Цифровой тахометр

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Для измерения оборотов в настоящее время широко применяются механические тахометры, но в последнее время с развитием технологии начинают широко применять цифровые тахометры, которые представляют собой сочетание электронного преобразователя, выполненного на полупроводниковых элементах и (или) интегральных микросхемах, и средствах отображения и возможно, регистрации информации.

Цифровые тахометры обладают высокой чувствительностью, малым собственным потреблением и большим входным импедансом, используются в широком диапазоне частоте оборотов. Цифровые тахометры могут обеспечивать более высокую точность измерения, частотах по сравнению с приборами других систем. Важным преимуществом этих тахометров является их универсальность.  

В данной курсовой работе будет разработан цифровой тахометр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Разработка структурной схемы

 

 

 

Рис 1. Структурная схема тахометра

 

Устройство включает в себя:

ДН – датчик оборотов

МК – микроконтроллер

ЖКИ – Жидкокристаллический индикатор

БП – блок питания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Выбор элементов устройства.

1. Выбор датчика

 

Для измерения частоты оборотов в пределах от 0 до 3000 об/мин предлагается использовать датчик оборотов ТЭ-3Ех

Предназначены для выдачи электрического сигнала с частотой, пропорциональной частоте вращения вала двигателя, и представляют собой трехфазные магнитоэлектрические генераторы переменного тока. В комплекте поставляются с преобразователем, для выдачи унифицированного токового сигнала

Рис 2. Внешний вид датчика  напряжения

В данной работе датчик используется без преобразователя. Выходной сигнал – частотный. Так как, по ТЗ необходимо измерять оборотов в пределах от 0 до 3000 об/мин,  соответственно 50 об/сек. Отсюда следует, что выходной сигнал датчика будет в пределах от 0 до 10 Гц .

1 – корпус датчика  Т2М-Ц

2 – крепёжный вал  датчика Т2М-Ц

3 – торцевой отсчётный  диск (вращение в любом направлении)

4 – вклеенный магнит (2 штуки)

5 – съёмный фланец  для крепления отсчётного диска

6 – кабель

7 – ось вращения  отсчётного диска

2. Выбор микроконтроллера

Микроконтроллер является основной частью устройства. Он предназначен для оцифровки аналогового сигнала датчика и для преобразования сигнала в форму необходимую для выдачи на ЖКИ.

В качестве микроконтроллера предлагается использовать МК фирмы Atmel ATmega 8.

В микроконтроллерах AVR может  быть до 4х таймеров/счетчиков (ТС). Разрядность этих таймеров 8 или 16 бит (т.е. они могут считать до 2⁸=256 или до 2¹⁶=65536). Обычно их используют для точного формирования временных интервалов, подсчета импульсов на выводах микроконтроллера.

Рис. 4. Функциональная схема  микроконтроллера

 

Описание выводов, которые используются в проектируемом устройстве.

VCC – напряжение питания МК

XTAL1, XTAL2 – внешний кварцевый резонатор

PD11 – вход таймера, для подключения датчика

Порт  В – управление ЖКИ

Порт D – шина данных/адреса для ЖКИ

3. Выбор ЖКИ

Для отображения информации предлагается ЖК дисплей МТ-10Т9

Модуль позволяет отображать 10 знакомест с точкой, имеет подсветку.

Подробное описание модуля приведена в приложении 2.

Описание интерфейса ЖКИ модуля

 

 

 

 

Сначала на шине выставляется адрес необходимого знакоместа, который фиксируется в регистре адреса при низком уровне на входе А0 соответствующим сигналом на входе WRх (см.таб.2). Входы WR1 и ^WR2 защелкивают информацию, стоящую на шине, во внутренних регистрах статического типа. Внутри БИС эти входы объединены по схеме WR1 & ^WR2. Таким образом, информация запишется только при WR1="H" и ^WR2="L" одновременно. Такое решение позволяет осуществлять функцию CS (выбор кристалла) при большом количестве модулей на шине, или если на шине имеются другие устройства.

При записи адреса знакоместа указатель тетрады сбрасывается в положение SGx(L).

Запись данных производится в младшую тетраду при высоком уровне сигнала на входе А0 сигналом на входе WRx. По этомуже сигналу указатель тетрады данных переключается в положение SGx(H), сохраняя при этом тотже адрес знакоместа.

Данные в старшую тетраду SGx(H) записываются аналогично младшей тетраде SGx(L).

После записи второй тетрады содержимое регистра адреса инкрементируется и можно записывать данные в следующее знакоместо без записи адреса.

По адресу 0Fh расположен триггер блокировки шины. Запись в него DB0="L" вызывает блокировку записи в БИС адресов и данных на 30 сигналов WRx.

Разблокировка шины производится записью DB0="H" по адресу 0Fh.

После подачи питания содержимое регистров SGx неопределенно, поэтому при включении питания необходимо делать программную очистку регистров. Состояние триггера блокировки тоже не определено, поэтому перед началом вывода информации на индикатор необходимо произвести разблокировку шины. Разблокировка шины производится записью DB0="H" по адресу 0Fh.

3. Подключение датчика и ЖКИ к микроконтроллеру

Датчик подключается к PD11 микроконтроллера (вход таймера). ЖКИ индикатор подключается к порту микроконтроллера по 4 разрядной шине данных.

Для функционирования тахометра необходимо подвести:

1. +/- 5 В – для датчиков оборотов
2. +5В – для микроконтроллера и ЖК индикатора

ЖКИ подключается к порту D микроконтроллера, управляется ЖКИ через порт В. В регистр R20 загружаются настройки для ЖКИ и выводятся данные настройки через порт В. Затем выводятся непосредственно данные через порт D.

4. Расчет погрешностей тахометра

Погрешность датчика  равняется 0,02%.

Погрешность Микроконтроллера рассчитывается исходя из разрядности таймера. Встроенный таймер имеет разрядность 16. Следовательно, погрешность равняется 0,001%.

Погрешность тахометра: 0,02+0,001=0,021. Погрешность удовлетворяет техническому заданию

5. Разработка алгоритма работы тахометра

Для измерения необходимо задействовать два таймера –  один 16-разрядный Timer1 для отсчета внешней частоты, и второй 8-ми разрядный Timer0 для отсчета  измерительного интервала.

Для измерения нам  потребуется ввести прерывание timer1 по переполнению, в котором регистр count3 будет всякий раз увеличиваться на единицу. Выходной сигнал будет подаваться на счетчик таймера.

При тактовой частоте 8 МГц  и коэффициенте предделителя для timer2, равном 1/256, прерывания будут происходить с частотой 122,07 Гц. Необходимо 1 с (1 Гц), поэтому введем счетчик  count_sek, и данный счетчик будет увеличиваться с каждым прерыванием пока не отсчитает ровно 122 прерываний. После этого можно фиксировать число импульсов сосчитанное к тому времени в счетчике timer1.

6. Разработка программного обеспечения

 

Листинг 1 – код программы  частотомера ( определение регистров опущено)

ldi temp, (1<<TOIE0).|(1<< TOIE1);  разрешение прерываний timer1 и timer0

out timsk, temp

clr temp

out tcnt1h, temp

out tcnt1l, temp ; очищаем timer1

out tcnt0, temp; очищаем timer0

clr count3

clr count_sek; очищаем счетчик прерываний

ldi temp, 0b00000100

out tccr0, temp; запускаем timer 0

ldi temp, 0b00000111; внешний сигнал по фронту

out TCCR1B, temp; запускаем timer1

sei

листинг 2 – прерывание timer1

tim1^

inc count3

reti

Листинг 3 – главное  прерывание timer 0

Tim0; таймер 122,07 Гц

Inc count__sek, 122 ; получаем 1 с.

Breq corr_1; если сегунда прошла, то на коррекцию счета

Reti; иначе выход

Corr_1:   ; 1 cек+коррекция

Clr temp

Out tccr0, temp; останавливаем timer0

Ldi  ZH, high(1200)

Ldi ZL, low(1200)

Loop^

Sbiw zl,1

Brne loop; переключение период 1 с

Sbis pind,6

Rjmp set_1

Cbi portd,6

Rjmp set_0

Set_1:

Sbi portd,6

Set_0

Clr temp

Out tccr1b, temp; останавливаем timer1

; читаем данные:

In temp, TCNT1L ; младший байт в память

In temp, TCNT1H ; младший байт в память

 

Заключение

Курсовой проект представляет собой проектирование цифрового тахометра на базе микроконтроллера фирмы Atmel ATmega 8.

Работа содержит структурную  схему предлагаемого устройства системы с описанием алгоритмов функционирования основных элементов.

Программное обеспечение разработанного блока.

         Проект содержит электрическую принципиальную схему.

Спроектированный прибор удовлетворяет всем требованиям, которые  содержатся в техническом задании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. А.Г. Алексеенко. Проектирование радио-электронной аппаратуры на    микропроцессорах. - 2 изд., перер. и доп -Л.:Энергоатомиэдат 1984, 272 с.

2. В.Л.Шило. Популярные  цифровые микросхемы: Справочник, М- 1989,352с

3. Микропроцессоры и  микропроцессорные комплекты интегральных

      микросхем: Справочник/В.-В. Б. Абрайтис, Н.Н. Аверьянов, А. И. Велоус и др.; Под ред. В.А. Шахнова. - М.: Радио и связь 1988. - Т. 1-2

4. А.В. Нефедов. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги:
5. Справочник Т.5, Т.З, Т.2,-Москва 1997.- 608с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1

Характеристики ATmega8

Статические характеристики

Если условия измерения  не указаны, то полагается: Tокр.ср. = -40°C…+85°C, VCC = 2.7В…5.5В.

Обозн.	Параметр	Условия измерения	Мин.	Ном.	Макс.	Ед.изм.
VIL	Входное напряжение низкого уровня	Кроме выводов XTAL1 и RESET	-0.5		0.2 VCC(1)	В
VIL1	Входное напряжение низкого уровня	вывод XTAL1, выбрана внешняя синхронизация	-0.5		0.1 VCC(1)	В
VIL2	Входное напряжение низкого уровня	вывод сброса RESET	-0.5		0.2 VCC(1)	В
VIH	Входное напряжение высокого уровня	Кроме выводов XTAL1 , RESET	0.6 VCC (2)		VCC + 0.5	В
VIH1	Входное напряжение высокого уровня	Вывод XTAL1, выбрана внешняя синхронизация	0.7 VCC (2)		VCC + 0.5	В
VIH2	Входное напряжение высокого уровня	Вывод сброса RESET	0.85 VCC (2)		VCC + 0.5	В
VOL	Выходное напряжение низкого уровня (3)(порты A,B,C,D, E, F, G)	IOL = 20 мА, VCC = 5В  IOL = 10 мА, VCC = 3В			0.7  0.5	В
VOH	Выходное напряжение высокого уровня (4)(порты A,B,C,D)	IOH = -20 мА, VCC = 5В  IOH = -10 мА, VCC = 3В	4.0  2.2			В
IIL	Входной ток утечки через линию  ввода-вывода	Vcc = 5.5В, лог. 0 (абс. значение)			8.0	мкА
IIH	Входной ток утечки через линию  ввода-вывода	Vcc = 5.5В, лог. 1 (абс. значение)			8.0	мкА
RRST	Сопротивление подтягивающего резистора на входе сброса		30		60	кОм
RPEN	Сопротивление подтягивающего резистора  на входе PEN		20		50	кОм
RPU	Сопротивление подтягивающего резистора  на линиях ввода-вывода		20		100	кОм
ICC	Потребляемый ток	1 МГц, VCC = 2В, активный режим			5	мА
		4 МГц, VCC = 3В, активный режим			20	мА
		1 МГц, VCC = 2В, режим холостого хода			2	мА
		4 МГц, VCC = 3В, режим холостого хода			12	мА
	Режим выключения (Power-down)(5)	Стор. таймер включен, VCC = 3В		< 25	40	мкА
		Стор. таймер отключен, VCC = 3В		< 10	25	мкА
VACIO	Входное напряжение смещения аналогового  компаратора	VCC = 5В  Vвх = VCC/2			40	мВ
IACLK	Входной ток утечки аналогового  компаратора	VCC = 5В  Vвх = VCC/2	-50		50	нА
tACID	Задержка на инициализацию аналогового  компаратора	VCC = 2.7В  VCC = 5.0В	750  500			нс
tACID	Задержка распространению сигнала  в аналоговом компараторе	VCC = 2.7В  VCC = 5.0В	750500			нс