Содержание
Введение
1.Анализпоставленной задачи
2. Проектированиепринципиальной схемы устройства
2.1 Схема включениямикропроцессора
2.2 Формированиетактовых импульсов
2.3 Схема сброса
2.4 Схемы входных ивыходных устройств
2.5 Схемастабилизатора напряжения
3. Проектированиепрограммного обеспечения микропроцессора
4. Листинг программы
5. Рекомендации по разработкепрограммных и аппаратных диагностических средств для проверки работоспособностиустройства
6. Проектированиепечатной платы устройства (PCad, OrCad)
Заключение
Приложение
Введение
Внастоящее время встроенные компьютерные системы получают все большеераспространение из-за их высокого качества и надежности, а так же простотыобработки информации.
Микроконтроллерыявляются сердцем многих современных устройств и приборов, в том числе ибытовых. Главной особенностью микроконтроллеров является то, что с их помощьюлегче и зачастую гораздо дешевле реализовать различные схемы.
Популярностьмикроконтроллеров AVR постоянноувеличивается. Не последнюю роль в этом играет соотношение показателей «цена —быстродействие — энергопотребление», являющееся одним из лучших на рынке8-разрядных микроконтроллеров. Также постоянно растет число выпускаемыхразнообразных программных и аппаратных средств поддержки разработок устройствна их основе.
В данномкурсовом проекте на базе микроконтроллеров AVR необходимо разработать устройство, которое позволитуправлять скоростью вращения исполнительного механизма, отслеживать перемещениелюбой точки на его поверхности в каждый момент времени и передавать данные обэтом последовательный порт компьютера.
1.Анализ поставленной задачи
Темойкурсового проекта является «Устройство контроля позиционированияисполнительного механизма». Данное устройство предназначено для наблюдения заработой исполнительного механизма, задания скорости его вращения, контроляпозиционирования (т. е. сравнения его текущего местоположения с заданным), а такжевыдачи информации в последовательный порт компьютера.
Устройствосостоит из следующих блоков:
• блок датчиков;
• устройствоуправления;
• блок передачиинформации.
Структурнаясхема устройства представлена на рис. 1.
/>
Рис. 1 Структурная схема устройства
Блокдатчиков представляет собой два датчика на фототранзисторах, один из которыхрегистрирует прохождение метки на исполнительном механизме, что заставляетработать второй датчик — он регистрирует прохождение тёмных и светлых участковна ИМ.
Блокпередачи информации реализован на микросхеме МАХ232. Устройство управленияорганизовано на микроконтроллере семейства Classic AT90S2313-10. Данныймикроконтроллер имеет память программ 2 Кбайт, ОЗУ 128 байт и EEPROM-память данных 128 байт. Максимальноеколичество контактов ввода/вывода 15.
Т.к. дляподключения датчиков необходимо 2 контакта, для подключения шагового двигателя- 4 контакта и семейство AVRимеет последовательный аппаратный интерфейс, то ресурсов этого микроконтроллерадостаточно для реализации проекта.
2.Проектирование принципиальной схемы устройства
2.1Схема включения микропроцессора
/>
Рисунок2,1 — Схема включения микропроцессора
2.2 Формированиетактовых импульсов
Формированиетактовых импульсов производится при помощи внешнего кварцевого резонатора.Такой вариант включения необходим для обеспечения высокой точности истабильности рабочей частоты.
Схемавключения показана на рис. 2.2.
/>
Рисунок2.2 — Подключение кварцевого резонатора.
2.3Схема сброса
/>
Рисунок2.3 — Схема сброса
Дляосуществления сброса микроконтроллера при включении питания, а также по кнопкеиспользуется схема, представленная на рис 2.3.
2.4Схема стабилизатора напряжения
Длястабилизации напряжения питания схемы используется интегральный стабилизатор LM 7805.
Входноенапряжение В. Min — 7.5;
Мах- 35;Максимальный выходной ток, А — 0.5;
/>
Рисунок2.4 — Схема стабилизатора напряжения
2.5Схема входных и выходных устройств
Входнымиустройствами являются:
• два датчика нафототранзисторах;
• один сигнальныйпровод внешнего устройства управления. Выходные устройства:
• шаговыйдвигатель;
• RS-232.
Датчики,сигнальный провод и шаговый двигатель подключены на плату с помощью разъёмов.
ИнтерфейсRS-232 реализован на микросхеме МАХ232. Они содержат в себе преобразователь уровня, что позволяет обойтись бездополнительного преобразователя напряжения
Схема еёподключения представлена на рис. 2.5
/>
Рисунок2.5 — Схема включения последовательного интерфейса
3.Проектирование программного обеспечения микропроцессора
Программадолжна выполнять следующие функции:
• получение и обработка информации отдатчиков;
• управление шаговым двигателем;
• передачу по последовательномуинтерфейсу (UART); Выполнение этих операцийпроисходит по следующему алгоритму:
/>
Проектированиепроцедуры обработки прерываний
Впрограмме используются прерывания от таймеров счетчиков. Используются обааппаратных таймера счетчика, но на Т/СО организованы также два программныхсчётчика,
Проектированиепроцедуры передачи данных по последовательному интерфейсу
Поспецифике работы устройства, данные только передаются в последовательный порткомпьютера, то алгоритм функционирования последовательного интерфейсазначительно упрощается.
/>
Проектированиепроцедуры Main
Проектированиепроцедуры заключается в том, чтобы в правильном порядке выполнялись процедуры,описанные за ее пределами, в правильном взаимодействий всех переменных, массивов,а также подпрограмм прерываний от таймера-счетчика и функционированияпоследовательного интерфейса.
4. Листинг программы
tfdefine ENABLE_BIT_DEFINITIONS tfinclude ^include ^include «ctype.h» include «stdlib.h»
unsigned char SM[4]={9,12,6,3};
unsigned char d,S;
unsigned char TmrO_Opros[51={10,15,20,25,30f;
unsigned char Tmr(tSM{5]=}24,29,36,48,72|;
unsigned char Perepl,Perep2;
#define ENABLE_BIT_DEnNITIONS
#pragma vector=TIMERO_OVF_vect _interrupt void TlMERO_OVF_interrupt(void)
{
TCNTO=236; Perepl++; Fetep2++;
if(Perepl=TmrO_Opros[S]} (
Perepl=0; TmrO_Opros_Flag=l;
} if{Perep2=TmrO_SM[S]}
{
TmrO_SM_Flag=l;
Perep2=0; TmrO_SM_Hag=l;
d++; if(d=4) |d=0;
I i
}
//=============«=======«=
fpragma vector=TIMERl_OVF_vect
interrupt void TIMERl_OVFjnterrupt(void)
( TCNTlL=OxbO;// 5 sec
TCNTlH=Oxb9; TmrlmFlag=l;
I //======================================================
void InitTimers(void)
{
disable_interrupt();
TCCRCN4;// 1/256
TIMSK (- (1 « TOIEO);//Enable TimerO Interrupt
TCNTO=0;
TCCR1=5;// 1Д024
// TIMSK | = (3 « TOIE1);//Enable Timerl Interrupt
TCNTlL=OxbO;// 5 sec
TCNTlH=Oxb9;
TmrPreLoad[0)=l;
TmrCnt[0]=l;
TmrFlag[0]=Ox81;
enable_interrupt();
I
void Init(void)
I
DDRB=0;
PORTB=OXFF;
DDRD=OXFF;
PORTD=OXFF;
) //========================================
void main(void)
{
InitTimers{);
Init();
InitUART();
While(l)
(
if(Extern_Signal=l) (Extern_Signal=0;
S++; if{S=4) {S=0;
I
TIMSK I = (3 « TOIE1);//Enable Timerl Interrupt
TCNTlL=OxbO;//5 sec
TCNTlH=Oxb9
}
if{TmrO_SM_FIag=l)
I
PORTB=SM[d];
TmrO_SM_FIag=0;
I
if(Tmrl_Flag=l&PINBJBitO=l) j Flag_Count=l;
)
if(Flag_Count=l) |TCNTO=236; if(TmrO_Opros_Flag=l)
{
k++;
if(PINB_BitO=l) |k=01 if(PINB_Bitl=l)
{
Data=k+l;
Flag_Count=0;
I I 1
if(Data!=0)
I TransmiteByte(Data);
Data=0;
} if(PINB_Bit2)
{ Extern_Signal=l;
} \_
void InitUART(void)
{
UBRRL = 191; UBRRH = 0; UCSRA = 0;
UCSRB — ((1 « RXCIE) | (1« RXEN) \ (1 « TXEN)); UCSRC = ((1 « URSEL) | (1« UCSZ1) j (1 « UCSZO));
!
void TransmitByte (unsigned char data)
t UCSRB | = (1«UDRIE | 1«TXCIE);
I
#pragma vector=USART_TXC_vect
interrupt void USARTJTX_interrupt(void)
t UCSRB &= ~(1«TXCIE);//disable TX Interrupt
I
#pragma vector=USART_UDRE_vect
^interrupt void USART_TX_UDREJnterrupt(void)
{
UDR = Data;
UCSRB &= ~(1«UDRIE);//disable UDR Interrupt
UCSRB | = {1«TXCIE);//enable TX Interrupt
)
5.Рекомендации по разработке аппаратных диагностических средств для проверкиработоспособности устройства
Длядиагностики работоспособности данного устройства можно использовать какаппаратные, так и программные средства. Данные средства должны иметьвозможность производить обмен по последовательному интерфейсу RS-232, а так же отображатьпередаваемую информацию.
Дляпроверки наличия сигнала с датчиков, можно подключить светодиоды, либоимитировать срабатывание датчика при помощи любых переключающих устройств.
6.Проектирование печатной платы устройства
Длятого, что бы развести печатную плату используется программа LayoutPlus пакета OrCad. Она позволяет производить разводку печатных плат,как в автоматическом режиме, так и в ручном.
Произведемразводку печатной платы нашего устройства. Для этого мы создается схема в OrCAD Captured S.
Схемунеобходимо создавать таким образом, что бы на ней не оставалось ни одногосвободного входа/выхода или висячего провода. Необходимо убрать всевспомогательные компоненты схемы (источники тока, напряжения, генераторы идругие), и прописать в свойствах компонентов раздела Footprint тип корпуса.
Вустановках LayoutPlus мы настраиваем количество слоев,ширину дорожек, расстояние между дорожками, между дорожками и контактнымиплощадками, угол поворота дорожек. Затем производим разводку в автоматическомрежиме, создаем координатную сетку и проставляем размеры.
Врезультате была спроектирована печатная плата, показанная в приложении Б. Онаизготавливается из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1… Л.5 мм. Всеотверстия на плате должны быть металлизированы.
Заключение
В данномкурсовом проекте было разработано устройство контроля позиционированияисполнительного механизма, которое является одним из блоков Системы контроляпозиционирования исполнительного механизма.
Устройстворегистрирует положение ИМ в каждый момент времени и передаёт информацию об этомв компьютер, а также управляет скоростью вращения шагового двигателя, которыйявляется приводом ИМ.
Быларазработана принципиальная электрическая схема устройства, а также платапечатного монтажа.
В ходепроектирования устройства были рассмотрены основные принципы построенияустройств на микроконтроллерах AVR,изучена возможность связи с внешними устройствами по последовательномуинтерфейсу RS-232.
/>
/>