Содержание
Введение
1. Анализ поставленной задачи
2. Проектирование принципиальной схемы устройства
2.1 Схема включения микроконтроллера
2.2 Формирование тактовых импульсов
2.3 Организация сброса
2.4 Схемы входных и выходных устройств
2.5 Схема источника напряжения питания
3. Проектирование программного обеспечениямикропроцессора
3.1 Проектирование модуля инициализации микроконтроллера.
3.2 Проектирование процедур обработки прерываний.
3.3 Проектирование процедур обработки информации.
3.4 Проектирование процедур вывода информации.
3.5 Проектирование процедуры Main().
4. Листинг программы
5. Рекомендации по разработке программных и аппаратныхдиагностических средств для проверки работоспособности устройства
Заключение
Введение
В настоящее времявстроенные компьютерные системы получают все большее распространение из-за ихвысокого качества и надежности, а так же простоты обработки информации.
В ходе курсового проектанеобходимо разработать КС которая будет считывать данные с десяти оптопар ивыводить обработанную информацию по интерфейсу RS485.
По техническому заданиюна курсовой проект КС должна быть посторена на микроконтроллере LPC2000.
Микропроцессоры LPC20основаны на 16/32 битном ЦП ARM7TDMI-S, содержащем функцию эмуляции в реальномвремени и поддержку отслеживания, а также 128 кБ высокоскоростную программнуюFLASH память. 128 битный интерфейс с памятью и уникальная архитектураакселератора позволяют выполнять 32 битный код на максимальной тактовойчастоте. Для приложений, в которых размер кода является критическим параметром,существует 16- разрядный режим Thumb, который позволяет при небольшихухудшениях параметром снизить размер программы на 30 %.
1. Анализ поставленнойзадачи
Темой курсового проектаявляется «Система съема данных с оптопар».
Рассмотрим общуюструктурную схему, приведенную на рисунке 1.
/>
Рисунок 1 – Структурнаясхема устройства.
В качествемикроконтроллера выберем LPC2104.
Микропроцессор LPC2104 построен на 16/32 битном ЦП ARM7TDMI-S,содержит 128 кБ высокоскоростной программной FLASH памяти и 16 кБ статической оперативной памяти.Количество портов ввода вывода составляет 32. У предложенного микроконтроллерадостаточное число контактов ввода/вывода и памяти программ и данных дляреализации системы считывания оптопар.
На рисунке 2 приведен LPC2104.
/>
Рисунок 2 – LPC2104
Характеристики LPC2104:
- 16/32 битныйARM7TDMI-S микропроцессор.
- Встроенное 16 кБстатическое ОЗУ.
- Встроенная 128 кБпрограммная Flash память. 128 битный интерфейс/акселератор, способные работатьв высокоскоростном режиме с тактовой частотой 60 МГц.
- Возможностьпрограммирования внутри системы (ISP) и внутри приложения (IAP) при помощивстроенной программы-загрузчика. Время программирования одной 512 байтной линииFlash памяти 1 мс. Стирание одного сектора или всей памяти за 400 мс.
- Векторныйконтроллер прерываний с перестраиваемыми приоритетами и адресами векторовпрерывания.
- ИнтерфейсEmbeddedICE-RT активизации точек останова и точек просмотра. Подпрограммаобработки прерывания может продолжать выполняться, в то время как основнойпрограммный модуль отлаживается встроенной программой RealMonitor.
- Встроенный модульTrace Macrocell позволяет отслеживать в реальном времени выполнение программы.
- Последовательныеинтерфейсы:
— два UART(16C550)
— высокоскоростнойI2C (400 кбит/с)
— SPI.
- Два 32-разрядныхтаймера (7 каналов захвата/сравнения), модуль ШИМ (6 выходов), часы реальноговремени и сторожевой таймер.
- До тридцати двухлиний портов ввода — вывода общего применения, совместимых с 5 В логикой, вминиатюрном 7х7 мм 48 контактном LQFP корпусе.
- Встроеннаясистема ФАПЧ позволяет обеспечить максимальную частоту тактовых импульсов ЦП 60МГц.
- Встроенныйкварцевый генератор, имеющий рабочий частотный диапазон от 10 МГц до 25 МГц.
- Два режимапониженного потребления: холостой режим и дежурный режим.
- Возможностьактивизации микропроцессора сигналом внешнего прерывания.
- Индивидуальноевключение/отключение периферийных модулей для оптимизации потребления.
- Работает от двухисточников питания:
- Диапазонрабочего напряжения центрального процессора от 1.65 В до 1.95 В (1.8 В ±8.3 %).
- Диапазонисточника питания портов ввода — вывода от 3.0 В до 3.6 В (3.3 В ±10 %) свозможностью работы с 5 В логикой.
На рисунке 3 приведенавнутренняя структура LPC2104
/>
Рисунок 3 – Внутренняяструктура LPC2104
В качестве часовреального времени применим встроенные RTC.
2. Проектированиепринципиальной схемы устройства
2.1 Схема включениямикропроцессора
Микроконтроллер LPC2104 содержит 1 тридцати двухразрядный регистр портов вода вывода регистр.
На рисунке 4 приведенаструктурная схема включения микроконтроллера.
/>
Рисунок 4 – Структурнаясхема включения микроконтроллера
2.2 Формированиетактовых импульсов
Источником тактовыхимпульсов в микроконтроллере LPC2104может быть:
– внешний резистор
– высокочастотныйкварцевый резонатор
– внешний источниктактовых импульсов
В данном разрабатываемомустройстве наиболее предпочтительным режимом работы генератора являетсяприменение внешнего кварцевого резонатора подключаемого к контактам X1 и X1 Это стабильный генератор с точной выдержкой временныхинтервалов тактовой частоты которая необходима для точной обработки данныхполученных с оптопар и выдержки точных интервалов в USART0.
На рисунке 5 приведенасхема тактирования.
/>
Рисунок 5 – Схематактирования.
2.3 Схема сброса
На рисунке 6 приведенааппаратная схема сброса по включению питания. Данная схема необходима дляпервичной инициализации аппаратуры микроконтроллера.
/>
Рисунок 6 – Аппаратнаясхема сброса по включению питания
2.4 Схемы входных ивыходных устройств
Данное устройство считываетданные с 10-ти оптопар. Применим оптрон АОД130А. Оптопара диодная, состоящая изизлучателя и кремниевого фотоприёмника, изготовленных по эпитаксиальнойтехнологии, в пластмассовом корпусе, предназначены для использования в качествеэлементов гальванической развязки в высоковольтной электротехнической ирадиоэлектронной аппаратуре.
Характеристик датчика:
- Входноенапряжение (Iвх = 10 мА) 1,5В
- Время нарастаниявыходного сигнала 100 нс
- Время спадавыходного сигнала 100 нс
- Сопротивлениеизоляции 1011 Ом
Схема включения оптронаприведена на рисунке 7.
/>
Рисунок 7 – Схема включенияоптрона
Обмен даннымиосуществляется по RS 485 интерфейсу.Для данной КС применим микросхему MAX3362. ИС MAX3362 представляют собойвысокоскоростные трансиверы для коммуникационных приложений RS-485, содержащиепо одному драйверу и одному приемнику. Данные ИС имеют отказоустойчивуюархитектуру, гарантирующую высокое логическое состояние на выходе приемника приразомкнутых, или замкнутых на корпус, входах приемника. Это означает, что выходприемника имеет высокое логическое состояние при отключении всех передатчиков(высокоимпедансное состояние) на согласованной шине. С низким напряжениемпитания. На рисунке 8 приведен MAX3362.
/>
Рисунок 9 – MAX3362
2.5 Схемастабилизатора напряжения
Источник питаниямикроконтроллера построен на литиевой 3V батарее. Для формирования напряжения питания ядра процессора(1.8V) применим параметрическийстабилизатор на стабилитроне. На рисунке 9 приведена схема питания.
/>
Рисунок 9 – Схема питаниямикроконтроллера.
3. Проектированиепрограммного обеспечения микропроцессора
3.1 Проектирование модуляинициализации микроконтроллера
Для инициализации данногоустройства необходимо выделить память для глобальных переменных, и провестиинициализацию портов, таймеров и USART,RTC.
3.2 Проектированиепроцедур обработки прерываний
Данное устройство нетребует написания программы с обработкой прерываний. Это связанно с линейностьювыполнения алгоритма опроса датчиков и обмена данными по RS485.
3.3 Проектированиепроцедур обработки информации
Оптопара имеетпрямоугольные сигналы на выходе. И для измерения каких либо величин необходимоизмерение длительности активного и неактивного состояния датчика. И взависимости от состояния каждой из 10 оптопар формировать соответствующуюпосылку.
3.4 Проектированиепроцедур вывода информации
C помощью встроенных RTC формируем временны метки кизмеренным данным.
Вывод информацииосуществляется с помощью дифференциального интерфейса обмена данными RS 485.Протокол – RS232. Встроенный аппаратный модуль LPC2000.
3.5 Проектированиепроцедуры Main()
Процедура Main это главная процедура программы скоторой начинается выполнение. В данной процедуре необходимо вызвать процедуруинициализации, а затем необходимо перейти в бесконечный цикл опроса датчиков, формированиепосылки, передача данных. На рисунке 10 приведен общий алгоритм работыустройства.
/>
Рисунок 10 – Общийалгоритм работы устройства
4 Листинг программы
#include
#include«LPC210x.h»
#include«global.h»
#include«uart.h»
//! enable andinitialize the uart
voiduart0Init(uint16_t baud, uint8_t mode, uint8_t fifomode)
{
//set port pins for UART0
PINSEL0= (PINSEL0 & ~U0_PINMASK) | U0_PINSEL;
U0IER= 0x00; // disable all interrupts
U0IIR;// clear interrupt ID
U0RBR;// clear receive register
U0LSR;// clear line status register
//set the baudrate
U0LCR= ULCR_DLAB_ENABLE; // select divisor latches
U0DLL= (uint8_t)baud; // set for baud low byte
U0DLM= (uint8_t)(baud >> 8); // set for baud high byte
//set the number of characters and other
//user specified operating parameters
U0LCR= (mode & ~ULCR_DLAB_ENABLE);
U0FCR= fifomode;
}
intuart0SendByte(int data)
{
while(!(U0LSR& ULSR_THRE)) // wait for TX buffer to empty
continue; //also either WDOG() or swap()
U0THR= (uint8_t)data;
return(uint8_t)data;
}
intuart0GetByte(void)
{
if(U0LSR& ULSR_RDR) // check if character isavailable
returnU0RBR; // return character
return-1;
}
voiduart1Init(uint16_t baud, uint8_t mode, uint8_t fifomode)
{
// set portpins for UART1
PINSEL0 =(PINSEL0 & ~U1_PINMASK) | U1_PINSEL;
U1IER = 0x00;// disable all interrupts
U1IIR; //clear interrupt ID
U1RBR; //clear receive register
U1LSR; //clear line status register
// set thebaudrate
U1LCR =ULCR_DLAB_ENABLE; // select divisor latches
U1DLL =(uint8_t)baud; // set for baud low byte
U1DLM =(uint8_t)(baud >> 8); // set for baud high byte
// set thenumber of characters and other
// userspecified operating parameters
U1LCR = (mode& ~ULCR_DLAB_ENABLE);
U1FCR =fifomode;
}
intuart1SendByte(int data)
{
while(!(U1LSR& ULSR_THRE)) // wait for TX buffer to empty
continue; //also either WDOG() or swap()
U1THR= (uint8_t)data;
return(uint8_t)data;
}
intuart1GetByte(void)
{
if(U1LSR& ULSR_RDR) // check if character isavailable
returnU1RBR; // return character
return-1;
}
5 Рекомендации поразработке программных и аппаратных диагностических средств для проверкиработоспособности устройства
Для диагностикиработоспособности данного устройства можно использовать как аппаратные, так ипрограммные средства. Данные средства должны иметь возможность производить отладкус помощью модуля Trace Macrocell.
А так же существуетвозможность самотестирования работоспособности оптопары, при подаче тестовыхсигналов на вход оптопары.
Заключение
В данном курсовом проектебыло разработано устройство считывания данных с оптопар и передачи данных по RS485. Встроены часы реального временипозволяют ставить временные метки для измеренных данных.
Использование внешнегокварцевого генератора обеспечивает высокую стабильность измерения временныхинтервалов поступающих от оптопары.
В ходе проектированияустройства были рассмотрены основные принципы построения устройств намикроконтроллерах LPC2000 от Philips.А так же изучены аппаратные возможности данных микроконтроллеров.
Научились по описаниямработы или временным диаграммам функционирования устройств составлять алгоритмытех или иных блоков программ.
В целом по разработанномукурсовому проекту можно заметить, что использование микроконтроллеров LPC2000 позволяет строить недорогие ипроизводительные микроконтроллерные системы не использую внешнее периферийноеоборудование (аналоговый компаратор, аппаратный тайме и др.).