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.
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.
Работа № 112033
Наименование:
Курсовик Модуль удалённого ввода/вывода цифровой и аналоговой информации Вариант 24
Информация:
Тип работы: Курсовик.
Предмет: Схемотехника.
Добавлен: 02.04.18.
Год: 2018.
Страниц: 32.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет» Кафедра «Автоматизации и робототехники» !!!Внимание чертежей нет!!!
Пояснительная записка к курсовой работе
по дисциплине «Микропроцессорные устройства управления в технических
системах»
Тема: «Модуль удалённого ввода/вывода цифровой и аналоговой
информации»
Вариант 24
Омск 2018
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет»
Кафедра «Автоматизац я и робототехника»
Курсовая работа по дисциплине «Микропроцессорные устройства управления в технических системах» студента группы УТС-121 учебный год Тема курсовой работы: «Модуль удалённого ввода/вывода цифровой и аналоговой информации».
Исходные данные: 1.Техническая документация на микроконтроллер ATmega128 фирмы ATMEL. А.В. Евстифеев «Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL»
2. Данные варианта № 24: Стр. МК – 4;Столб. МК - 5; Dвх-10; Dвых-12; Uвх=36В; Uвых=36 В; Iвых=1200 мА; Ток вых – DC; Aвх-8; Aвых – 2; РАЦП -10; РЦАП-10; Наличие RS485; Наличие LCD-индикатора.
Состав проекта: два чертежа, перечень элементов, пояснительная записка Чертежи (листы):
1. Модуль удалённого ввода/вывода цифровой и аналоговой информации – схема электрическая структурная. 2. Модуль удалённого ввода/вывода цифровой и аналоговой информации – схема электрическая структурная.
Разделы пояснительной записки:
Аннотация. Оглавление. Введение. Разработка структурной схемы модуля. Разработка принципиальной схемы модуля. Разработка алгоритма и программы формирования кода нажатой клавиши. Разработка алгоритма и программы работы синхронного счётчика. Расчеты и обоснование принятых решений. Заключение. Библиографический список. Приложения.
Основная рекомендуемая литература:
1. Компанейц А. Н. Микропроцессорная техника. Методические указания для выполнения курсового проекта и СРС. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010.- 48 с.
2. Федотов А. В. Составление технического задания : метод указания / А.В. Федотов. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 1999. 3. А.В. Евстифеев «Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL»
Аннотация Целью данной работы является разработка модуля удаленного ввода/вывода цифровой и аналоговой информации (УВВЦАИ). В процессе выполнения задания необходимо рассмотрение следующих вопросов: 1. Разработка структурной схемы УВВЦАИ; 2. Выбор элементной базы разрабатываемого УВВЦАИ; 3. Разработка схемы электрической принципиальной. Графическая часть состоит из двух листов: 1. Схема структурная модуля УВВЦАИ; 2. Схема принципиальная модуля УВЦЦАИ. Пояснительная записка включает в себя 28 страниц, 15 рисунков, 8 таблиц, 2 приложения. Для разработки графической информации использовался программный продукт AltiumDesigner 13.1.
Введение В ходе данной работы разрабатывается модуль удаленного ввода/вывода цифровой и аналоговой информации. В основе разрабатываемого модуля находится микроконтроллер ATmega128 серии AVR компании Atmel. Подобные модули используются в микропроцессорных системах управления различными техническими системами, например: технологическим оборудованием, устройствами бытовой автоматики и т.п. Разрабатываемый модуль должен соответствовать следующим требованиям: • Возможность связи по последовательному интерфейсу передачи данных рекомендуемого стандарта RS-485; • Встроенный LCD-индикатор; • Встроенная матричная клавиатура 4х5; • 10 дискретных входов с напряжением 36 В; • 12 дискретных выходов с напряжение 36 В и током 1200 мА; • 8 аналоговых входов с разрядностью АЦП 10 бит; • 2 аналоговых выход с разрядностью ЦАП 10 бит; • Гальваническая развязка всех цифровых входов и выходов. При проектировании модуля разрабатываются структурная и принципиальная электрическая схема модуля, алгоритм и программа ввода с матричной клавиатуры и работы. Разработка структурной схемы модуля Первым этапом проектирования модуля удаленного ввода/вывода цифровой и аналоговой информации является разработка структурной электрической схемы модуля. Структурная электрическая схема представлена на чертеже. На схеме представлены информационные входы и выходы, основные функциональные элементы модуля, их назначение и взаимосвязь. В его составе можно выделить следующие основные элементы:
Для связи с технологическим оборудованием модуль обладает следующими информационными входами и выходами:
• АIN_0 –AIN_6 – входы информационные аналоговые; • AOUT_0– выход информационный аналоговый; • DIN_0 – DIN_7 – входы информационные дискретные; • DOUT_0– DOUT_9 - выходы информационные дискретные; • Две линии интерфейса RS-485 (D+ и D-);
Сам модуль ввода/вывода информации выделен на схеме штрихпунктирной линией. Микроконтроллер ATmega128 . Выполняет следующие функции: обработка и преобразование поступившей в модуль цифровой, аналоговой информации, информации с матричной клавиатуры; вывод цифровой информации на дискретные выходы модуля и шины данных ЦАП и LCD-индикатора. Микроконтроллер обладает следующими основными характеристиками: • Высокопроизводител ный, маломощный 8-разрядный AVR-микроконтроллер; • Развитая RISC-архитектура – 133 мощных инструкций, большинство из которых выполняются за один машинный цикл – 32 8-разр. регистров общего назначения + регистры управления встроенной периферией; • Полностью статическая работа – Производительность до 16 млн. операций в секунду при тактовой частоте 16МГц; – Встроенное умножающее устройство выполняет умножение за 2 машинных цикла; • Энергонезависимая память программ и данных – Износостойкость 128-ми кбайт внутрисистемно перепрограммируемой флэш-памяти: 1000 циклов запись/стирание; – Опциональный загрузочный сектор с отдельной программируемой защитой; Внутрисистемное программирование встроенной загрузочной программой; Гарантированная двухоперационность: возможность чтения во время записи; – Износостойкость 4 кбайт ЭСППЗУ: 1000 циклов запись/стирание; – Встроенное статическое ОЗУ емкостью 4 кбайт; – Опциональная возможность адресации внешней памяти размером до 64 кбайт; – Программируемая защита кода программы; – Интерфейс SPI для внутрисистемного программирования; • Интерфейс JTAG (совместимость со стандартом IEEE 1149.1) – Граничное сканирование в соответствии со стандартом JTAG; – Обширная поддержка функций встроенной отладки; – Программирование флэш-памяти, ЭСППЗУ, бит конфигурации и защиты через интерфейс JTAG; • Отличительные особенности периферийных устройств – Два расширенных 16-разр. таймера-счетчика с отдельными предделителями, режимами сравнения и режимами захвата; – Счетчик реального времени с отдельным генератором; – 8 мультиплексированных каналов 10-разрядного аналогово-цифрового преобразования; 8 несимметричных каналов; 7 дифференциальных каналов; 2 дифференциальных канала с выборочным усилением из 1x, 10x и 200x; –Двухпроводной последовательный интерфейс, ориентированный не передачу данных в байтном формате; – Два канала программируемых последовательных УСАПП; – Последовательный интерфейс SPI с поддержкой режимов ведущий/подчиненный; – Программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором; – Встроенный аналоговый компаратор; • Специальные возможности микроконтроллера – Сброс при подаче питания и программируемая схема сброса при снижении напряжения питания; –Встроенный калиброванный RC-генератор –Внешние и внутренние источники прерываний; – Шесть режимов снижения энергопотребления: холостой ход (Idle), уменьшение шумов АЦП, экономичный (Power-save), выключение (Power-down), дежурный (Standby) и расширенный дежурный (Extended Standby); –Программный выбор тактовой частоты; – Конфигурационный бит для перевода в режим совместимости с ATmega103; –Общее выключение подтягивающих резисторов на всех линиях портов ввода-вывода; • Ввод-вывод и корпуса – 53 –программируемые линии ввода-вывода; – 64-выв. корпус TQFP; • Рабочие напряжения – 2.7 - 5.5В для ATmega128L; – 4.5 - 5.5В для ATmega128; • Градации по быстродействию – 0 - 8 МГц для ATmega128L4 – 0 - 16 МГц для ATmega128. Расположение выводов микроконтроллера представлено на рисунке 1.
Рисунок 1. Расположение выводов микроконтроллера ATmega128. Структурная схема микроконтроллера представлено на рисунке 2.
Таблица 1. Назначение задействованных выводов микроконтроллера Наименование Назначе ие PE6 – PE7,PB2,PG3 Подключе ие столбцов матричной клавиатуры PE3 –PE5 Управление LCD-индикатором PG4,PD0 – PD4 Подключение строк матричной клавиатуры PD0 (INT0) Вход внешнего прерывания для работы с матричной клавиатурой PE0 (RXD1) Ввод данных с шинного приемо-передатчика PE1 (TXD1) Вывод данных в шинный приемо-передатчик PE2 Управление шинным приемо-передатчиком PD7-PD4, PB7-PB4 Прием/переда а данных для LCD-индикатора PB0-PB2 Управление ЦАП PA7 – PA0 Ввод цифровой информации PC7 – PC0,PG1,PG0 Вывод цифровой информации PF0-PF5 Аналоговые входы
LCD-индикатор MT-16S2D-2FLA. Выполняет функцию отображения информации в удобной для восприятия человеком форме - текстовой строки. Управление передачей данных на индикатор осуществляет микроконтроллер. В качестве графического модуля предлагается использовать знакосинтезирующий жидкокристаллический дисплей производства компании МЭЛТ с управляющим контроллером КБ1013ВГ6 (отечественный аналог HD44780) с разрешением 2 строки по 16 символов, например, MT-16S2D-2FLA. Основные параметры дисплея приведены в таблице 2.
Таблица 2. Основные параметры индикатора. Параметр Значение Напряжение питания, В 5 Разрешающая способность 2х16 Контроллер КБ1013ВГ6 Подсветка Янтарная Символ 2.95х5.55 Тип стекла FSTN Positive .
Рассмотрев систему команд индикатора можно резюмировать, что управление осуществляется по параллельному интерфейсу, который имеет шину данных (4 и 8 бит) выбор режима передачи данных (команды/данные), выбор режима направления передачи данных (передача/чтение) и строб синхронизации.
Цифро-аналоговый преобразователь-инди атор AD5620. В качестве ЦАП вполне подходит микросхема компании AnalogDevices AD5620, которая представляет собой ЦАП разрешением 12бит. Достоинства данной микросхемы: 1. Малый форм-фактор корпуса; 2. Низкое энергопотребление; 3. Интегрированный источник опорного напряжения; 4. Время установки не более 10 мкс; 5. Разрешающая способность 12 бит; 6. Интерфейс управления SPI.
Функциональная схема AD5620 представлена на рисунке 3.
Рисунок 3. Функциональная схема AD5620. На рисунке 4 представлена схема подключения AD5620 к микроконтроллеру.
Рисунок 4 . Схема подключения AD5620 к микроконтроллеру.
Шинный приемо-передатчик 5559ИН25У. В качестве драйвера интерфейса RS-485 предлагается использовать микросхему, выпускаемую компанией «МИЛАНДР» 5559ИН25У.
Микросхемы интегральные 5559ИН25У предназначены для использования в аппаратуре специального назначения в качестве приемо- передатчика с интерфейсом RS-485. Структурная блок-схема микросхемы 5559ИН25У приведена на рисунке 5.
Рисунок 5. Блок-схема микросхемы 5559ИН25У. Условно-графическое обозначение микросхемы 5559ИН25У приведено на рисунке 6.
Рисунок 6. Условно-графическое обозначение микросхемы 5559ИН25У.
Основные характеристики микросхемы 5559ИН25У приведены в таблице 3. Таблица 3. Основные параметры микросхемы 5559ИН25У. Параметр Значение Напряжение питания, В 5 Скорость передачи данных кбит/с 500 Выходное напряжение низкого уровня приемника В 0,4 Выходное напряжение высокого уровня приемника В Ucc-0.6 Выходное дифференциальное напряжение передатчика, В 2 Тип корпуса Н02.8-1В
Для гальванической развязки входных и выходных сигналов будем использовать переключатель с цифровым выходом компании «ПРОТОН» К293ЛП63. Гальваническая развязка применяется для защиты от помех и наводок, возникающих в электрических и силовых цепях при передачи информации, а так же для преобразования уровней сигналов, сходные сигналы с уровнем 24В преобразуются в сигналы, соответствующие логическим уровням. Основные параметры данного элемента приведены в таблице 6. Таблица 4. Основные параметры К293АП6Р Параметр Значение Рабочий входной ток , мА 5 Постоянное напряжение на входе, В Max 1.5 Выходное напряжение высокого уровня, В Не менее 4.75 Выходное напряжение низкого уровня, В Не более 0.4 Тип корпуса DIP-8
Структурная схема переключателя приведена на рисунке 7.
Рисунок 7. Функциональная схема переключателя.
Транзистор MOSFET IRLL014N. Для управления выходными нагрузками будем использовать транзисторы, выполненные по технологии MOSFET. В отличии от биполярных транзисторов, которые управляются током, данный вид транзисторов (как и другие разновидности полевых транзисторов) управляются напряжением. Достаточно создать падение напряжения между затвором и истоком транзистора превышающее определенную величину (параметр threshold в технической документации) транзистор полностью откроется. Основные преимущества использования данного типа транзистора- малая величина динамического сопротивления канала в открытом состоянии. Сопротивление канала в открытом состоянии у современных MOSFET транзисторов составляет десятые и даже сотые доли Ом. Даже при большом протекающем токе, мощность, рассеиваемая транзистором, незначительна, что не требует дополнительного отвода тепла. Основными критериями выбора транзистора являются: 1. MOSFET транзистор с каналом N-типа; 2. Напряжение сток- исток более 36В; 3. Ток стока более 1200мА; 4. Пороговое напряжение открывания не более 5В; 5. Компактный форм-фактор. В качестве MOSFET транзистора, например можно использовать IRLL014N компании InternationflRectifi r. Основные характеристики транзистора приведены в таблице 5.
Таблица 5. Основные параметры транзистора IRLL014N. Параметр Значение Постоянный ток стока , А 2,8 Пороговое напряжение открывания, В Max 2 Допустимое напряжение сток-исток, В 55 Сопротивление канала в открытом состоянии , Ом Не более 0.14 Тип корпуса SOT-223
AC/DC преобразователь TRACOPOWER серии TMF . Для питания микропроцессорной системы от сети переменного тока 220В будем применять AC/DC преобразователь компании TRACOPOWER , например серии TMF с выходным напряжением +5В. Характерной особенностью данных преобразователей является высокая эффективность, широкий модельный ряд. Расположение выводов AC/DC преобразователя и их назначение представлено на рисунке 8.
Рисунок 8. Расположение выводов AC/DC преобразователя.
Разработка принципиальной схемы модуля Следующим этапом проектирования модуля удаленного ввода/вывода цифровой и аналоговой информации является разработка принципиальной электрической схемы. Она разрабатывается на основе структурной электрической схемы и представлена на чертеже. Наименования микросхем и дискретных элементов, представленных на схеме, приведены в перечне элементов. В проектируемом модуле удаленного ввода/вывода цифровой и аналоговой информации осуществляются следующие процедуры обмена:
• Чтение цифровой информации;
• Запись цифровой информации;
• Чтение аналоговой информации; • Запись аналоговой информации; • Чтение информации с матричной клавиатуры; • Обмен информацией с LCD-индикатором; • Обмен информацией по каналу RS-485;
Чтение цифровой информации. Чтение цифровой информации осуществляется микроконтроллером в программно-управляемо режиме обмена: иниц ация и управление процессом чтения осуществляется микроконтроллером в соответствие с заложенной в него программой. Данные поступают с дискретных входов DI10 – DI1 разъема X1 на оптопары HL1 – HL5 и далее на входы микроконтроллера DD1. Полученные данные микроконтроллер обрабатывает в соответствие с заложенной в него программой. Данные поступают в инвертированном виде, т.к. на выходе оптопар HL1 – HL5 находится логический элемент «НЕ».
В модуле присутствует 8 дискретных входов, следовательно, может быть считано 1024 (210) различных двоичных кода.
Запись цифровой информации. Запись цифровой информации осуществляется микроконтроллером в программно-управляемо режиме обмена. Цифровые данные поступают с выводов PC7 – PC0, PG0,PG1 микроконтроллера DD1 на входы оптическиx драйверов HL6 –HL10, замыкая или размыкая коммутируемые цепи. Сигналы с транзисторов уходят на дискретные выходы модуля разъемов X6-X15. В модуле присутствует 12 дискретных выходов, следовательно, может быть записано 4096 (212) различных двоичных кода...
Заключение В ходе данной работы был разработан модуль удаленного ввода/вывода цифровой и аналоговой информации. В основе разрабатываемого модуля находится микроконтроллер ATmega128 серии AVR фирмы Atmel. Для модуля были разработаны структурная электрическая и принципиальная электрическая схемы. Разрабатываемый модуль отвечает следующим требованиям: • Возможность связи по последовательному каналу RS485; • Встроенный LCD-индикатор; • Встроенная матричная клавиатура 4х5; • 8 дискретных входов с напряжением 24 В; • 10 дискретных выходов с напряжение 24В и током 400 мА; • 6 аналоговый входа с разрядностью АЦП 10 бит или больше; • 1 аналоговых входа с разрядностью ЦАП 12 бит или больше; • Гальваническая развязка всех цифровых входов и выходов;
Список литературы
1. ЕвстифеевА.В. Микроконтроллера AVR семейства Tiny. Руководство пользователя (2007). Издательский дом ДОДЭКА ХХ1. 2. www.atmel.com 3. www.chipenable.ru 4. www.analog.com 5. www.milandr.ru 6. www.chipdip.ru 7. www.tracopower.com 8. www.giricond.ru 9. www.vishay.com 10. www.gaw.ru 11. www.onsemi.com 12. www.melt.com.ru 13. Свободные источники сети Internet.
* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.
