Устройство контроля за уровнем аналоговых сигналов

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ I НАУКИ УКРАЇНИ Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” Кафедра обчислювальної техніки та програмування

УДК 681.3

Інв №

 

ПРИСТРІЙ КОНТРОЛЮ ЗА РІВНЯМИ АНАЛОГОВИХ СИГНАЛІВ

Альбом документів курсового проекту по дисципліні

“ Проектування мікроконтролерних пристроїв ”

XXXXXXXXXXXXX.421.012. ДКП

ІЗЮМ 2006

Формат	Зона	Поз.	Обозначение	Наименование	Кол. листов	Примечание
				Документация
				Общая
А4			XXXXXXXXX.421.012 ТЗ	Техническое
				задание
А4			XXXXXXXXX.421.012 ПЗ	Пояснительная
				Записка
А4			XXXXXXXXX.421.012 Э1	Схема
				электрическая
				структурная
А4			XXXXXXXXX.421.012 Э3	Схема
				электрическая
				принципиальная
А4			XXXXXXXXX.421.012 ПЭ	Перечень
				элементов

					XXXXXXXXXXXXX.421.012 ВП
Изм	Лит	№ докум	Подпись	Дата	ПРИСТРІЙ КОНТРОЛЮ ЗА РІВНЯМИ АНАЛОГОВИХ СИГНАЛІВ Ведомость проекта	Лит			Лист	Листов
Разраб		Xxxxxxxxx.				К			2	2
Провер		Xxxxxxxxx				НТУ “XXX” Кафедра XXX
Утв.		Xxxxxxxxx.

Анотація

В даному курсовому проекті розроблено пристрій контролю за рівнями аналогових сигналів. Розробка виконана на ОМК та МС ТТЛ-логіки малого ступеню інтеграціі. В пояснювальній записці приведені необхідні обгрунтовування, розрахунки та описи принципу дії як пристрою вцілому, так і його окремих функціональних блоків та вузлів.

Альбом документів курсового проекту крім пояснювальної записки вміщує також креслення структурної та принципової схем пристрою.

Аннотация

В данном курсовом проекте разработано устройство контроля за уровнями аналоговых сигналов. Разработка выполнена на ОМК и МС ТТЛ - логики малого степени интеграции. В объяснительной записке приведенные необходимые разъяснения, расчеты и описания принципа действия как устройства в целом, так и его отдельных функциональных блоков и узлов.

Альбом документов курсового проекта кроме объяснительной записки вмещает также черчение структурной и принципиальной схем устройства.

Annotation

In given semester project is designed device of the checking for level analog signal. The Development was run for CPU and MS TTL - a logic small degree to integrations. In expository note brought necessary explanations, calculations and descriptions of the principle of the action as device as a whole, so and its separate functional block and nodes.

The Album course project document except expository note contains also drawing structured and principle schemes device.

Техническое задание

Разработать устройство контроля за уровнями аналоговых сигналов

Составные части устройства:

Входные сигналы медленно изменяющиеся во времени аналоговые сигналы постоянного тока (Ui) от нескольких источников (4 датчика).

Обработка входных сигналов

Сравнить уровни входных сигналов с двумя уставками (нижним Uп1 и верхним Uп2 пороговыми уровнями), хранящимися в виде констант K1i и K2i в памяти данных микроконтроллера, и по результатам сравнения осуществить:

1)  Включить зеленый светодиодный индикатор, если K1i <Ui <K2i.

2)  Включить красный светодиодный индикатор, сформировать и подать на звуковой излучатель (динамик) последовательность импульсных сигналов с заданной частотой (Fз) и скважностью 2, если K1i >Ui >K2i.

·  Диапазон изменения входных

сигналов (Ui), В 0,1 – 5

·  Нижний пороговый уровень Uп1,

соответствующий константе K1i, В 0,9

·  Верхний пороговый уровень Uп2,

соответствующий константе K2i, В 2,4

·  Частота последовательности импульсных

сигналов, подаваемых

на звуковой излучатель Fз, Гц 3730

Выходные сигналы:

уровни сигналов и выведенные их на 4 – разрядный 7 – сегментный светодиодный или жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) в виде десятичных чисел с ошибкой не более +.20 мВ.

Осуществлять динамическую индикацию выбранного канала с заданной частотой обновления всех разрядов индикатора Fо.ж

·  Частота обновления всех разрядов

индикатора Fо, Гц– 44 Гц.

система управления:

Выбор индицируемого канала осуществляется вручную с помощью 4 кнопок с зависимой фиксацией.

Напряжения питания

Напряжения питания устройства, В ---- 5

Условия эксплуатации

Температурный диапазон: +5…+40^ос.

Относительная влажность: 40%.

Элементная база в качестве элементной базы использовать микросхемы ТТЛ (ТТЛШ) малой и средней степени интеграции.

Комплектность конструкторской документации :

Конструкторская документация должна содержать следующие документы:

-  ведомость проекта

-  техническое задание

-  объяснительную записку

-  схему электрическую структурную

-  схему электрическую функциональную

-  перечень элементов

Срок сдачи

Сдать до 1 апреля 2006 года.

Реферат

Данный документ представляет собой пояснительную записку объемом 25 листов. В пояснительной записке представлено 1 таблица, 8 рисунков использовано 10 источников литературы.

Ключевые слова: МИКРОКОНТРОЛЛЕР, АНАЛОГОВЫЙ СИГНАЛ, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ, ДИНАМИК, СВЕТОДИОДНЫЙ ИНДИКАТОР.

В данном курсовом проекте разработано устройство контроля за уровнем аналоговых сигналов. Разработка выполнена на микроконтроллере и микросхемах ТТЛ-логики малой степени интеграции. в пояснительной записке приведены необходимые обоснования, расчеты и описания принципа действия как устройства в целом, так и его отдельных функциональных блоков и узлов.

Альбом документов курсового проекта кроме пояснительной записки содержит также : спецификацию, техническое задание, перечень элементов, чертежи структурной и принципиальной схем устройства.

Содержание

 

Введение

1.  Выбор и обоснование основных технических решений.

1.1.  Детализация исходного ТЗ и постановка задачи (использование блочно-иерархического подхода при разработке данного устройства).

1.2.  Источники информации (входных сигналов).

1.3.  Приемники информации (выходных сигналов).

1.4.  Возможные пути (варианты) решения поставленной задачи.

1.5.  Возможные варианты структурных схем и их сравнительный анализ.

1.6.  Обоснование выбора структурной схемы.

1.7.  Обоснование выбора типа ОМК для решения поставленной задачи.

2.  Структурная схема устройства и её описание.

2.1.  Структурная схема.

2.1.1.  Назначение отдельных функциональных блоков.

2.2.  Описание принципа действия и общий алгоритм работы.

2.3.  Разработка функциональных схем и блок-схем алгоритмов работы отдельных блоков.

3.  Разработка функциональной и принципиальной схем устройства.

3.1.  Описание принципиальной схемы устройства.

3.2.  Описание принципиальных схем отдельных устройств.

4.  Расчет потребляемой мощности и определение требований к источникам питания.

5.  Расчет временных параметров.

6.  Разработка и отладка рабочей программы (управления).

6.1.  Блок-схема(ы) алгоритма(ов) и её(их) описание(я).

6.2.  Структура программы.

6.3.  Текст программы (вносится в приложение!).

6.4.  Технология отладки программы.

6.4.1.  Компиляция (с распечаткой всех файлов, полученных во время компиляции: obj, lst, erl, sym).

6.4.2.  Моделирование.

7.  Заключение.

8.  Список используемой литературы.

Введение

Однокристальные микроконтроллеры (ОМК) позволяют существенно расширить интеллектуальные возможности различного рода устройств и систем. Они представляют собой, по сути, специализированные однокристальные микроЭВМ, содержащие для связи с внешней средой встроенные периферийные узлы и устройства, набор которых во многом определяет их функциональные возможности и области применения.

Они стали сегодня одним из самых распространенных элементов программируемой логики. Более двух третей мирового рынка микропроцессорных средств в настоящее время составляют именно однокристальные микроконтроллеры.

В структуру ОМК семейства PIC заложено много различных функциональных особенностей, делающих их самыми высокопроизводительными, микропотребляющими, помехозащищенными, программируемыми пользователем 8-ми битными микроконтроллерами. Благодаря этим особенностям ОМК семейства PIC могут обрабатывать аппаратно-программным способом как дискретные, так и аналоговые сигналы, а также формировать различного рода управляющие сигналы, а также осуществлять связь между собой и ЭВМ, находящейся на более высоком иерархическом уровне в системе.

Существует два принципиально разных подхода к проектированию цифровых устройств: использование принципа схемной логики или использование принципа программируемой логики.

Следует иметь в виду, что наивысшее быстродействие достигается в процессорах, в которых управляющее устройство строится с использованием системной логики, а операционное устройство выполняется в виде устройства, специализированного для решения конкретной задачи.

Мы будем использовать микроконтроллер фирмы Microchip со встроенным АЦП, и на его основе разрабатывать устройство контроля за уровнями входных аналоговых сигналов.

1.Выбор и обоснование основных технических решений.

 

1.1 Детализация исходного ТЗ и постановка задачи (использование блочно-иерархического подхода при разработке данного устройства).

 

Поставленную задачу можно разбить на 3 задачи:

1. Задача приема входных данных.

2. Задача обработки входных данных и принятие решения.

3. Выдача управляющего сигнала на объекты индикации.

В свою очередь задача приема входных данных содержит в себе 3 задачи малой размерности:

1)  Прием аналогового сигнала;

2)  цикл работы АЦП;

3)  запись в РОН.

Задача обработки входных данных и принятия решения реализуется на основе 2 подзадач:

1)  чтение двух констант (верхний и нижний предел) из ПЗУ;

2)  сравнение констант с РОН.

Задача выдачи управляющего сигнала на объект управления содержит в себе 3 задачи малой размерности:

1)  Преобразование информации о уровне входного аналогового сигнала в форму пригодную для выдачи на ЖКИ

2)  Осуществление управления динамической индикацией с заданной частотой обновления;

3)  Подача сигнала на зеленый светодиод в том случае, либо же подача сигнала на красный светодиод и на динамик (с определенной в ТЗ частотой) в зависимости от принятого решения.

В соответствии с блочно-иерархическим принципом это разбиение исходной задачи на ряд более простых задач можно представить следующей структурой (см. рис. 2.1).

Рисунок 1.1 Разбиение общей задачи на ряд подзадач.

1.2 Источники информации (входных сигналов)

Источниками информации могут служить любые устройства, выдающие плавно изменяющиеся во времени аналоговые сигналы уровень которых лежит в пределах 0-5 В ( уровни ТТЛ ).

1.3 Приемники информации (выходных сигналов)

Приемниками информации служат семисегментные светодиодные индикаторы , светодиоды и динамик.

1.4 Возможные пути (варианты) решения поставленной задачи

Все МКУ разрабатываются с помощью программных и аппаратных способов реализации.

Преимущества аппаратной реализации заключаются в том, что:

а) использование специальных БИС упрощает разработку и обеспечивает высокое быстродействие системы в целом;

б) уменьшается время на разработку и отладку устройства.

Преимущества программной реализации такие;

а) меньшая стоимость и потребляемая мощность системы ;

б) меньшее количество компонент в системе, а значит выше надежность системы в целом;

в) время жизни системы значительно выше по сравнению с аппаратной реализацией;

г) возможность простой модификации системы (путем перепрограммирования).

Не смотря на то, что численно преимуществ программной реализации больше, чем у аппаратной, бывают случаи, где без аппаратной части просто не обойтись. Но не в данной задаче.

Глобальная задача обработки входных данных и принятия решения будет реализована программным путем, так как именно для этого предназначен микроконтроллер. Если же входные данные обрабатывать аппаратно (собрать схему на жесткой логике), тогда ТЗ теряет свой смысл, в нем оговорено спроектировать микроконтроллерное устройство, а значит для МК останется только задача формирования выдачи выходного сигнала. Хотя эту задачу нельзя назвать слишком уж простой, и осуществить ее решение на жесткой логике было бы затруднительно и дороговато.

И зачем пытаться что-то реализовать аппаратно, если можно без особых усилий достичь того же результата, используя микроконтроллер. Поэтому обработкой входных сигналов будет заниматься МК под управлением соответствующей программы.

К тому же чем меньше элементов будет в проектируемом устройстве тем оно будет надежнее и дешевле.