Цифровые устройства и микропроцессоры. Частотомер

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального  образования

Владимирский государственный  университет

Кафедра радиотехники и  радиосистем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа по дисциплине

«Цифровые устройства и микропроцессоры»

на тему:

 

«Частотомер»

 

 

 

 

 

                                                                                                 

 

 

                               

 

                                                                                                    Выполнил:                                                                     

                                                             Шабанов Ю.В.

                                                                                               студент  гр. РФ-107                                                                                                 

                                                                                                    принял: доцент           

                                                                                     Давыдов Г.Д.

 

 

 

 

Владимир 2009

 

 

Задание.

Разработать Частотомер на микроконтроллере PIC16F84, программное обеспечения  для него на языке ассемблер, рассмотреть вопросы программирования микроконтроллера.

 

 

Напряжение питания устройства      5В +/-1В

Частота тактового генератора М                                                           4 Мгц

Количество отображаемых цифр на индикаторе                                 4 

Количество кнопок управления           2

 

 

Содержание

 

Введение

1.Разработка структурной схемы  устройства

2.Выбор элементной базы

3.Разработка схемы электрической  принципиальной

4.Разработка программного обеспечения  

5.Программирование микроконтроллера

Заключение

Список литературы 

 

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 супер АЦП 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. Но появляются новые неудобства информационного  общества такие как :

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.

Средства разработки программного обеспечения для микроконтроллеров  у каждой фирмы свое, а что касается языков программирования конечно ассемблер самый старый, добрый, всем понятный, ну а что через год перечислим некоторые, "C, PASCAL, JAVA, DELPHI,C++, +TURBO,+VISUAL" опять можно продолжать бесконечно.

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 данном проекте будет разработано устройство на современном микроконтроллере, написана программа и рассмотрены инструментальные средства. Также будут применены знания, полученные на занятиях.

      

  

 

1.Разработка структурной  схемы устройства

 

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. Микропроцес- 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Структурная  схема устройства

 

Микропроцессорный блок  состоит из микропроцессора, постоянного и оперативного запоминающего устройств, предназначенных для управления всеми другими блоками частотомера. Он осуществляет обработку прерывания полученного от таймера предварительно делает его установку на нужное значение, готовит данные полученные от таймера, выводит значение на индикатор. 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 электронного частотомера служит для ввода управляющих сигналов, таких как установка режима индикации дисплея.

 

2.Выбор элементной  базы

 

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.  
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.

 

Структурная схема микроконтроллера приведена на рисунке 2.

 

 

 

Рисунок 2. Структурная  схема микроконтроллера PIC16F84 

 

Архитектура основана на концепции раздельных шин и областей памяти для данных и для команд (Гарвардская архитектура). Шина данных и память данных (ОЗУ) - имеют ширину 8 бит, а программная шина и программная  память (ПЗУ) имеют ширину 14 бит. Такая  концепция обеспечивает простую, но мощную систему команд, разработанную так, что битовые, байтовые и регистровые операции работают с высокой скоростью и с перекрытием по времени выборок команд и циклов выполнения. 14- битовая ширина программной памяти обеспечивает выборку 14-битовой команды в один цикл. Двухступенчатый конвейер обеспечивает одновременную выборку и исполнение команды. Все команды выполняются за один цикл, исключая

команды переходов. В PIC16F84 программная память объемом 1К х 14 расположена внутри кристалла. Исполняемая программа может находиться только во встроенном ПЗУ.

Условно графическое обозначение микроконтроллера приведено на рисунке 3.

 

Программный код, который  записан в кристалл, может быть защищен от считывания при помощи установки бита защиты (CP) в слове конфигурации в ноль. Содержимое программы не может быть прочитано так, что с ним можно было бы работать. Кроме того, при установленном бите защиты становится невозможным изменять программу. То-же относится и к содержимому памяти данных EEPROM. 
Если установлена защита, то бит CP можно стереть только вместе с содержимым кристалла. Сначала будет стерта EEPROM программная память и память данных и в последнюю очередь бит защиты кода CP.

Кристалл PIC16C84 имеет четыре слова, расположенные по адресу (2000h-2003h) Они предназначены для хранения идентификационного кода (ID) пользователя, контрольной суммы или другой информации. Как и слово конфигурации, они могут быть прочитаны или записаны только с помощью программатора. Доступа по программе к ним нет. 
Если кристалл защищен, пользователю рекомендуется использовать для идентификации только младшие семь бит каждого ID слова, а в старший бит записывать `0`. Тогда ID слова можно будет прочитать даже в защищенном варианте.

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 высоко омными входами. То же и про RTCC. Ножка /MCLR должна быть под напряжением Vihmc.

 

 

Обозначение	Нормальный  режим	Режим записи EEPROM
RA0 - RA3	Двунаправленные линии ввода/вывода.Входные уровни ТТЛ.	-
RA4/RTCC	Вход через триггер  Шмитта. Ножка порта ввода/вывода с открытым стоком или вход частоты  для таймера/счетчика RTCC	-
RB0/INT	Двунаправленная линия  порта ввода/вывода или внешний  вход прерывания. Уровни ТТЛ.	-
RB1 - RB5	Двунаправленные линии  ввода/вывода. Уровни ТТЛ.	-
RB6	Двунаправленные линии  ввода/вывода. Уровни ТТЛ.	Вход тактовой частоты  для EEPROM
RB7	Двунаправленные линии  ввода/вывода. Уровни ТТЛ.	Вход/выход EEPROM данных.
/MCLR/Vpp/	Низкий уровень на этом входе генерирует сигнал сброса для контроллера. Активный низкий. Сброс  контроллера.	Для режима EEPROM - подать Vpp.
OSC1 /CLKIN	Для подключения кварца, RC или вход внешней тактовой частоты.	-
OSC2 /CLKOUT	Генератор, выход тактовой частоты в режиме RC генератора, в остальных случаях - для подкл.кварц	-
Vdd	Напряжение питания	Напряжение питания
Vss	Общий(земля)	Общий(земля)

Выход параметров за данные пределы может привести к повреждению  микросхемы. Работа кристалла на предельно допустимых значениях в течение длительного времени повлияет на его надежность. 

 

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