более функционально в отличии от использования связки раздельных ЦП, ОЗУ и ПЗУ, а так же АЦП. Имея гораздо меньшие габариты, микроконтроллер предоставляет гораздо больший функционал. Он позволяет запрограммировать порты ввода-вывода наиболее удобным для нас образом.
     В свою очередь, синтез устройства значительно  облегчается тем, что внутри микроконтроллера уже имеются некоторые модули, необходимые для работы системы сбора данных, например АЦП и внутренняя память (как оперативная, так и постоянная). Для включения, которых необходимо всего лишь инициализировать их в программе и настроить алгоритм работы.
     Можно использовать дорогие микроконтроллеры с большим количеством программируемых портов, со встроенным последовательным интерфейсом USB, это позволит значительно уменьшить количество внешних модулей, но при этом значительно возрастёт цена готового устройства.
     Выбранные элементы должны обеспечивать функциональность системы сбора данных согласно структурной схеме на рисунке 1

     Рисунок 1 Структурная схема системы сбора  данных
     2 Обоснование выбора микроконтроллеров MicroChip 
 
 

     Микроконтроллеры  Microchip радуют разнообразием предлагаемых возможностей. Это результат политики, сосредоточившей технологическое, производственные и маркетинговые разработки на выпуске 8-разрядных микроконтроллеров PIC16/17 (Peripheral Interface Controller), которые объединяют все передовые технологии микроконтроллеров: электрически программируемые пользователем ППЗУ, минимальное энергопотребление, высокую производительность, хорошо развитую RISC-архитектуру, функциональную законченность и минимальные размеры. Эта политика позволила фирме добиться лучшего показателя цена/производительность.
     Микроконтроллеры  PICmicro построены по RISC архитектуре. Reduced Instruction Set Code - обозначение процессора с сокращённым набором команд. Цель сокращения системы команд состоит в получении более компактных программ и ускорении их выполнения. Микроконтроллеры с RISC процессорами фирмы Microchip очень эффективны. Компактный код программы получается вследствие того, что все команды имеют размер в одно слово. Это предполагает, что все инструкции имеют одну длину и выбираются за один машинный цикл. В качестве примера отметим, что библиотека функций с плавающей запятой занимает 530 слов. Сокращённый набор команд предполагает быстрое обучение программиста. Однако следует отметить известный факт, что при изучении ассемблера микросхем PIC программистом, привыкшим к "обычной" системе команд (Intel, Zilog), возникают трудности, связанные с разительным отличием системы команд RISC.
     Набор инструкций этих микроконтроллеров  широкий, тщательно подобранный  специально для задач управления. Гарвардская архитектура процессора, очередь команд, RISC набор команд - все это позволило добиться очень высокого быстродействия и получить очень компактный код. Все команды микроконтроллера, за исключением команд перехода, выполняются за один машинный цикл, который составляет 4 периода тактового генератора. Так, например, на тактовой частоте 20 МГц производительность микроконтроллеров достигает 5 MIPS.
     Для иллюстрации скоростных возможностей микроконтроллеров PICmicro и компактности их программного кода приведем выдержки из сравнительного анализа, приведенного фирмой Microchip. В качестве тестовых программ использовались типичные для систем управления задачи: тестирование бита с ветвлением по нему, цикл по счетчику, побитный сдвиг байта, программная задержка. Сравнивались PIC16Fxx и микроконтроллеры фирм Motorola, Intel, National, Zilog и SGS-Thomson.
     Результаты  сравнительного анализа представлены в таблице 1:
     Таблица 1
Микроконтроллер Размер кодов (меньше  – лучше)
Скорость выполнения (больше  – лучше)
Microchip IC16Fxx 20 МГц 1.00 1.00
National COP800 20 МГц 1.29 0.11
Motorola MC68HC05 4.2 МГц 2.24 0.14
Zilog Z86Cxx 12 МГц 1.51 0.21
Intel 8051 20 МГц 1.55 0.3
SGS-Thomson ST62 8 МГц 2.1 0.05
 
     Все микроконтроллеры PICmicro имеют расположенную на кристалле кодовую память. Большинство микроконтроллеров снабжено дешевой однократно программируемой (OTP) памятью. Большое значение фирма Microchip уделяет именно OTP памяти, расположенной на кристалле микроконтроллера. Применение OTP памяти в сравнение с масочной дает массу преимуществ микроконтроллерам семейства: изделия на базе PICmicro становятся гибкими, легко модифицируется коды программ под требования конечного пользователя, экономически выгодным становится выпуск изделий мелкими сериями, уменьшается время на разработку изделий. Политика фирмы заключается в приближении цены микроконтроллеров с OTP память к микроконтроллерам с масочной памятью. Наряду с OTP кодовой памятью Microchip выпускает и микроконтроллеры с масочной памятью, а также перепрограммируемой памятью с ультрафиолетовым стиранием и FLASH памятью.
     Микроконтроллеры  PICmicro работают в очень широком диапазоне частот - 0...33MHz и имеют несколько режимов встроенного тактового генератора, который позволяет работать на частотах от 32кГц до 33 МГц.
     Микроконтроллеры  не требуют традиционных внешних  цепей для формирования сигнала  сброса. Они вырабатывают его автоматически  при включении питания или  при подаче внешнего сигнала сброса.
     Процессоры  семейства PICmicro работают в очень широком диапазоне питающих напряжений, у некоторых образцов питание может изменятся в пределах от 2.0 до 6.0 Вольт. Микроконтроллеры характеризуются и очень низкими токами потребления. Так, например, PIC16Fxx на частоте 4кГц потребляет 12 мкА, на частоте 4МГц- 2 мА, на частоте 20МГц - 9 мА. В режиме пониженного энергопотребления потребление уменьшается до 0.25мкА. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3 Разработка схемы электрической принципиальной и перечня элементов 
 
 

     В основе нашей системы сбора данных лежит микроконтроллер PIC16F73 изображённый на рисунке 2. Имеет DIP корпус с 28-ю выводами.
     Так же на рисунке указаны обозначения  выводов в том виде, в котором  они могут быть использованы в  нашей схеме 


Рисунок 2 Микроконтроллер PIC16F73 

     Микроконтроллер обладает следующими характеристиками:
Таблица 2 Характеристики микроконтроллера PIC16F73
Память  программ (слов) Память данных ОЗУ (байт) Портов ввода/вывода Каналов 8-битного  АЦП
4096 192 22 5
 
     Помимо  этого, микроконтроллер обладает ещё  рядом особенностей:
          - Всего 35 простых для изучения инструкций
          - Минимальная длительность такта 200 нс
          - Сильноточные схемы портов ввода/вывода (25мА вход/выход ток)
          - Последовательные  интерфейсы SPI, I2C и USART
          - Обладает возможностью выбора источника тактового сигнала
          - Позволяет программирование на плате через порт ISP.
          - Обладает программируемой защитой кода
          - 1000 циклов записи/стирания FLASH памяти программы
          - 100 000 циклов записи/стирания памяти данных ЭСППЗУ
          - Период хранения данных ЭСППЗУ > 40 лет  

     С небольшими доработками в коде программ, возможно использование вместо выбранного микроконтроллера, следующие модели:
          - PIC16C73B/74B/76/77
          - PIC16F873/874/876/877 

     Все разработанные далее узлы будут  подключаться к микроконтроллеру. В  зависимости от способа связи  с ним,  модули будут подключаться к различным выводам по различным  интерфейсам  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.1 Основные системы микроконтроллера
3.1.1 Схема тактирования 
 
 

     В независимости от выполняемой функции, микроконтроллер должен обладать минимальным  количеством модулей. Один из них - система  тактирования.
     У всех микроконтроллеров имеются  два вывода, предназначенные для  тактирования их работы: OSC1 (CLKIN) и OSC2 (CLKOUT). Для тактирования могут использоваться либо внутренние, либо внешние генераторы. Внутренний генератор обладает частотой до 4МГц и используется в целях экономии энергии, либо в тех случаях, когда производительность микроконтроллера не критична. Внешний генератор (частоты до 20МГц) применяется в целях обеспечения высокой производительности.
     Существует  несколько реализаций внешнего генератора, от простейших схем с одним резистором и конденсатором, до синхронизации  от импульсов других микроконтроллеров.
     В нашем случае будет использоваться кварцевый генератор CFPS-39-20M (рисунок 3а), внутри которого уже имеется два конденсатора и кварцевый резонатор, включённые по схеме, показанной на рисунке 3б  


Рисунок 3 Схема включения кварцевого генератора 

     Таким образом, мы тактируем схему наиболее качественно.
     В том случае, если производительность микроконтроллера будет излишней, не составляет никакого труда переключиться  на внутренний генератор, перейдя тем  самым на низкоскоростной режим  работы.
     Использование внутреннего генератора приводит к  некоторым трудностям. Так как  возникает необходимость его  калибровки при помощи битов регистра OSCCAL. В выбранном нами микроконтроллере, можно заранее записать значение в адрес калибровочной константы (FFFh)
     Остальные схемы генерации либо не стабильны (простейшие схемы), либо слишком громоздки  и дороги (с использованием инверторов).
     Так же стоит отметить, что для генерации  по схеме на рисунке 3 используется напряжение питания микроконтроллера, а с учётом необходимости «раскачки» генератора не рекомендуется использовать такую схему в режиме экономии энергии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.1.2 Схема сброса   
 
 

     Логика  сброса  предназначена  для  перевода  микроконтроллера  в  исходное  состояние  с  заведомо  известными параметрами работы. Источник сброса микроконтроллера может быть идентифицирован с помощью битов состояния. Особенности логики сброса позволяют снизить стоимость устройства и увеличить его надежность.
     Микроконтроллеры  среднего семейства различают следующие  виды сброса:
     а)  Сброс по включению питания (POR);
     б)  Сброс по сигналу -MCLR в нормальном режиме работы;
     в)  Сброс по сигналу -MCLR в режиме SLEEP;
     г)  Сброс по переполнению WDT в нормальном режиме;
     д)  Сброс по снижению напряжения питания (BOR);
     е)  Сброс по ошибке паритета (PER); 

     Выбор источника срабатывания определяется с помощью регистра PCON
     Большинство регистров не изменяются после любого вида сброса, но после сброса по включению  питания они  содержат  неизвестное  значение. Некоторые  регистры  сбрасываются  в  начальное  состояние  при  сбросе POR. Поэтому этот вид сброса представляет для нас особый интерес.

Рисунок 4 Схема сброса
     На  входе MCLR стоит специальный фильтр, который не позволяет фиксировать кратковременные импульсы. Так же возможно изменение некоторых регистров с целью установки необходимого времени задержки срабатывания.
     Для обеспечения плавного нарастания и  фильтрации напряжения питания, в цепи установлен конденсатор C8 = 0,1мкФ. Резисторы R5 и R6 имеют номиналы 22кОм и 470Ом соответственно. Немаловажно обратить внимание на диод VD3, потери напряжения на нём не должны составлять больше 0,2В, так как это может приблизить сигнала к минимальному значению срабатывания. Потеря напряжения на современных SMD диодах составляет 0,1В, что удовлетворяет установленным пределам.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.1.3 Последовательный внутрисхемный интерфейс программирования (ICSP) 
 
 

     Все  микроконтроллеры PICmicro  среднего  семейства могут быть  запрограммированы по  последовательному интерфейсу ICSP  после их  установки на  плату устройства.  Для программирования  требуется всего два сигнальных провода (синхронизация, данные) и три проводов питания (общий, напряжение питания микроконтроллера, напряжение программирования). Основной задачей при проектировании схемы подключения внешнего программатора по SCPI является изоляция микроконтроллера от основной схемы.
     В данной схеме все части, которые  необходимо изолировать будут находиться на панели индикации, таким образом, будет иметься, так называемая «защита  от дурака». Чтобы произвести программирование, будет необходимо добраться до слота  подключения, который будет находиться на плате под панелью управления. Таким образом, будет необходимо отключить одну плату, в результате чего будет произведена изоляция микроконтроллера.

Рисунок 5 Схема подключения последовательного внутрисхемного интерфейса
программирования (ICSP) 

Таблица 3 Назначение выводов
Цепь Назначение
VDD (VCC) Напряжение  питания
MCLR' (VPP) а) Вход сброса микроконтроллера б) Вход напряжения программирования
GND (VSS) Общий провод
RB7 (DATA) Двунаправленная шина данных в режиме программирования
RB6 (CLOCK) Вход синхронизации  в режиме программирования
RB3 (PGM) Опционально
 
     Микроконтроллер  переходит  в  режим  программирования/проверки,  если  выводы RB6  и RB7  удерживаются  в низком  логическом  уровне,  а  на  выводе -MCLR (VPP)  уровень сигнала изменяется  от VIL  до VIHH (см.  спецификацию программирования),  и  присутствует  напряжение  питания VDD.  Вывод RB6  становится  входом  тактового сигнала программирования,  а RB7 -  входом/выходом данных  программирования/проверки. Выводы RB6, RB7  имеют входной буфер  с  триггером Шмидта.  Для  передачи  данных  микроконтроллером  на  выводе RB7  реализован  выходной  КМОП буфер.
     После  перехода  в  режим  программирования/проверки  счетчик  команд PC  принимает  значение 0000h.  Для управления программированием (или проверкой) используются 6-разрядные команды. Некоторые команды сопровождаются 14- разрядными  данными,  передаваемые  или принимаемые из  микроконтроллера  в зависимости от  назначения команды (чтение  или  запись).  Полную  информацию  по  программированию  микроконтроллеров  смотрите  в спецификации программирования соответствующего микроконтроллера.
     В  режиме  последовательного  программирования/проверки  сторожевой  таймер WDT  выключен  для предотвращения сброса микроконтроллера.
     Выводы  RB6, RB7  используются PICmicro  для последовательного программирования (RB6 -  линия синхронизации; RB7 -линия данных). RB6 -  управляется  программатором. RB7 -  двунаправленный вывод,  который управляется  программатором  и  микроконтроллером.  Эти  выводы  должны  быть  изолированы  от  остальной  схемы, чтобы  она  не  влияла  на  сигналы  последовательного  программирования.  Необходимо  учитывать  выходное сопротивление источника сигналов программатора при изоляции выводов RB6, RB7 от остальной схемы (RB6 - вход на PICmicro; RB7 -  двунаправленный вывод).
     Согласно  спецификации  программирования -  микроконтроллер  может  быть  запрограммирован  только  при напряжении питания 5В.
     Напряжение  на  выводе -MCLR/VPP  должно  достигнуть VPP  до  начала  выполнения  кода программы.  При  использовании  кварцевого  или  керамического  резонатора  это  проблема  не  возникает,  т.к.  код программы начнет  выполняться после отсчета 1024  тактов  генератора. RC  генераторы  не  требуют времени запуска, поэтому  таймер  запуска  генератора  не  используется.  Программатор  должен  успеть  установить  напряжение программирования  на  выводе -MCLR/VPP  прежде,  чем тактовый  генератор успеет  сформировать 4  такта.  Если RC генератор успеет сформировать 4 и более тактов, то после перехода в режим программирования счетчик команд будет иметь не нулевое  значение, а некоторое  значение X. Программа в микроконтроллер будет  загружена со смещением. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.2 Цепь сопряжения аналоговых датчиков с микроконтроллером 
 
 

     Так как основной задачей мультиплексной системы сбора данных является снятие напряжений (соответствующих некоему значению определённых физических величин) с нескольких аналоговых датчиков, то необходимо разработать систему, которая бы позволяла это осуществить.
     В данном случае, мультиплексирование  окажется очень полезным, так как  позволит использовать гораздо меньшее  количество портов микроконтроллера. К тому же, мы нисколько не потеряем в производительности, так как  внутри микроконтроллера имеется всего  один аналого-цифровой преобразователь, а все аналоговые входы, всё равно, мультиплексируются внутри МК  и  оцифровываются поочерёдно.
     В таком случае, вместо подключения  датчиков к шести аналоговым входам, будет достаточно одного аналогового и трёх обычных портов для управления мультиплексором, что позволяет сэкономить два порта ввода/вывода
     Но  использование меньшего количества портов это не единственный плюс такого решения. Так как нам необходимо ещё управлять коэффициентом усиления сигналов с аналоговых датчиков, то чтобы не устанавливать на каждый вход отдельный усилитель, достаточно будет установить один операционный усилитель на выходе аналогового мультиплексора и управлять коэффициентом поочерёдно для каждого сигнала.
     Изменять  коэффициент усиления мы будем при  помощи цифрового потенциометра, включённого  в цепь обратной связи однополярного ОУ. Цифровой потенциометр способен менять сопротивление между определёнными выводами и управляется по средствам интерфейса I2C
     В данной связке будет использоваться операционный усилитель AD820 с однополярным питанием 12В.  


Рисунок 6 Узел сопряжения аналоговых датчиков с микроконтроллеров 

     Необходимо  обеспечивать коэффициенты усиления KУС равный 1, 10 и 100. Необходимый коэффициент, находим по формуле (1):
              (1)
     Рассчитаем  необходимое сопротивление резистора R2 и сопротивление цифрового потенциометра для достижения необходимого усиления.
     Цифровой  потенциометр AD8400 способен менять сопротивление RAW от 0 до 100 кОм с шагом 400 Ом и минимально возможным RAW = 50 Ом
     Таким образом для достижения KУС равного 1, 10 и 100:
     
     
     
     Как можно видеть, подобные результаты с приемлемыми погрешностями  достигнуты при использовании сопротивления  R2 = 1000 Ом
     Но  в любом случае необходима калибровка т.к. номиналы используемых SMD компонентов (в данном случае резисторов) колеблются в пределах +/-10%.
     Сигнал  на неинвертирующий вход операционного  усилителя поступает с аналогового  мультиплексора ADG1608. Данный мультиплексор обладает очень низким внутренним сопротивлением (не более 4 Ом), а так же способен работать при однополярном питании 12В. 

Таблица 4 Таблица истинности аналогового мультиплексора
A2 A1 A0 На выходе Соответствует
0 0 0 S1 Аналоговый  датчик 1
0 0 1
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.