Автоматизация проектирования систем и средств управления

Пуск от таймера/ Считывание по прерыванию

В этом режиме запуск АЦП  производится от таймера, а считывание по прерыванию. Прерывание формируется в зависимости от используемых опций запуска

• 1 выборка завершена
• 2, 4, 8, 16-выборок завершены (опция [AVG] )
• верхняя граница FIFO достигнута (опция [FIFO])

Прерывание снимается  после чтения регистра данных АЦП  или FIFO.

Для перехода в этот режим  необходимо установить бит INT контрольного регистра и запустить таймер. Если установлен бит n++, то переключение АЦП на следующий аналоговый вход происходит автоматически с циклом 16

Рис.4 – расположение компонентов платы

Технические характеристики

Напряжение питания +5 В  5%

Ток потребления по +5 В (конфигурации –1,-3) до 350 мА

Ток потребления по +5 В(конфигурации –2,-4) до 400 мА

Рабочий температурный диапазон -40C...+85C

Температура хранения -55C...+90C

Относительная влажность  воздуха 95% при +25°C

ГЛАВА 2. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

 

2.1 Разработка структурной схемы устройства

В данной курсовой работе необходимо разработать и смоделировать  с помощью программы Proteus двухканальную  систему аналогового ввода данных на базе последовательного АЦП LTC1865 и микроконтроллера АТ89С51 с выводом на жидкокристаллический индикатор LM032.

 

Рис.5 - структурная схема устройства

 

2.2 Микроконтроллер АТ89С51

Основным элементом  будет являться микроконтроллер МК-51.

Однокристальные микроконтроллеры - отдельный класс микросистем. Полный набор их средств расположен на одном кристалле. Сюда кроме центрального процессора входят память, подсистема ввода-вывода, средства поддержки режима реального времени (РВ). Интеграция всех составных частей микро-ЭВМ на одном кристалле внесла ряд ограничений на принципы ее организации, потребовала новых решений в развитии ее архитектуры, не свойственных многокристальным компоновкам. В результате был получен новый класс микроконтроллеров (МК) с присущими только ему принципами построения архитектуры и структурной схемы.

Структурная организация, набор команд и аппаратурно-программные  средства ввода/вывода информации микроконтроллеров  лучше всего приспособлены для  решения задач управления и регулирования  в приборах, устройствах и системах автоматики, а не для решения задач обработки данных. Микроконтроллеры не являются машинами классического "фон-неймановского" типа, так как физическая и логическая разделенность памяти программ и памяти данных исключает возможность модификации и/или замены (перегрузки) прикладных программ микроконтроллеров во время работы, что сильно затрудняет их использование в качестве универсальных средств обработки данных.

МК51 имеет в своем составе: процессор, в состав которого входят 1-байтное  АЛУ и схема аппаратурной реализации команд умножения и деления; стираемое ПЗУ программ емкостью 4 Кбайта, ОЗУ данных емкостью 128 байт; два 16-битных таймера/счетчика; программируемые схемы ввода/вывода (32 линии); блок двухуровневого векторного прерывания от пяти источников; асинхронный канал дуплексного последовательного ввода/вывода информации со скоростью до 375 кбит/с; генератор, схему синхронизации и управления.

Микроконтроллер выполнен на основе высокоуровневой n-МОП технологии и выпускается в корпусе БИС, имеющем 40 внешних выводов. Через четыре программируемых порта ввода/вывода МК51 взаимодействует со средой в стандарте ТТЛ-схем с тремя состояниями по выходу. В современном исполнении микроконтроллер может быть выполнен также в К-МОП исполнении

 

Рис.6 - Структурная организация МК

 

Назначение выводов.

GND - потенциал земли;

EA/VPP - отключение резидентной  памяти программ/напряжение программирования (21В);

VCC - основное напряжение  питания +5В;

ALE/PROG - строб адреса внешней памяти/для подачи уровня GND при программировании;

PSEN - разрешение внешней  памяти программ;

RD - стробирующий сигнал  при чтении из внешней памяти  данных или устройства ввода/вывода;

WR - стробирующий сигнал  при записи во внешнюю память  данных или устройства ввода/вывода;

T0 - входной сигнал, опрашиваемый  по командам условного перехода, так же используется при программировании;

Т1 - входной сигнал, опрашиваемый по командам условного перехода, используется в качестве входа внутреннего  счетчика внешних событий;

INT0, INT1 - сигнал запроса  прерывания;

RST/VPD - сигнал общего  сброса/вход питания при пониженном  энергопотреблении;

RXD и TXD - входы последовательного  интерфейса;

XTAL1, XTAL2 - входы подключения  кварцевого резонатора;

P0, P1, P2, P3 - квазидвунаправленные порты параллельного ввода-вывода (порт P3 несет дополнительные функции)

В составе МК51 введен дуплексный периферийный связной адаптер, который может быть запрограммирован для работы в одном из четырех  основных режимов:

0 синхронный последовательный ВВ со скоростью OSC/12;

1 асинхронный с 10-битовым  кадром и переменной скоростью  передачи;

2 асинхронный с 11-битовым  кадром и фиксированной скоростью  передачи 

OSC/32 или OSC/64;

3 асинхронный с 11-битовым  кадром и переменной скоростью  передачи.

Через универсальный  асинхронный приемопередатчик (УАПП) осуществляется прием, передача информации, представленной последовательным кодом, в полном дуплексном режиме обмена. В состав УАПП входят принимающий  и передающий сдвигающие регистры, а также специальный буферный регистр (SBUF) приемопередатчика. Запись байта в буфер приводит к автоматической переписи байта в сдвигающий регистр и инициирует начало передачи байта. Наличие буферного регистра приемника позволяет совмещать операцию чтения ранее принятого байта с приемом очередного байта. Если к моменту окончания приема байта предыдущий байт не был считан из SBUF, то он будет потерян.

Управление режимом  работы УАПП осуществляется через специальный  регистр с символическим именем SCON. Этот регистр содержит не только управляющие биты, определяющие режим работы последовательного порта, но и девятый бит принимаемых или передаваемых данных (RB8 и TB8) и биты прерывания приемопередатчика (RI и TI).

 

2.3 АЦП LTC1865

Данные будут передаваться через АЦП LTC1865

Рис.7 - АЦП LTC1865

 

Назначения  выводов

CONV (контакт 1): преобразование  входов. Высокий логический уровень  на этом входе запускает A/D преобразования. Если вывод CONV остался  высоким, когда A/D преобразование  закончено, то часть полномочий  снимается.

CH0, CH1 (контакты 2, 3): аналоговые входы. Эти входы должны

быть свободным от шума по отношению к GND.

SDI (Pin 5): цифровой ввод  данных. A/D конфигурации слова сдвигаются  в этот вход.

SDO (Pin 6): цифровой выход  данных. Результат A/D преобразований  смещается из этого вывода.

SCK (Pin 7): вход сдвиг  часов. Эти часы синхронизируются  последовательной передачей данных.

 

Рис.8 - Функциональная блок-диаграмма

Разрешение, бит	16
Частота выборок (макс.),kSPS	250
Каналов, шт	2
Интерфейс	SPI
VIN,В	от 0 до 5
VREF	Ext.
INL (макс.),+/- LSB	8.5
SNR, дБ	87
THD, дБ	88
Напряжение питания: AVDD,В	от 4.75 до 5.25
ICC, мА	0.001
PD, Вт	0.00425
TA,°C	от -40 до 125
Корпус	MSOP-8 SOIC-8

Основные параметры       Таблица 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналоговые входы

Два бита входного слова (SDI) назначены  MUX конфигурацией для  следующего запрошенное преобразование. Учитывая выбор канала, преобразователь будет измерять

напряжение между двумя  каналами обозначенными «+»

и «–», это знаки в  строке, выбранной в таблице ниже.

В однополярном режиме, все  входные каналы измеряют

относительно GND. Нулевой  код будет происходить, когда "+" входа

минус "-" входа равна нулю. Полная шкала происходит, когда

"+" входа минус  "-" входа VREF равна минус 1LSB. См. Рисунок 5.

 

Таблица 2 - Выбор канала мультиплексора

MUX адрес		Канал #		Земля
SGL/DIFF	ODD/SIGN	0	1
1	0	+		-
1	1		+	-
0	0	+	-
0	1	-	+

 

 

Рис. 9 - Последовательность операций

 

 

2.4 Жидкокристаллический индикатор LM032

 

Рис. 10 – внешний вид индикатора

Общие сведения:

• Размер модуля 137.1 мм х 109.0мм х 11.0 мм
• Размер точек 0,33 мм х 0,33мм
• Шаг между точками 0,36 мм х 0,36 мм
• Количество точек 320 х 240 точек
• Режимы отображения LCD:
1. серый режим 
2. желтый режим
3. синий
4. черный и белый (нормальный белый/положительный образ)
5. черный и белый (нормальный белый/негативный образ)
• Поляризатор
1. светоотражающие
2. Трансфлективный
3. пропускающий
4. транзисторный (высоко пропускающий)
• Вес: до 250гр

 

Безопасность

Если треснула ЖК-панель, нужно быть осторожным, чтобы жидкие кристаллы не коснулись кожи. Если это произошло, немедленно промыть кожу водой

 

Работа с  Жк-модулем

• Предотвращайте любой контакт со статическим элекстичеством. Жк -модуль упакован в защитную сумку для предотвращения повреждений во время транспортировки, складирования и удаления из картонной коробки.
• Не снимайте панель или рамку из модуля

 

• Поляризационные пластины на передней поверхности дисплея является очень хрупкими и легко царапаются. Модуль поставляется с защитной оболочкой, которая должна быть удалена из поляризационной пластины перед монтажом
• Не протирайте поляризационную пластины сухой тканью, она может поцарапать поверхность.

Хранение

• Храните модуль в темном месте, где температура 25-5 C и влажность ниже 65%
• Не устанавливайте модуль вблизи органических растворителей или коррозионных газов

 

 

2.5 Моделирование  и разработка устройства

Моделирование и разработку устройства будем выполнять в ECAD системе — программе  Proteus.

Proteus - это коммерческий  пакет программ класса САПР, объединяющий  в себе две основных программы: ISIS - средство разработки и отладки в режиме реального времени электронных схем и ARES - средство разработки печатных плат. В качестве автоматического встроенного трассировщика в ARES, начиная с версии 7.4, используется программа ELECTRA Autorouter. До этого она являлась дополнительным и самостоятельным средством трассировки и устанавливалась в отдельную папку. Для создания собственных VSM (программных) моделей с версиями до 6.3 распространялась библиотека VSM SDK (папка INCLUDE), которая в более поздних версиях отсутствует, т.к. разработчик посчитал необходимым закрыть данную информацию с целью предотвращения "плагиата" моделей другими фирмами.

Разработчиком пакета Proteus является фирма Labcenter Electronics (Великобритания).

Отличие от аналогичных  по назначению пакетов программ, например, Electronics Workbench Multisim, MicroCap, Tina и т.п. в развитой системе симуляции (интерактивной отладки в режиме реального времени и пошаговой) для различных семейств микроконтроллеров: 8051, PIC (Microchip), AVR (Atmel), и др. Протеус имеет обширные библиотеки компонентов, в том числе и периферийных устройств: светодиодные и ЖК индикаторы, температурные датчики, часы реального времени - RTC, интерактивных элементов ввода-вывода: кнопок, переключателей, виртуальных портов и виртуальных измерительных приборов, интерактивных графиков, которые не всегда присутствуют в других подобных программах.