Устройство контроля интенсивности движения через мост

УСТРОЙСТВО_КОНТРОЛЯ_ИНТЕНСИВНОСТИ ДВИЖЕНИЯ Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Микропроцессорные устройства и системы» ФЭТ КП.Х.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, изу¬чаемых 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 . .3. Разработка функциональной схемы устройства 4. Алгоритм работы устройства . 5. Разработка управляющей программы 6. Заключение .7. Список использованной литературы 15 Приложение А. Листинг управляющей программы 16 Приложение Б. Карта прошивки памяти программ . 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.