Выбор элементов схемы
Микроконтроллер
Центральное место в схеме занимает микроконтроллер, который выполняет арифметические и логические операции, осуществляет программное управление процессом обработки информации. Микроконтроллер собирает данные с датчиков и упаковывает их в стандартную посылку для передачи через интерфейс УАПП.
Выберем микроконтроллер AT89S53-24PI семейства АТ89 фирмы Atmel.
Основными элементами базовой архитектуры семейства (архитектуры микроконтроллера 8051) являются:
· 8-разрядное ЦПУ, оптимизированное для функций управления
· Встроенная Flash память программ
· Встроенные 16-разрядные таймеры/счетчики событий
· Полнодуплексный UART
· Несколько источников прерываний с несколькими уровнями приоритета
· Встроенное ЭСППЗУ
· Интерфейс последовательной шины SPI
· Сторожевой таймер
· Несколько режимов энергосбережения
· Аппаратная поддержка внутрисхемной эмуляции (ONCE - on circuit emulation)
AT89S53-24PI минимальный контроллер в семействе имеющий необходимый для данной реализации УАПП и необходимое количество портов для подключчения датчиков.
Микроконтроллеры семейства AT89 выпускаются для работы при разных значениях напряжения питания и тактовой частоты, определяемой частотой подключенного к микроконтроллеру кварцевого резонатора. Ток потребления зависит от величины напряжения питания и тактовой частоты. В Таблице 1 приведены значения тока потребления в рабочем режиме (Icc) при максимальном значении напряжения питания и Fosc=12 МГц.
Таблица 1- Диапазоны значений у микроконтроллера AT89C1051
| Тип МК | Vcc (В) | Fosc (МГц) | Icc (мА) | N |
| АТ89С1051 | 2,7-6,0 | 0-24 |
Где Vcc -напряжения питания
Icc -ток питания-тактовая частота- число выводов
Кроме рабочего режима в микроконтроллере может быть переведен в энергосберегающие режимы работы - режим холостого хода (Idle Mode) и режим пониженного энергопотребления (Power Down Mode).
В режиме холостого хода процессор остановлен, периферийные устройства продолжают работать, коды в IRAM сохраняются. Ток потребления уменьшается в 4-5 раз. Перевод в режим холостого хода выполняется по команде в программе, выход из режима - по сигналу сброса или при поступлении любого разрешенного запроса прерывания.
Микроконтроллеры, имеющие N=40, выпускаются в корпусах PDIP4, PLCC40 и TQFP40. Все микроконтроллеры семейства АТ89 программируются и перепрограммируются пользователем.
Стандартно микроконтроллеры имеют 5 источников прерываний: 2 внешних прерывания, 2 прерывания по таймеру и прерывание от последовательного порта. Прерывание по каждому источнику может быть индивидуально разрешено или запрещено путем установки или сброса в соответствующих битов в регистре разрешения прерываний IE, расположенном в пространстве SFR. Для каждого из источников прерываний может быть запрограммирован один из двух уровней приоритета путем установки или сброса соответствующего бита в регистре приоритетов прерываний IP.
Кварцевый резонатор 12 MHz - BQ1
Для задания тактовой частоты работы микроконтроллера DD1 используем кварцевый резонатор BQ1 частотой 12 мГц и двух конденсаторов C2 и C3 ёмкостью 33 мкФ (рекомендовано производителям см PDF), что обеспечит скорость выполнения одного машинного цикла за 1 мкс (12 периодов резонатора) (команды микроконтроллера выполняются за время от 2 до 5 машинных циклов).
АС/DC преобразователь AMEL5-5SEMAZ
Для питания схемы был выбран недорогой (600 рублей) преобразователь АС/DC DD3 AMEL5-5SEMAZ фирмы «AIMTEC» с широким диапазоном входного напряжения 90-264 В переменного тока или 120-370 В постоянного тока и выходным напряжением постоянного тока 5В ± 2%. Использование данного преобразователя значительно уменьшает габариты устройства по сравнению со стандартной схемой с использованием трансформатора, диода и стабилизатора.
Преобразователь физических уровней MAX233
Для сопряжения ПК и микроконтроллера используется интерфейс RS232. Типовым решением для преобразования физических уровней UART (логический «0» = 0В, логическая «1» = +5В) в физические уровни интерфейса RS-232 (логический «0» = -12В, логическая «1» = +12В) является использование микросхемы MAX232. Я использую микросхему MAX233, от знаменитой MAX232 её отличает отсутствие необходимости установки дополнительных конденсаторов, что уменьшает количество элементов и повышает надёжность схемы.
Электрическая принципиальная схема
Электрическая принципиальная схема системы представлена на рис 2. Перечень элементов схемы представлен на странице 11.
Рис.2- электрическая принципиальная схема системы сбора датчиков
Сопротивление R1 в связке с конденсатором C1 организует схему сброса микроконтроллера DD1 путём удержания на входе RST логической «1» в течении более чем двух машинных циклов (24 периода резонатора) для надёжного сброса микроконтроллера DD1.
Сопротивление R2 необходимо для ограничения тока поступающего на вывод EA/VPP, который отвечает за выбор внешней или внутренней памяти программ (в нашем случае задействуем внутреннюю память программ микроконтроллера DD1 и подадим на вход 5В).
Конденсаторы C2 и C3 ёмкостью 33 мкФ необходимы для работы кварцевого резонатора и задания тактовой частоты.
3. Разработка алгоритма программы
Алгоритм программмы
Алгоритм основной программы представлен на рис 3
Рис.3- алгоритм основной программы системы сбора датчиков
Алгоритм обработки прерываний представлен на рис 4
Рис.4 - алгоритм обработки прерываний таймера системы сбора датчиков
Программа микроконтроллера состоит из двух составляющих: основной программы и обработки прерываний. Основная программа осуществляет инициализацию начальных значений переменных и настройку таймера 0, для задания скорости передачи, и настройку таймера 1, для задания интервала между посылками. После инициализации основная программа в бесконечном цикле формирует из данных, полученных с датчиков, трехбайтовую посылку.
Подпрограмма обработки прерываний, по прерыванию от таймера 1, отсылает пакет даннух через УАПП.
Заключение
В результате выполнения курсового проекта была разработана система считывания данных с пяти четырех битных датчиков:
) структурная схема
) схема электрическая принципиальная,
) Блок-схема работы программного обеспечение микроконтроллера;
Перечень элементов
| Поз. обозначение | Наименование | Кол. | Примечание |
| BQ1 | Резонатор чип FA-365 | ||
| DD1 | AT89S53-24PI | ||
| DD2 | MAX233 | ||
| DD3 | AMEL5-5SEMAZ | ||
| Резисторы | |||
| R1 | CR1206, 330 Ом +-5% | ||
| R2 | CR1206 10 кOм +-5% | ||
| КОНДЕНСАТОРЫ | |||
| С1 | 0,1 Мкф | ||
| С2-С3 | 33 пф | ||
| QS1 | кнопка с самовозвратом |
Литература
) Документация на AMEL5-MAZ (AC DC преобразователь), файл «.pdf»;
2) Документация на AT89S53 (микроконтроллер), файл «.pdf»;
) Документация на MAX220-MAX249 (преобразователь), файл «.pdf»;
) Р. Токхайм - Микропроцессоры. Курс и упражнения.