Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТРУКТУРНОЙ
2. СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ
3. ОПИСАНИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ
3.1 Резисторы
3.2 Конденсаторы
3.3 Резонатор
3.4 Светодиодный индикатор АЛ304Г
3.5 Диоды
3.6 Микросхемы
3.6.1 Микроконтроллер PIC16F84
3.6.2 Микросхема КР142ЕН5А
4. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКРОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙВЫБРАННОГО УСТРОЙСТВА
5. АЛГОРИТМ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА И ПРОГРАММНОЕОБЕСПЕЧЕНИЕ
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Введение
Однокристальные микроконтроллеры стремительно занимаютведущее место в электронной аппаратуре. И если каких-нибудь десять лет назадони могли быть использованы при проектировании только профессионалами — слишкоммного требовалось дорогостоящих средств для их программирования, — то сегодня«однокристалки» используют даже радиолюбители.
Именно микроконтроллер сегодня формирует облик бытовойаудиотехники, видеотехники, средств связи. С передних панелей радиоприемников,магнитол, телевизоров исчезли шкальные индикаторы, ручки настройки, ползунковыерегуляторы, переключатели. Их заменили жидкокристаллические табло и кнопки.Десятки разнообразных микросхем, составляющих электронное «нутро» аппаратуры,должны согласованно функционировать, обеспечивая наилучшие техническиехарактеристики и удобство эксплуатации. Решая задачу сопряжения цифровыхустройств, разработчики компьютерной техники связали их между собой посредствомшин, а способы передачи информации назвали протоколами и стандартизировали ихосновные принципы. Каждое устройство было снабжено интерфейсом, посредствомкоторого стало возможным подключать его к шине.
Если говорить об аналоговой технике, тоспециализированные аналоговые микросхемы испокон веков имели уникальныесобственные выводы для подключения элементов, с помощью которых устанавливалисьих рабочие режимы или осуществлялись регулировки в процессе эксплуатации.Объединять эти выводы с целью выполнения универсальной регулировки непредставлялось возможным. Современные микросхемы, предназначенные дляиспользования в новой аппаратуре, снабжены цифровым интерфейсом, «спрятали»настроечные выводы внутрь микросборок, а управлять их режимами программно.
Осуществлять управление одной микросхемой оченьпросто, для этого даже не всегда нужен внешний цифровой интерфейс. А еслимикросхем несколько, если они должны взаимодействовать друг с другом,обмениваться информацией? Решая эти вопросы, разработчики перспективныхмикросхем пришли к мысли о необходимости введения общей шины и протокола обменаинформацией по ней. Известные по компьютерной технике шины оказались здесьсовершенно негодными в силу своей сложности.
Для этих целей фирмой Philips была разработана шина Inter-IntegratedCircuit Bus (сокращенно I2С). Принадлежа к классу шин споследовательным способом передачи данных, отличаясь чрезвычайной простотойреализации, шина стала быстро развиваться. Сегодня и другие фирмы, оценившие подостоинству возможности шины, поддерживают ее своей продукцией.
Темой данного курсового проекта, является разработка«Термометра» на основе микроконтроллера.
1 Составление схемыэлектрической структурной
На основаниианализа схемы электрической принципиальной были выделены основныефункциональные элементы, и разработана схема электрическая структурная,представленная на рисунке 1.1
/>
Рисунок 1.1 — Схема электрическая структурная
Схемаэлектрическая структурная содержит: микроконтроллер, контакты прерывателя,переключатель пределов, светодиодный индикатор, генератор тактовой частоты иисточник питания.
Этот тахометрпредназначен для использования при регулировке холостого хода карбюраторовдвигателей внутреннего сгорания. Его можно применять и для контроля частотывращения вала автомобильных или лодочных двигателей во время движения.
Тахометр имееттри разряда индикации с пределом измерения от 60 мин"1 до 7800мин-1. Погрешность измерения на пределе 1 секунда равна 30 мин-1,а на пределе 3 секунды — 10 мин-1. Нижний предел ограниченпогрешностью измерения, а верхний — количеством прерываний между индикацией.Из-за чего индикация разрядов становится прерывистой.
2 Составлениесхемы электрической функциональной
Схемаэлектрическая функциональная представлена на рисунке 2.1
/>
Рисунок 2.1 — Схема электрическая функциональная
3 Описаниеэлементной базы
3.1 Резисторы
(номиналы см.принципиальную схему)
R3-R10 –резисторы С2-23 не проволочные постоянного сопротивления, мощностью 0,125Вт сноминальными сопротивлениями R3-R9 430 Ом, R2 10 кОм с допуском ±10%. R1- непроволочный постоянного сопротивления, мощностью 0,5 Вт с номинальнымсопротивлением 34 кОм.
3.2Конденсаторы
С1 и С2 –конденсаторы К10-17 керамические не полярные постоянной емкости с группой поТКЕ – Н90, с номинальным напряжением 25В, номинальной емкостью 30 пФ с допуском±10%. C3 – 0,01 мкФ.
3.3 Резонатор
ZQ – кварцевыйрезонатор, работающий на частоте параллельного резонанса 32768 Гц.
3.4 Светодиодный индикатор АЛ304Г
АЛ304А, АЛ304Б,АЛ304В, АЛ304Г
Индикаторызнакосинтезирующие, на основе соединения арсенид – фосфид –галлий,эпитаксиально – планарные [41, стр. 475 – 478]. Предназначены для отображенияцифровой информации. Индикаторы имеют 7 сегментов и децимальную точку.Выпускаются в пластмассовом корпусе. Высота знака 3 мм.
Масса приборане более 0,25 г.
/>
Рисунок 3.1 – Структурная схема и монтажные размерымодулей
АЛ304Г: 1 – катод e; 2 – катод d; 3, 8 – анод общий; 4– катод c; 5 – катод h; 6 –катод b; 7 – катод a; 9 – катод g; 10 – катод f.
3.5 Диоды
VD1 – стабилитрон КС147А Uст. = 4,23-5,17В Iст. = 58мА, VD2 – диод КД102.
Таблица 3.1- Электрические параметры КД102
Uоб/Uимп
В/В
Iпр/Iимп
А/А
Uпр/Iпр
В/А
Io(25)Ioм
мкА/мкА
Fmax
кГц 250/250 0.1/2 1.0/0.05 0.1/50 4
3.6 Микросхемы
3.6.1 Микроконтроллер PIC16F84
Контроллеры PIC16F84, как и все микроконтроллеры сторговой маркой PICmicro™ основаны на развитой RISC-архитектуре. Они имеютрасширенные опции ядра, восьмиуровневый стек и различные внутренние и внешниепрерывания. 14-битные слова команд и 8-битные данные передаются независимо, поразделенным шинам памяти и данных. Большинство команд исполняется за одинмашинный цикл кроме команды переходов, которые исполняются за два цикла. Наборкоманд состоит из 35 инструкций с интуитивно понятной мнемоникой.
На кристалле расположены 64 байта EEPROM памятиконстант с гарантированным сроком хранения данных более 40 лет при отключенномпитании, до 68 байт памяти данных (рабочие регистры для хранения переменных).Кристаллы выпускаются с максимальными тактовыми частотами 4МГц и 10МГц, имеют13 портов ввода/вывода, встроенный таймер/счетчик TMR0, сторожевой таймер WDT,экономичный режим засыпания SLEEP.
Тактовую частоту можно задавать при помощи RC-цепочки,недорогого керамического резонатора или кварцевого резонатора. Может бытьподключен также внешний генератор тактовой частоты. Встроенного тактовогогенератора, тактирующего процессор, нет. От встроенного на кристаллRC-генератора могут тактироваться только таймер/счетчик TMR0 или сторожевойтаймер, по выбору.
Варианты корпуса 18-pin DIP, SOIC.
/>
Рисунок 3.2 — Расположение выводов PIC16F84
Таблица 3.2 — Назначение выводов PIC16F84Обозначение №
Тип
(I/O/P) Тип буфера Назначение OSC1/CLKIN 16 I
ST/CMOS(3)
Вход для подключения кварцевого резонатора, либо RC-цепочки, либо вход
для внешнего тактового генератора OSC2/CLKOUT 15 О -
Выход для подключения кварцевого резонатора в режиме работы с кварцем, в ре-
жиме RC-генератора на выходе присутствуют импульсы с частотой 1/4 от OSC1 MCLR 4 I/Р ST
Сброс по низкому уровню на входе.
При программировании кристалла -
вход напряжения программирования
RA0
RA1
RA2
RA3
RA4/T0CKI
17
18
1
2
3
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
TTL
TTL
TTL
TTL
ST
Выводы двунаправленного порта А
RA4/T0CKI может быть настроен как
вход импульсов для таймера-счетчика
TMR0. Выход с открытым стоком
RB0/INT
RB1
RB2
RB3
RB4
RB5
RB6
RB7
6
7
8
9
10 11
12
13
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
I/O
TTL/ST(1)
TTL
TTL
TTL
TTL
TTL
TTL/ST(2)
TTL/ST(2)
Выводы двунаправленного порта В. К
выводам порта могут быть программно
подключены внутренние подтягивающие резисторы с Vdd.
RB0/INT может быть также программно
настроен как вход внешнего прерывания.
RB4…RB7 могут быть также программно настроены как входы прерывания по изменению уровня на любом из этих входов. Направление изменения задается
программно.
При программировании кристалла RB6
используется как тактовый, RB7 как
вход/выход данных. Vss 5 Р — Общий провод Vdd 14 Р — Положительное напряжение питания
Обозначения: I — Вход, О — Выход, I/O — Вход/Выход, Р — вывод питания,
TTL — стандартный TTL вход, ST — вход с триггеромШмитта.
Примечания:
1. Триггер Шмитта на входе применяется, только есливывод сконфигурирован, как вход внешнего прерывания.
2. Триггер Шмитта на входе применяется только в режимепоследовательного программирования кристалла.
3. Триггер Шмитта на входе применяется только есливключен режим RC-генератора, в остальных случаях как CMOS вход.
Микроконтроллеры PIC16F84 могут программироватьсянепосредственно на плате устройства, что позволяет отлаживать программу либозаписывать константы и калибровочные данные. Для программирования на платенеобходимо максимум пять проводов: питание +5В, напряжение программирования,последовательные данные, тактирующие импульсы и общий. Память программ тольковстроенная.
Таблица 3.3 — Электрические параметрыПараметр Значение Примечание Рабочая температура Та,°С
0… +40
-40… +85
Коммерческое исполнение.
Индустриальное исполнение Максимальная тактовая частота Fosc, МГц
4
10
PIC16F84-4
PIC16F84-10
Напряжение питания
Vdd,B
2,0… 6,0
4,0… 6,0
PIC16LF84
PIC16F84 Потребляемый ток в стандартном режиме Idd, мА
1,8 ...4,5
5… 10 Fosc=4 МГц, Vdd=5.5 В Fosc=10MГц, Vdd=5.5B Потребляемый ток в стандартном режиме Idd, мA
1 ...4
15… 45
Fosc=2 МГц, Vdd=5.5 В
Fosc=32 кГц, Vdd=2.0 В,
WDT отключен Потребляемый ток в режиме SLEEP Ipd, мкА для PIC16F84
7… 28
1… 16
1… 14
Vdd=4 В, WDT вкл., инд.
Vdd=4 В, WDT выкл., инд.
Vdd=4 В, WDT выкл., комм. Потребляемый ток в режиме SLEEP Ipd, мкА для PIC16LF84
3… 16
0,4 ...9
0,4… 7
Vdd=2 В, WDT вкл., инд.
Vdd=2 В, WDT выкл., инд.
Vdd=2 В, WDT выкл., инд. Максимальный втекающий ток для любого вывода, мА 25 Управление светодиодами без дополнительного буфера (но с резистором!) Максимальный вытекающий ток для любого вывода, мА 20 Управление светодиодами без дополнительного буфера (но с резистором!) Количество циклов стирание/запись для флэш-памяти программ, не менее 1000 Количество циклов стирание/запись для памяти данных EEPROM, не менее 10.000.000
Организация памяти.
В микроконтроллерахPIC16F84 существует два блока памяти — память программ и память данных. Каждыйблок имеет собственную шину, таким образом, доступ к блокам может происходитьодновременно.
Память данных, в свою очередь, разделена наспециальные регистры и регистры общего применения (ОЗУ пользователя).Специальный регистры применяются для хранения битов состояния, определяющихработу портов вода/вывода, таймеров и других периферийных модулей контроллера.
Кроме специальных регистров и ОЗУ, пространство памятиданных содержит ячейки EEPROM. Эта область памяти не может быть адресовананепосредственно, и доступ к ней получают через специальный регистр косвеннойадресации EEADR, в который записывают порядковый номер ячейки. 64 байта EEPROMимеют номера с 00h по 3Fh. Обычно EEPROM используется для хранения констант,значения которых не должны пропадать при отключении питания, например кодовуправления, индивидуальных номеров и т.п. Важным достоинством EEPROM являетсято, что данные в ней могут быть изменены даже после занесения программы воднократно программируемый кристалл.
Память программ.
Микроконтроллеры PIC16F84 имеют 13-битный программныйсчетчик, позволяющий адресовать до 8К х 14 памяти программ. В PIC16F84 доступныпервые 1024 (0000h-03FFh) ячеек памяти. Обращение к старшим адресам, лежащим запределами указанного диапазона физически равносильно обращению ксоответствующим адресам внутри диапазона, например, адреса 30h, 430h, 830h,C30h, 1030h, 1430h, 1830h и 1C30h равносильны и адресуют одну и ту же команду.
Старт по сбросу происходит с адреса 0000h, векторпрерывания один и расположен по адресу 0004h. Обычно по адресу 0004hрасполагают подпрограмма распознавания и обработки прерываний, а по адресу0000h команду перехода на метку, расположенную за подпрограммой обработкипрерывания.
Память данных.
В микроконтроллерах PIC16F84 память данных разбита надве части — специальные регистры и регистры общего применения (ОЗУпользователя). Кроме этого, память данных разделена на два банка.
Таблица 3.4 — Организация памяти данныхАдрес Адрес 00h Косвенный адрес Косвенный адрес 80h 0lh TMR0 OPTION 81h 02h PCL PCL 82h 03h STATUS STATUS 83h 04h FSR FSR 84h 05h PORTA TRISA 85h 06h PORTB TRISB 86h 07h Недоступен Недоступен 87h 08h EEDATA EECON1 88h 09h EEADR EECON2 89h 0Ah PCLATH PCLATH 8Ah 0Bh INTCON INTCON 8Bh
0Ch
4Fh 68 регистров общего применения (SRAM) Отображается на пространство банка 0
8Ch
CFh
50h
7Fh
D0h
FFh Банк 0 Банк 1
Переключение банков происходит при помощи задания 5-гобита в регистре STATUS. Если бит установлен в 0, адресуется нулевой банк, еслив 1, соответственно, первый.
Специальные регистры
Специальные регистры представляют собой статическоеОЗУ.
Регистр STATUS (Адрес 03Н, 81Н)
Регистр STATUS хранит арифметические флаги АЛУ,информацию о сбросе и бит выбора банка памяти данных.
bit7 IRP — регистр выбора банка памяти, применяемыйпри косвенной адресации. Это бит не применяется в PIC16F84 и должен всегдаоставаться сброшенным.
0 = bank 0,1 (00h-FFh)
1 = bank 2,3(100h-1FFh)
bit6-5 RP1, RP0 — регистр выбора банка памяти,применяемый при прямой адресации.
00 = bank 0 (00h-7Fh)
01 = bank 1 (80h-FFh)
bit4 TO — флаг срабатывания сторожевого таймера.Устанавливается в 1 при включении питания и командами CLRWDT и SLEEP.Сбрасывается в 0 по завершении выдержки сторожевого таймера.
bit3 PD — режим хранения данных. Устанавливается в 1при включении питания или выполнении команды CLRWDT. Сбрасывается в 0 командойSLEEP.
bit2 Z — флаг нулевого результата. Устанавливается в1, если результат арифметической или логической операции равен нулю. Сохраняетсвое значение до следующей операции.
bit1 DC — флагдесятичного переноса. Используется для команд ADDWF, ADDLW, SUBWF и SUBLW.Отслеживает перенос из четвертого разряда результата.
1 = Произошел перенос при сложении
0 = Не произошел перенос при сложении
Вычитание в АЛУ выполняется сложением кода первогооперанда с дополнительным кодом второго операнда. Значение бита контекстнозависит от того, какая операция выполнялась. Для операции вычитания значениябита инвертированы.
bit0 С — флаг переноса. Используется для команд ADDWF,ADDLW, SUBWF и SUBLW. Отслеживает перенос из старшего разряда в бит переносапри сложении.
1 = произошел перенос при сложении
0 = не произошел перенос при сложении
Вычитание в АЛУ выполняется сложением кода первогооперанда с дополнительным кодом второго операнда. Значение бита контекстнозависит от того, какая операция выполнялась. Для операции вычитания значениябита инвертированы.
Используя флаги ТО и PD можно определить, чем былвызван сброс.TO PD Событие, вызвавшее состояние «сброс» 1 1 Сброс по включению питания 1 Сработал сторожевой таймер (не в режиме SLEEP) 1 Сброс по входу MCLR в режиме SLEEP или выход из SLEEP по внешнему прерыванию Выход из SLEEP по сигналу сторожевого таймера X X Сброс по входу MCLR в обычном режиме
х — состояние битов не изменилось. Сброс по входу MCLRв обычном режиме не меняет текущие значения битов ТО и PD.
Регистр OPTION_REG (АДРЕС 81Н)
Специальный регистр OPTION_REG представляет собойполностью доступный для записи и чтения регистр, в котором находятся биты,управляющие работой предварительного делителя, источниками внешних прерываний,встроенным таймером TMR0 и подтягивающими резисторами для порта В.
bit7 RBPU — включение встроенной нагрузки порта В
1 = нагрузка отключена
0 = нагрузка включена
bit6 INTEDG — выбор фронта прерывающего сигнала
1 = прерывание по нарастанию сигнала на выводеRB0/INT
0 = прерывание по спаду сигнала на выводе RB0/INT
bit5 TOGS — выбор источника тактирования для таймераTMR0
1 = импульсы со входа RA4/T0CKI
0 = внутренняя тактовая частота (CLKOUT)
bit4 T0SE — выбор фронта сигнала для таймера TMR0,если в качестве источника выбран вход RA4/T0CKI (T0CS=l)
1 = инкремент по спаду на выводе RA4/T0CKI
0 = инкремент по нарастанию на выводе RA4/T0CKI
bit3 PSA — бит, управляющий подключениемпредварительного делителя
1 = предварительный делитель подключен к WDT
0 = предварительный делитель подключен к TMR0
bit2-0 PS2-PS0 — управление коэффициентом деленияпредварительного делителя в зависимости от подключенияБиты для TMR0 для WDT 000 1:2 1:1 001 1:4 1:2 010 1:8 1:4 011 1:16 1:8 100 1:32 1:16 101 1:64 1:32 110 1:128 1:64 111 1:256 1:128
Регистр INTCON (АДРЕС 0ВН, 8ВН)
Регистр INTCON — это полностью доступный для чтения изаписи регистр, в котором хранятся биты, управляющие различными источникамипрерываний.
bit7 GIE — бит глобального запрета прерываний
1 = разрешены все немаскируемые прерывания
0 = запрещены все прерывания
bit6 EEIE — разрешение прерывания по окончанию записи вEEPROM
1 = прерывание по окончанию записи разрешено
0 = прерывание по окончанию записи запрещено
bit5 T0IE — разрешение прерывания по переполнению TMR0
1 = прерывание разрешено
0 = прерывание запрещено
bit4 INTE — разрешение прерывания по входу RB0/INT
1 = прерывание разрешено
0 = прерывание запрещено
bit3 RBIE — разрешение прерывания по изменениюсостояния на входах порта В, линии RB7-RB4
1 = прерывание разрешено
0 = прерывание запрещено
bit2 T0IF — флаг прерывания по переполнению таймера/счетчикаTMR0
1 = TMR0 был переполнен (следует сброситьпрограммно!)
0 = TMR0 не был переполнен
Флаг используется для определения источникапрерывания,
bit1 INTF — флаг прерывания по входу RB0/INT
1 = произошло прерывание по входу RB0/INT (следуетсбросить программно!)
0 = не происходило прерывания по входу RB0/INT
Флаг используется для определения источникапрерывания.
bit0 RBIF — флаг прерывания по изменению состояния навходах RB7-RB4
1 = на одном из выводов RB7-RB4 произошло изменениеуровня (следует сбросить программно!)
0 = не происходило прерывание по изменению уровня
Флаг используется для определения источникапрерывания.
Программный счетчик.
Программный счетчик микроконтроллера (PC) содержит 13разрядов. Младший байт счетчика является полностью доступным для чтения изаписи регистром PCL (адрес 02h, 82h). Старшие пять байтов счетчиканепосредственно не доступны для чтения и записи. Обращение к ним происходитчерез регистр PCLATCH (адрес 0Ah, 8Ah), являющийся буфером-защелкой для старшихбитов счетчика. Содержимое PCLATCH переносится в старшие биты PC, когдапроисходит запись нового значения в программный счетчик. Это случается, когдавыполняются команды CALL, GOTO или регистр PCL является регистром назначениядля результата арифметической операции.
Стек
Микроконтроллеры PIC16F84 имеют 8-уровневый 13-битныйаппаратный стек. Стек не является частью памяти данных или программ и указательстека не доступен для чтения или записи.
Косвенная адресация: регистры INDF и FSR
Регистр INDF не является физическим регистром. Приобращении к этому регистру на самом деле адресуется регистр, адрес которогоуказан в регистре FSR (т.е. FSR является указателем). Такая адресация являетсякосвенной.
Порты ввода-вывода
Контроллеры PIC16F84 имеют два порта ввода-вывода,PORTA и PORTB. Каждый вывод порта может быть запрограммирован на ввод или навывод установкой соответствующего бита в регистрах TRISA и TRISB. Выводимыезначения фиксируются в регистрах-защелках PORTA и PORTB. Направлениеввода-вывода может быть изменено в произвольный момент времени.
Двунаправленный порт А, регистры PORTA и TRISA
Регистр PORTA представляет собой 5-битную защелку.Линия RA4 имеет триггер Шмитта на входе в режиме ввода и открытый сток в режимевывода. Остальные линии порта А по входу работают со стандартными уровнями TTL,выходы подключаются к комплементарным выходным CMOS драйверам. Линия RA4используется также как вход внешних тактовых импульсов для таймера TMR0.
Направление передачи данных для каждой линиипрограммируется отдельно, установкой или сбросом битов bit0...bit4 регистраTRISA. Установка бита в 1 настраивает соответствующую линию на ввод. Выходнойдрайвер при этом переходит в высокоимпедансное состояние. Установка бита в 0настраивает линию порта на вывод и выводит на нее содержимое соответствующегобита защелки PORTA. По умолчанию при включении питания все линии настроены наввод. При чтении порта А всегда считываются действительные логические уровни навыводах, независимо от того, запрограммированы отдельные разряды как входы иликак выходы.
/>
Рисунок 3.3 — Блок-схема порта А, линии RA4 (а) иRA0-RA3 (b)
Двунаправленный порт В, регистры PORTB и TRISB
Порт В представляет собой 8-битный двунаправленныйпорт. Выходные значения записываются в регистр-защелку PORTB. Направлениеввода-вывода определяется установкой или сбросом битов регистра TRISB.Установка бита в 1 настраивает соответствующую линию на ввод, переводя выходнойдрайвер в высокоимпедансное состояние, а-0 — на вывод. При включении питаниявсе линии по умолчанию настроены на ввод. Как и для порта А, чтение порта Ввсегда возвращает действительные значения на выводах, независимо от направленияпередачи данных для каждого вывода.
Все выводы порта В имеют встроенную отключаемуюнагрузку в виде резисторов, подключенных к шине питания (подтягивающиерезисторы). Нагрузка включается и отключается одновременно для всех выводов припомощи бита 7 RBPU регистра OPTION_REG. При включении питания RBPU= 1 инагрузка отключена. Программное обнуление бита RBPU подключает нагрузку, но длялиний, настроенных на вывод нагрузка автоматически отключается.
Линии RB4...RB7 могут использоваться как входы прерыванияпо изменению уровня. В этом качестве используются только линии, настроенные наввод. В каждом командном цикле происходит сравнение текущих значений на выводахс предыдущими, зафиксированными в специальной защелке. Если хотя бы на одном изэтих выводов произошло изменение уровня, формируется прерывание. Длительностьимпульса, который распознается как изменение уровня, должна быть не менее 4-хпериодов тактовой частоты. Программно распознать, по какой из линий RB4...RB7произошло прерывание, невозможно.
Это прерывание выводит контроллер из состояния SLEEP.
/>
Рисунок 3.4 — Блок-схема порта В, линии RB7-RB4 (а) и RB3-RB0(b)
Модуль TIMER0 и регистр TMR0
TIMER0 является программируемым модулемтаймера/счетчика. Он имеет в своем составе:
-8-битный таймер/счетчик TMR0, доступный для чтения изаписи как регистр,
-программируемый предварительный делитель(предделитель) мультиплексор входного сигнала
-генератор прерывания по переполнению регистра TMR0 сFFh в 00h.
Предделитель
Предделитель является 8-битным счетчиком, которыйтакже может быть использован, как выходной делитель (постделитель) сторожевоготаймера. Если предделитель подключен к модулю TIMER0, то он не можетиспользоваться со сторожевым таймером, и наоборот. Когда предделитель подключенк таймеру/счетчику, все команды, использующие запись в регистр TMR0, обнуляютпредделитель. Если предделитель подключен к сторожевому таймеру, они обнуляютсясовместно, командой CLRWDT. Предделитель недоступен для прямой записи или чтения.
Подключение предделителя может быть изменено «налету», то есть во время выполнения программы.
Работа с EEPROM
Память данных EEPROM доступна для чтения и записи вовсем рабочем диапазоне питающих напряжений и предназначена для хранения8-битных значений. Перед записью нового значения предыдущее стирается.Микроконтроллеры PIC16F84 имеют 64 байта EEPROM с адресами от 00h до 3Fh, ноэти ячейки недоступны путем прямой адресации в адресном пространствемикроконтроллера. Для доступа к ним используется косвенная регистроваяадресация через специальные регистры. Всего при работе с EEPROM используетсячетыре специальных регистра:
-EECON1
-EECON2
-EEDATA
-EEADR
Регистр обмена EEDATA содержит 8-битные данныечтения/записи. EEADR хранит адрес ячейки, к которой происходит обращение. Несмотряна то, что в PIC16F84 физически существует только 64 байта EEPROM, декодируютсявсе биты адреса. Поэтому необходимо следить за значением в EEADR, чтобы невыйти за пределы адресного пространства. При записи в EEPROM требуется строговыдерживать временной интервал, который контролируется встроенным таймером.Время записи может варьироваться от кристалла к кристаллу, а также взависимости от питающего напряжения и температуры.
Когда у микроконтроллера установлен бит защиты кода,процессор может читать и записывать EEPROM, но для программатора эта памятьстановится недоступна.
Регистры EECON1 и EECON2
Регистр EECON1 является контрольным регистром, укоторого физически доступны младшие пять бит. Старшие три недействительны ивсегда читаются как «0».
bit 7-5 Физически недоступны, всегда читаются как«0»
bit 4 EEIF — флаг прерывания по окончанию записи
1 = запись завершена (должен быть сброшен программно)
0 = запись не завершена или не начиналась
bit 3 WRERR — флаг ошибки записи в EEPROM
1 = запись преждевременно прервана
0 = запись прошла успешно
bit 2 WREN — разрешение записи в EEPROM
1 = разрешен цикл записи
0 = запрещена запись
bit1 WR — бит управления записью
1 = начать цикл записи. Программная установка битаявляется командой начать цикл записи. Сбрасывается этот бит только аппаратно,когда цикл записи окончен.
0 = цикл записи данных завершен
bit1 RD — бит управления чтением
1 = начать чтение данных из EEPROM. Чтение занимаетодин командный цикл. Программная установка бита является командой начатьчтение. Бит сбрасывается только аппаратно.
0 = чтение не начато
Невозможность программно сбросить бит WR предохраняетот случайного преждевременного прерывания цикла записи, поскольку этот циклзанимает несколько машинных тактов.
Бит WREN при включении питания сброшен, чтопредохраняет от случайной записи. Бит WRERR устанавливается, когда операциязаписи прервана сбросом по входу MCLR или сбросом по переполнению сторожевоготаймера. В этом случае, при повторном старте, пользователь может проверить битWRERR и, при необходимости, повторить запись. Данные и адрес в регистрах EEDATAи EEADR при сбросе не теряются.
Регистр EECON2 не является физическим регистром ииспользуется исключительно в качестве служебного регистра при записи. Чтениеэтого регистра всегда возвращает значение «0».
Чтение данных из EEPROM
Для чтения данных необходимо записать адрес в регистрEEADR и установить бит RD регистра EECON1. В следующем цикле данные ужедоступны для чтения из регистра EEDATA. Прочитанные данные хранятся в этомрегистре, пока не будут прочитаны новые данные или пока в него не будутзанесены данные для записи.
Запись данных в EEPROM
Для записи данных в EEPROM необходимо сначала записатьадрес в регистр EEADR и данные для записи в регистр EEDATA, а затем выполнитьобязательную последовательность команд, рекомендованных изготовителем:
MOVLW 55h
MOVWF EECON2; записываем55h
MOVLW AAh
MOVWF EECON2; записываемAAh
BSF EECON1, WR; стартзаписи данных
Процесс записи не будет инициирован, если не будетвыполнена поочередная запись 55h и AAh в регистр EECОN2. перед тем, какустановить бит WR. Изготовитель настоятельно рекомендует запрещать всепрерывания на момент исполнения этого фрагмента программы. Если прерывания в работе устройства вообще не используются,то нет надобности в запрете и последующем разрешении прерываний, так как повключению питания все прерывания запрещены.
Бит WREN не сбрасывается аппаратно, поэтому егонеобходимо сбросить программно после окончания записи всех данных. Этот битпредохраняет от записи случайных данных в EEPROM, например, при сбое программы.Необходимо тщательно следить, чтобы этот бит был сброшен всегда, когда непроизводится запись данных. Сброс бита WREN во время начатого цикла записи неповлияет на его успешное завершение.
Слово конфигурации CPU
Слово конфигурации расположено по адресу 2007h. Этотадрес находится за пределами пользовательской памяти программ и входит в составспециального адресного пространства (2000h — 3FFFh), которое доступно толькодля программатора во время программирования. Слово конфигурации содержит 14бит.
bit 13-4 СР — бит защиты программного кода
1 = защита отключена
0 = защита установлена
bit 3 PWRTE — бит разрешения задержки при включениипитания
1 = задержка отключена
0 = задержка включена
bit 2 WDTE — бит включения сторожевого таймера
1 = сторожевой таймер включен
0 = сторожевой таймер выключен
bit 1-0 FOSC1-FOSC0 — бит выбора режима тактовогогенератора
11= RC-генератор
10 = HS резонатор
01 = XT резонатор
00 = LP резонатор
Обозначения резонаторов в данном случае следующие: XT- стандартный кварцевый или керамический резонатор 4МГц, LP — низкочастотный(обычно часовой, 32768Гц) резонатор для экономичных приложений, HS — высокочастотный кварцевый резонатор 10МГц, RC — генератор на основе внешнейRC-цепочки.
Внешние источники тактовой частоты.
Микроконтроллеры PIC16F84 не имеют встроенноготактового генератора, работающего без внешних элементов. Для тактированиянеобходим либо кварцевый резонатор, либо независимый тактовый генератор.
/>
Рисунок 3.5 — Схема подключения кварцевого резонатора
Для нормальной работы собственного генераторатребуется кварц, работающий на частоте параллельного резонанса.
Таблица 3.5 — Значения емкостей С1 и С2 для кварцевыхрезонаторовРежим Частота С1, С2 LP
32 кГц
200 кГц
68-100пФ
15-ЗЗпФ XT
100 кГц
2.0 МГц
4.0 МГц
100-150 пФ
15 — 33 пФ
15-ЗЗпФ HS
8.0 МГц
10. 0 МГц
15-ЗЗпФ
15-ЗЗпФ
При напряжении питания больше 4,5 В изготовительрекомендует применять конденсаторы со значениями С1 = С2 = 30 пФ.
/>
Рисунок 3.6 — Схема подключения внешнего генератора
При использовании независимого внешнего генератора,его схема может быть любой. Выход генератора подключается к выводу OSC1, выводOSC2 обязательно должен остаться свободным, в противном случае контроллер можетвыйти из строя. Контроллер в этом случае настраивается в режим XT, LP или HS.
Если приложение некритично к величине и стабильноститактовой частоты, можно применить недорогой RC-генератор. Резистор иконденсатор являются внешними элементами.
Рекомендуемый номинал резистора лежит в пределах от 5кОм до 100 кОм. При использовании резистора менее 4 кОм генерация может бытьнестабильной или вообще не возникнет. При слишком большом номинале, порядка 1МОм и выше, на работу генератора начинают влиять внешние наводки и шумы схемы,а также монтажная емкость и влажность платы. Несмотря на то, что генераторможет работать вообще без внешнего конденсатора, рекомендуется применятьконденсатор с емкостью порядка 20 пФ для увеличения стабильности ипомехоустойчивости генератора.
/>
Рисунок 3.7 — Схема внешнею RC-генератора
Частота тактового генератора зависит от мигающегонапряжения, номиналов резистора и конденсатора и варьируется от кристалла ккристаллу.
В режиме RC с вывода OSC2/CLKOUT можно сниматьимпульсы с частотой одна четвертая от тактовой и использовать эти импульсы длятактирования или синхронизации остальной схемы.
Когда контроллер настроен в режим RC, на его выводOSC1/CLKIN нельзя подавать импульсы от внешнего генератора, так как можновывести кристалл из строя.
Организация сброса.
Для PIC16F84 доступны следующие пять вариантов сброса:
- Сброс по включению питания
- Сброс по входу MCLR во времянормальной работы
- Сброс по входу MCLR в режиме SLEEP
- Сброс по переполнению сторожевоготаймера (WDT) во время нормальной работы
- Сброс по переполнению сторожевоготаймера (WDT) в режиме SLEEP
Если питающее напряжение при включении устанавливаетсядостаточно быстро, не дольше, чем за 70мс, то можно обойтись без внешней цеписброса и подключить вывод MCLR непосредственно к плюсовой шине питания. Придостижении питающим напряжением уровня 1.2-1.7V сформируется внутренний сигналсброса и начнется отсчет времени задержки сброса специальным внутреннимтаймером PWRT (Power-up timer). За это время питающее напряжение должноподняться до нормального рабочего уровня. Таймер PWRT работает от независимоговстроенного RC-генератора, время задержки равняется примерно 72мс и можетнесколько изменяться от кристалла к кристаллу, а также в зависимости оттемпературы. После окончания задержки таймера PWRT включается таймер запускаосновного тактового генератора, но он тактируется непосредственно от этогогенератора и отсчитывает 1024 импульса.
Таймер PWRT может быть включен или выключен изменениембита PWRTE в слове конфигурации.
Если питающее напряжение нарастает медленно, можетпонадобиться внешняя цепь сброса.
/>
Рисунок 3.8 — Внешняя цепь сброса
Организация прерываний
Микроконтроллеры PIC16F84 имеют четыре источника прерываний:
- Внешнее по входу RB0/INT
- Внешнее по изменению состоянияодной из линий RB4-RB7 порта В
- Внутреннее по переполнениютаймера/счетчика TMR0
- Внутреннее по окончанию записи вEEPROM.
Для каждого из прерываний 1, 2 и 3 существует свойфлаг-бит в регистре INTCON, сигнализирующий о поступлении конкретного видазапроса. Для прерывания 4 флаг-бит хранится в регистре EECON1. Анализируя этибиты подпрограмма обработки прерываний, начинающаяся с адреса 0004h, определяетисточник прерывания. Кроме этого, в регистре INTCON содержится бит глобальногозапрета прерываний GIE и биты индивидуального запрета каждого прерывания. Когдабит GIE сброшен, все прерывания запрещены. При включении питания бит GIE поумолчанию сброшен.
Когда поступает прерывание, бит GIE сбрасывается,чтобы не допустить возникновения нового прерывания (поскольку умикроконтроллера PIC16F84 существует только один вектор прерывания), адресвозврата загружается в стек, а в программный счетчик загружается адрес-вектор0004h. Инструкция возврата из подпрограммы обработки прерывания RETFIEустанавливает бит GIE в единицу, тем самым разрешая прерывания.
Обработка запроса внешнего прерывания может заниматьтри или четыре командных цикла процессора, в зависимости от того, в какоймомент времени обнаружен запрос.
Все флаг-биты прерываний должны быть сброшеныпрограммно до того, как прерывания вновь будут разрешены установкой бита GIE. Впротивном случае может произойти повторный вход в прерывание и зацикливаниепрограммы. Также следует помнить, что флаг-биты прерываний устанавливаются всоответствии с прерывающими событиями независимо от того, замаскированы этипрерывания, или нет. Игнорирование этих фактов приводит к достаточнораспространенным ошибкам программирования, которые могут проявить себя несразу.
Энергосберегающий режим SLEEP.
Микроконтроллер переводится в режим SLEEP привыполнении специальной команды SLEEP. Если сторожевой таймер включен, то онобнуляется и начинает отсчет задержки заново. В регистре STATUS сбрасываетсябит PD и устанавливается бит ТО. Тактовый генератор отключается. Выводы портовсохраняют состояние, которое было непосредственно перед исполнением командыSLEEP.
Пробуждение из режима SLEEP.
Процессор может быть выведен из режима SLEEP тремяразличными способами:
- внешним сбросом по входу MCLR;
- при переполнении сторожевоготаймера (если он включен);
- прерыванием по входу RB0/INT, поизменению состояния входов RB4-RB7 или по окончанию записи в EEPROM.
Событие 1 приводит к сбросу процессора и исполнениюпрограммы с начального адреса. Два остальных события приводят к продолжениюисполнения программы. Во время исполнения команды SLEEP процессор загружает вбуфер команд следующую команду (РС+1). Чтобы контроллер вышел из режима SLEEPпо прерыванию, оно должно быть разрешено соответствующими битами.
Порядок пробуждения по прерыванию зависит от состояниябита GIE. Если этот бит сброшен, то после пробуждения выполняется команда,следующая за командой SLEEP (и уже загруженная в буфер) и далее по порядку.Если бит GIE установлен в 1, то сначала исполняется команда, загруженная вбуфер, а затем процессор переходит на адрес-вектор прерывания 0004h. Еслиисполнение команды, следующей за SLEEP, при выходе по прерыванию нежелательно,то сразу после команды SLEEP должна следовать команда NOP.
Система команд
Каждая команда контроллера PIC16F84 представляет собой14-битное слово, состоящее из кода команды (OPCODE) и одного или несколькихоперандов.
f — Адрес специального регистра или регистрапользователя. Диапазон значений от 0x00 до 0x7F. Фирменный ассемблер допускаетприменять вместо цифровых значений непосредственно имена регистров,определенные ранее.
W — Рабочий регистр (аккумулятор)
b — Битовый адрес, используемый с 8-битным регистром,и указывающий внутри регистра на бит, с которым выполняется битовая операция. Вассемблерном тексте обозначает константу, представленную в двоичном счислении.
k — Литерал,константа или метка.
d — Указатель приемника результата операции. Если d=0,результат сохраняется в W, если d= 1, результат сохраняется в регистре,объявленном в команде. По умолчанию d=l. Никакой другой регистр, кромеиспользуемого в операции, не может быть назначен приемником. Фирменный ассемблердля большей наглядности допускает применять вместо значений 0 и 1соответственно символы w и f.
Таблица 3.6 — Система команд микроконтроллера PIC16F84
Мнемоника
операнды Расшифровка мнемоники
Количество
циклов
Изменяемые
регистры Примечание БАЙТОВЫЕ ОПЕРАЦИИ С РЕГИСТРАМИ ADDWF f, d Add W and F 1 C, DC, Z 1,2 ANDWF f, d AND W with F 1 Z 1,2 CLRF f Clear F 1 Z 2 CLRW Clear W 1 Z СОМF f, d Complement F 1 Z 1,2 DECF f, d Decrement F 1 Z 1,2 DECFSZ f, d Decrement F, Skip if Zero 1(2) 1,2,3 INCF f, d Increment F 1 Z 1,2 INCFSZ f, d Increment F, Skip if Zero 1(2) 1,2,3 IORWF f, d Inclusive OR W with F 1 Z 1,2 MOVF f, d Move F 1 Z 1,2 MOVWF f Move W to F 1 NOP No Operation 1 RLF f,d Rotate Left F through carry 1 C 1,2 RRF f,d Rotate Right through carry 1 C 1,2 SUBWF f, d Subtract W from F 1 C, DC, Z 1,2 SWAPF f, d Swap nibbles in F 1 1,2 XORWF f, d Exclusive OR W with F 1 Z 1,2
Мнемоника
операнды Расшифровка мнемоники
Количество
циклов
Изменяемые
регистры Примечание БИТОВЫЕ ОПЕРАЦИИ С РЕГИСТРАМИ BCF f, b Bit Clear F 1 1,2 BSF f, b Bit Set F 1 1,2 BTFSC f, b Bit Test F, Skip if Clear 1(2) 3 BTFSS f, b Bit Test F, Skip if Set 1(2) 3 ОПЕРАЦИИ С ЛИТЕРАЛАМИ И ПЕРЕХОДЫ ADDLW k Add Literal and W 1 C, DC, Z
ANDLW k AND Literal with W 1 Z
CALL k Call subroutine 2
CLRWDT Clear Watchdog Timer 1 TO, PD
GOTO k Go To address 2
IORLW k Inclusive OR Literal with W 1 Z
MOVLW k Move Literal to W 1
RETFIE Return From Interrupt 2
RETLW k Return with Literal in W 2
RETURN Return from subroutine 2
SLEEP Sleep into standby mode 1 TO, PD
SUBLW k Subtract W from Literal 1 C, DC, Z
XORLW k Exclusive OR Literal with W 1 Z
/> /> /> /> /> /> /> /> />
Примечания:
1) Когда происходит чтение-модификация-запись портовввода-вывода, то всегда считывается реальные значения напряжений на выводах,независимо от того, как настроены линии порта и что записано в триггер-защелку.Операция производится над считанным реальным значением и результат записываетсяв защелку.
2) Когда эта инструкция выполняется над регистром TMR0и d= 1, предделитель сбрасывается, если подключен к модулю Timer0.
3) Если программный счетчик модифицируется илипроверка на условие возвращает истинный результат, инструкция требует двамашинных цикла. Второй цикл исполняется процессором как NOP.
3.6.2 Микросхема КР142ЕН5А
МикросхемаКР142ЕН5А трехвыводный стабилизатор с фиксированным выходным напряжением 5вольт могут найти применение в широком спектре радиоэлектронных устройств вкачестве источниках питания логических систем, измерительной технике, устройстввысококачественного воспроизведения и других радиоэлектронных устройств.
Внешниекомпоненты могут быть использованны для ускарения переходных процессов. Входнойконденсатор необходим только в том случае, если регулятор находиться нарастоянии более 5 см от фильтрующего конденсатора источника питания.Основныехарактеристики:
-Допустимыйвыходной ток 1А
-Не требуютсявнешние компоненты
-Внутренняятермозащита
-Защитавыходного транзистора
-Внутреннееограничение тока КЗ
Таблица 3.7 — Электрические характеристики КР142ЕН5А
/>
/>
Рис. 3.9 — Схема включения КР142ЕН5А
4 Описаниесхемы электрической принципиальной
Схема тахометрапоказана на рис… Входной сигнал с контактов прерывателя стабилизируетсястабилитроном VD1 на уровень ТТЛ и подается на вход RB0. При бесконтактнойсистеме зажигания сигнал снимается с выхода коммутатора, выдающего перепаднапряжения 3 В. Этого напряжения достаточно для срабатывания микроконтроллера.
Входы RA0-RA2коммутируют аноды светодиодов, реализуя динамическую индикацию. Вход RA3нагружен переключателем предела измерения
«Is—3s».Внутренние подтягивающие резисторы программно отключены, но ими снабжены тольковходы «В» микроконтроллера, поэтому возникла необходимость в установкерезистора R2. Входы RBI—RB7 использованы для вывода значений сегментов.Поскольку микроконтроллер работает при верхнем питающем напряжении 6 В, томикросхему стабилизатора напряжения КР142ЕН5 можно взять с любой буквой,обеспечивающей это напряжение.
Потребляемыйтахометром ток около 25 мА, поэтому микросхема стабилизатора напряжения ненуждается в радиаторе. Диод VD2 защищает прибор от переполюсовки. Если тахометрбудет использоваться при регулировке карбюраторов, то светодиоды АЛ304Гнежелательно заменять индикаторами с большими размерами цифр.
5 Алгоритмработы устройства и программное обеспечение
Тахометрреализован на одной микросхеме микроконтроллера PIC16F84A.
Алгоритмпрограммы тахометра представлен на рис. 16. После включения питания происходитначальная инициализация всех регистров с последующей индикацией. Послеинициализации вступает в работу таймер TMR0. Таймер имеет коэффициент деления,равный 256, что вместе с предцелителем, имеющим коэффициент деления, равный 32,и циклом процессора, равным 4, дает прерывания каждую секунду (4 х 32 х 256 =3,2768).
При замыканииконтактов прерывателя с входа RB0 также происходит прерывание. При прерываниисохраняются значения регистров, задействованных на момент прерывания, иопределяется происхождение прерывания. Если прерывание с входа RB0, то двоичный16-разрядный счетчик увеличивается на единицу. Таким образом, подсчитываетсяколичество прерываний с входа RB0 между прерываниями от переполнения таймера,то есть за 1 секунду. Каждое прерывание заканчивается восстановлением ранеесохраненных значений регистров, и процессор переключается на работу синдикацией.
Если прерываниепроизошло по переполнению таймера, то определяется состояние переключателяпредела измерения и, если переключатель на пределе одной секунды, двоичноезначение 16-разрядного счетчика умножается на 3 (2N х 3). 16-разрядный счетчикобнуляется, готовясь к новому циклу измерения. Полученное двоичное значениеперекодируется в трехразрядное двоично-десятичное число и переписывается врегистры индикации. После восстановления значений регистров индикацияпроисходит с новыми данными. То есть индикация обновляется каждую секунду.
Если установленпредел измерения, равный 3 секундам, то при переполнении таймера значениесчетчика секунд увеличивается на единицу. Если значение счетчика секунд еще неравно трем, прерывание завершается без обнуления 16-разрядного счетчика. Впротивном случае в 16-разрядном счетчике накапливается количество прерываний свхода RB0 за три секунды. Это значение перекодируется в двоично-десятичноечисло и переписывается в регистры индикации. Двоичный счетчик обнуляется и циклповторяется. В данном случае индикация обновляется каждые три секунды.
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Заключение
В ходевыполнения курсовой работы был разработан «Цифровой автомобильный тахометр». Впояснительной записки представлены схемы: электрическая структурная,электрическая функциональная, электрическая принципиальная с описанием. Такжеприведено описание всей элементной базы устройства, приведено описание работыпользователя с устройством.
Применениемикроконтроллера PIC16F84 позволило создать компактное, эргономичное устройствос минимальными массогабаритными и экономическими показателями.
Прошивкамикроконтроллера приведена в приложении к пояснительной записки.
В графическойчасти представлены чертежи схем: электрической структурной и электрическойпринципиальной в соответствии со стандартами ЕСКД.
Список использованных источников
1. www.microchip.ru;
2. Радиолюбительские конструкции наPIC-микроконтроллерах кн.1(Заец Н.) 2003;
3. www.integral.by.
Ссылки для скачивания чертежеи:
depositfiles.com/files/otnsonrcc
depositfiles.com/files/ry5uz2l9v
depositfiles.com/files/gohzre6rd
depositfiles.com/files/fusrx4ov8
depositfiles.com/files/e7f9n2rx2
depositfiles.com/files/gacx7bz15
depositfiles.com/files/q9fphx1br
depositfiles.com/files/2t07phfob
depositfiles.com/files/rfrlwdeit/>