Разработка цифрового исполнительного устройства на базе микроконтроллера ATMEL

 

Блок индикации будет  представлен четырьмя индикаторами. Подключаться он  будет напрямую к портам микроконтроллера. Схема подключения изображена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Блок индикации

 

 

 

3 СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

3.1 Подключение элементов схемы

 

На этапе схемотехнического  проектировании опишем основные моменты подключения микросхем.

На рисунке 3.1 изображено УГО микроконтроллера. Микроконтроллер АТ89S52 имеет напряжение питания +5 V, которое подводится к выводу VCC.

 

Рисунок 3.1 – Условное графическое обозначение AT89S2051

 

Входные и выходные сигналы микроконтроллера AT89S52 имеют следующие назначения:

• XTAL и XTAL2 – входы подключения кварцевого резонатора для работы генератора тактовой частоты микроконтроллера;
• RST – сигнал общего сброса;
• P1, P3 – выводы портов ввода/вывода микроконтроллера;
• Vpp и Vcc – выводы подачи напряжения питания

Для реализации интерфейса RS-232 будем использовать микросхему MAX232 - интегральная схема, преобразующая сигналы последовательного порта RS-232 в сигналы, пригодные для использования в цифровых схемах на базе ТТЛ или КМОП технологий. Схема обеспечивает уровень выходного напряжения, используемый в RS-232 (приблизительно ± 7.5 В), преобразуя входное напряжение + 5 В при помощи внутреннего зарядового насоса на внешних конденсаторах. Это упрощает реализацию RS-232 в устройствах, работающих на напряжениях от 0 до + 5 В, так как не требуется усложнять источник питания только для того, чтобы использовать RS-232.

Входное напряжение от RS-232, которое  может достигать ± 25 В, понижается до стандартных 5 В, используемых в транзисторно-транзисторной логике. Входы имеют средний порог 1.3 В и средний гистерезис 0.5 В.

Рисунок 3.2 – Подключение микросхемы MAX232

Назначение выводов микросхемы MAX232 описаны в таблице 1.

Таблица 1 Назначение выводов MAX232

Номер вывода	Обозначение	Вход/выход,3 стабильный	Описание
1,3	C1+, C1-	-	Подключение внешнего конденсатора удвоителя  напряжения порядка 100нФ.
2,6	V+, V-	-	Выходное напряжение (положительное  и отрицательное).
4,5	C2+, C2-	-	Подключение внешнего конденсатора инвертора напряжения порядка 100нФ.
7,14	T2out, T1out	выход	Выходы передатчика RS232.
8,13	R2in, R1in	вход	Входы приёмника RS232.
9,12	R2out, R1out	выход	Выходы приёмника ТТЛ/КМОП.
10,11	T1in, T2in	вход	Входы передатчика ТТЛ/КМОП.
15	GND	-	Земля
16	VCC	-	Напряжение питания +5В.

 

Опишем основные моменты подключение индикаторов к микроконтроллеру. Подключение изображено на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Подключение индикаторов

 

Выводы одноимённых сегментов  всех разрядов индикатора объеденены вместе и подключены к порту P1 микроконтроллера.

 

 

 

 

3.2 Расчёт дискретных элементов

Источник тактового сигнала. По каждому импульсу происходит какая-нибудь операция внутри контроллера - передаются данные по регистрам и шинам, переключаются выводы портов.

Импульсы задаются тактовым генератором, встроенным в микроконтроллер, но также может быть внешний генератор. Скорость, с которой работает внутренний генератор, зависит от настроек микроконтроллера и внешних элементов. 

 

 

Рисунок 3.4 – Подключение источника тактового сигнала микропроцессора

Кварцевый резонатор выберем на 11,059 МГц . Значение конденсаторов и должны выбираться из документации по микроконтроллеру. , . При включении устройства через время t конденсатор зарядиться через резистор, и напряжение на Reset достигнет приблизительно 5В микроконтроллер запуститься:

 

 

 

где   R ― сопротивление резистора R1;

        С ― ёмкость конденсатора С5.

Рассчитаем  и . Пусть кОм, тогда мкФ.

Схема включения четырёх восьмисегментных изображена на рисунке 3.4

Рисунок 3.4 – Схема включения четырёх восьмисегментных индикаторов

 

Значения резисторов должны выбираться из документации. Резисторы R2 R9 для того, чтобы обеспечить работу индикаторов, выберем номиналом 270 Ом. Резисторы R10…R12 = 2кОм, а транзисторы VT1 VT4 выберем KT361A типа.

Рисунки раздела сделаны на основании  схемы электрической принципиальной, которая предоставлена на чертеже  БрГТУ. 08900.008 Э3

 

4 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ 
МИКРО- ЭВМ

 

Для функционирования нашего устройства нужны следующее программные модули: модуль приёма данных через RS232, модуль вывода на индикаторы, модуль обработки.

 

Модуль приема данных через RS232.

Принцип приёма заключается  в следующем: к примеру у нас есть строка: 23:1/ ,до символа «:» в строке находится частота отображения, после «:» дополняющая до четного 0 или 1 . Наш микроконтроллер будет принимать данные поочерёдно, т. е. по одному символу этой строки. Все принятые данные записываются в буфер. Это будет происходить до тех пор, пока наш микроконтроллер не знак «/». Приняв знак «/» произойдёт окончание принятия данных. Далее преобразовываем  символы в число проверяем на четность, правильность передачи,  Текст программы предоставлен в приложении А.

 

Модуль вывода на индикаторы.

На рисунке 4.1 изображены обозначения сегментов на восьмисегментном индикаторе

 

Рис. 4.1 – Восьмисегментный индикатор

 

Выводы одноимённых сегментов всех разрядов индикаторов объединены вместе и подключены к порту Р1 микроконтроллера. При этом, линия микроконтроллера P1.0 управляет сегментом а, а линия Р1.1 – сегментом b и так далее… В зависимости от комбинации мы получим необходимое число на индикаторе.

 

 

 

Модуль обработки результатов.

 

Функция нашего устройства последовательное отображение  цифр от 0 до 9 с определенной частотой. Организуем подсчет времени через прерывания таймера 0. МК работает на частоте 11,059 МГц, в этом случае таймер 0 инкрементируется 11059000/12=921583 раз/c. При этом перезагрузка таймера происходит каждые 65536/921583=0,071c. Мы настроем перезагрузку каждые 0,01с. Для этого кол-во инкрементирований таймера 0 должно быть равным 65536-(65536*0,01/0,07)=56306 раз. Чтобы таймер 0 перегружался через 56306 раз, нужно в регистр TH0 поместить шестнадцатеричное значение DB, а в TL0 – F2. Настроив таймер 0, мы в обработчике прерываний подсчитываем количество прерываний и отображаем цифры с заданной частотой.   
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсового  проекта было разработано устройство на базе микропроцессора AT89S52, в которую входят последовательный интерфейс и система индикации, что полностью соответствует условию задания.

При выполнении этого курсового проекта были закреплены теоретический и практический материал, изучаемый в курсе “Микроконтроллерные  устройства”. Эта работа позволила  получить лучшее представление о  процессе проектирования, стадиях разработки и принципах взаимодействия функциональных блоков ЭВМ.

Были  разработаны: электрическая фунциональная, электрическая принципиальная схемы устройства. Так же было разработано программное обеспечение микроконтроллера и составлена функциональная схема программы.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Белов А. В. Конструирование устройств на микроконтроллерах. — СПб.: Наука и Техника, — 2005г.
2. Новиков Ю.В. Основы микропроцессорной техники. — 2009г.
3. Магда Ю.С. Микроконтроллеры серии 8051. Практический подход. — 2008г.

 

 

 

 

Брест 2012