Реферат: Компаратор аналогових сигналов

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ I НАУКИ УКРАЇНИНаціональний технічний університет “Харківський політехнічнийінститут”Кафедра обчислювальної техніки та програмування

УДК 681.3

Інв №

Компаратор аналогових сигналiв на базі мікроконтролера

Альбомдокументів курсового проекту по дисципліні

“Проектування мікропроцесорнихпристроїв”

КІТЗІ11.022825.005 ДКП

Ізюм 2006


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИНаціональний технічний університет “Харківський політехнічнийінститут”Кафедра обчислювальної техніки та програмування

УДК 681.3

Інв №

ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідуючийкафедрою XXX

__________(XXx.x..)

“_____”_________2006 р.

Компаратор аналогових сигналiв

Відомістьпроекту

КІТЗІ11.022825.005 ВП

Розробники

Керівник проекту

______(XX x.x..)

“_____”_________2006 р.

Виконавець

______(XX x.x… )

“_____”_________2006 р.

Ізюм 2006






Формат

Зона Поз. Позначення Найменування Кільк. листів Помітки Документація Загальна х А4 КІТЗІ11.022825.005 ТЗ Технічне Завдання х А4 КІТЗІ11.022825.005 ПЗ Пояснювальна Записка х А4 КІТЗІ11.022825.005 Ф1 Схема Електрична функціональна х А4 КІТЗІ11.022825.005 ПЕ Перелік Елементів х КІТЗІ11.022825.005 ВП Изм Літ № докум Підпис Дата

Компаратор аналогових сигналiв

Відомість проекту Лит Лист Листів Розроб xxx. К 2 3 Перевір xxx. НТУ “ХПІ” Кафедра ОТП Затв. xxxxx /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

Анотація

 

Курсовий проект присвячений розробці пристрояпорівняння та обробки двух  аналогових сигналiв, який може застосовуватись урізноманітних прикладеннях.

Розробленіструктурна та  функціональна схеми, а також виконано моделювання пристрояприймання та обробки аналогових сигналiв, за допомогою пакету MPLAB.


Annotation

This term projectdeals with working a device of reception and processing of analog signals,which to be used in different digital devices.

There have been made structure, functional, as well adevice of reception and processing of analog signals, has been modeled by meansof MPLAB


 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИНаціональний технічний університет “Харківський політехнічнийінститут”Кафедра обчислювальної техніки та програмування

УДК 681.3

Інв №

ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідуючийкафедрою ОТП

__________(XXx.x..)

“_____”_________2006 р.

Компаратор аналогових сигналiв

Технічнезавдання

КІТЗІ11.022825.005 ТЗ

Розробники

Керівник проекту

______(XX x.x..)

“_____”_________2006 р.

Виконавець

______(XX x.x..)

“_____”_________2006 р.

Ізюм  2006

Техническоезадание

Предложитемикроконтроллерное устройство позволяющее ввести от двух независимых датчикованалоговые сигналы постоянного тока (U1 и U2), сравнить их между собой и порезультатам сравнения осуществить:

1.        В случаеравенства управление передается фрагменту программы с адресом A1 и устанавливается в «1» признакфлаг F0

2.        В случаенеравенства признак F0 устанавливаетсяв «0», в соответсвии с вариантом задания формируются управляющие сигналы, ауправление передается на фрагмент программы с адресом A2

Дополнительные условия:

1.        Тип используемогогенератора тактовых импульсов – XT;

2.        Способформирования сигнала «Сброс» по выключению питания –Внешний;

3.        Выходные(управляющие) сигналы — Импульсные:

Последовательностьимпульсов с изменяющейся длительностью (tи) и паузой между ними (tп),

где  (tиi) – длительность импульса в i-м периоде,

(tпi) – длительность паузы в i-м периоде,

Велечины tи и  tп   задаются константами, хранящимися вПД. Причем, велечины tиi<sub/>и  tпi<sub/> можно выбирать самим.


 

1.     Вимоги до виробу

Пристрій зрівняння та обробкианалогових сигналів.

2.     Склад виробу,технічні характеристики і рекомендації

2.1 Принцип дії

Принцип даного пристрою засновано на зрівнянні 2аналогових сигналів виконанні їх обробки та  по результатам зрівняння виконаннязаданих дій.

2.2 Вхідні сигнали

Вхідні сигнали – сигнали пуску,зупинки які поступають  з керуючого пристрою.

2.3Живлення

Живлення пристрою виконати відджерела з напругою, В ……5.

3.     Комплектністьконструкторської документації

Конструкторська документація повиннамістити наступні документи:

-       відомістьпроекту

-       технічнезавдання

-       пояснювальнузаписку

-       схемуелектричну структурну

-       схемуелектричну функціональну

-       перелікелементів

4.     Умовиексплуатації

Температурний діапазон: +5…+40оС.

Відносна вологість: 40%.

5.     Термінздачі

Здати до 2006 року.


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИНаціональний технічний університет “Харківський політехнічнийінститут”Кафедра обчислювальної техніки та програмування

УДК 681.3

Інв №

ЗАТВЕРДЖУЮ

Завідуючийкафедрою ОТП

__________(XXx.x..)

“_____”_________2006 р.

Компаратор аналогових сигналiв

Пояснювальназаписка

КІТЗІ11.022825.005 ПЗ

Розробники

Керівникпроекту

______(XXx.x..)

“_____”_________2006 р.

Виконавець

________(XX x.x..)

“_____”_________2006 р.

Ізюм  2006

Реферат

Даний документ представляє собою пояснювальну запискуоб’ємом ХХ листів. У пояснювальній записці представлено Х таблиць, Х рисунків, використано Хджерел інформації.

Ключові слова:МІКРОКОНТРОЛЕР, ДАТЧИК, АНАЛОГОВИЙ СИГНАЛ, ЗРІВНЯННЯ ІНФОРМАЦІЇ.

В даному курсовому проекті розроблено пристрійзрівняння та обробки аналогових сигналів.

Розробкавиповнена на мікроконтролері серії PIC. У пояснювальній записці приведені необхідні обставини,розрахунки та опис принципу дії як пристрою в загалі, так і його окремихфункціональних блоків та вузлів. Розроблено та досліджено програмнезапезпечення пристрою для приймання сигналів та їх зрівняння з подаль.

Альбом документів курсового проекту окрімпояснювальної записки містить креслення структурної та функціональної  схемипристрою.


Содержание

 

Введение

1. Выбор и обоснование основныхтехнических решений

1.1.    Детализацияисходного ТЗ и постановка задачи (использование блочно-иерархического подхода при разработке данного устройства)

1.2.    Возможные путирешения поставленной задачи

1.3.    Обоснованиевыбора типа ОМК для решения поставленной задачи

2.        Функциональная схема устройства и её описание.

2.1.    Функциональнаясхема.

2.2.    Назначениеотдельных функциональных блоков

2.3.    Описание принципадействия

3.        Расчет потребляемоймощности и определение требований к источникам питания

4.        Разработка иотладка рабочей программы.

4.1.    Блок-схемаалгоритма

4.2.    Текст программы


Введение

Однокристальныемикроконтроллеры (ОМК) позволяют существенно расширить интеллектуальныевозможности различного рода устройств и систем. Они представляют собой, посути, специализированные однокристальные микроЭВМ, содержащие для связи свнешней средой встроенные периферийные узлы и устройства, набор которых вомногом определяет их функциональные возможности и области применения.

Они стали сегодня одним изсамых распространенных элементов программируемой логики. Более двух третеймирового рынка микропроцессорных средств в настоящее время составляют именнооднокристальные микроконтроллеры.

В структуру ОМК семействаPIC заложено много различныхфункциональных особенностей, делающих их самыми высокопроизводительными,микропотребляющими, помехозащищенными, программируемыми пользователем 8-мибитными микроконтроллерами. Благодаря этим особенностям ОМК семейства PIC могут обрабатыватьаппаратно-программным способом как дискретные, так и аналоговые сигналы, атакже формировать различного рода управляющие сигналы, а также осуществлятьсвязь между собой и ЭВМ, находящейся на более высоком иерархическом уровне всистеме.

Существует двапринципиально разных подхода к проектированию цифровых устройств: использованиепринципа схемной логики или использование принципа программируемой логики.

Для выполнения задачи измерениявременных интервалов наиболее подходящее является использованиемикроконтроллеров что позволяет оперативно изменять параметры настроек системыизмерения.


1.Выбор и обоснование основныхтехнических решений

 

1.1Детализацияисходного ТЗ и постановка задачи

 

Заданную выходную задачуможно разбить на 3 глобальных задачи:

1. Задача приема входныхданных.

2. Задача обработкивходных данных и принятие решения.

3. Выдача управляющегосигнала на объект управления.

Всвою очередь задача приема входных данных  содержит в себе 4 задачи малойразмерности:

1.           Обеспечениенеобходимых уровней входных сигналов;

2.           Цикл ожидания;

3.           Чтение порта ОМК;

4.           Запись в РОН.

Задачаобработки входных данных и принятия решения реализуется на основе 2 подзадач:

1.           Чтение константыиз ПЗУ;

2.           Сравнениеконстанты с РОН.

Задачавыдачи управляющего сигнала на объект управления реализуется на задаче малойразмерности  – запись управляющего сигнала в выходной порт ОМК.

/>


1.2.Возможные пути решения поставленной задачи (аппаратный или програманый)

 

Все МКУ разрабатываются спомощью программных и аппаратных способов реализации.

Преимущества аппаратнойреализации заключаются в том, что:

а) использование специальных БИСупрощает разработку и обеспечивает высокое быстродействие системы в целом;

б) уменьшается время на разработку иотладку устройства.

Преимущества программнойреализации такие;

а) меньшая стоимость и потребляемаямощность системы ;

б) меньшее количество компонент всистеме, а значит выше надежность системы в целом;

в) время жизни системы значительновыше по сравнению с аппаратной

Цикл ожидания входныхданных реализуем программно, так как в ТЗ строгих рамок к быстродействиюсистемы нет и программный способ намного проще аппаратной реализации. Остальныезадачи малой размерности: чтение порта ОМК и запись в РОН реализуемы толькопрограммно.

Глобальная задачаобработки входных данных и принятия решения будет реализована программнымпутем, так как именно для этого предназначен микроконтроллер. Если же входныеданные обрабатывать аппаратно (собрать схему на жесткой логике), тогда ТЗтеряет свой смысл, в нем оговорено спроектировать микроконтроллерноеустройство, а значит для МК останется только задача выдачи управляющего сигнала(один бит информации). Такое сложное и мощное устройство как МК использоватьтолько для этой цели не рационально. Поэтому обработкой входных сигналов будетзаниматься МК под управлением соответствующей программы.

Глобальная задача выдачиуправляющего сигнала на объект  управления очень проста  и так как не требуетсясоздавать управляющий сигнал меньше или больше tц контроллера, тоздесь будет нерационально использование дополнительных аппаратных средств сточки зрения габаритов, стоимости, надежности и потребляемой мощности, темболее выходной  сигнал по ТЗ не должен изменяться пока на входной сигналнаходится в допустимых пределах, поэтому эту задачу мы реализуем программнымпутем.

Дополнительным плюсомбудет то, что часть первой глобальной задачи, вся вторая и третья задачи будутрешаться МК и на него не ляжет задача по обеспечению информационных исинхронизирующих связей с другими аппаратными частями МКУ, что повыситнадежность МКУ.


 

2.Функциональнаясхема устройства и её описание

 

2.1. Функциональная схема

/> /> /> /> /> /> /> /> <td/> />
Рис.2.1 Функциональная схема МКУ

 

Назначение отдельных функциональныхблоков

МКУ имеет внешний способформирования сигнала «Сброс», основанный на интегрирующей цепочке (см. рис.2.2).

/>



2.3.Описание принципа действия

Для ввода двух сравниваемых напряжений используются двааналоговых канала (линии AIN0 и AIN1 порта А). Переключение каналовпроизводится с помощью изменения битов CHS0 и CHS1 в регистре ADCON0, которыйпредназначен для управления АЦП.

Структура регистра ADCON(Адрес 08h в памяти данных) следующая:

ADCS1 ADCS0 CHS1 CHS0 GO/DONE ADIF  ADON

ADON — Включение АЦП:

·                           ADON = 0: АЦП неработает и не потребляет тока;

·                           ADON = 1: АЦПработает и занял линии ввода/вывода.

ADIF — Флаг прерывания поокончанию преобразования:

·                           устанавливается аппаратно, когда преобразование закончено;

·                           сбрасываетсяпрограммно.

         GO:/DONE -ЗапускАЦП (начало преобразования):

·                           устанавливаетсяпрограммно;

·                           сбрасываетсяаппаратно, когда преобразование закончено.

 CHS1,CHS0 — Выбораналогового канала:

·                           CHS1,CHS0 = 00:канал 0 (AIN0); 01: канал 1 (AIN1);                        

      10: канал 2(AIN2);  11: канал 3 (AIN3).

ADCS1,ADCS0 — Выборчастоты преобразования:.

·                           ADCS0,ADCS0 = 00:fosc/2;     01: fosc/8;


3.        Расчет потребляемой мощностии определение требований к источникам питания

 

Расчетпотребляемых токов

Расчет потребляемых токов сводится к тому, чтонеобходимо определить суммарное потребление тока всеми микросхемами, то есть:

/>                                               (3.1)

где Iобщ — общий ток, потребляемый устройством,

Ik — ток, потребляемый k-той микросхемой,

m — общее число микросхем,

n — число микросхем данного типа.

Получаем общий ток потребления:

/>

Полученные данные удовлетворяют требованиям системноймагистрали ISA (п.1.2).

Расчетпотребляемой мощности

Расчет потребляемой мощности сводится к тому, чтонеобходимо определить мощность потребляемую устройством, то есть:

Расчетнадежности

Интенсивность отказов lхарактеризуется отношением числа изделий в единицу времени к числу изделий,продолжающих оставаться исправными к началу рассматриваемого промежуткавремени:

/>                                                  (3.3)

где m — число изделий, отказавших за время t,

N — число исправно работающих изделий к началупромежутка времени.

Если предположить, что отказы различных элементоввзаимно независимы и каждый отказ носит катастрофический характер, то естьполностью нарушают работоспособность, то интенсивность отказов устройства равнасумме интенсивностей отказов элементов, составляющих устройство:

/>                                               (3.4)

где li — интенсивность отказовэлементов i-го типа,

ni — количество элементов i-го типа входящего вустройство.

Наработка на отказ равна:

/>                                                     (3.5)

Интенсивность отказов элементов следующая:

микросхемы – 0.85×10-6(ч-1),

резисторы – 0.9×10-6(ч-1),

конденсаторы – 1.4×10-6(ч-1).


 

4.Разработка и отладка рабочей программы

4.1.Блок-схема алгоритма

/>


Рис.4.1 Алгоритм работы программы.

4.2. Текстпрограммы

 

list p=16с71                 ; определение типа мк

;        #include <p16c71.inc> ; подключение файла p16с71.inc

;***** Объявление переменных  ****************************

STATUS    EQU           03H           ; Регистр STATUS

PORTB      EQU           06H           ; Регистр порта В

ADCON0   EQU           08H           ; Регистр управления АЦП

ADRES      EQU           09H           ; Регистр результата АЦП

                                              ; преобразования

INTCON    EQU           0BH          ; Регистр управления прерыва

                                              ; ниями

OPTREG    EQU           81H           ; Регистр OPTION

TRISB        EQU           86H           ; Регистр конфигурации порта В

ADCON1   EQU           88H           ; Регистр конфигурации АЦП

RP0   EQU           5H                      ; Бит переключения страниц в

; регистре STATUS

F       EQU           0Ch                     ; Флаг «F0»

I        EQU           0Dh                    ; Счетчик

TI      EQU           10h                     ; Задержка импульса

TP     EQU           11h                     ; Задержка паузы

D2     EQU           0Eh                     ; Сигнал U1

D1     EQU           0Fh            ; Сигнал U2

;**************** Рабочая секция *************************

ORG           0                                   ; Начальный адрес послесброса

GOTO        BEGIN                                  ; Переход на началопрограммы

ORG           300                               ; Начальный адреспрограммы 

; (следующая команда будет расположена по адресу 100H)

GOTO TEST                                            ; Используем дляотладки

; Ввод и преобразование сигналов U1 и U2

BCF           ADCON0,3                           ; Установить входнойканал AIN0

BSF            ADCON0,2                           ; Начать процесспреобразования

; сигнала U1

LOOP1       BTFSS ADCON0,2               ; Ждать окончания преобразова-

; ния сигнала U1

GOTO        LOOP1

MOVF        ADRES,0                              ; Результатпреобразования

                  ; сигнала U1 записать в W

MOVWF D1

BCF           ADCON0,1                           ; Сбросить флаг окончанияпре-

; образования ADIFв регистре

;ADCON0

BSF  ADCON0,3                                     ; Установить входнойканал AIN1

LOOP2       BTFSS ADCON0,2               ; Ждать окончания преобразова-

; ния сигнала U2

GOTO        LOOP2

MOVF        ADRES,0                              ; Результатпреобразования

                  ; сигнала U2 записать в W

MOVWF D2

BCF           ADCON0,1                           ; Сбросить флагокончания пре-

; образования ADIFв регистре

;ADCON0

GOTO COMPARE

A2

BCF F,0                                          ; Установка флага F в«0»

MOVLW 3H                                            ; Количество I

MOVWF I

M

MOVLW 10H                                  ;Tи =10h

MOVWF TI

MOVLW 5H                                             ;Tп =5h

MOVWF TP

MOVF I,W

ADDWF TI                                               ;Tи =Ти+I

M1   

BSF PORTB,0                                ; Подаем «1» навыход

DECFSZ TI,1                                 ; Декримент Ти на 1

GOTO   M1

ADDWF TP                                              ;Tп =Тп+I

M2   

BCF PORTB,0                               ; Подаем «0» на выход

DECFSZ TP,1                                ; Декримент Тп на 1

GOTO   M2

DECFSZ I,1                                    ; ДекриментI на 1

GOTO   M

GOTO TEST

A1

BSF F,0                                          ; Установкафлага F в «1»

GOTO TEST               


4.3.Технология отладки программы

 

4.3.1.Моделирование

 

Исходя из техническогозадания, предлагаемое МКУ выполняет сравнение вводимых с 2 датчикованалоговых сигналов  и сравнение их между собой, далее в зависимости отрезультата сравнения, выполняются определенные действия. То есть, если U1=U2, то установка флага F0 в «1» и переход на метку А1, если же U1<>U2 – то установка флага F0 в   «0» и переход на метку А0.

Так как в даннойразработке сравнение чисел и управление выходным сигналом выполняется с помощьюпрограммы, написанной на языке Ассемблер, то необходима проверкаработоспособности этой программы.

Проверкаработоспособности программы осуществлялась с помощью среды MPLAB v 3.40. Дляэтого необходимо выполнить следующие действия:

Запустить оболочку MPLABv 3.40 (Пуск\Программы\Microchip MPLAB\MPLAB). Появится окно, изображенное нарис. 5.1. прокомпилировать  и выполнить проект.

/>

/>

Рис.4.3.Вывод управляющих сигналов при неравенстве входных сигналов.

/>


 

Заключение

 

В данном проекте былразработан компаратор аналоговых сигналов.

Устройство реализовано наоднокристальном микроконтроллере типа PIC16C71.

Технические характеристикиспроектированного устройства:

Потребляемая мощность, Вт ----

Наработка на отказ, ч. -----

Время выполнения программы, с -----

Написанапрограмма для управления МК на языке Assembler, отлажена в среде MPLAB.

Результатымоделирования показали, что МК удовлетворяет всем заданным в ТЗ условиям.


Списокиспользованных источников

1.     Угрюмов Е.П.Проектирование элементов и узлов ЭВМ. Москва, «Высшая школа», 1987 – 317 с.

2.    АлексенкоА.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника: Учеб. пособие для вузов. –М.: Радио и связь, 1990.– 496 с.

3.    Скаржепа В.А.,Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника.   –К.: Высшая школа главноеизд-во, 1989 – 431 с.

4.Угрюмов Е.П.цифровая схемотехника.: БХВ – санкт – Петербург, 2000. – 529с

5.Новиков Ю.В.Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы проектирования.М.: Мир,2001. – 379с.

еще рефераты
Еще работы по информатике, программированию