Пристрій для вимірювання опору та ємності з автоматичним вибором меж вимірювання. Курсова робота з Мікропроцесори у радіотехнічних системах . Робота № 523475

Пристрій для вимірювання опору та ємності з автоматичним вибором меж вимірювання

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

ІТРЕ

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Кафедра РЕПС

Інформація про роботу

Рік:

2013

Тип роботи:

Курсова робота

Предмет:

Мікропроцесори у радіотехнічних системах

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

Міністерство освіти і науки України Національний університет “Львівська політехніка” ІТРЕ Кафедра РЕПС Курсова робота з дисципліни : “Мікропроцесори у радіотехнічних системах ” на тему: „Пристрій для вимірювання опору та ємності з автоматичним вибором меж вимірювання” №0104054 Львів 2005 Зміст Технічне завдання 3 Вступ 4 Опис методу 5 Опис електричної схеми 8 Опис програмної частини 9 Висновок 10 Список літератури 11 Додатки: Алгоритм роботи програми Лістинг програми Схема електрична принципова Перелік елементів Технічне завдання. Розробити на базі мікроконтроллера МК-51 пристрій для вимірювання опору на діапазонах 1 кОм, 10 кОм та ємності на діапазоні 1 мкФ, 10 мкФ з автоматичним вибором меж вимірювання без використання АЦП. Індикатор 4-розрядний, семисегментний. 2. Вступ Сучасний рівень автоматизації в промисловості значною мірою забезпечуєься застосуванням систем програмного керування на базі мікропроцесорних обчислювальних пристроїв. Тому спеціалісти, які експлуатують та проектують системи автоматичного керування , повинні володіти відповідними знаннями не тільки для програмування мікропроцесорних обчислювальних пристроїв, але і для побудови та функціонування мікропроцесорних систем, мати навики роботи з ними для використання під час проектування та експлуатації систем програмного керування найрізноманітнішими пристроями та механізмами.Адже сфери використання мікропроцесорних пристроїв та систем надзвичайно різноманітні. Це універсальні обчислювальні пристрої - комп'ютери та калькулятори, а поза тим – системи керування електроприводами промислових механізмівта установок, робототехніка, системи контролю та сигналізації, електропобутова техніка, електричні системи та комплекси транспортних засобів тощо. Створення МП призвело до появи принципово нових напрямків у створенні і застосуванні цифрової обчислювальної техніки : вмонтоване керування складним обладнанням і приладами, багатопроцесорні системи, персональні комп`ютери тощо. Мікропроцесорна система представляє собою систему обробки інформації та керування, реалізовану на основі сучасної елементної бази і принципу програмного керування. Для побудови мікропроцесорної системи потрібний обмежений набір апаратних ресурсів, а реалізація функцій системи покладається на програмне забезпечення. Таким чином, мікропроцесорні системи - це цифрові системи обробки інформації і керування, функціональні можливості яких визначаються програмним забезпечення, а взаємозв’язок з зовнішнім середовищем забезпечується зовнішніми пристроями. 1. Опис методу Для вимірювання опору ми будемо використовувати інтегруючу RC–ланку (мал.1). При подачі одиничного стрибка на таку ланку в ній протікає перехідний процес, який описується рівнянням: Uc(t) = Uж (1 – e-t/τ) (1) При цьому перехідний процес матиме вигляд, показаний на мал.2: Мал.1. Інтегруюча RC-ланка Мал.2. Перехідний процес в інтегруючій RC-ланці Величину вимірюваної ємності ми будемо визначати з часу заряду ємності до певного рівня Uоп. Необхідну залежність ми можемо вивести з рівняння (1): Uоп/Uж = 1 – e -t/τ → - t/τ = ln (1 - Uоп/Uж) , де τ =RC – стала часу RC-ланки, Uоп – опорна напруга, до якої ми будемо заряджати конденсатор. Так як логарифм від відношення напруг є величина незмінна, його можна порахувати наперед і записати, як константу „k”: k = – ln (1 - Uоп/Uж) τ = t / k → C = t / k R Для найбільш ефективного вимірювання напруга Uc повинна знаходитись на рівні біля 2/3 від Uж. Виберемо напругу Uоп такою, щоб константа „k” була рівна 1: – ln (1 - Uоп/Uж) = 1 → Uоп = Uж (1 – 1/e) C = t / R і відповідно R=t/C Напругу живлення вибираємо 5В (напруга живлення мікроконтролера), при цьому Uоп = 2.71В. Порахуємо значення ємності конденсатора для кожного діапазону вимірювання: τ max = 10мс = 0.01с Ємність: Для діапазону 1кОм : С4 = = = Для діапазону 10кОм : С5 = = = Опір: Для діапазону 1 мкФ: R3 = Для діапазону 10 мкФ: R4 = Порахуємо похибку вимірювання в кожному діапазоні: Для діапазону 1 кОм : ΔR1 = Rmax / Nmax = 1000 / 1∙104 = 0,1 (Ом) δ R1 = (ΔR1 / Rmax) ∙ 100 % = 1∙10-1 ∙100 % /1000 = 1∙ 10-2 % Для діапазону 10 кОм : ΔR2 = Rmax / Nmax = 10000/ 1∙104 = 1 (Ом) δ R2 = (ΔR2 / Rmax) ∙ 100 % = 1∙100 % / 10000 = 1∙ 10-2 % Для діапазону 1 мкФ: ΔС1 = Сmax / Nmax = 1∙10-6 / 1∙104 = 1∙10-10 (Ф) δ С1 = (ΔС1 / Сmax) ∙ 100 % = 1∙10-10 ∙100 % /1∙10-6 = 1∙ 10-2 % Для діапазону 1 мкФ: ΔС1 = Сmax / Nmax = 10∙10-6 / 1∙104 = 1∙10-9 (Ф) δ С1 = (ΔС1 / Сmax) ∙ 100 % = 1∙10-9 ∙100 % /10∙10-6 = 1∙ 10-2 % Схема працює наступним чином. Опір Rx чи Сx, що необхідно виміряти , вмикається до клем згідно схеми, при цьому на транзистор подається логічна одиниця, яка його відкриває, після чого відбувається заряд конденсатора. Після заряду конденсатора до напруги Uоп спрацьовує компаратор і на вхід P1.0 поступає сигнал за яким ми зупиняємо таймер/лічильник. Значення опору чи ємності буде визначатися числом в таймері/лічильнику та виводиться на індикатор, а діапазон вимірювання індикується за допомогою світлодіодів. Якщо заряд конденсатора не відбувся, програмно відкривається наступний транзистор і все повторюється знову. Польові транзистори VT1 і VT6 служать для розряду конденсаторів при подачі на них напруги, що відповідає логічній одиниці. 2. Опис електричної схеми Проектований вимірювач опору живиться від джерела постійної напруги +5В. Технічним завданням нам задано серію мікроконтролерів MK51. При виборі конкретної моделі мікроконтролера будемо керуватись такими вимогами: вибраний мікроконтролер повинен мати внутрішню пам’ять; повинен мати достатню кількість портів вводу-виводу; наявність 16-розрядного таймера-лічильника; об’єм оперативної пам’яті не є суттєвим; по можливості мати низьке енергоспоживання. Описаним вище вимогам найбільше задовільняє мікроконтролер КР1816ВЕ51. Для контролю рівня заряду конденсатора використаємо компаратор DA1, на один вхід якого ми подаємо напругу конденсатора, а на інший опорну напругу Uоп, яка задається стабілітроном VD1 і точніше виставляється резистивним подільником R11. Для зменшення впливу вхідного опору компаратора на заряд конденсатора необхідно вибрати компаратор з високим вхідним опором, наприклад LM219D вхідний опір якого складає 10 МОм. Точність вимірювання опору напряму залежить від точності взірцевих конденсаторів і резисторів, тому їх слід вибирати термостабільними і високоточними з якомога меншим допуском на розкид параметрів Вихід компаратора DA1 під’єднується до входу P1.0 мікроконтролера і при заряді конденсатора до напруги Uоп переключається в стан логічної „1” і програмно ми зупиняємо таймер і зберігаємо результат. Відображення результатів (номер виміряного резистора і його значення) здійснюється на чотирьохрозрядному семисегментному індикаторі з динамічною індикацією. 3. Опис програмної частини Програмна частина складається з оголошення констант, головної програми ініціалізації, підпрограм обробки перериваннь від таймера-лічильника, а також службових підпрограм, що реалізують перекодування і виведення результату. В головній програмі ініціалізації в регістри загального призначення заносяться початкові значення, задається режим роботи таймерів-лічильників та заносяться початкові значення константи в регістр вибору давача і лічильника давачів, а також задається дозвіл на переривання. Лічильник Т0 рахує час заряду взірцевого конденсатора чи конденсатора ємність якого вимірюється. Для спрощення розрахунків і прискорення вимірювання виберемо максимальний час заряду конденсатора рівним 10 мс, що відповідатиме 10000 лічильним тактам таймера-лічильника. Переривання від таймера-лічильника означає, що виникло переповнення і необхідно змінити діапазон. Підпрограма обробки переривання зупиняє таймер-лічильник і робить перехід на інший діапазон вимірювань шляхом вибору іншої RC - ланки та ініціалізації лічильника . Згідно вищеприведеного опису написано програму на мові асемблера для мікроконтролера КР 1816 ВЕ 51. Лістинг програми приведений у додатку 1. При вимірюванні ємності та опору, з допомогою такого методу, буде виникати похибка, яка буде залежати від: точності взірцевої ємності в RC-ланці та її термостабільності; вхідного опору операційного підсилювача; часової затримки між заряджанням конденсатора і зупинкою лічильника; періоду лічильних імпульсів таймера-лічильника стабільністі джерела живлення. Висновок У цій курсовій роботі було розроблено пристрій для вимірювання опору та ємності з автоматичним вибором меж вимірювання на мікроконтролері МК-51 без використання аналого-цифрового перетворювача. Був запропонований метод вирішення цієї задачі, який ґрунтується на визначенні опору резистора через вимірювання часу заряду ємності інтегруючої RC-ланки до певної напруги і перерахунку цього часу на шукану величину. Були викладені математичні основи такого перерахунку і запропоновані ідеї, щодо спрощення цієї процедури. Відповідно до цього були підібрані оптимальні значення напруги живлення і опорної напруги, а також визначене значення взірцевих ємностей та опорів вимірювальних RC-ланок. На базі мікроконтроллера КР 1816 ВЕ 51 була розроблена електрична принципова схема такого вимірювача опору та ємності, яка передбачає автоматичне циклічне опитування резистивних та ємнісних давачів і виведення на дисплей значення опору чи ємності. На підставі цієї схеми і запропонованого часового методу вимірювання опору був складений алгоритм роботи такого пристрою. Цей алгоритм був реалізований на мові асемблера. Розроблений пристрій для паралельного вимірювання опору та ємності з автоматичним вибором діапазону вимірювання повністю відповідає поставленому технічному завданню. Список літератури. Самофалов, Вікторов, Кузняк „Мікропроцесори” – К. - 1989р; Лихтцындер „Микропроцесоры в радиотехнических системах” – К. – ВШ 1989г; Корячко „Микропроцесоры и микро ЕОМ в радиоелектронних средствах” – М. – ВШ, 1990г; Каган, Сташын „Основы проектирования микропроцесорных устройств автоматики” – М. – Енерго Атом Издат, 1987г; Сташын, Урусов, Мологонцева „Проектирование цифровых устройств на микроконтролерах” – М. - Енерго Атом Издат, 1990г; Конспект лекцій з курсу „Мікропроцесори в радіоелектронних пристроях”. Додаток 1. Лістинг програми. chas equ 10000 ; час затримки 10 мс. chasx equ 65535-chas org 0000 ; вектор рестарту jmp start org #0Bh ; вектор обробки переривання від таймера jmp timer org #0100h ; адреса початку програми start: mov SP, #10H ; 3-ій банк регістрів використаємо під стек anl PSW, #0EFH ; перемикання на 1-ий банк orl PSW, #08h mov P1, #0FFh ; всі розряди встановлюємо 1 mov P2, #0FFh ; mov P3, #0FFh ; mov R6, #10h ; сигнал вибору діапазону X1: mov R3,#0h mov IP, #00h ; пріоритет переривань mov IE, #00h ; заборона переривань mov TMOD, #01h ; задання режиму роботи лічильника cjne R6, #010h, mit ; вибір транзистора для розряджання конденсатора cjne R6, #020h, mit mov P1, #04h mit: mov P1, #02h mov DPTR, #chasx; ; запис у таймер mov TH0, DPL mov TL0,DPH setb ET0 ; дозвіл переривань від лічильника setb EA ; глобальний дозвіл setb TR0 ; запуск лічильника mov P1, R6 ; початок заряду X2: cjne R3, #0, X3 ; перевірка ознаки переривання mov A, P1 jz X2 mov TCON,#0h ; зупинка таймера mov R2,TL0 ; заносимо молодший розряд в R2 mov R7,TH0 ; заносимо молодший розряд в R7 call decode ; виклик підпрограми дешифрації jmp X1 X3: mov A, R6 rlc A ; зміна діапазону jc error ; підпрограма помилки mov R6, A jmp X2 error: mov P2, #0h mov P3, #0h z: jmp z Підпрограма конвертування у двійково-десяткову decode: mov A, R7 push Acc mov A, R2 push Acc anl PSW, #0E7H ; перемикання на 0-ий банк регістрів pop Acc mov R0, A pop Acc mov R1, A mov B, #5 Conv: mov R3, #0 mov R2, #0Ah push B call UDIV16 pop B mov A, R2 ; збереження залишку в стеку push Acc djnz B, Conv Wled: pop Acc ; індикація старшого розряду pop Acc anl A, #0Fh; mov P2, A pop Acc rlc A rlc A rlc A rlc A anl A, #0F0h orl P2, A pop Acc anl A, #0Fh; mov P3, A pop Acc ; індикація молодшого розряду rlc A rlc A rlc A rlc A anl A, #0F0h orl P3, A anl PSW, #0EFH ; перемикання на 1-ий банк orl PSW, #08h ret timer: mov R3, #0h reti $include (math.asm) END Додаток 2. Алгоритм. Додаток 3. Перелік елементів. Позначення Найменування Кіл-ть Примітки Батареї В1 7.5В 1 В2 5В 1 Конденсатори C1, C2 КД1-1 33нФ ±10% 2 С3 КД1-1 10мкФ ±10% 1 С4 КД77-1 10мкФ ±0,5% 1 С5 КД77-1 1мкФ ±0,5% 1 Мікросхеми DA1 TL062 1 DD2 AT89C51 1 Дисплеї HL1-HL4 7SEG-BCD 4 Резистори R1 МЛТ1-0,125 51±10% 1 R2, R4-R8 МЛТ1-0,125 1K±10% 6 R3 МЛТ1-0,125 10K±10% 1 R9 МЛТ1-0,125 8.2K±10% 1 R10 СП5-22 22 К±10% 1 МВВ 0104044 Зм Арк. №докум. Підпис Дата Виконав Гуляйгродс кий Літера Аркуш Арушів Перев. Протасевич Вимірювач 2-х опорів та ємностей У 1 2 НУ “ЛП” Перелік елементів ІТРЕ РТСзі-51 Позначення Найменування Кіл-ть Примітки Діоди VD1 КС133А 1 VD2-VD6 АЛ307Б 5 Транзистори VT1-VT6 2N6660 6 Резонатори X1 РК1-1 12MHz 1 Виконав Гуляйгродс ький Вимірювач 2-х опорів та ємностей Літера Аркуш Арушів Перев. Протасевич У 2 2

Курсова робота Мікропроцесори у радіотехнічних системах

10.04.2013 22:18

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

поділитись