Содержание

Введение

1 Задание на курсовую работу

2 Разработка принципиальной схемы устройства

2.1 Аналоговая часть

2.2 Цифровая часть

3 Протокол обмена данными с компьютером

4 Разработка программного обеспечения контроллера

5 Тестирование программы

6 Алгоритм программного продукта

7 Листинг программного продукта

8 Функциональная схема устройства

Список используемой литературы

Введение

Данная курсовая работа подводит итог в изучении дисциплины «Организация ЭВМ и систем», читаемой на протяжении одного семестра. Работа полностью отражает уровень и объем знаний полученных в ходе изучения дисциплины.

Задачи, которые формулирует человек, и задачи, которые может решать компьютер, радикально различны. Причина различия может быть определена как различие языков представления задачи человеком для себя и человеком для вычислительной системы.

Задачи решаются выполнением последовательности действий, обозначаемых как команды. Совокупность команд, которые может выполнять компьютер, называют языком. Встроенные в аппаратуру команды образуют машинный язык.

Электронные вычислительные машины и системы на их основе являются одним из самых сложных произведений научной и инженерной мысли в отношении как аппаратного, так и программного обеспечения. Поэтому данной дисциплине уделяется пристальное внимание, так как она является неотъемлемой частью при подготовке высококвалифицированных специалистов.

Задание на курсовую работу.

Разработать микропроцессорную систему, которая предназначена для измерения и контроля уровней напряжения электрических сигналов, получаемых с датчиков.

Микропроцессорная система должна содержать:

• Микропроцессор или микроконтроллер;

• Постоянную память для хранения программ и констант;

• Оперативную память для временного хранения результатов измерений и результатов их обработки;

• Контроллер прерываний;

• Контроллер последовательного интерфейса RS-232 для обмена данными между микропроцессорной системой и персональным компьютером;

• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для преобразования аналоговых сигналов напряжений в цифровой код;

• Контроллер последовательного или параллельного порта ввода-вывода для обмена данными между микропроцессором и АЦП;

• Аналоговый коммутатор для коммутации выходов датчиков сигналов напряжений с выходом АЦП;

• Контроллер параллельного порта для вывода данных на индикацию;

• Световые индикаторы;

• Согласующие устройства для согласования уровней измеряемых напряжений с допустимым уровнем выходного напряжения АЦП;

Выбор конфигурации микропроцессорной системы, типов и значений параметров перечисленных выше устройств осуществляется в соответствии с требованиями на характеристики микропроцессорной системы конкретного варианта.

Вариант №10.

N	Ui,min B	Ui,max B	P,%	F1,Гц	F2,Гц	V Бит/с	F3,Гц	m
5	-10 -1 -0,1 -0,05 -0,01	10 1 0,1 0,05 0,01	0,5	10	1/240	38400	1/2400	8

Разработка принципиальной схемы устройства

Разработка аналоговой части устройства

Аналоговая часть устройства предназначена для согласования входных сигналов с входным диапазоном АЦП. Диапазон входных напряжений АЦП у выбранного контроллера, при условии использования внутреннего источника опорного напряжения U_ref=2.56В, равен 0..2.56 В. Так как все входные сигналы симметричны относительно нуля, самым простым вариантом согласования двуполярного сигнала с однополярным входом АЦП является использование резисторного делителя:

Рисунок 1. Входной каскад перед АЦП.

Данная схема представляет собой делитель на 2, причем верхняя точка делителя соединена с опорным напряжением АЦП U_ref, сигнал на АЦП подается с выхода делителя, а на нижнюю точку подается напряжение с входного каскада в диапазоне –U_ref..+U_ref. В результате, если напряжение U_in равно –U_ref, на выходе делителя будет нулевой потенциал, если напряжение равно 0, на выходе делителя будет половина диапазона U_ref, и так далее. Сопротивление резисторов выбирается не слишком большим – АЦП выбранного микроконтроллера согласно документации требует включения резистора не более чем 10кОм, поэтому можно применить резисторы сопротивлением 4.7К.

Входные схемы различны для тех входов, которые требуют усиления сигнала, т.е. у которых входной диапазон менее -2.56..2.56В, и для тех, которые требуют ослабления сигнала, т.е. с большим входным сигналом. Оба варианта схем предусматривают наличие операционного усилителя для установки коэффициента усиления.

Для входов, требующих ослабление сигнала, применена следующая схема включения:

Номиналы резисторов R1, R2, R3 выбраны такими, чтобы сигнал на выходе операционного усилителя находился в пределах -2.56..2.56В. Коэффициент деления делителя R1, R2, R3 определяется следующей формулой:

Сопротивление R3 взято деленным на два для того чтобы была возможность изменять коэффициент в обе стороны.

Суммарное сопротивление R2+R3/2 можно рассчитать по формуле:

Требуемый коэффициент деления для канала определяется как максимальное входное напряжение, деленное на 2.56.

Полученные коэффициенты деления и соответствующие номиналы резисторов, выбранные из допустимых значений близкими к расчетным:

Вход	Диапазон входного сигнала, В	Требуемый коэффициент деления	R1	R2	R3
1	-10..10	3.90625	51KOм	15КОм	15КОм

Для входов с усилением входного сигнала используется схема:

Здесь резистор R6 предназначен только для защиты операционного усилителя, а коэффициент усиления зависит от резисторов R1, R2, R3:

(3)

Коэффициент усиления определяется как 2.56 деленное на максимальное входное напряжение, что дает выходной сигнал также равным -2.56..2.56В для полного диапазона входного сигнала.

Сопротивление R2+R3/2 можно рассчитать по формуле:

(4)

Полученные коэффициенты деления и соответствующие номиналы резисторов, выбранные из допустимых значений близкими к расчетным:

Вход	Диапазон входного сигнала, В	Требуемый коэффициент усиления	R1	R2	R3
2	-1..1	2.56	100 K Ом	43 K Ом	43 K Ом
3	-0.1..0.1	25.6	100 K Ом	27 K Ом	27 K Ом
4	-0.05..0.05	51.2	100 K Ом	1.3 K Ом	1.3 K Ом
5	-0.01..0.01	256	100 K Ом	260 Ом	260 Ом

Сопротивление резистора R6 для всех каналов равно 100КОм.

Опорное напряжение на резисторные делители всех 5 каскадов подается с одного операционного усилителя, включенного по схеме повторителя и подключенного положительным входом к выходу опорного напряжения контроллера.

В результате проектирования получена аналоговая часть схемы, состоящая из операционных усилителей DA1-DA4 и резисторов R1-R34. Выбраны операционные усилители LM2904, так как они имеют широкий диапазон рабочих температур: -40..+85˚C.

Аналоговые сигналы подаются на разъемы X1-X7, каждый разъем содержит сигнальный и общий контакты. Выбраны разъемы 375-021-12 для зажимания провода винтом.