Тип
АЦП
|
Uж,
В
|
Uоп,
В
|
Число
розрядів
|
Метод
перетворення
|
Швидкодія,
мкс
|
Вихід
|
HS9582
|
+5
|
Зовн. 1
- 5
|
0 - Uоп
|
6
|
М
|
0.07
|
Z, 6 р
|
ADC0844
|
+5
|
Зовн. 1
- 5
|
0 - Uоп
|
8
|
ПП
|
40
|
Z, 8 р
|
ADC0831
|
+5
|
Зовн. 1
- 5
|
0 - Uоп
|
8
|
ПП
|
32
|
-, П
|
1.5 Пристрій вводу даних
Для взаємодії з оператором в МПС використовують
клавіатури для введення інформації. Якщо кількість кнопок клавіатури, що
підключається до мікроконтролера >5, то підключення кнопок організовують у
вигляді матриці:
Таке включення дозволяє економити число
необхідних ліній портів введення-висновку для підключення кнопок.
Опитування (сканування) матричної клавіатури
здійснюють таким чином:
) На лінії порту P0, які програмуються на вивід,
послідовно видають двійкові коди, що містять 0 тільки в одному розряді:
) Перемикання двійкових кодів здійснюють через
короткі інтервали часу: 20÷40
мкс.
Після кожного перемикання здійснюється зчитування 3 ліній порту P1, які
програмуються на введення. Якщо в рядку, в якому була натиснута кнопка, був
виданий «0», то нульовий рівень буде переданий у відповідний стовпець і
введений через порт P1. За інформацією портів P0 і P1 можна судити про
натиснуту кнопку. На вихідні лінії порту Р0 встановлюються діоди VD1., VD4
необхідні для захисту ліній порту P0 від к.з. при одночасному натисненні кнопок
в одному стовпці. При введенні інформації з порту P1 необхідно усунути брязкіт
контактного датчика, який виникає при комутації контакту різних контактних
пристроїв (кнопок, перемикачів, контактів реле) в перший момент часу виникає
перехідною процес. Це явище при комутації контакту називають брязкотом.
Час дії брязкоту лежить в діапазоні від 1 до 30
мкс і залежить від конструкції контакту. Для усунення впливу брязкоту
використовують два типи способів:
• апаратні способи
• програмні способи.
Апаратні способи реалізуються у вигляді наступних
типів схем:
• схеми тригерів;
• схеми на основі RC ланцюжків;
• схеми на основі лічильників або зсувних
регістрів.
В програмних способах усунення впливу брязкоту
контактів виділяють два основні способи:
спосіб N-кратного зчитування;
спосіб тимчасової затримки.
Час tз часової затримки вибирають з
співвідношення:
tЗ = (2ÌN+2) ТМЦ; (8)
де N - число зчитувань;
ТМЦ - час машинного циклу
мікроконтролера.
Величину числа зчитувань N вибираються так, щоб:
tЗ = (4ТМЦ+tЗ)ÌN ≈ tбряз. (9)
де tбряз - величина часу брязкоту
контактів.
1.6 Блок індикації
Для індикації алфавітної і цифрової інформації в
МПС, як правило використовують семисегментні і матричні світлодіодні,
газорозрядні або рідинно-кристалічні індикатори.
Світлодіодні індикатори
Світлодіодний семисегментний індикатор (див. рис.
9) складається з сукупності світлодіодів, включених по схемі із загальним
анодом або катодом,
У матричних індикаторах символ, що виводиться,
синтезується з окремих дрібних сегментів, утворених, як правило, в матриці 5×7,6×8,9×12.
Можливі два основні способи підключення
індикаторів:
у режимі статичної індикації
у режимі динамічної індикації.
У режимі статичної індикації для підключення
кожного сегменту індикатора використовується окрема лінія порту виводу.
Динамічна індикація - це метод відображення
цілісної картини через швидке послідовне відображення окремих елементів цієї
картини. Причому, «цілісність» сприйняття виходить завдяки інерційності
людського зору.
Індикатори зазвичай розташовують в місцях,
зручних для проглядання інформації, що відображається на них. Решта цифрової
схеми може розташовуватися на інших друкованих платах. При збільшенні кількості
індикаторів збільшується кількість провідників між платою індикаторів і
цифровою платою. Це приводить до певних незручностей розробки конструкції і
експлуатації апаратури. Ця ж причина приводить до збільшення її вартості.
Кількість з’єднувальних провідників можна
зменшити, якщо примусити індикатори працювати в імпульсному режимі. Людське око
володіє інерційністю і якщо примусити індикатори відображати інформацію по
черзі з чималою швидкістю, то людині здаватиметься, що всі індикатори
відображають свою інформацію безперервно. В результаті можна по одних і тих же
провідниках по черзі передавати інформацію, що відображається. Звичайна
достатньо частоти оновлення інформації 50 Гц, але краще збільшити цю частоту до
100 Гц.
Кожен розряд короткочасно підключається до свого
входу комутатора. Генератор служить для завдання швидкості оновлення інформації
на індикаторах. Двійковий лічильник послідовно формує чотири стани схеми, а
дешифратор через ключі забезпечує почергову подачу живлення на семисегментні
індикатори.
В результаті, коли комутатор подає
двійково-десятковий код з входу A на входи семисегментного дешифратора, то цей
код відображається на індикаторі HL1. Коли комутатор подає на входи
семисегментного дешифратора двійково-десятковий код з входу B, то цей код
відображається на індикаторі HL2, і так далі, по циклу.
Швидкість оновлення інформації в розглянутій
схемі буде в чотири рази менше частоти генератора. Тобто для того, щоб отримати
частоту мерехтіння індикаторів 100 Гц, потрібна частота генератора 400 Гц.
У скільки ж разів в результаті зменшилась
кількість з’єднувальних провідників? Якщо на платі індикації залишити тільки індикатори,
то для їх роботи буде потрібно 7 інформаційних сигналів для сегментів і чотири
комутуючі сигнали. Всього 11 провідників. У статичній схемі індикації було б
потрібно 7×4=28 провідників.
Розрахунок струм, що протікає через кожен сегмент
світлодіодного індикатора при його свіченні проводять, користуючись
еквівалентною схемою протікання струму по одному з сегментів індикатора.
Для нормальної роботи світлодіода потрібний струм
від 3 до 10 мА. Задамося мінімальним струмом світлодіода 3 мА. Проте при імпульсному
режимі роботи яскравість свічення індикатора падає в N разів, де коефіцієнт N
рівний скважності імпульсів струму, що подаються на цей індикатор.
Для збереження яскравість свічення потрібно
збільшити величину імпульсного струму, що протікає через сегмент, в N разів.
Для восьмирозрядного індикатора коефіцієнт N рівний восьми. Якщо був вибраний
статичний струм через світлодіод, рівний 3 мА, для збереження тієї ж яскравості
свічення світлодіода у восьмирозрядному індикаторі буде потрібно імпульсний струм:
Iсег дин = Iсег стат×N = 3мА×8 =
24мА (10)
де Iсег дин - імпульсний струм
сегмента;сег стат - статичний струм сегмента.
Такий струм зможуть забезпечити тільки деякі
серії цифрових мікросхем. Для більшості ж серій мікросхем буде потрібно
підсилювачі, виконані на транзисторних ключах. Тепер визначимо струм, який
протікатиме через ключ, що комутує живлення на окремі розряди восьмирозрядного
блоку індикації. Через ключ може протікати струм будь-якого сегменту
індикатора. При відображенні цифри 8 потрібно буде запалити всі сім сегментів
індикатора, тому імпульсний струм, що протікає у цей момент через ключ, можна
обчислити наступним чином:
Iкл = Iсег дин×Nсег = 24мА×7
= 168мА. (11)
Переваги і недоліки динамічної індикації.
Безперечною гідністю динамічної індикації є мала кількість з’єднувальних
провідників, що робить її незамінною в деяких випадках, таких як робота з
матричними індикаторами.
Як недолік слід привести наявність великих
імпульсних струмів, а оскільки будь-який провідник є антенним, то динамічна
індикація служить могутнім джерелом перешкод. Ще одним шляхом розповсюдження
перешкод є джерело живлення.
В зв’язку з тим, що фронти у комутуючих імпульсів
дуже короткі, тому їх гармонійні складові перекривають діапазон радіочастот аж
до ультракоротких хвиль.
Отже, застосування динамічної індикації дозволяє
мінімізувати кількість з’єднувальних провідників між цифровим пристроєм і
індикатором, але є при цьому могутнім джерелом перешкод, тому потрібно прийняти
всі заходи по придушенню перешкод.
Вибирати світлодіодні індикатори потрібно у
відповідності до вимог завдання курсового проекту. Світлодіодні індикатори
представлені як одно розрядними типу АЛ305А, так і багаторозрядними
індикаторами АЛС318, АЛС311, ИВЛ 1-7/5 (16 цифрових знаків). Компанія Kingbright
Electronic (www.kingbrightusa.com) та інші випускають різноманітні світлодіоди
та світлодіодні індикатори, інформацію про які можна знайти на фірмових сайтах
цих компаній.
Рідинно-кристалічні індикатори (РКІ)
Рідкокристалічні індикаторні панелі призначені
для виведення як символьної, так і графічної інформації.
Символьні РКІ як правило вбудованого контролера
не мають, тому організовувати вивід інформації на такі індикатори потрібно за
допомогою спеціальних мікросхем LCD Drivers, які можуть мати до 66 ліній портів
виводу. Компанія Microchip Technology Inc (www.microchip.com) випускає велику
кількість мікросхем LCD PIC® Microcontrollers, призначених для
роботи з символьними РКІ, наприклад PIC16C925, PIC16C926, PIC16F913,
PIC18F63J90 та інші.
Зображення в графічних РКІ синтезується окремими
крапками. Кожний графічний РКІ включає:
– матричний РК індикатор;
– контролер виведення інформації, що
реалізовує режим динамічної індикації.
Наявність контролера дозволяє здійснити виведення
інформації в динамічному режимі без участі центрального процесора.
Приведемо деякі типи символьних РК індикаторів
Основні параметри
· тип:
семисегментний
· розміри модуля,
мм: 55.9 x 76.2
· розміри видимої
області, мм: 50.8 x 65.0
· режим управління:
Static
· загальна
кількість виводів: 10
· опис сегментів:
1DIG
· виробник: INTECH
Основні параметри
· тип:
семисегментний
· розміри модуля,
мм: 69.8 x 38.1
· розміри видимої
області, мм: 62.2 x 22.9
· режим управління:
Static
· загальна
кількість виводів: 40
· опис сегментів:
4DIG 3DP 1COL
· виробник: INTECH
Простими графічними РК панелями є символьні 1-,
2-, 4-х рядкові панелі з числом символів в рядку до 40.
До таких панелей відносяться РКІ, наприклад,
SUNLIKE (Bolymin, www.bolymin.com.tw), WINSTAR та інші.
Основні параметри
· тип: символьний
(знакосинтезуючий)
· кількість
символів: 8 x 2 рядки
· розміри модуля,
мм: 58.0 x 32.0
· розміри видимої
області, мм: 38.0 x 16.0 (діагональ: 1.6 ″ = 4.1 см)
· розмір точки, мм:
0.56 x 0.66
· тип контролера:
S6B0066U
· виробник: WINSTAR
Підключаються РКІ панелі до м/к пайкою, перелік
контактів та їх значення приведено в таблиці.
Інтерфейс РКІ панелі
№
контакту
|
Позначення
|
Рівень
сигналу
|
Функція
|
1
|
Vss
|
0V
|
Загальний
|
2
|
Vdd
|
5,0V
|
Напруга
живлення схем логіки РКІ
|
3
|
Vo
|
(Variable)
|
Контрастність
зображення РКІ
|
4
|
RS
|
H/L
|
H
(Високий) - Дані, L (Низький) Команди управління
|
5
|
R/W
|
H/L
|
H
(Високий) - Читання з РКІ, L (Низький) - Запис в РКІ
|
6
|
E
|
H, H→L
|
Сигнал
вибору кристалу РКІ
|
7
|
DB0
|
H/L
|
Біт
даних 0
|
8
|
DB1
|
H/L
|
Біт
даних 1
|
9
|
DB2
|
H/L
|
Біт
даних 2
|
10
|
DB3
|
H/L
|
Біт
даних 3
|
11
|
DB4
|
H/L
|
Біт
даних 4
|
12
|
DB5
|
H/L
|
Біт
даних 5
|
13
|
DB6
|
H/L
|
Біт
даних 6
|
14
|
DB7
|
H/L
|
Біт
даних 7
|
Якщо в РКІ панелі є 15 (+) і 16 (-) контакти,
звичайно через них подається напруга для живлення внутрішньої підсвітки
дисплею.
Детальну інформацію про характеристики можна
отримати на сайтах фірм, що виробляють РКІ панелі та з файлу BC0801A series
VER01.pdf.
2. Вибір мікроконтролера
Вибір мікроконтролера PICmicro проводять у
відповідності до завдання на курсове проектування. Необхідно визначити
кількість ліній портів вводу - виводу, які будуть задіяні для обробки вхідної
інформації (датчиків, кнопкової клавіатури і т.п.), для виводу - на різні
пристрої відображення інформації, об’єкти керування, об’єми програмної пам’яті
та пам’яті даних, потрібну швидкодію та точність обробки даних.
Ввод аналогових сигналів вимагатиме використання
АЦП, окремих мікросхем або вбудованих у мікроконтролери PICmicro, наприклад
PIC16F873A - PIC16F877A.
Вивід інформації на конкретні пристрої її
відображення теж вимагатиме відповідного вибору контролера. Вивід даних на
символьні семисегментні РКІ індикатори потребуватиме вибору контролерів з
вбудованими LCD драйверами, наприклад PIC16C925, PIC16C926, PIC16F913,
PIC18F63J90
Згідно з алгоритмом програми, за допомогою якої
будуть вирішуватися завдання курсового проектування, потрібно визначити
загальний об’єм програмної пам’яті, пам’яті даних і на основі вибрати
мікроконтролер.
Швидкодію обробки даних визначить максимальна
тактова частота роботи мікроконтролера, яка може коливатися в межах від
десятків кГц до десятків МГц. Точність визначення часових інтервалів вхідних
величин, які необхідно виміряти за завданням, залежатиме від вибору способу
синхронізації мікроконтролера - RC-генератор даватиме найменшу точність виміру
при найнижчій максимальній частоті, XT-, HS-генератори - найвищу точність
виміру і вищу частоту роботи.
Детальна інформація про мікроконтролери PICmicro
можна знайти на сайті [14] та сайті [15].
Вибір елементів електронних схем
Вибір резисторів
Початковими даними для вибору резистора служать:
розрахований опір і розрахункова потужність резистора.
Резистор вибирають в наступному порядку:
) Визначають найближчий стандартний номінал
резистора з ряду.
) З ряду потужностей: 0,125; 0,25; 0,5; 1,0; 2,0;
5,0; 10,0 Вт вибирають потужність резистора.
) По довіднику вибирають стандартний резистор.
Приклад: «В результаті розрахунку по отриманим
величинам R5=17585,5 Ом; PR5=0,356 Вт вибираємо резистор МЛТ - 0,5 Вт - 18 кОм 10%».
Стандартні ряди номіналів резисторів і
конденсаторів
Індекс
ряду
|
Номінальне
значення (одиниці, десятки сотні Ом, кОм, МОм, пФ нФ, мкФ)
|
Допустиме
відхилення від номінального значення%
|
Е6
|
1.0 1.5
2.2 3.3 4.7 6.8
|
20
|
Е12
|
1.0 1.5
2.2 3.3 4.7 6.8 1.2 1.8 2.7 3.9 5.6 8.2
|
10
|
Е24
|
1.0 1.1
1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 6.2 6.8
7.5 8.2 9.1
|
5
|
Вибір конденсаторів
Початковими даними для вибору конденсатора
служать: розрахункова ємність, розрахункова напруга, максимальна частота струму
(напруга), призначення (розділовий конденсатор, конденсатор фільтру змінного
струму, конденсатор фільтру постійного струму і ін.)
Конденсатор вибирають в наступному порядку:
) По стандартних рядах вибирають найближчий
номінал конденсатора.
) Задаються допустимим значенням напруги
конденсатора в 1,2-1,5 разів більше, чим Uc max.
) По максимальній частоті і характеру режиму
роботи вибирають тип конденсатора. З урахуванням залежності допустимої напруги
конденсатора від частоти вибирають напругу конденсатора з даних для вибраного
типу.
) За наслідками попередніх пунктів вибирають
стандартний конденсатор.
Вибір діодів
Початковими даними для вибору діода служать:
максимальний струм, середній струм, максимальна напруга, частота протікаючого
струму. Параметри діода слідує вибирати із запасом (15-20)%.
Приклад.
Максимальний струм діода складає Iдmax=300 мА.
Максимальне зворотне напруга Uвmax= 30 В. Середній струм діода
дср = (10)
Якщо частота проходження імпульсів струму через
діод f=100 Гц, з довідника вибираємо діод Д229В з параметрами:доп.ср. =0,4 А;
Uвmax=100 В; fmax= 1кГц.
3. Вимоги до оформлення курсового проекту
Розрахунково-пояснювальна записка до курсової
роботи виконується на аркушах формату А4 (шириною 210 і довжиною 297 мм).
Заповнюється одна сторона листа. Сторінки пояснювальної записки нумеруються
арабськими цифрами без крапки, номер розташовують у правом нижньому куті кутового
штампа. Відстань від тексту до границь листа: зверху - 15 мм, ліворуч - 30 мм,
праворуч - 10 мм, знизу - не менше 20 мм. Текст пишуть чорнилом одного кольору.
При оформленні пояснювальної записки на персональному комп'ютері використовуйте
текстові процесори Mіcrosoft Word (шрифт - «Tіmes New Roman», 14 пт). У цьому
випадку малюнки також варто виконувати на комп'ютері.
Титульний лист і лист технічного завдання
включаються загальну нумерацію, але номери на них не ставляться. Текст основної
частини поділяється на розділи, підрозділи, пункти і підпункти. У текстовій
частині допускаються тільки загальноприйняті скорочення. Заголовки розділів
пишуться симетрично текстові прописними буквами. Заголовки підрозділів, пунктів
і підпунктів пишуться малими літерами. Перенос слів у заголовках не
допускається. Крапка наприкінці заголовка не ставиться. Кожен розділ варто
починати з нового листа. Введення, список літератури і висновок не нумеруються.
Розділи повинні мати порядкову нумерацію в межах усієї пояснювальної записки і
позначатися арабськими цифрами з крапкою наприкінці. Номер підрозділу
складається з номера розділу і підрозділу, розділених крапкою, наприклад: «2.3»
(третій підрозділ другого розділу). Номер пункту включає 3 цифри: номер
розділу, номер підрозділу і номер пункту, наприклад: «2.3.2».
Схеми, малюнки, таблиці варто поміщати після
першого згадування про них або на наступній сторінці. Ілюстрації нумерують у
межах ПЗ арабськими цифрами. Позначення ілюстрації, якщо їх більше однієї,
складається зі слова «Рис.» і порядкового номера ілюстрації, наприклад: Рис. 2.
У конці позначення крапку не ставлять. Ілюстрація повинна мати найменування і
при необхідності пояснювальні дані.
Значення символів і числових коефіцієнтів, що
входять у формули, повинні бути приведені безпосередньо під формулою. Значення
кожного символу приводять з нового рядка в тій послідовності, у якій вони
приведені у формулі. Перший рядок розшифровки повинен починатися зі слова «де»
без двокрапки після нього. Формула пишеться симетрично текстові. До і після
написання формули варто пропустити чистий рядок. Усі формули нумерують
арабськими цифрами без крапки у межах розділу. Номер формули вказують з правої
сторони листа на рівні формули в круглих дужках.
Усі таблиці, якщо їх у документі більш однієї,
нумерують в межах ПЗ арабськими цифрами. Над лівим верхнім кутом таблиці
поміщають напис з вказівкою номера: «Таблиця 2». При наявності заголовку напис
«Таблиця…» пишуть вище заголовку. Якщо в ПЗ тільки одна таблиця, то номер їй не
привласнюють і слово» Таблиця " не пишуть. На всі таблиці повинні бути
посилання в тексті.
При посиланні в тексті на літературне джерело
приводиться його порядковий номер, виділений квадратними дужками.
Графічна частина виконується у відповідності до
вимог ГОСТ 2.701-84, ГОСТ 2.710-81, ГОСТ 2.723-68, ГОСТ 2.727-68, ГОСТ
2.728-74, ГОСТ 2.730-73 ГОСТ 2.743-82, ГОСТ 2.755-84. Правила і порядок
виконання графічної частини також приведено в [11, 12]
4. Порядок і контроль виконання курсового
проекту
Курсовий проект виконується в порядку,
встановленому керівником проекту і в термін, вказаний в календарному плані.
Контроль виконання здійснюється на практичних
заняттях по чорнових запискам студента.
За тиждень до захисту студент повинен здати
курсовий проект на перевірку керівнику.
Рекомендована література
1. Гостев В.И Системы управления с цифровыми регуляторами:
справочник. - К.: Техника, 1990.
. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования
микропроцессорных устройств автоматики. - М.: Энергоатомиздат, 1987.
. Коу Б. Теория и проектирование цифровых систем управления
- М.: Машиностроение, 1986.
. Романенко В.Д. Методи автоматизації прогресивних
технологій. - К.: Вища школа, 1995.
. Солодовников В.В., Коньков В.Г. и др. Микропроцессорные
автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы. Учебное
пособие. - М.: Высшая школа, 1991.
. Бродин В.Б., Шагурин М.И. Микроконтроллеры: архитектура,
программирование, интерфейс. Справочник. - М.: Издательство ЭКОМ, 1999
. Бойко Н.П., Стеклов В.К. Системы автоматического
управления на базе Микро-ЭВМ. К.: Техника, 1989.
. Майоров В.Г., Гаврилов А.И. Практический курс
программирования микропроцессорных систем. - М.: Машиностроение, 1989.
. Зубчук В.И., Сигорский В.П., Шкуро А.Н. Справочник по
цифровой схемотехнике. - К.: Техніка, 1990.
. Стеклов В.К. Проектування систем автоматичного керування.
- К.: Вища школа, 1995.
. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение
электрических схем по ЕСКД. Справочник. - М.: Издательство стандартов, 1989.
. Клюев А.С., Глазов Б.В. и др. Проектирование систем
автоматизации технологических процессов: Справочное пособие - М.:
Энергоатомиздат, 1990. - 464 с.:ил.
. Електронний підручник, файл Курс лекций по
микроконтроллерам.pdf
. www.microchip.com - сайт компанії Microchip Technology
Inc
. www.microchip.com.ua - сайт компанії ООО «ГАММА»,
офіційного представника компанії Microchip Technology Inc в Україні
. www.microchip.ru - сайт російської компанії ООО
«Микро-Чип», офіційного представника компанії Microchip Technology Inc.
. www.bolymin.com.tw - сайт компанії Bolymin Inc, виробника
LCD Module
. www.kingbrightusa.com - сайт компанії Kingbright
Electronic, виробника LED Module.