Считывание данных с пяти четырех битных датчиков и передача данных на персональный компьютер по интерфейсу RS232

Контрольная работа

на тему

Считывание данных с пяти четырех битных датчиков и передача данных на персональный компьютер по интерфейсу RS232

Аннотация

микроконтроллер схема программа датчик

Устройство предназначено для считывания данных с пяти четырех битных датчиков и передача данных на ПК по RS232.

Принцип работы устройства: микроконтроллер (DD1) постоянно считывает данные с пяти датчиков посредствам дискретных входов и формирует трехбайтовый пакет для отправки посредствам универсального приёмо-передатчика (UART). Временной интервал между отправляемыми пакетами задаётся таймером 1. Сигналы с UARTа поступают на приёмо-передатчик DD2 который преобразует физические уровни сигналов с UARTа в физические уровни интерфейса RS-232 (скорость передачи 4800 бод). Питание схемы постоянным напряжением 5В обеспечивает AC/DC преобразователь DD3.

Параметры используемого оборудования:

Контроллер: AT89S53-24PI

Корпус (размер)40-DIP (0.600", 15.24mm)Рабочая температура-40°C ~ 85°CТип осцилятораInternalНапряжение источника (Vcc/Vdd)4 V ~ 6 VРазмер памяти256 x 8Тип программируемой памятиFLASHРазмер программируемой памяти12KB (12K x 8)Число вводов/выводов32ПериферияWDTПодключенияSPI, UART/USARTСкорость24MHzРазмер ядра8-BitПроцессор8051Серия89S

Преобразователь АС/DC AMEL5-5SEMAZ

AC-DC, 5Вт,

Вход90…260V AC, 47…440Гц / 120...370V DC,

Выход5В/1A,

изоляция 4000V AC,

в корпусе на плату52х26х15.8мм,

рабочая температура -40…+80°С.

Преобразователь UART RS232: MAX233.

1. Разработка структурной и функциональной схемы устройства

Рис.1- структурная схема системы сбора датчиков

- ПК принимающий данные из универсального приемо-передатчика;

- преобразователь уровней MAX232;

- микроконтроллерAT89S53-24PI;

- датчики 4х битные;

2. Электрическая принципиальная схема устройства

2.1 Выбор элементов схемы

2.1.1 Микроконтроллер

Центральное место в схеме занимает микроконтроллер, который выполняет арифметические и логические операции, осуществляет программное управление процессом обработки информации. Микроконтроллер собирает данные с датчиков и упаковывает их в стандартную посылку для передачи через интерфейс УАПП.

Выберем микроконтроллер AT89S53-24PI семейства АТ89 фирмы Atmel.

Основными элементами базовой архитектуры семейства (архитектуры микроконтроллера 8051) являются:

·8-разрядное ЦПУ, оптимизированное для функций управления

·Встроенная Flash память программ

·Встроенные 16-разрядные таймеры/счетчики событий

·Полнодуплексный UART

·Несколько источников прерываний с несколькими уровнями приоритета

·Встроенное ЭСППЗУ

·Интерфейс последовательной шины SPI

·Сторожевой таймер

·Несколько режимов энергосбережения

·Аппаратная поддержка внутрисхемной эмуляции (ONCE - on circuit emulation)

AT89S53-24PI минимальный контроллер в семействе имеющий необходимый для данной реализации УАПП и необходимое количество портов для подключчения датчиков.

Микроконтроллеры семейства AT89 выпускаются для работы при разных значениях напряжения питания и тактовой частоты, определяемой частотой подключенного к микроконтроллеру кварцевого резонатора. Ток потребления зависит от величины напряжения питания и тактовой частоты. В Таблице 1 приведены значения тока потребления в рабочем режиме (Icc) при максимальном значении напряжения питания и Fosc=12 МГц.

Таблица 1- Диапазоны значений у микроконтроллера AT89C1051

Тип МКVcc (В)Fosc (МГц)Icc (мА)NАТ89С10512,7-6,00-241540

Где Vcc -напряжения питания

Icc -ток питания-тактовая частота- число выводов

Кроме рабочего режима в микроконтроллере может быть переведен в энергосберегающие режимы работы - режим холостого хода (Idle Mode) и режим пониженного энергопотребления (Power Down Mode).

В режиме холостого хода процессор остановлен, периферийные устройства продолжают работать, коды в IRAM сохраняются. Ток потребления уменьшается в 4-5 раз. Перевод в режим холостого хода выполняется по команде в программе, выход из режима - по сигналу сброса или при поступлении любого разрешенного запроса прерывания.

Микроконтроллеры, имеющие N=40, выпускаются в корпусах PDIP4, PLCC40 и TQFP40. Все микроконтроллеры семейства АТ89 программируются и перепрограммируются пользователем.

Стандартно микроконтроллеры имеют 5 источников прерываний: 2 внешних прерывания, 2 прерывания по таймеру и прерывание от последовательного порта. Прерывание по каждому источнику может быть индивидуально разрешено или запрещено путем установки или сброса в соответствующих битов в регистре разрешения прерываний IE, расположенном в пространстве SFR. Для каждого из источников прерываний может быть запрограммирован один из двух уровней приоритета путем установки или сброса соответствующего бита в регистре приоритетов прерываний IP.

2.1.2 Кварцевый резонатор 12 MHz - BQ1

Для задания тактовой частоты работы микроконтроллера DD1 используем кварцевый резонатор BQ1 частотой 12 мГц и двух конденсаторов C2 и C3 ёмкостью 33 мкФ (рекомендовано производителям см PDF), что обеспечит скорость выполнения одного машинного цикла за 1 мкс (12 периодов резонатора) (команды микроконтроллера выполняются за время от 2 до 5 машинных циклов).

2.1.3 АС/DC преобразователь AMEL5-5SEMAZ

Для питания схемы был выбран недорогой (600 рублей) преобразователь АС/DC DD3 AMEL5-5SEMAZ фирмы «AIMTEC» с широким диапазоном входного напряжения 90-264 В переменного тока или 120-370 В постоянного тока и выходным напряжением постоянного тока 5В ± 2%. Использование данного преобразователя значительно уменьшает габариты устройства по сравнению со стандартной схемой с использованием трансформатора, диода и стабилизатора.

2.1.4 Преобразователь физических уровней MAX233

Для сопряжения ПК и микроконтроллера используется интерфейс RS232. Типовым решением для преобразования физических уровней UART (логический «0» = 0В, логическая «1» = +5В) в физические уровни интерфейса RS-232 (логический «0» = -12В, логическая «1» = +12В) является использование микросхемы MAX232. Я использую микросхему MAX233, от знаменитой MAX232 её отличает отсутствие необходимости установки дополнительных конденсаторов, что уменьшает количество элементов и повышает надёжность схемы.

2.2 Электрическая принципиальная схема

Электрическая принципиальная схема системы представлена на рис 2. Перечень элементов схемы представлен на странице 11.

Рис.2- электрическая принципиальная схема системы сбора датчиков

Сопротивление R1 в связке с конденсатором C1 организует схему сброса микроконтроллера DD1 путём удержания на входе RST логической «1» в течении более чем двух машинных циклов (24 периода резонатора) для надёжного сброса микроконтроллера DD1.

Сопротивление R2 необходимо для ограничения тока поступающего на вывод EA/VPP, который отвечает за выбор внешней или внутренней памяти программ (в нашем случае задействуем внутреннюю память программ микроконтроллера DD1 и подадим на вход 5В).

Конденсаторы C2 и C3 ёмкостью 33 мкФ необходимы для работы кварцевого резонатора и задания тактовой частоты.

3. Разработка алгоритма программы

3.1 Алгоритм программмы

Алгоритм основной программы представлен на рис 3

Рис.3- алгоритм основной программы системы сбора датчиков

Алгоритм обработки прерываний представлен на рис 4

Рис.4 - алгоритм обработки прерываний таймера системы сбора датчиков

Программа микроконтроллера состоит из двух составляющих: основной программы и обработки прерываний. Основная программа осуществляет инициализацию начальных значений переменных и настройку таймера 0, для задания скорости передачи, и настройку таймера 1, для задания интервала между посылками. После инициализации основная программа в бесконечном цикле формирует из данных, полученных с датчиков, трехбайтовую посылку.

Подпрограмма обработки прерываний, по прерыванию от таймера 1, отсылает пакет даннух через УАПП.

Заключение

В результате выполнения курсового проекта была разработана система считывания данных с пяти четырех битных датчиков:

) структурная схема

) схема электрическая принципиальная,

) Блок-схема работы программного обеспечение микроконтроллера;

Перечень элементов

Поз. обозначениеНаименованиеКол.ПримечаниеBQ1Резонатор чип FA-365DD1AT89S53-24PI1DD2MAX2331DD3AMEL5-5SEMAZ1Резисторы1R1CR1206, 330 Ом +-5%1R2CR1206 10 кOм +-5%1КОНДЕНСАТОРЫС10,1 Мкф1С2-С333 пф 2QS1кнопка с самовозвратом1

Литература

)Документация на AMEL5-MAZ (AC DC преобразователь), файл «.pdf»;

2)Документация на AT89S53 (микроконтроллер), файл «.pdf»;

)Документация на MAX220-MAX249 (преобразователь), файл «.pdf»;

)Р. Токхайм - Микропроцессоры. Курс и упражнения.

Больше работ по теме: