Министерство образования Российской Федерации
Южно-Уральский государственный университет
Кафедра “Цифровые радиотехнические системы”
Пояснительная записка к курсовому проекту
по курсу “Вычислительная техника и информационные технологии”
Тема: “Измеритель расхода топлива”
Нормоконтролер
“____” 200 г.
Руководитель
“____” 200 г.
Автор проекта
студент группы
Проект защищен
с оценкой
_____________________
_____________________
“____” 200 г.
Челябинск
200
Аннотация
На основе предложенного задания спроектирован измеритель расхода топлива. По приведенному в анализе алгоритму работы устройства написана программа на языке ассемблер и разработана принципиальная электрическая схема устройства. Измеритель позволяет получать наглядную информацию о расходе топлива автомобиля.
Содержание
Введение
1 Анализ технического задания
2 Описание структурной схемы устройства
3 Разработка программы
3.1 Блок схема программы
3.2 Алгоритмы блоков
3.2.1 Алгоритм реализации формул
3.2.2 Алгоритм преобразования в десятичную форму записи
3.2.3 Алгоритм вывода результата на индикатор
3.3 Листинг программы
4 Разработка принципиальной электрической схемы
4.1 Выбор элементов
Заключение
Литература
Введение
Любое транспортное средство не может двигаться без топлива, которое, как известно, стоит денег. Но как узнать, сколько литров на единицу времени или пути сжигает автомобиль. А ведь зная текущий расход топлива, можно легко выбирать стиль езды, экономящий понапрасну сжигаемое топливо, оперативно реагировать на увеличенный расход топлива связанный с поломкой.
Таким образом, устройство, которое наглядно показывает расход топлива автомобилем в данный момент очень удобно, и позволяет упростить многие проблемы автолюбителей.
Современная цифровая техника позволяет на базе микроконтроллеров решать такие задачи, создавать широкий спектр необходимых человеку приборов.
В этом направлении наиболее распространенным до сих является семейство 8-разрядных микроконтроллеров - MCS-51. Именно поэтому в проектировании измерителя расхода топлива будет использован микроконтроллер этого семейства.
1. Анализ технического задания
Требуется разработать измеритель расхода топлива, данные (скорость автомобиля и расход топлива) для которого поступают в виде напряжений. Скорости от 0 до 200 км/час соответствует напряжение от 0 до 10В, и расходу от 0 до 10 мл/с – такое же напряжение. По заданию необходимо выводить на трехразрядный семисегментный индикатор расход топлива в мл/км.
Используем восьми разрядные АЦП для преобразования аналогового си-нала в цифровой. Таким образом, поступающие напряжения будут переведены в двоичные комбинации, которыми будет оперировать микроконтроллер.
Для того чтобы получить расход топлива R
в мл/км, нужно воспользоваться следующей формулой
, (1)
где ν – расход топлива, мл/с;
υ – скорость автомобиля, км/час.
Чтобы перейти от имеющихся двоичных комбинаций, значения которых находятся в диапазоне от 00000000 до 11111111 (от 0 до 255), к величинам скорости и расхода, приходится вводить переводные коэффициенты. Для скорости этот коэффициент равен отношению максимальной скорости (200 км/час) к максимальному значению кода (255). Получим
, (2)
где Кυ
–
значение двоичного кода скорости (от 0 до 255).
Для расхода переводной коэффициент равен отношению максимального расхода (10 мл/c) к максимальному значению кода (255).
, (3)
где Кν
–
значение двоичного кода расхода (от 0 до 255).
Подставим выражения (2) и (3) в формулу (1), получим следующую формулу
. (4)
По заданию если скорость равна 0, то на индикатор выводится расход топлива в л/час. Чтобы получить расход топлива R
в л/час, нужно воспользоваться формулой
. (5)
С учетом выражения (3), имеем
. (6)
Микроконтроллером для вычислений по формулам (4) и (6) используются значения в двоичной форме, соответственно и коэффициенты выражаются в двоичной форме, и результат будет получен также в двоичной форме. Поэтому перед выводом на индикатор, потребуется приведение результата к десятичной форме. Все эти особенности должны учитываться при написании программы.
Предполагается, что для вывода значения расхода топлива, найденного по формуле (4) трехразрядного индикатора вполне хватит. Максимальное выводимое на индикатор значение расхода топлива (999 мл/км) для современных автомобилей является абсурдным, т.е. недостижимым.
Таким образом, для реализации измерителя расхода топлива потребуется микроконтроллер семейства МК51, два АЦП и трехразрядный семисегментный индикатор.
2. Описание структурной схемы устройства
В предыдущем разделе уже оговаривались блоки необходимые для реализации проектируемого устройства. На основании анализа технического задания можно изобразить структурную схему устройства (рисунок 1).
Рисунок 1 – Структурная схема устройства
На рисунке 1 изображены основные блоки проектируемого устройства. АЦП служат для преобразования входного напряжения в двоичный код (оцифровывает аналоговый сигнал). Так у нас два информативных аналоговых сигнала, следовательно, потребуется два АЦП. Микроконтроллер выполняет обработку, полученных с портов данных и выдает результат на индикаторы.
3. Разработка программы
3.1 Блок схема программы
Рисунок 2 – Блок – схема работы программы
Более подробного рассмотрения в виде алгоритмов требуют блоки реализации формул, блок преобразования в десятичную форму записи, блок вывода результата на индикатор. Алгоритмы блоков приведены в следующем подразделе пояснительной записки.
3.2 Алгоритмы блоков
3.2.1 Алгоритм реализации формул
Рисунок 3 – Блок – схема части алгоритма реализации формул
Рисунок 4 – Блок – схема части алгоритма реализации формул
Рисунок 5 – Блок – схема части алгоритма реализации формул
Рисунок 6 – Блок – схема окончания алгоритма реализации формул
3.2.2 Алгоритм преобразования в десятичную форму записи
Рисунок 7 – Блок – схема преобразования в десятичную форму записи
3.2.3 Алгоритм вывода результата на индикатор
Рисунок 8 – Блок – схема части алгоритма вывода результата на индикаторы
Рисунок 9 – Блок – схема части алгоритма вывода результата на индикаторы
3.3 Листинг программы
ORG 00h ; Начало программы.
SJMP TIMER ; Переход на установку таймера.
ORG 1Bh ; Переход на обработку
JMP SELECTOR ; прерывания от таймера.
ORG 30h
TIMER: MOV TMOD, #00010000b ; 1-ый режим работы таймера (16 разрядов).
MOV TCON, #01000000b ; Включение таймера 1.
MOV IE, #10001000b ; Разрешение прерывания от таймера.
MOV TH1, #0FFh ; Задаются старшие и младшие
MOV TL1, #0FFh ; 8 разрядов таймера 1.
MOV R3, #0h ; Значение регистра необходимое для
; перехода к метке START.
V1: SJMP V1 ; Бесконечный цикл.
; Работа с АЦП
START: CLR P1.2 ; Сигнал подается на первый АЦП -
SETB P1.2 ; начало преобразования аналогового
NOP ; сигнала в цифровой.
CLR P1.2
NOP ; Задержка на время преобразования 4,5мкс.
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
CLR P1.3 ; Сигналы /CS и /RD
CLR P1.4 ; (разрешения работы и чтения)
SETB P1.4 ; служат для передачи данных
SETB P1.3 ; с АЦП на порт 3.
MOV 53h, P3 ; Данные с порта (скорость) записываются
; в ячейку памяти.
CLR P1.5 ; Аналогично, сигнал начала преобразования
SETB P1.5 ; для второго АЦП.
NOP
CLR P1.5
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
CLRP1.6 ; Аналогичные сигналы для передачи
CLRP1.7 ; данных со второго АЦП на 3-ий порт.
SETBP1.7 ;
SETBP1.6
MOV 52h, P3 ; Данные с порта в ячейку (расход топлива).
MOV 50h, #10110100b; Коэффициент 180 в формуле (4).
MOVA, 53h; Проверка скорости на равенство нулю и
JZNULL; переход в метку NULL при его истинности.
MOVA, 52h; Реализация по формуле (4)
MOVB, 50h
SJMPALGORITM; Переход к реализации формулы.
NULL: MOV 53h, #64h; Реализация по формуле (6) .
MOV A, 52h
MOV B, #0Eh
; Реализация формул (4) и (6)
ALGORITM: MULAB; Произведение или .
MOV 50h, A; Младший байт произведения.
MOV 51h, B; Старший байт произведения.
MOVA, B; Деление старшего байта произведения
MOVB, 53h; на значение скорости или на 100.
DIVAB
MOV 54h, A; Целая часть от деления.
MOV 55h, B; Остаток от деления.
MOVA, 53h; Деление делителя (значение скорости
MOVB, #0Ah; или 100) на 10.
DIVAB
MOV 56h, A; Целая часть от деления делителя на 10.
MOV 57h, B; Остаток от деления делителя на 10.
JZHELP; Если целая часть от деления делителя на 10
; равна нулю, то переход в метку HELP.
MOVA, 57h
MOVB, #4h; Если остаток от деления делителя на 10 равен
SUBBA, B; 4, то переход в метку B5.
JZB5
MOVA, 57h
MOVB, #6h; Если остаток от деления делителя на 10 равен
SUBBA, B; 6, то переход в метку B5.
JZB5
MOVA, #4h; Если остаток от деления делителя на 10
CJNEA, 57h, C1 ; больше 4, то переход в метку B1.
C1: JCB1
JNCB3 ; Если меньше 4, то в метку B3.
B1: MOVA, #6h; Если остаток от деления делителя на 10
CJNEA, 57h, C; больше 6, то переход в метку B7.
C2: JCB7
JNCB2 ; Если равен 5, то в метку B2.
B2: MOVA, 56h; Получено, что остаток от деления делителя
MOVB, #2h; на 10 равен 5, тогда целая часть от деления
MULAB; делителя на 10 умножается на 2.
MOV 52h, A
INC 52h; Увеличение результата на 1. (новый делитель)
MOVA, 55h; Остаток от деления числителя формул
MOVB, 52h; (4) или (6) делится на новый делитель.
DIVAB
MOV 41h, B; Остаток от деления на новый делитель.
MOVB, #2h; Умножение целой части от деления на
MULAB; новый делитель на 2.
MOV 57h, A; В результате получены десятые доли
; деления старшего байта произведения.
MOVA, 41h; Умножение остатка от деления на новый
MOVB, #2h; делитель на 2.
MULAB
MOVB, 52h; Результат этого умножения снова делится
DIVAB; на новый делитель и целая часть этого
ADDA, 57h; деления складывается с десятыми долями
MOV 57h, A; деления старшего байта произведения.
MOV 56h, 52h
MOV 42h, B; Остаток последнего деления фиксируется.
SJMPVPERED; Переход к нахождения сотых долей.
B3: MOVA, #1h; Если остаток от деления делителя на 10
CJNEA, 57h, C3 ; 0 или 1, то переход в метку HELP_1.
C3: JNCHELP_1
JCB4 ; Если больше 1, то в метку B4.
B4: MOVA, #2h; Если остаток от деления делителя на 10
CJNEA, 57h, C4 ; равен 2, то переход в метку B5.
C4: JNCB5
JCB6 ; Если равен 3, то в метку B6.
HELP: JMPD_0 ; Переход в метку D_0.
B5: MOVA, 56h; Если остаток от деления делителя на 10
MOVB, #5h; равен 2, 4, 6 или 8, тогда целая часть от
MULAB; деления делителя на 10 умножается на 5.
MOV 52h, A
MOVA, 57h; Остаток от деления делителя на 10
MOVB, #2h; делится на 2 и складывается с предыдущим
DIVAB; результатом. Получен новый делитель.
ADDA, 52h
MOV 52h, A
MOVA, 55h; Остаток от деления числителя формул
MOVB, 52h; (4) или (6) делится на новый делитель.
DIVAB
MOV 41h, B; Остаток от деления на новый делитель.
MOVB, #5h; Умножение целой части от деления на
MULAB; новый делитель на 5.
MOV 57h, A; В результате получены десятые доли
; деление старшего байта произведения.
MOVA, 41h; Умножение остатка от деления на новый
MOVB, #5h; делитель на 5.
MULAB
MOVB, 52h; Результат этого умножения снова делится
DIVAB; на новый делитель и целая часть этого
ADDA, 57h; деления складывается с десятыми долями
MOV 57h, A; деления старшего байта произведения.
MOV 56h, 52h
MOV 42h, B; Остаток последнего деления фиксируется.
JMP VPERED ; Переход к нахождения сотых долей.
B7: MOVA, #8h; Если остаток от деления делителя на 10
CJNEA, 57h, C5 ; равен 9, то переход в метку HELP_1.
C5: JCDALEE
JNCB8 ; Если меньше или равен 8, то в метку B8.
B8: MOVA, #7h; Если остаток от деления делителя на 10
CJNEA, 57h, C6 ; равен 8, то переход в метку B5.
C6: JCB5
JNCB6 ; Если равен 7, то переход в метку B6.
HELP_1: SJMPDALEE; Переход в метку DALEE.
B6: MOVA, 56h; Если остаток от деления делителя на 10
MOVB, #3h; равен 3 или 7, тогда целая часть от
MULAB; деления делителя на 10 умножается на 3.
MOV 52h, A
MOVA, #5h; Полученный результат в случае, если
CJNEA, 57h, RAZD; остаток от деления делителя на 10 равен 7
RAZD: JCDEL1 ; увеличивается на 2. А если остаток равен
JNCDEL2 ; 3, то - на 1. Получен новый делитель.
DEL1: INC 52h
INC 52h
SJMPRETURN; Переход в метку RETURN.
DEL2: INC 52h
RETURN: MOVA, 55h; Остаток от деления числителя формул
MOVB, 52h; (4) или (6) делится на новый делитель.
DIVAB
MOV 41h, B; Остаток от деления на новый делитель.
MOVB, #3h; Умножение целой части от деления на
MULAB; новый делитель на 3.
MOV 57h, A; В результате получены десятые доли
; деление старшего байта произведения.
MOVA, 41h; Умножение остатка от деления на новый
MOVB, #3h; делитель на 3.
MULAB
MOVB, 52h; Результат этого умножения снова делится
DIVAB; на новый делитель и целая часть этого
ADDA, 57h; деления складывается с десятыми долями
MOV 57h, A; деления старшего байта произведения.
MOV 56h, 52h
MOV 42h, B; Остаток последнего деления фиксируется.
SJMPVPERED; Переход к нахождения сотых долей.
D_0: MOVA, 55h; Если целая часть от деления делителя на
MOVB, #0Ah; 10 равна нулю, то остаток от деления
MULAB; числителя формул (4) или (6) умножается
MOVB, 53h; на 10 и делится на значение скорости.
DIVAB
MOV 56h, 53h; Делитель не меняется(значение скорости).
MOV 57h, A; В результате получены десятые доли
; деления старшего байта произведения.
MOV 42h, B; Остаток последнего деления фиксируется.
SJMPVPERED; Переход к нахождения сотых долей.
DALEE: MOVA, #5h; Остаток от деления делителя на 10
CJNEA, 57h, RAZD2 ; равен 0, 1 или 9. В случае если остаток
RAZD2: JCDEL3 ; равен 9, то целая часть от деления
SJMPRETURN1 ; увеличивается на 1. В противном случае
DEL3: INC 56h; она не меняется.
RETURN1: MOVA, 55h; Остаток от деления числителя формул
MOVB, 56h; (4) или (6) делится на новый делитель.
DIVAB
MOV 57h, A; В результате получены десятые доли
; деления старшего байта произведения.
MOV 42h, B; Остаток последнего деления фиксируется.
VPERED: MOVA, #0Ah; Для нахождения сотых долей деления
MOVB, 42h; старшего байта произведения, остаток
MULAB; предыдущего деления умножается на 10.
MOV 42h, A
MOVA, #0h; Если данное произведение выходит за
CJNEA, B, OSH; рамки одного байта, то в целях
OSH: JCOSH1 ; уменьшения погрешности конечного
MOV 58h, #0h; резуль
SJMPDALSE; 5 сотых долей.
OSH1: MOV 58h, #5h
DALSE: MOVA, 42h; Полученное произведение делится на
MOVB, 56h; делитель.
DIVAB
ADDA, 58h; Учет 5 сотых (если они есть).
MOV 58h, A; В результате получены сотые доли
; деления старшего байта произведения.
MOVA, #0Ah; Для нахождения тысячных долей деления
MULAB; старшего байта произведения, остаток
MOV 42h, A; от деления снова умножается на 10.
MOVA, #0h
CJNEA, B, OSH2 ; Аналогичный способ уменьшения
OSH2: JCOSH4 ; погрешности в результате.
MOV 58h, #0h
SJMP DALSE2
OSH4: MOV 59h, #5h
DALSE2: MOVA, 42h; Полученное произведение делится на
MOVB, 56h; делитель.
DIVAB
ADDA, 59h; Учет 5 тысячных (если они есть).
MOV 59h, A ; В результате получены тысячные доли
; деления старшего байта произведения.
MOVA, 54h; Умножение полученного частного от
; деления старшего байта произведения
MOVB, #0FFh; на 256 (т.к. старший байт).
MULAB; Сначала умножается, целая часть от
ADDA, 54h; деления старшего байта произведения.
JC PER
SJMP NPER
PER: INC B
NPER: MOV 60h, B; Старший байт конечного результата.
MOV 61h, A; Младший байт конечного результата.
MOVA, 57h; Умножаются десятые доли на 25,6 и
MOVB, #19h; результат суммируется с младшим байтом
MULAB; конечного результата.
ADDA, 61h
MOV 61h, A
MOV A, 57h
MOV B, #6h
MUL AB
MOV B, #0Ah
DIV AB
ADDA, 61h
MOV 61h, A
MOVA, #4h; Округление результата. Если остаток
CJNEA, B, OKR1 ; больше 4, то значение увеличивается на 1.
OKR1: JC OKR2
SJMP DALEE1
OKR2: INC 61h
DALEE1: MOVA, 58h; Умножаются сотые доли на 2,6 и
MOVB, #2h; результат суммируется с младшим
MULAB; байтом конечного результата.
ADD A, 61h
MOV 61h, A
MOV A, 58h
MOV B, #6h
MUL AB
MOV B, #0Ah
DIV AB
ADD A, 61h
MOV 61h, A
MOVA, #4h; Округление результата.
CJNE A, B, OKR3
OKR3: JC OKR4
SJMPDALEE2
OKR4: INC 61h
DALEE2: MOVA, 59h; Умножаются тысячные доли на 0,2 и
MOVB, #3h; результат суммируется с младшим
MULAB; байтом конечного результата.
MOV B, #0Ah
DIV AB
ADD A, 61h
JC PER1
SJMP NPER1
PER1: INC 60h
NPER1: MOV 61h, A
MOVA, #4h; Округление результата.
CJNE A, B, OKR5
OKR5 JC OKR6
SJMP DALE
OKR6: INC 61h
DALE: MOV A, 50h ; Делениемладшегобайтапроизведения
MOVB, 53h; на значение скорости или на 100.
DIVAB
ADDA, 61h; Результат суммируется с младшим
; байтом конечного результата.
JCPER2
SJMPNPER2
PER2: INC 60h
NPER2: MOV 61h, A; Для уменьшения погрешности
MOVA, B; конечного результата остаток от
MOVB, #2h; деления младшего байта участвует
MULAB; в округлении.
MOVB, 53h
DIV AB
MOV B, A
MOV A, #0h
CJNE A, B, OK
OK: JC OK1
SJMPDALEE3
OK1: INC 61h
; Преобразование в десятичную форму записи
DALEE3: MOVA, 61h; Разбиваем наше 16-разрядное значение
CLRACC.7 ; на 3 4-разрядных.
CLRACC.6
CLRACC.5
CLRACC.4
MOV 42h, A; Младшее 4-разрядное значение.
MOV A, 61h
CLR ACC.3
CLR ACC.2
CLR ACC.1
CLR ACC.0
SWAPA
MOV 41h, A; Среднее 4-разрядное значение.
MOV 40h, 60h; Старшее 4-разрядное значение.
MOV A, 41h ; Среднее 4-разрядное значение
MOVB, #06h; умножается на 6.
MULAB
MOVB, #0Ah; Затем делится на 10. Целая часть - число
DIVAB; десятков, остаток - число единиц.
MOV 45h, A; Число десятков.
MOV 46h, B; Число единиц.
MOVA, 40h; Старшее 4-разрядное значение
MOVB, #06h; умножается на 6.
MULAB
ADDA, 46h; Результат складывается с числом единиц.
ADDA, 42h
MOVB, #0Ah; Потом делится на 10.
DIVAB
ADDA, 45h; Целая часть от деления складывается с
MOV 45h, A; числом десятков.
MOV 46h, B; Остаток - окончательное число единиц.
MOVA, 40h; Старшее 4-разрядное значение
MOVB, #5h; умножается на 5.
MULAB
ADDA, 41h; Результат складывается с числом десятков
ADDA, 45h
MOVB, #0Ah; Потом делится на 10.
DIVAB
MOV 44h, A; Число сотен.
MOV 45h, B; Окончательное число десятков.
MOVA, 40h; Старшее 4-разрядное значение
MOVB, #2h; умножается на 2.
MULAB
ADD A, 44h ; Результат складывается с числом сотен
MOV 44h, A ; Окончательное число сотен.
; Вывод результата на трехразрядный семисегментный индикатор
MOV 60h, #11000000b ; Цифра 0.
MOV 61h, #11111001b ; Цифра 1.
MOV 62h, #10100100b ; Цифра 2.
MOV 63h, #10110000b ; Цифра 3.
MOV 64h, #10011001b ; Цифра 4.
MOV 65h, #10010010b ; Цифра 5.
MOV 66h, #10000010b ; Цифра 6.
MOV 67h, #11111000b ; Цифра 7.
MOV 68h, #10000000b ; Цифра 8.
MOV 69h, #10010000b ; Цифра 9.
; Определение выводимых на индикатор цифр (т.е. двоичных комбинаций)
MOVR0, #60h; Номер ячейки памяти с цифрой 0.
MOVA, 44h; Число сотен записывается в аккумулятор
OPRED: MOV 5Ah, @R0 ; Текущаяцифра.
JZOPRED1 ; Если аккумулятор равен 0, то переход на
; следующий этап с сохранением текущей
; цифры, показывающей число сотен.
DECA; Уменьшение числа сотен на 1.
INCR0 ; Изменение текущей цифры (следующая).
SJMPOPRED; Переход в начало (метку OPRED).
OPRED1: MOVR0, #60h; Номер ячейки памяти с цифрой 0.
MOVA, 45h; Число десятков пишется в аккумулятор
OPR: MOV 5Bh, @R0 ; Текущая цифра.
JZOPRED2 ; Если аккумулятор равен 0, то переход на
; следующий этап с сохранением текущей
; цифры, показывающей число десятков.
DECA; Уменьшение числа десятков на 1.
INCR0 ; Изменение текущей цифры (следующая).
SJMPOPR; Переход в начало (метку OPR).
OPRED2: MOVR0, #60h; Номер ячейки памяти с цифрой 0.
MOVA, 46h; Число единиц пишется в аккумулятор.
OPR1: MOV 5Ch, @R0 ; Текущая цифра.
JZINDIC; Если аккумулятор равен 0, то переход на
; следующий этап с сохранением текущей
; цифры, показывающей число единиц.
DECA; Уменьшение числа единиц на 1.
INCR0 ; Изменение текущей цифры (следующая).
SJMP OPR1 ; Переход в начало (метку OPR1).
; Вывод цифр на индикатор
INDIC: MOV R0, #5Ah ; Номер ячейки памяти с нужной цифрой.
MOVR1, #0h; Значение регистра 1 необходимое для
; перехода к нужной метке c выводом.
MOVR2, #32h; Число повторений вывода на индикаторы
; равно 50 (около 120Гц).
MOVR3, #1h; Значение регистра необходимое для
; перехода к метке START.
; Обработчик прерываний
SELECTOR: MOVA, R3 ; Если R3 равен 0, то переход к метке
JZST; ST.
MOVB, R1 ; Если R1 равен 0, то переход к выводу
MOVA, B; третьего разряда (числа сотен).
JZVUVOD_1
DECB; Если R1 равен 1, то переход к выводу
MOVA, B; второго разряда (числа десятков).
JZVUVOD_2
DECB; Если R1 равен 2, то переход к выводу
MOVA, B; первого разряда (числа единиц).
JZVUVOD_3
DECB; Если R1 равен 3, то переход к метке
MOV A, B ; BIG_ZADERG.
JZ BIG_ZADERG
ST: JMP START ; ПереходкметкеSTART.
VUVOD_1: MOVP2, @R0 ; Передача цифры на порт 2 (число сотен).
SETBP0.4 ; Разрешение работы дешифратора.
CLRP0.2 ; Вывод на первый индикатор.
CLRP0.5
SETBP0.3 ; Строб записи в регистр.
CLRP0.3
INCR0 ; Переход к следующей нужной цифре.
INCR1 ; Увеличение регистра перехода к
; следующей метке вывода.
MOVTH1, #0F8h; Задается значение таймера для задержки
MOVTL1, #02Fh; на 2мс.
RETI; Возврат из прерывания.
VUVOD_2: MOVP2, @R0 ; Вывод на второй индикатор числа
SETBP0.4 ; десятков.
SETBP0.2
CLRP0.5
SETBP0.3 ; Строб записи
CLRP0.3
INCR0 ; Переход к следующей нужной цифре.
INCR1 ; Увеличение регистра перехода к
; следующей метке вывода.
MOVTH1, #0F8h; Задается значение таймера для задержки
MOVTL1, #02Fh; на 2мс.
RETI; Возврат из прерывания.
VUVOD_3: MOVP2, @R0 ; Вывод на третий индикатор числа
SETBP0.4 ; единиц.
CLRP0.2
SETBP0.5
SETBP0.3 ; Строб записи.
CLRP0.3
INCR0
INCR1 ; Увеличение регистра перехода к
; следующей метке вывода.
MOVTH1, #0F8h; Задается значение таймера для задержки
MOVTL1, #02Fh; на 2мс.
RETI; Возврат из прерывания.
BIG_ZADERG: DECR2 ; Уменьшение числа повторений вывода
; на индикаторы на 1.
MOVA, #0h; Проверка числа повторений на
MOV B, R2 ; равенство 0.
CJNE A, B, D1
D1: MOV R0, #5Ah ; Возврат регистра 0 к первоначальному
; значению 5А.
MOVR1, #0h; Возврат регистра 1 к первоначальному
; значению 0.
JCD2 ; Если число повторений не равно 0, то
JNCD3 ; вывод на индикатор повторяется.
; В противном случае переход в
D2: MOVTH1, #0FFh; бесконечный цикл и ожидание
MOVTL1, #0FFh; прерывания (все повторяется заново).
RETI; Возврат из прерывания.
D3: MOVR3, #0h
MOV TH1, #0FFh
MOV TL1, #0FFh
RETI; Возврат из прерывания.
END
4. Разработка принципиальной электрической схемы
4.1 Выбор элементов
Базовым элементом схемы является микроконтроллер. Выберем его исходя из следующих параметров: четыре двунаправленных побитно настраиваемых восьмиразрядных порта ввода-вывода, наличие таймеров/счетчиков, возможность перепрограммирования ПЗУ. Данным требованиям удовлетворяет микроконтроллер АТ89C51 фирмы Atmel. Его основные параметры:
- 4K , Flash ПЗУ;
- ОЗУ 128 байт;
- 2 таймера/счетчика;
- Корпус PDIP40;
- Рабочее напряжение 5,0 В;
- Рабочая частота 12 МГц.
Для преобразования аналоговых сигналов, несущих информацию о скорости и расходе топлива, используются АЦП. Воспользуемся АЦП AD7819 фирмы AnalogDevices. AD7819 является быстродействующим, микропроцессорно-совместимым, 8-ми разрядным АЦП с максимальной производительностью 200 К выборок/с. Преобразователь питается от однополярного источника с напряжением от 2.7 В до 5.5 В и содержит АЦП последовательного приближения с временем преобразования 4.5 мкс, встроенную систему выборки/хранения, встроенный тактовый генератор и 8-ми разрядный параллельный интерфейс. Параллельный интерфейс предназначен для удобства согласования с микропроцессорами. АЦП выпускается в малогабаритном, пластиковом корпусе типа 16-lead DIP (ширина 0.3 дюйма), а также в корпусах 16-lead SOIC и 16-lead TSSOP.
На рисунке 3 приведена временная диаграмма работы АЦП, согласно которой на АЦП подаются сигналы начала преобразования (), разрешения работы () и чтения () от микроконтроллера, а затем принимаются данные обработки.
Рисунок 3 - Временная диаграмма работы АЦП
Все эти сигналы были реализованы при разработке программы.
В качестве регистра для передачи данных к индикаторам используем регистр К555ИР27, его параметры:
Для активации встроенного тактового генератора микроконтроллера к его выводам BQ1 и BQ2 подключим кварцевый резонатор РК169МА с тактовой частотой 12 мГц.
В качестве дешифратора используем схему К155ИД4 со следующими па-метрами:
В качестве семисегментных индикаторов используются индикаторы красного цвета АЛС333Б с общим анодом, ток сегмента которых 20 мА, а падение напряжения на сегменте 2В. Высота знака индикатора 11 мм.
Транзисторы для реализации ключей в схеме выбираются так, чтобы ток коллектора транзистора превосходил ток свечения семи сегментов индикатора (I
к
140 мА). Так как схема включения используемого индикатора - с общим анодом, и активным является низкий уровень сигнала, то должен использоваться p-n-p транзистор. Исходя из этих условий используются транзисторы KT502А.
Номиналы конденсаторов в цепи питания АЦП указаны в документации производителем (емкости С1 и С2по 10 мкФ, емкости С3иС4по 0,1 мкФ).
Для снижения помех источника питания используем электролитический конденсаторK53-18-32Вёмкостью 47 мкФ (конденсаторы С7,С8 и С9).
Для данного микроконтроллера автоматический сброс при включении питания UCC
может быть реализован подключением входа RST к UCC
через конденсатор С12 емкостью 10 мкФ и к шине 0 В через резистор 8,2 кОм.
В качестве конденсаторов C10 и С11 выберем керамические K10-17а-М47 емкостью 30пФ, в качестве блокировочных С5, С6, С13-С15 подойдут также керамические, но другой группы ТКЕ K10-17а-H90 емкостью 0.1 мкФ.
Так как по заданию входное напряжения 10 В, а входное напряжение АЦП может достигать только 5В, поэтому на входе АЦП устанавливается резистивный делитель, уменьшающий входное напряжение вдвое. Для этой цели используются два одинаковых резистора сопротивлением 100 кОм. Номиналы резисторов выбираются из условия, что они должны быть много меньше входного сопротивления АЦП, которое составляет 10 МОм.
Сопротивления R6 – R13 рассчитываются следующим образом. Так как напряжение насыщения коллектор-эмиттер транзистора равно 0,5 В, а падение напряжения на светодиоде – 2 В, падение напряжения на всей цепи 5В и ток светодиода равен 20 мА, то
=125 Ом
Таким образом, номиналы сопротивлений R6 – R13 имеют стандартное значение 120 Ом.
Расчет сопротивлений в цепи транзисторного ключа представлен ниже.
Рисунок 2 – Схема ключа
Так как ток коллектора должен составлять 140 мА для нормального свечения сегментов индикатора, то с учетом транзистора равного 69 имеем ток базы
мА.
В случае если Uвх
=U0
(напряжение низкого уровня – 0,4 В) транзисторный ключ открыт (Uбэ
=UR
2
=0,7 В). Тогда напряжение на R1
UR
1
=5 – Uбэ
– U0
=5 – 0,7 – 0,4=3,9 В, (1)
a ток через R1
IR
1
=Iб
+ IR
2.
(2)
В случае если Uвх
=U1
(напряжение высокого уровня – 4,5 В) транзисторный ключ закрыт (Uбэ
=UR
2
< 0,4 В), и ток через него не протекает. В этом случае должно выполняться условие
= = (3)
Чтобы найти R1 и R2, необходимо совместно рассмотреть условия (1), (2) и (3), из которых можно получить два условия: (4) подставлением (1) в (2) и (3):
(4)
Из условий (3) и (4) получены номиналы сопротивлений R1 и R2, равные 1,8 кОм и 6,8 кОм соответственно.
Номиналы сопротивлений R14, R16, R18 равны 1,8 кОм, а сопротивлений R15, R17, R19 6,8 КОм.
Заключение
В результате курсового проектирования были выполнены все поставленные в техническом задании требования к устройству. Спроектированный на базе 8-разрядного микроконтроллера измеритель расхода топлива, используя оцифрованные аналого-цифровыми преобразователями сигналы, обрабатывает их и выводит результат на семисегментные индикаторы. Причем данные на индикаторах быстро обновляются, что позволяет непрерывно следить за всей динамикой изменения расхода топлива.
На языке ассемблер написана программа, описывающая весь алгоритм работы устройства, и разработана принципиальная электрическая схема измерителя. Структура программы позволили не использовать никаких дополнительных дешифраторов в схеме для вывода данных на индикаторы.
Литература
1. Бродин В. Б., Шагурин М. И. Микроконтроллеры: архитектура, программ-мирование, интерфейс. - М.: ЭКОМ,1999.-398 c.
2. Домрачев В. Г., Иванов С. Н., Романов А.Ф. Одноплатные микроЭВМ. – М.: Энергоатомиздат,1988.-128 с.
3. Партала О.Н. Цифровая электроника: СПб.: Наука и техника, 2000. – 208с.
4. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение.-М.: Энергоатомиздат,1990.-319 с.