Однокристальные микроконтроллеры стремительно занимают ведущее место в электронной аппаратуре. И если каких-нибудь десять лет назад они могли быть использованы при проектировании только профессионалами — слишком много требовалось дорогостоящих средств для их программирования, — то сегодня «однокристалки» используют даже радиолюбители.

Именно микроконтроллер сегодня формирует облик бытовой аудиотехники, видеотехники, средств связи. С передних панелей радиоприемников, магнитол, телевизоров исчезли шкальные индикаторы, ручки настройки, ползунковые регуляторы, переключатели. Их заменили жидкокристаллические табло и кнопки. Десятки разнообразных микросхем, составляющих электронное «нутро» аппаратуры, должны согласованно функционировать, обеспечивая наилучшие технические характеристики и удобство эксплуатации. Решая задачу сопряжения цифровых устройств, разработчики компьютерной техники связали их между собой посредством шин, а способы передачи информации назвали протоколами и стандартизировали их основные принципы. Каждое устройство было снабжено интерфейсом, посредством которого стало возможным подключать его к шине.

Если говорить об аналоговой технике, то специализированные аналоговые микросхемы испокон веков имели уникальные собственные выводы для подключения элементов, с помощью которых устанавливались их рабочие режимы или осуществлялись регулировки в процессе эксплуатации. Объединять эти выводы с целью выполнения универсальной регулировки не представлялось возможным. Современные микросхемы, предназначенные для использования в новой аппаратуре, снабжены цифровым интерфейсом, «спрятали» настроечные выводы внутрь микросборок, а управлять их режимами программно.

Осуществлять управление одной микросхемой очень просто, для этого даже не всегда нужен внешний цифровой интерфейс. А если микросхем несколько, если они должны взаимодействовать друг с другом, обмениваться информацией? Решая эти вопросы, разработчики перспективных микросхем пришли к мысли о необходимости введения общей шины и протокола обмена информацией по ней. Известные по компьютерной технике шины оказались здесь совершенно негодными в силу своей сложности.

Для этих целей фирмой Philips была разработана шина Inter-Integrated Circuit Bus (сокращенно I2С). Принадлежа к классу шин с последовательным способом передачи данных, отличаясь чрезвычайной простотой реализации, шина стала быстро развиваться. Сегодня и другие фирмы, оценившие по достоинству возможности шины, поддерживают ее своей продукцией.

Темой данного курсового проекта, является разработка «Термометра» на основе микроконтроллера.

1 Составление схемы электрической структурной

На основании анализа схемы электрической принципиальной были выделены основные функциональные элементы, и разработана схема электрическая структурная, представленная на рисунке 1.1

Описание: мпт1

Рисунок 1.1 - Схема электрическая структурная

Схема электрическая структурная содержит: микроконтроллер, контакты прерывателя, переключатель пределов, светодиодный индикатор, генератор тактовой частоты и источник питания.

Этот тахометр предназначен для использования при регулировке холостого хода карбюраторов двигателей внутреннего сгорания. Его можно применять и для контроля частоты вращения вала автомобильных или лодочных двигателей во время движения.

Тахометр имеет три разряда индикации с пределом измерения от 60 мин"1 до 7800 мин-1. Погрешность измерения на пределе 1 секунда равна 30 мин-1, а на пределе 3 секунды — 10 мин-1. Нижний предел ограничен погрешностью измерения, а верхний — количеством прерываний между индикацией. Из-за чего индикация разрядов становится прерывистой.

2 Составление схемы электрической функциональной

Схема электрическая функциональная представлена на рисунке 2.1

Описание: мпт2

Рисунок 2.1 - Схема электрическая функциональная

3 Описание элементной базы

3.1 Резисторы

(номиналы см. принципиальную схему)

R3-R10 – резисторы С2-23 не проволочные постоянного сопротивления, мощностью 0,125Вт с номинальными сопротивлениями R3-R9 430 Ом, R2 10 кОм с допуском ±10%. R1- не проволочный постоянного сопротивления, мощностью 0,5 Вт с номинальным сопротивлением 34 кОм.

3.2 Конденсаторы

С1 и С2 – конденсаторы К10-17 керамические не полярные постоянной емкости с группой по ТКЕ – Н90, с номинальным напряжением 25В, номинальной емкостью 30 пФ с допуском ±10%. C3 – 0,01 мкФ.

3.3 Резонатор

ZQ – кварцевый резонатор, работающий на частоте параллельного резонанса 32768 Гц.

3.4 Светодиодный индикатор АЛ304Г

АЛ304А, АЛ304Б, АЛ304В, АЛ304Г

Индикаторы знакосинтезирующие, на основе соединения арсенид – фосфид –галлий, эпитаксиально – планарные [41, стр. 475 – 478]. Предназначены для отображения цифровой информации. Индикаторы имеют 7 сегментов и децимальную точку. Выпускаются в пластмассовом корпусе. Высота знака 3 мм.

Масса прибора не более 0,25 г.

Описание: ал304г

Рисунок 3.1 – Структурная схема и монтажные размеры модулей

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

3.6 Микросхемы

3.6.1 Микроконтроллер PIC16F84

Контроллеры PIC16F84, как и все микроконтроллеры с торговой маркой PICmicro™ основаны на развитой RISC-архитектуре. Они имеют расширенные опции ядра, восьмиуровневый стек и различные внутренние и внешние прерывания. 14-битные слова команд и 8-битные данные передаются независимо, по разделенным шинам памяти и данных. Большинство команд исполняется за один машинный цикл кроме команды переходов, которые исполняются за два цикла. Набор команд состоит из 35 инструкций с интуитивно понятной мнемоникой.

На кристалле расположены 64 байта EEPROM памяти констант с гарантированным сроком хранения данных более 40 лет при отключенном питании, до 68 байт памяти данных (рабочие регистры для хранения переменных). Кристаллы выпускаются с максимальными тактовыми частотами 4МГц и 10МГц, имеют 13 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 быть подключен также внешний генератор тактовой частоты. Встроенного тактового генератора, тактирующего процессор, нет. От встроенного на кристалл RC-генератора могут тактироваться только таймер/счетчик TMR0 или сторожевой таймер, по выбору.

Варианты корпуса 18-pin DIP, SOIC.

Рисунок 3.2 - Расположение выводов PIC16F84

Таблица 3.2 - Назначение выводов PIC16F84

Обозначение	№	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 триггером Шмитта.

Примечания:

1. Триггер Шмитта на входе применяется, только если вывод сконфигурирован, как вход внешнего прерывания.

2. Триггер Шмитта на входе применяется только в режиме последовательного программирования кристалла.

3. Триггер Шмитта на входе применяется только если включен режим RC-генератора, в остальных случаях как CMOS вход.

Микроконтроллеры PIC16F84 могут программироваться непосредственно на плате устройства, что позволяет отлаживать программу либо записывать константы и калибровочные данные. Для программирования на плате необходимо максимум пять проводов: питание +5В, напряжение программирования, последовательные данные, тактирующие импульсы и общий. Память программ только встроенная.

Таблица 3.3 - Электрические параметры

Параметр	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 микроконтроллерах PIC16F84 существует два блока памяти - память программ и память данных. Каждый блок имеет собственную шину, таким образом, доступ к блокам может происходить одновременно.

Память данных, в свою очередь, разделена на специальные регистры и регистры общего применения (ОЗУ пользователя). Специальный регистры применяются для хранения битов состояния, определяющих работу портов вода/вывода, таймеров и других периферийных модулей контроллера.

Кроме специальных регистров и ОЗУ, пространство памяти данных содержит ячейки EEPROM. Эта область памяти не может быть адресована непосредственно, и доступ к ней получают через специальный регистр косвенной адресации EEADR, в который записывают порядковый номер ячейки. 64 байта EEPROM имеют номера с 00h по 3Fh. Обычно EEPROM используется для хранения констант, значения которых не должны пропадать при отключении питания, например кодов управления, индивидуальных номеров и т.п. Важным достоинством EEPROM является то, что данные в ней могут быть изменены даже после занесения программы в однократно программируемый кристалл.

Память программ.

Микроконтроллеры PIC16F84 имеют 13-битный программный счетчик, позволяющий адресовать до 8К х 14 памяти программ. В PIC16F84 доступны первые 1024 (0000h-03FFh) ячеек памяти. Обращение к старшим адресам, лежащим за пределами указанного диапазона физически равносильно обращению к соответствующим 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, вектор прерывания один и расположен по адресу 0004h. Обычно по адресу 0004h располагают подпрограмма распознавания и обработки прерываний, а по адресу 0000h команду перехода на метку, расположенную за подпрограммой обработки прерывания.

Память данных.

В микроконтроллерах PIC16F84 память данных разбита на две части - специальные регистры и регистры общего применения (ОЗУ пользователя). Кроме этого, память данных разделена на два банка.

Таблица 3.4 - Организация памяти данных

Адрес			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

Страницы: 1, 2