|
Корпус (размер)
|
40-DIP (0.600",
15.24mm)
|
|
Рабочая температура
|
-40°C ~ 85°C
|
|
Тип осцилятора
|
Internal
|
|
Напряжение источника
(Vcc/Vdd)
|
4 V ~ 6 V
|
|
Размер памяти
|
256 x 8
|
|
Тип программируемой памяти
|
FLASH
|
|
Размер программируемой
памяти
|
12KB (12K x 8)
|
|
Число вводов/выводов
|
32
|
|
Периферия
|
WDT
|
|
Подключения
|
SPI, UART/USART
|
|
Скорость
|
24MHz
|
|
Размер ядра
|
8-Bit
|
|
Процессор
|
8051
|
|
Серия
|
89S
|
Преобразователь АС/DC AMEL5-5SEMAZ
AC-DC, 5Вт,
Вход90…260V AC, 47…440Гц / 120...370V DC,
Выход5В/1A,
изоляция 4000V AC,
в корпусе на плату52х26х15.8мм,
рабочая температура -40…+80°С.
Преобразователь UART RS232: MAX233.
1. Разработка
структурной и функциональной схемы устройства
Рис.1- структурная схема системы сбора датчиков
- ПК принимающий данные из универсального приемо-передатчика;
- преобразователь уровней MAX232;
- микроконтроллерAT89S53-24PI;
- датчики 4х битные;
2. Электрическая принципиальная схема
устройства
2.1
Выбор элементов схемы
2.1.1 Микроконтроллер
Центральное место в схеме занимает микроконтроллер, который выполняет
арифметические и логические операции, осуществляет программное управление
процессом обработки информации. Микроконтроллер собирает данные с датчиков и
упаковывает их в стандартную посылку для передачи через интерфейс УАПП.
Выберем микроконтроллер AT89S53-24PI
семейства АТ89 фирмы Atmel.
Основными элементами базовой архитектуры семейства (архитектуры
микроконтроллера 8051) являются:
· 8-разрядное ЦПУ, оптимизированное для функций управления
· Встроенная Flash память программ
· Встроенные 16-разрядные таймеры/счетчики событий
· Полнодуплексный UART
· Несколько источников прерываний с несколькими уровнями
приоритета
· Встроенное ЭСППЗУ
· Интерфейс последовательной шины SPI
· Сторожевой таймер
· Несколько режимов энергосбережения
· Аппаратная поддержка внутрисхемной эмуляции (ONCE - on
circuit emulation)
AT89S53-24PI минимальный контроллер в семействе имеющий необходимый для данной
реализации УАПП и необходимое количество портов для подключчения датчиков.
Микроконтроллеры семейства AT89 выпускаются для работы при
разных значениях напряжения питания и тактовой частоты, определяемой частотой
подключенного к микроконтроллеру кварцевого резонатора. Ток потребления зависит
от величины напряжения питания и тактовой частоты. В Таблице 1 приведены
значения тока потребления в рабочем режиме (Icc) при максимальном значении
напряжения питания и Fosc=12 МГц.
Таблица 1- Диапазоны значений
у микроконтроллера AT89C1051
|
Тип МК
|
Vcc (В)
|
Icc (мА)
|
N
|
|
АТ89С1051
|
2,7-6,0
|
0-24
|
15
|
40
|
Где Vcc -напряжения питания
Icc -ток питания-тактовая частота- число выводов
Кроме рабочего режима в микроконтроллере может быть переведен
в энергосберегающие режимы работы - режим холостого хода (Idle Mode) и режим
пониженного энергопотребления (Power Down Mode).
В режиме холостого хода процессор остановлен, периферийные
устройства продолжают работать, коды в IRAM сохраняются. Ток потребления
уменьшается в 4-5 раз. Перевод в режим холостого хода выполняется по команде в
программе, выход из режима - по сигналу сброса или при поступлении любого
разрешенного запроса прерывания.
Микроконтроллеры, имеющие N=40, выпускаются в корпусах PDIP4,
PLCC40 и TQFP40. Все микроконтроллеры
семейства АТ89 программируются и перепрограммируются пользователем.
Стандартно микроконтроллеры имеют 5 источников прерываний: 2
внешних прерывания, 2 прерывания по таймеру и прерывание от последовательного
порта. Прерывание по каждому источнику может быть индивидуально разрешено или
запрещено путем установки или сброса в соответствующих битов в регистре
разрешения прерываний IE, расположенном в пространстве SFR. Для каждого из
источников прерываний может быть запрограммирован один из двух уровней
приоритета путем установки или сброса соответствующего бита в регистре
приоритетов прерываний IP.
2.1.2 Кварцевый резонатор 12 MHz - BQ1
Для задания тактовой частоты работы микроконтроллера DD1
используем кварцевый резонатор BQ1 частотой 12 мГц и двух конденсаторов C2 и C3
ёмкостью 33 мкФ (рекомендовано производителям см PDF), что обеспечит скорость
выполнения одного машинного цикла за 1 мкс (12 периодов резонатора) (команды микроконтроллера
выполняются за время от 2 до 5 машинных циклов).
2.1.3 АС/DC преобразователь
AMEL5-5SEMAZ
Для питания схемы был выбран недорогой (600 рублей)
преобразователь АС/DC DD3 AMEL5-5SEMAZ фирмы «AIMTEC» с широким диапазоном
входного напряжения 90-264 В переменного тока или 120-370 В постоянного тока и
выходным напряжением постоянного тока 5В ± 2%. Использование данного
преобразователя значительно уменьшает габариты устройства по сравнению со
стандартной схемой с использованием трансформатора, диода и стабилизатора.
2.1.4 Преобразователь
физических уровней MAX233
Для сопряжения ПК и микроконтроллера используется интерфейс
RS232. Типовым решением для преобразования физических уровней UART (логический
«0» = 0В, логическая «1» = +5В) в физические уровни интерфейса RS-232
(логический «0» = -12В, логическая «1» = +12В) является использование
микросхемы MAX232. Я использую микросхему MAX233, от знаменитой MAX232 её
отличает отсутствие необходимости установки дополнительных конденсаторов, что
уменьшает количество элементов и повышает надёжность схемы.
2.2 Электрическая
принципиальная схема
Электрическая принципиальная схема системы представлена на рис
2. Перечень элементов схемы представлен на странице 11.
Рис.2-
электрическая принципиальная схема системы сбора датчиков
Сопротивление R1 в связке с конденсатором C1 организует схему
сброса микроконтроллера DD1 путём удержания на входе RST логической «1» в
течении более чем двух машинных циклов (24 периода резонатора) для надёжного
сброса микроконтроллера DD1.
Сопротивление R2 необходимо для ограничения тока поступающего
на вывод EA/VPP, который отвечает за выбор внешней или внутренней памяти
программ (в нашем случае задействуем внутреннюю память программ микроконтроллера
DD1 и подадим на вход 5В).
Конденсаторы C2 и C3 ёмкостью 33 мкФ необходимы для работы
кварцевого резонатора и задания тактовой частоты.
3. Разработка алгоритма программы
3.1 Алгоритм программмы
Алгоритм основной программы представлен на рис 3
Рис.3- алгоритм основной программы системы сбора датчиков
Алгоритм обработки прерываний представлен на рис 4
Рис.4 - алгоритм обработки прерываний таймера системы сбора датчиков
Программа микроконтроллера состоит из двух составляющих: основной
программы и обработки прерываний. Основная программа осуществляет инициализацию
начальных значений переменных и настройку таймера 0, для задания скорости
передачи, и настройку таймера 1, для задания интервала между посылками. После
инициализации основная программа в бесконечном цикле формирует из данных,
полученных с датчиков, трехбайтовую посылку.
Подпрограмма обработки прерываний, по прерыванию от таймера
1, отсылает пакет даннух через УАПП.
Заключение
В результате выполнения курсового проекта была разработана система
считывания данных с пяти четырех битных датчиков:
) структурная схема
) схема электрическая принципиальная,
) Блок-схема работы программного обеспечение микроконтроллера;
Перечень элементов
|
Поз. обозначение
|
Наименование
|
Кол.
|
Примечание
|
|
BQ1
|
Резонатор
чип FA-365
|
|
|
|
DD1
|
AT89S53-24PI
|
1
|
|
|
DD2
|
MAX233
|
1
|
|
|
DD3
|
AMEL5-5SEMAZ
|
1
|
|
|
Резисторы
|
1
|
|
|
R1
|
CR1206,
330 Ом +-5%
|
1
|
|
|
R2
|
CR1206
10 кOм +-5%
|
1
|
|
|
КОНДЕНСАТОРЫ
|
|
|
|
С1
|
0,1
Мкф
|
1
|
|
|
С2-С3
|
33
пф
|
2
|
|
|
QS1
|
кнопка с самовозвратом
|
1
|
|
Литература
2) Документация на AT89S53 (микроконтроллер), файл «.pdf»;
) Документация на MAX220-MAX249 (преобразователь),
файл «.pdf»;
) Р. Токхайм - Микропроцессоры. Курс и упражнения.