МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
МАИ
Кафедра №303
РАЗРАБОТКА И ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНО-УПРАВЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
Методическое пособие по выполнению курсовой работы
Разработал пособие: Ушаков А.Н.
Москва
2010 г.
Введение
Технической базой «интеллектуализации» приборных комплексов является интеграция в них микропроцессоров (МП), программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), приборов типа «система на кристалле» (System-On-Chip – SOC) и других современных цифровых устройств. Подобная интеграция позволяет автоматизировать процессы измерения, управления, контроля, регулирования и обработки информации, а также обеспечить такие свойства приборных комплексов, как многофункциональность, модифицируемость, адаптивность, обучаемость и ряд других.
В силу большой гибкости и широких функциональных возможностей для решения указанных задач наиболее часто применяются различные микропроцессоры. В отличие от персональных компьютеров, вычислительным ядром которых служат универсальные высокопроизводительные микропроцессоры, для интеграции в приборные комплексы используются специализированные встраиваемые микропроцессоры.
Среди специализированных микропроцессоров выделяется два важнейших класса – цифровые процессоры обработки сигналов (ЦПОС) и управляющие микропроцессоры – микроконтроллеры (МК). Цифровые процессоры обработки сигналов представляют собой устройства, предназначенные для реализации методов цифровой обработки сигналов. Основное назначение микроконтроллеров состоит в построении управляющих устройств (контроллеров). Благодаря эффективному сочетанию технических характеристик и низкой стоимости микроконтроллеры получили широкое распространение в различных сферах – от бытовой техники до бортового оборудования летательных аппаратов.
В настоящем пособии в рамках выполнения курсовой работы по дисциплине «Цифровые вычислительные устройства и микропроцессоры приборных комплексов» рассматриваются вопросы разработки микропроцессорных устройств, предназначенных для решения задач измерения различных параметров и управления различными устройствами.
Курсовая работа направлена на достижение нескольких целей:
теоретическая разработка микропроцессорного измерительно-управляющего устройства в соответствии с вариантом задания, выданным преподавателем;
привитие студенту навыков:
анализа требований к различным микропроцессорным устройствам;
разработки структурных и принципиальных электрических схем микропроцессорных устройств;
разработки алгоритмов работы и программного обеспечения для микропроцессорных устройств;
оценки характеристик микропроцессорных устройств;
самостоятельной работы со справочной литературой и государственными стандартами;
закрепление теоретических знаний, полученных на лекциях.
Пособие разработано на основе опыта по разработке различных микропроцессорных устройств, накопленного в отделе автоматизации экспериментов МАИ.
Структура микропроцессорного измерительно-управляющего устройства
Структура микропроцессорной измерительно-управляющей системы (МИУС) представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Структурная схема микропроцессорной измерительно-управляющей системы
В состав МИУС входят:
микропроцессорное измерительно-управляющее устройство (МИУУ);
персональный компьютер (ПК);
датчик;
исполнительное устройство;
внешний потребитель информации.
МИУУ предназначено для приема и обработки сигналов от датчика, выдачи управляющих сигналов на исполнительное устройство, выдачи данных на ЖКИ, а также выдачи необходимой информации внешнему потребителю таковой.
ПК предназначен для создания, отладки, тестирования программного кода, а также загрузки последнего в память микроконтроллера МИУУ.
Датчик предназначен для измерения того или иного параметра, определяемого преподавателем.
Исполнительное устройство предназначено для выполнения действий в соответствии с управляющими сигналами МИУУ.
Внешним потребителем может быть любое цифровое вычислительное устройство.
Рассмотрим теперь разрабатываемое МИУУ. В общем случае в его состав входят следующие основные компоненты (см. рисунок 1):
микроконтроллер;
аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);
драйвер интерфейса RS-232;
драйвер выходного интерфейса;
драйвер жидкокристаллического индикатора (ЖКИ);
ЖКИ;
кнопочная панель.
Микроконтроллер является главным компонентом МИУУ и предназначен для приема и обработки данных с датчика и управления исполнительным устройством, а также для передачи информации об измерениях на ЖКИ и внешнему потребителю.
АЦП предназначен для преобразования аналогового сигнала с датчика в цифровой сигнал, который затем поступает на микроконтроллер.
ЦАП предназначен для преобразования цифрового кода, поступающего от микроконтроллера, в аналоговый сигнал, управляющий исполнительным устройством.
Драйвер интерфейса RS-232 предназначен для соединения ПК с микроконтроллером. Через него осуществляется прошивка программы с ПК в микроконтроллер.
Драйвер выходного интерфейса предназначен для передачи информации внешнему потребителю.
Драйвер ЖКИ предназначен для передачи информации от микроконтроллера на ЖКИ.
ЖКИ предназначен для отображения информации.
К кнопкам управления относятся кнопка запуска/останова и кнопка сброса.
Постановка задачи
Разработать МИУУ, которое предназначено для приёма и обработки аналогового сигнала от датчика и управления исполнительным устройством, а также для передачи данных внешнему потребителю (или потребителям).
Пример задания
Разработать МИУУ, которое предназначено для измерения температуры с помощью термопары типа К, управления исполнительным устройством с помощью аналогового сигнала 0…+10 В, а также для передачи данных внешнему потребителю по интерфейсу RS-485.
В составе МИУУ обязательно должны быть: микроконтроллер, АЦП, ЦАП и драйверы интерфейсов RS-232 и RS-485 (некоторые периферийные устройства могут быть в составе внутренней периферии микроконтроллера). Кроме того, в составе МИУУ должны быть устройства, обеспечивающие его работу: генератор тактовой частоты, ИОН и т.д.
Требуется:
подобрать комплектующие для МИУУ,
разработать его структурную и принципиальную электрическую схемы,
написать программу для микроконтроллера в соответствии с блок-схемой алгоритма, представленной в методическом пособии,
провести оценку характеристик полученного МИУУ,
сделать выводы по результатам проектирования.