Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Анализ схемотехники электронных часов. Вариант 42 - файл МП.docx


Анализ схемотехники электронных часов. Вариант 42
скачать (275.2 kb.)

Доступные файлы (2):

МП.docx182kb.02.06.2009 10:09скачать
Электрическая1.docx75kb.02.06.2009 09:56скачать

содержание
Загрузка...

МП.docx

Реклама MarketGid:
Загрузка...
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «РОБОТОТЕХНИКА И МЕХАТРОНИКА»

УТВЕРЖДАЮ
Зав.каф.____Лукьянов Е.А.
"______"__







____________2009 г.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


К курсовой работе по дисциплине «Микропроцессорная техника»
на тему: «Анализ схемотехники электронных часов»
Автор работы: Бабеев Александр Николаевич
Специальность: Роботы и Робототехнические системы
Обозначение курсовой работы _РММП.420000.000 ПЗ___Группа: УР-31
Руководитель проекта____________________ Герасимов В.А.

(подпись)
Работа защищена _______________________ ______________________________

(дата) (оценка)
Члены комиссии ________________________ ______________________________

(подпись) (Ф.И.О)

________________________ ______________________________

(подпись) (Ф.И.О)

_________________________ _______________________________

(подпись) (Ф.И.О)

Ростов-на-Дону 2009



^ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «РОБОТОТЕХНИКА И МЕХАТРОНИКА»

УТВЕРЖДАЮ

Зав. каф. _____ Лукьянов Е.А.

"______"_____________2009 г.

ЗАДАНИЕ


на курсовую работу

Студент Бабеев А. Н. Код________Группа УР-31

Тема: «Анализ схемотехники электронных часов»

Срок представления работы к защите"________"__________________2009 г.
Исходные данные для проектирования

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1 Содержание пояснительной записки курсовой работы

________________________________________________________

________________________________________________________
2.Перечень графического материала: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Руководитель работы Герасимов В.А. ______________________________

Задание принял к исполнению ________________________________________________

подпись дата

Содержание

^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 1

ЗАДАНИЕ 2

 4

Введение 5

 7

1 Разработка схемы электрической структурной электронных часов 7

 9

2 Разработка схемы электрической функциональной электронных часов 9

 11

3 Описание элементной базы электронных часов, в том числе управляющего микроконтроллера 11

 16

4 Описание работы схемы электрической принципиальной электронных часов 16

 17

5 Алгоритм работы и временные диаграммы функционирования электронных часов. 17

Заключение 19

 21

Список использованных источников 21


^





Введение


Последние годы отмечены массовым наполнением рынка всевозможной автоматизированной аппаратурой самого различного назначения и самой различной сложности от пластиковой платежной карточки до холодильника, автомобиля и сложнейших установок. Это стало возможным благодаря микроконтроллерам (МК). Микроконтроллеры входят во все сферы жизнедеятельности человека, их насыщенность в нашем окружении растет из года в год. То что казалось нам 5 лет назад сказкой, сейчас вполне возможно благодаря стремительному развитию технологии производства электронных компонентов. Да пять лет назад мы уже знали про суперкомпьютеры, суперпроцессоры, суперАЦП и т.д. Ну а что же сейчас а сейчас "ВСЕ В ОДНОМ КОРПУСЕ" и это жестокая правда. Раньше изобретателю электронных схем приходилось иметь дело с "кучей" электронных компонентов, размещая с огромным трудом все на печатной плате размером метр на метр и при испытании кипятить чайник на той же плате (это про расходуемую энергию), в наше время разработчику электронной аппаратуры не грозят выше указанные сложности, точнее, чем больше денег, тем меньше сложностей.

Фирмы, производящие микроконтроллеры, - ATMEL,INTEL,ZILOG,MICROCHIP, "и с радостью для патриотов" АНГСТРЕМ, scenix, кажется можно продолжать бесконечно. Каждая из перечисленных фирм кроме АНГСТРЕМ имеет более 100 видов различных по назначению микроконтроллеров, а каждый микроконтроллер не менее 200 страниц технических описаний и характеристик плюс к этому на английском языке, кроме АНГСТРЕМ. Выбери свой девиз современного общества /7/.

Вернемся к теме "в одном корпусе" раньше К155ХХ 50 штук а сейчас PIC16F84 и просто в подарок ПЗУ, ОЗУ, таймер, система прерываний, 

аналогово-цифровой преобразователь, встроенный генератор, корпус с 20 ножками и т.д.

В данной проекте будет разработано устройство на современном микроконтроллере.


^



1 Разработка схемы электрической структурной электронных часов


На основании задания курсового проекта была разработана схема электрическая структурная автоматического корректора часов, представленная на чертеже РММП.420000.000 ПЭ1

Структурная схема электронных часов на микропроцессоре приведена на рисунке 1. Она состоит из 4 основных блоков. Тактовый генератор предназначен для генерации прямоугольных импульсов частотой 4 МГц для тактирования микропроцессора и программируемого таймера.

Рисунок 1 - Схема электрическая структурная часов на микроконтроллере PIC16F84

Микропроцессорный блок состоит из микропроцессора, постоянного и оперативного запоминающего устройств. Предназначен для управления всеми другими блоками часов. Он осуществляет обработку прерывания, полученного от таймера, предварительно делает его установку на нужное значение, готовит данные, полученные от таймера, выводит значение на 

индикатор и считывает значение с клавиатуры. Контроллер клавиатуры и дисплея предназначен для дешифрации значений полученных от микропроцессора и усиления сигналов для индикатора. Также осуществляет предварительную обработку сигналов, полученных от клавиатуры. Дисплей предназначен для вывода реального времени в графическом виде, понятном для человека. Клавиатура электронных часов служит для ввода управляющих сигналов: таких, как установка режима индикации дисплея и установка времени.
^



2 Разработка схемы электрической функциональной электронных часов


На основании схемы электрической структурной была разработана схема электрическая функциональная, представленная на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема электрическая функциональная электронных часов

- Qz1 – кварцевый резонатор: генерирует импульсы частотой 4МГц посылает их для тактирования в таймер а затем тактированный сигнал на МК;

- Таймер Watchdog – вырабатывает сигнал сброса, реализует задержку сигнала в одну секунду;

- DD1 – микроконтроллер PIC16F84: управляет всеми другими блоками;

- Контроллер клавиатуры и дисплея – дешифрует данные, полученные от МК, для усиления сигналов для индикаторов;

- HG1-HG4 – индикаторы: выводят реальное время в графическом виде;

- Клавиатура – устанавливает время и режимы индикации индикаторов.
^



3 Описание элементной базы электронных часов, в том числе управляющего микроконтроллера


Данное устройство может быть выполнено на разной элементной базе включая микросхемы серии 155,176,561 также различные микропроцессорные комплекты 580,1816,1830 и на специализированных микросхемах например 1901 что предпочтительней с экономической точки зрения, т.к в их состав входят контроллер клавиатуры и дисплея, тактовый генератор, устройство управления, таймер и многое другое, необходимое для электронных часов. В данной работе в учебных целях это устройство будет разработано на микроконтроллере фирмы Microchip.inc.

PIC16F84 относится к семейству КМОП микроконтроллеров. Отличается тем, что имеет внутреннее 1K x 14 бит EEPROM для программ, 8-битовые данные и 64байт EEPROM памяти данных. При этом отличаются низкой стоимостью и высокой производительностью. Все команды состоят из одного слова (14 бит шириной) и исполняются за один цикл (400 нс при 10 МГц), кроме команд перехода, которые выполняются за два цикла (800 нс). PIC16F84 имеет прерывание, срабатывающее от четырех источников, и восьмиуровневый аппаратный стек. Периферия включает в себя 8-битный таймер/счетчик с 8-битным программируемым предварительным делителем (фактически 16 - битный таймер) и 13 линий двунаправленного ввода/вывода. Высокая нагрузочная способность (25 мА макс. втекающий ток, 20 мА макс. вытекающий ток) линий ввода/вывода упрощают внешние драйверы и, тем самым, уменьшается общая стоимость системы. Разработки на базе контроллеров PIC16F84 поддерживается ассемблером, программным симулятором, внутрисхемным эмулятором (только фирмы Microchip) и программатором /4/.

Серия PIC16F84 подходит для широкого спектра приложений от схем высокоскоростного управления автомобильными и электрическими 

двигателями до экономичных удаленных приемопередатчиков, показывающих приборов и связных процессоров. Наличие ПЗУ позволяет подстраивать параметры в прикладных программах (коды передатчика, скорости двигателя, частоты приемника и т.д.). Малые размеры корпусов, как для обычного, так и для поверхностного монтажа, делает эту серию микроконтроллеров пригодной для портативных приложений. Низкая цена, экономичность, быстродействие, простота использования и гибкость ввода/вывода делает PIC16F84 привлекательным даже в тех областях, где ранее не применялись микроконтроллеры. Например, таймеры, замена жесткой логики в больших системах, сопроцессоры. Следует добавить, что встроенный автомат программирования EEPROM кристалла PIC16F84 позволяет легко подстраивать программу и данные под конкретные требования даже после завершения ассемблирования и тестирования. Эта возможность может быть использована как для тиражирования, так и для занесения калибровочных данных уже после окончательного тестирования /3/.

Условно графическое обозначение микроконтроллера приведено на рисунке 3.



В таблице 1 приведены параметры, выход которых за данные пределы может привести к повреждению микросхемы. Работа кристалла на предельно допустимых значениях в течение длительного времени повлияет на его надежность.

^ Таблица – Предельно допустимые значения работы микропроцессора PIC16F84

Интервал рабочих температур

-55 ... +125С

Температура хранения

-65 ... +150С

Напряжение на любой ножке относительно Vss (земли) (исключая Vdd и /MCLR)

-0.6...Vdd +0.6 В

Напряжение Vdd относительно Vss

0 ... +7.5 В

Напряжение на /MCLR относительно Vss

0...+14 В (Прим.2)

Общая рассеиваемая мощность

800 мВт (Прим.1)

Макс. ток в ножку Vss

150 мА

Макс. ток в ножку Vdd

100 мА

Макс. ток в любую ножку ввода

+- 500 мкА

Макс. втекающий ток (любая ножка Вывода)

25 мА

Макс. вытекающий ток (любая ножка Вывода)

20 мА

Макс. сумарный вытекающий ток для всех ножек порта_А

80 мА

Макс. сумарный вытекающий ток для всех ножек порта_В

50 мА

Макс. сумарный втекающий ток для всех ножек порта_А

50 мА

Макс. сумарный втекающий ток для всех ножек порта_В

100 мА

Watchdog таймер представляет собой полностью независимый встроенный RC генератор, который не требует никаких внешних цепей. Он будет работать, даже если основной генератор остановлен, как это бывает при исполнении команды SLEEP. Таймер вырабатывает сигнал сброса. 

Выработка таких сбросов может быть запрещена путем записи нуля в специальный бит конфигурации WDTE. Эту операцию производят на этапе программирования микросхем. Номинальная выдержка WDT составляет 18 мс (без использования делителя). Она зависит от температуры, напряжения питания, от особенностей типов микросхем. Если требуются большие задержки, то к WDT может быть подключен встроенный делитель с коэффициентом деления до 1:128; который программируется путем записи в регистр OPTION. Здесь могут быть реализованы выдержки до 2.5 секунд.
Команды "CLRWDT" и "SLEEP" обнуляют WDT и делитель, если он подключен к WDT. Это запускает выдержку времени сначала и предотвращает на некоторое время выработку сигнала сброс. Если сигнал сброса от WDT все же произошел, то одновременно обнуляется бит "TO" в регистре статуса (f3). В приложениях с высоким уровнем помех, содержимое регистра OPTION подвержено сбою. Поэтому регистр OPTION должен обновляться через равные промежутки времени. Следует учесть, что наихудшей комбинацией является: Vdd = min, температура = max и max коэффициент деления делителя,- это приводит к самой большой выдержке времени, она может достигать нескольких секунд /2/.

Также в устройстве будут использованы 4 цифробуквенных индикатора с высотой цифр 7,5 мм из семи сегментов с децимальной точкой АЛС324А, которые управляются микропроцессором через токоограничивающие резисторы R4...R10 номиналом 180 Ом. Индикация осуществляется динамическим способом т.е вывод осуществляется по 

порядку 1,2,3,4 - индикатор по 10мс на каждый индикатор. Их графическое изображение приведено на рисунке 4.

Кристаллы PIC16... могут тактироваться и от внешних источников. Генератор, построенный на кварцевых или керамических резонаторах, требует периода стабилизации после включения питания. Для этого, встроенный таймер запуска генератора держит устройство в состоянии сброса примерно 18 мс после того, как сигнал на /MCLR ножке кристалла достигнет уровня логической единицы. Таким образом, внешняя цепочка RC , связанная с ножкой /MCLR во многих случаях не требуется.

Встроенные генераторы работоспособны при определенных номиналах питающего напряжения. (см. таблица 2)

^ Таблица – Номиналы напряжения для встроенных генераторов

Vdd

OSC mode

Max Freq

2..3V

RC

2 MHz

LP

200 kHz

3..6V

RC, XT

4 MHz

LP

200 kHz

4,5..5,5

HS

10 MHz

При частотах ниже 500 кГц, внутренний генератор может генерировать сбойный импульс на гармониках, когда переключается бит 0 порта A. Этого не происходит при использовании внешнего генератора или при встроенном RC генераторе. PIC16F84-XT, -HS или -LP требуют подключения кварцевого или керамического резонатора к выводам OSC1 и OSC2. Маркировка следующая: XT - стандартный кварцевый генератор, HS - высокочастотный кварцевый генератор, LP - низкочастотный генератор для экономичных приложений. Резистор Rs может потребоваться для генератора "HS", 

особенно при частотах ниже 20 МГц для гашения гармоник. Он также может потребоваться в режиме XT с резонатором типа AT strip-cut. Необходимые значения конденсаторов для разных частот приведены в таблице 3 /1/.

Более высокая емкость будет увеличивать стабильность генератора, но также будет увеличивать время запуска. Значения приведены для ориентировки. В режимах HS и XT, чтобы избежать гармоник может потребоваться последовательный резистор Rs.

^ Таблица – Выбор конденсатора для кварцевого генератора

^ Тип генератора

Частота

Конденсатор С1

Конденсатор С2

LP

32 КГц

30 пФ

30 - 50 пф

100 КГц

15 пф

15 пФ

200 КГц

0- 15 пФ

0 - 15 пФ

XT

100 КГц

15 - 30 пФ

200 - 300 пФ

200 КГц

15- 30 пФ

100 - 200 пФ

455 КГц

15 - 30 пФ

15 -100 пФ

1 МГц

15 - 30 пФ

15 - 30 пФ

2 МГц

15 пФ

15 пФ

4МГц

15 пФ

15 пФ

HS

4 МГц

15 пФ

15 пФ

10 МГц

15пФ

15 пФ

Сопротивление резисторов R10, R11 выбирается из расчета протикания наименьшего тока необходимого для фиксации логической 1 на входах микрокантроллера при неактивных позициях кнопок и в данном случае составляют 10 КOм.
^



4 Описание работы схемы электрической принципиальной электронных часов


На основании схемы электрической структурной была разработана схема электрическая принципиальная. Ввод информации для управления электронными часами осуществляется через 2 кнопки подключенных к портам RB0 и RA0 микроконтроллера. Меры по предотвращению дребезга контактов могут реализоваться программным методом. PIC16F84-XT, -HS или -LP требуют подключения кварцевого или керамического резонатора к выводам OSC1 и OSC2. Маркировка следующая: XT - стандартный кварцевый генератор, HS - высокочастотный кварцевый генератор, LP - низкочастотный генератор для экономичных приложений. Резистор Rs может потребоваться для генератора "HS", особенно при частотах ниже 20 МГц для гашения гармоник. В устройстве присутствует блок индикации состоящий из 4-х индикаторов АЛС324А которые управляются микропроцессором через токоограничивающие резисторы R4...R10 номиналом 180 Ом. Индикация осуществляется динамическим способом т.е вывод осуществляется по порядку 1,2,3,4 - индикатор по 10мс на каждый индикатор. Вход в режим SLEEP осуществляется командой SLEEP. По этой команде, если WDT разрешен, то он сбрасывается и начинает счет времени, бит "PD" в регистре статуса (f3) сбрасывается, бит "TO" устанавливается, а встроенный генератор выключается. Порты ввода/вывода сохраняют состояние, которое они имели до входа в режим SLEEP. Для снижения потребляемого тока в этом режиме, ножки на вывод должны иметь такие значения, чтобы не протекал ток между кристаллом и внешними цепями. Ножки на ввод должны быть соединены внешними резисторами с высоким или низким уровнем, чтобы избежать токов переключения, вызываемых плавающими высокоомными входами. То же и про RTCC. Ножка /MCLR должна быть под напряжением Vihmc.
^



5 Алгоритм работы и временные диаграммы функционирования электронных часов.


Рисунок 5 – Блок-схема программы

Блок-схема разрабатываемой программы приведена на рисунке 5.Она состоит из блока начальных установок, в который входят процедуры обнуления переменных используемых в программе, установки направления портов, установки нужного коэффициента предделителя, тест работоспособности индикаторов. Блока вывода на индикацию, в котором осуществляется преобразование двоичного кода в код семисегментных индикаторов, формируются необходимые задержки времени для динамической индикации, также контроль вывода выбранного пользователем режима индикации (режим часы : минуты и минуты : секунды ). Участок программы сканирования клавиатуры отвечает за выбор режима индикации и установку времени вводимых с клавиатуры, в следующей 

последовательности в режиме часы:минуты. Кнопкой установки времени может быть изменено только значение раздела часов, а в режиме (минуты : секунды) только минут.

Самая ответственная часть программы это обработка прерывания полученного от встроенного таймера микроконтроллера. От неё зависит точность хода часов, т.е ошибки в этой части программы приводят к значительному отставанию или опережению хода часов. Там же может быть осуществлена точная подстройка. Рассмотрим получение интервала в 1 секунду с помощью таймера: при конфигурации таймера его надо подключить к внутреннему генератору, который по заданию вырабатывает частоту 4,00 Мг; после такого подключения в данном микроконтроллере на таймер будет подаваться частота генератора (Fг)/4, и будет равна 1000000 Гц; с помощью встроенного предделителя она делится на 64 и на таймер приходит уже 15625 Гц. После этого нам необходимо разделить это число на такое же, чтобы получить частоту колебаний в 1Гц. Из-за небольшой разрядности таймера (8) эта процедура делается в два этапа делением на 125 и еще раз на столько же. Сразу после этого прибавляем 1 к регистру секунд (в программе sek) /6/. Результат приведен ниже:

1. F(г)=4 МГц/4=1000000;

2. 1000000/64=15625;

3. 15625/125=125;

4. 125/125=1 Гц.



Протокол работы микросхемы при программировании рассмотрен в диаграммах на рисунке 6,

Заключение


Согласно заданию на курсовой проект, разработаны схема электрическая структурная, схема электрическая функциональная, приведено описание элементной базы, работы схемы электрической принципиальной часов.

В процессе выполнении курсового проекта усвоены основные термины и понятия, относящиеся к микропроцессорному схемотехническому проектированию, освоены и закреплены методы анализа электронных схем, получены навыки работы с современной элементной базой микропроцессорных устройств, получены навыки работы с технической, справочной и методической литературой, действующими государственными стандартами, получен опыт правильного составления и оформления схемотехнической документации.
^



Список использованных источников


1. Радио №1 2001г. с.21 "Частотомер на PIC-контроллере"

2. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника- СПб.:БХВ-Санкт-Петербург,2000.-528 с.: ил.

3. Микроконтроллеры. Выпуск 2:Однокристальные микроконтроллеры PIC12c5x, PIC16x8x, PIC14000, M16C/61/62. Перевод с англ.Б.Я.. Прокопенко/ Под ред.Б. Я. Прокопенко.- М.: ДОДЭКА, 2000.- 336 с.

4. http://www.microchip.ru:8101/

5. http://www.paguo.ru/

6. http://www.disall.narod.ru/picpro.htm

7. http://www.chipnews.ru/html.cgi/arhiv/index.htm


Скачать файл (275.2 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации