Реферат: Устройство контроля интенсивности движения через мост
Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)
УСТРОЙСТВО_КОНТРОЛЯ_ИНТЕНСИВНОСТИ
ДВИЖЕНИЯ
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Микропроцессорные устройства и системы»
ФЭТ КП.ХХХХХХ.001 ПЗ
Студент группы 367-3
________ Д.А. Сахно
Руководитель проекта
аспирант кафедры ПрЭ
_______М.Ю. Шевелев
АННОТАЦИЯ
Дисциплина «Цифровая и микропроцессорная техника» (ЦиМПТ) является одной из центральных фундаментальных дисциплин, изучаемых будущими инженерами специальности «Промышленная электроника». Любая инженерная деятельность без знания основ данной дисциплины является несостоятельной. ЦиМПТ является дисциплиной жестко привязанной к прикладным схемотехническим задачам.
Схемотехническая деятельность многогранна и предполагает умение решать различные виды схемотехнических задач, в том числе задач синтеза электронных схем, то есть проектирования электронных устройств заданного функционального назначения.
Микропроцессоры являются основой совершенно нового поколения интеллектуальных машин. Современные специалисты в области электронной техники должны обладать знаниями о микропроцессорах и микропроцессорных систем.
Данный курсовой проект позволит сделать первые серьезные шаги в применении этих и других знаний для оптимального проектирования электронных систем, так как процесс проектирования всегда связан с выбором оптимального варианта из множества возможных.
Разработанное устройство контроля интенсивности движения машин через мост позволяет наглядно на практике рассмотреть возможности применения микропроцессорных систем в быту. Данное устройство воспроизводит таймер и счетчик внешних событий в общем корпусе. Оно просто в использовании и может применяться как в ГАИ, так и дорожными службами.
Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
(ТУСУР)
Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)
УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой ПрЭ
_______А. В. Кобзев
ЗАДАНИЕ
по курсовому проектированию
студенту Сахно Дмитрию Анатольевичу
группа №367-3 факультет электронной техники.
1. Тема проектирования: Разработка устройства контроля интенсивности движения через мост.
2. Срок сдачи студентом законченного проекта:
3. Исходные данные к проекту: Устройство ведет подсчет количества автомобилей, проехавших через мост, и по запросу внешнего устройства выдает час-пик и количество автомобилей, проехавших в этот час.
4. Содержание пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов): выбор микроконтроллера, обоснование функциональной схемы, распределение функций между аппаратными и программными средствами, разработка полной принципиальной схемы устройства с перечнем элементов, алгоритм работы программы, листинг управляющей программы.
5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей): функциональная схема устройства, схема алгоритма прикладной программы, схема электрическая принципиальная.
6. Дата выдачи задания:
РУКОВОДИТЕЛЬ
аспирант кафедры ПрЭ Шевелев Михаил Юревич
______________
Задание принял к исполнению
Сахно Дмитрий Анатольевич
CОДЕРЖАНИЕ
1. Введение............................................ 6
2. Конкретизация технического задания................... .8
3. Разработка функциональной схемы устройства............ 9
4. Алгоритм работы устройства......................... 11
5. Разработка управляющей программы.................... 13
6. Заключение......................................... .14
7. Список использованной литературы..................... 15
Приложение А. Листинг управляющей программы.......... 16
Приложение Б. Карта прошивки памяти программ.......... 21
1. ВВЕДЕНИЕ.
Широкое внедрение во все сферы человеческой деятельности получила микропроцессорная техника. Этот процесс неразрывно связан как с развитием многочисленных сложных технических разработок, так и с уровнем подготовки в этой области специалистов самого различного профиля.
Микропроцессоры, как основа совершенно нового поколения интеллектуальных машин, встречаются повсюду. В настоящее время микропроцессорные системы широко внедряются во все сферы учебной, научной и производственной деятельности. Вследствие создания программируемого элемента, называемого микропроцессором, можно рассчитывать на ускорение разработок искусственного интеллекта.
Электронные вычислительные машины широко используются с 50-х годов. Сначала это были ламповые и дорогие машины, предназначенные для административно-управленческих целей, доступные только крупным предприятиям. Из-за появления нового элемента — микропроцессора структура и формы вычислительных машин изменились. Микропроцессор — это интегральная схема (ИС), обладающая такой же производительностью при переработке информации, что и большая ЭВМ. Более точно — это очень сложное программируемое устройство малых размеров, представляющее собой большую интегральную схему (БИС). Электронные вычислительные машины работают в соответствии с загружаемой в них программой, микро-ЭВМ действуют по такому же принципу, она содержит микропроцессор и, по меньшей мере, один какой-либо либо тип полупроводниковой памяти.
Выполнение курсового проекта требует от будущего специалиста промышленной электроники обязательных знаний не только о микропроцессорах и микропроцессорных системах в общем, т. е. сведениями об её аппаратной и программной частях, но и о различных аспектах архитектуры, функционирования и применения микропроцессоров и микропроцессорных систем. Курсовой проект позволит студентам укрепить знания в области цифровой и микропроцессорной техники, почувствовать себя специалистами в области разработки этой аппаратуры и её программного обеспечения.
Кроме того, проектирование микропроцессорных систем наряду с организацией центрального процессора, подключением памяти и устройств ввода/вывода информации связано с разработкой прикладных программ на языке ассемблера используемого микропроцессора. Для успешного и эффективного построения микропроцессорных систем необходимо в совершенстве знать их программные возможности и предоставляемые ими средства. На этапе разработки прикладной программы используются различные компьютерные средства поддержки проектирования: кросс-трансляторы, эмуляторы, редакторы текстов, программаторы.
При выполнении курсового проекта прямые интересы проектировщика электронного устройства замыкаются на решении специальных технических проблем: моделирование технического объекта, его эксплуатация и управление, разработки различных видов технологии и оборудования и т. д. В проекте раскрываются сложные вопросы структуры, функционирования, принципов построения аппаратных и программных средств микропроцессоров и микропроцессорных систем.
В курсовом проекте по ЦиМПТ микропроцессор является основой для построения электронного устройства с заданными в техническом — задании функциональными свойствами. Применение однокристальных микроконтроллеров в цифровых электронных устройствах обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при низкой стоимости.
2. КОНКРЕТИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
Конструктивные особенности этого устройства: диапазон рабочих температур, конструктивное исполнение, характеристики аналоговых узлов и т. д.
Устройство ориентировано на установку на четырех полосах проезжей части моста, оно работает в режиме таймера и одновременно счетчика внешних импульсов с входа INТ0, которые создают автомобили, проезжающие по дорожным пластинам (конструктивно они похожи на большие кнопки). По уровню логической «1» входа INТ1 программа выдает на внешнее устройство количество автомобилей в час-пик и час, в которое это количество автомобилей было достигнуто. Контролируемое количество автомобилей не должно превышать 9999 за час, иначе переполнение регистров может вызвать некорректную работу устройства.
Применение микроконтроллера в данном устройстве вызвано задачами подсчета внешних импульсов при параллельной работе часов и выводе нужной информации на цифровые индикаторы и внешнее устройство.
Разработанный прибор по заданным характеристикам и выполняемым им функциям должен выпускаться в специальном корпусе, обеспечивающем температурный режим, не нарушающий работоспособность микропроцессорной системы.
3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА
Устройство можно спроектировать с применением однокристального микроконтроллера семейства МК51. Микросхемы семейств МК48 и МК51 получили наибольшее распространение среди микросхем такого класса. Использование микросхемы К1830ВЕ51 в данном случае — самый экономичный вариант реализации устройства с удовлетворяющими требованиями быстродействия. Функциональная схема устройства изображена на рисунке 3.1. Для подсчета количества автомобилей к линии пота Р3 (INT0) микроконтроллера подключаем датчики с коммутатором импульсов, c которого снимаем сигнал на вход INТ0 при проезде автомобиля. Датчик формирует импульс с единичным уровнем в тот момент, когда автомобиль проезжает по нему. Принципиальная схема датчика приведена на рисунке 3.2.
Датчик представляет собой гигантские кнопки шириной в половину полосы и длинной 3м. При проезде автомобиля по двум частям полосы дорожного покрытия формируется единичный импульс, который переключает счетный триггер из «1» в «0» и наоборот. В результате на триггере сформируется единичный импульс, соответствующий по длительности времени проезда автомобиля.
Затем, после формирования сигналов с датчиков, информация поступает на коммутатор.
Вывод информации о текущем времени осуществляется через порты Р1 и Р2 и светодиодные семи-сегментные цифровые индикаторы HG1… HG4, в качестве которых можно использовать индикаторы типа АЛС324А. Индикаторы подключаются к линиям портов микроконтроллера через дешифраторы DD2..DD5, в качестве которых используются микросхемы 514ИД1, преобразующие двоично-десятичное содержимое портов в коды управления цифровыми индикаторами. Начальные установки таймера реального времени задаются кнопками подключенными к линиям Т0 и T1 порта Р3, которые обозначаются на функциональной схеме «час» и «мин». Сразу при включении устройство переходит в режим счета.
Программно реализуется счетчик внешних событий на регистрах R4 и R6, а таймер реального времени на таймере-счетчике Т/С1. Импульс, приходящий с коммутатора вызывает увеличение содержимого счетчика, причем информация о максимальном значении автомобилей и час-пике обновляется каждый час. Время берется из таймера реального времени.
4. АЛГОРИТМ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА
При включении устройства происходит обнуление информации и сброс счетчика коммутатора единичным импульсом Urd. Почти одновременно с этим производится сброс триггеров. Эпюры напряжений на основных элементах устройства приведены на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1. Эпюры напряжений на основных элементах схемы.
Рассмотрим наихудший случай для проектируемой системы: пусть по четырем полосам через датчики одновременно проехали автомобили. Тогда коммутатор будет распределять импульсы следующим образом: на счетчик поступают тактирующие импульсы Uwr, формируется код номера датчика, линию которого надо опросить. Этот код поступает на мультиплексор, который осуществляет подключение соответствующего датчика к микропроцессору. На выходе коммутатора будут информационные импульсы Uвых. При единичном состоянии датчика триггер сбрасывается в «0» импульсом Urst для предотвращения повторного учета «старой» информации.
При каждом приходе импульса по линии INТ0 порта Р3 содержимое регистров R4 и R6 будет увеличиваться, при этом параллельно будет работать таймер реального времени. Каждый час информация будет обновляться, будет происходить сравнение количества автомобилей, проехавших за минувший час через мост с максимальным количеством автомобилей, находящимся в памяти МК.
При поступлении на вход INT1 положительного единичного импульса, через последовательный порт, через регистр сдвига, дешифраторы на семи-сегментные цифровые индикаторы внешнего устройства выводится количество автомобилей, проехавших через мост в час-пик и сам час-пик.
5. РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ.
Схема алгоритма работы управляющей программы изображена на рисунке 5.1.
После включения устройства производится операция обнуления и установки начальных параметров. Разрешаются прерывания от таймера-счетчика и запускается таймер реального времени, причем.
Счетчик внешних событий, реализованный на регистрах R4 и R6, будет считать количество проехавших автомобилей, обнуляясь каждый час, а информация будет сравниваться с хранимой в памяти и обновляться. Также информация будет обновляться каждые сутки.
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Микропроцессоры и микропроцессорные системы являются основой построения электронных устройств с заданными функциональными свойствами. Решающими факторами при проектировании таких устройств являются удобство практической эксплуатации и новый набор качественных характеристик (более высокое быстродействие, точность, новые функциональные возможности) по сравнению с домикропроцессорным вариантом реализации подобного устройства. В таком варианте изделие функционирует автономно и не требует постоянного вмешательства человека.
Данный курсовой проект позволил сделать серьёзные упражнения в применении знаний, полученных в процессе изучения дисциплины “Микропроцессорные устройства и системы”.
7. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
ОС ТАСУР 6.1-97. Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные. Общие требования и правила оформления.
Шарапов А. В. Микропроцессорные устройства и системы. Методические указания к выполнению курсового проекта. — Томск: ТУСУР, 1998. — 39 с.
Шарапов А. В. Примеры решения схемотехнических задач. Учебное пособие. — Томск: ТИАСУР, 1994. — 141 с.
Шарапов А. В. Цифровая и микропроцессорная техника: Учебное пособие. 2-е изд., перер. и доп. — Томск: Изд-во Том. Ун-та, 1997. — 108 с.
Токхайм Р. Микропроцессоры: Курс и упражнения/ Пер. С англ., под ред. В. Н. Грасевича. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 336 с.
Приложение А
Листинг управляющей программы
Основная программа:
ORG 00H; начальный адрес программы
CLR A; очистка аккумулятора
; начальная загрузка счетчика часов
MOV R5,A; начальная загрузка
MOV R7,A; счетчика минут
MOV P2,A; начальная загрузка счетчика секунд
MOV R2,#1; загрузка
MOV R1,#1; счетчиков генератора
MOV TH1,#156; секундных импульсов
MOV TMOD,#20H;T/C1 в режиме 2
MOV IE,#8DH; разрешение прерываний от T/C1
SETB TR1; старт таймера T/C1
SJMP MAIN; Переход к основной программе
;-----====== П/п обслуживания прерывания от T/C1 =====--------
ORG 1BH; вектор прерывания
PUSH PSW; задержка
DJNZ R2,EXIT; в одну
MOV R2,#1; секунду
DJNZ R1,EXIT;
MOV R1,#1;
PUSHACC;
JNB T0,M1; коррекция минут
JNB T1,M2; коррекция часов
MOV A,R7; счетчик секунд
ADD A,#1;
DA A;
MOV R7,A;
CJNE R7,#60H,M3;
MOV R7,#0;
M1:MOVA,R5; счетчик минут
ADD A,#1;
DA A;
MOV R5,A;
CJNE R5,#60H,M3;
MOV R5,#0;
M2:CALL COMP; Запуск п/п выявления мах кол-ва а/м.
MOV R4,#0; Обнуление количества а/м,
MOV R6,#0; проехавших через мост за час.
MOV A,R3; Счетчик часов.
ADD A,#1;
DA A;
MOV R3,A;
CJNER3,#24H,M3;
MOV R3,#0; Установка 0 (24) часов.
MOV R4,#0; Обнуление количества а/м, проехавших
MOV R6,#0; через мост, с началом новых суток.
M3:MOV P1,R3; Вывод информации .
MOV P2,R5; индикаторы.
POP ACC; Восстановление аккумулятора.
EXIT:POP PSW; Восстановление регистра PSW.
RETI; Возврат из п/п.
;-----======== Основная программа. ========----------
MAIN:MOV R4,#0; Обнуление
MOV R6,#0; количества а/м.
MOV P0,#0FFH; Сброс триггеров
SETB RD; Сброс счетчика.
NOP; Задержка в 1мкс (для срабатывания CT)
CLR RD;
MOV P0,#0; Восстановление работы триггеров.
SETB WR; Импульс переключения линий с датчиков.
MOV SP,#100; Установка указателя стека.
BEGIN:MOV B,#4; Число датчиков.
MOVR0,#1;R0=1.
CYCLE:CLR WR; Импульс переключения линий с датчиков.
NOP; Задержка в 1мкс (для срабатывания CT и MS).
JNB INT0,J11; Опрос линии порта (проверка состояния датчиков).
MOV P0,R0; Сброс соответсвующего триггера датчика
CALL SUM; Вызов п/п суммипрвания.
MOV P0,#0; Восстановление счетнго режима триггера
J11:MOVA,R0;A=R0.
RL A; Пестановка сбрасывающего бита триггеров.
MOVR0,A;R0=A.
SETB WR; Импульс переключения линий с датчиков.
DJNZ B,CYCLE;B=B-1. If B<>0, то переход на новый цикл
; опроса датчиков.
JB INT1,J2; Если INT1=1, то J2,
CALL DSPLY; иначе вызов п/п вывода инф-ции на
; внешнее устройство.
J2:SJMP BEGIN; Переход на начало опроса датчиков.
; П/п суммирования количества прошедшего транспорта.
SUM:MOV A,R6; Суммирование десятков.
ADDA,#1;A=A+1.
DA A; Десятичная коррекция.
MOV R6,A;R6=A.
JNC S1; Если С<>1, то S1,
MOV A,R4; иначе прибавить 1 к сотням.
ADDA,#1;A=A+1.
DA A; Десятичная коррекция.
MOVR4,A;R4=A.
S1:RET; Возврат из п/п.
;-------===== П/п сравнения количесва а/м, прошедших ранее, ======-----
; с прошедшими в этот час.
COMP: MOV A,R0; Сохранение R0
PUSH ACC; в стеке.
MOV R0,#20H; Адрес хранения младшего байта максимального
; количеств а/м.
MOVA,R6;A=R6.
SUBBA,@R0;A=A-@R0.
JC C1; Если содержимое @R0>A, то переход к C1,
MOV A,R6; иначе записать
MOV @R0,A; в память мах. кол-во а/м.
C1:INC R0; Увеличение указателя памяти.
MOV A,R4;A=R4.
SUBB A,@R0;
JC C2;
MOV A,R4;
MOV @R0,A;
INC R0;
MOV A,R3;
MOV @R0,A;
POP ACC; Восстановление
MOV R0,A;R0 из стека.
C2:RET; Возврат из п/п
;---------======= П/П ВЫВОДА ДАННЫХ НА ВНЕШ. УСТР-ВО ========--------
DSPLY:MOV R0,#20H; Начальный адрес данных.
MOV SBUF,@R0; Вывод данных ч/з последовательный порт
INC R0; Увеличение указателя памяти.
MOV SBUF,@R0;
INC R0;
MOV SBUF,@R0;
INC R0;
RET; Возврат из п/п.
END
Приложение Б
Карта прошивки памяти программ
0: 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: 9: A: B: C: D: E: F:
0000: 99 00 9A 0FD5 0E 03 F0 A9 0D 47 A8 0C 68 A8 C5
0010: 26 10 27 A8 A9 AA AB AC AE BD05 36 1B 14 42 14
0020:53 FD 47 53 0F AD FE 47 53 F0 6DAD39 FE 53 F0
0030: 3A47 AED5 69 C5 F6 3E FD D5 68 C5 E6 40 14 6F
0040: 04 10 28 03 01 57 28 29 13 00 57 29 BF 2F EF4E
0050: 26 42 83 2A 68 57 2A 2B 79 57 2B 2C 13 00 57 B2
0060: 6E2C2D 03 01 57 2D 2E 13 00 57 2E 04 53 83 56
0070: 6F 23 FE 9F 46 74 23 01 8F 83 FF FF FF FF FF FF
0080: FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF
0090: FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF
00A0:FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF
00B0:FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF
00C0:FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF
00D0:FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF
00E0:FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF
00F0:FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF