Разработка устройства нахождения минимального давления при помощи микроконтроллера ATMega324P
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
змерение давления, посредством датчиков давления. По условию курсового проекта необходимо произвести по одному измерению давления с каждого из семи датчиков с в цикле.
Вторым блоком, который выполняет главные функции по выполнению условий курсового проекта, является блок подсчета и обработки данных. Этот блок полностью состоит из микроконтроллера, так как именно в нем происходят основные преобразования начальных сигналов и подсчет значений максимальной температуры, а также управление потоком данных, которые впоследствии являются результатом.
Третий блок - блок передачи данных. Блок представляет собой связующее звено между самим устройством и компьютером. Так как по условию курсового проекта передача данных осуществляется при помощи интерфейса RS-232. Так же для согласования уровней между микроконтроллером и портом компьютера будет стоять микросхема регулирующая уровни напряжений полезных сигналов.
Структурная схема приведена в приложении А.
3. Обоснование выбора узлов, элементов, функциональной схемы устройства
Особенностью реализации функциональной схемы устройства является то, что элементная база зависит от используемого микроконтроллера. Так как в зависимости от возможностей и наличия встроенных различных устройств, таких как аналогово-цифровой преобразователь, широтно-импульсный модулятор, аналоговый компаратор, достаточный объем памяти для прошивки микроконтроллера.
Так как модель микроконтроллера была задана первоначально, выбор остальных элементов устройства осуществляется относительно него.
Микроконтроллер ATmega324P является 8-разрядным AVR- микроконтроллером с внутрисистемно-программируемой флэш-памятью размером 32 килобайта. Отличительные особенности:
Прогрессивная RISC-архитектура
ОЗУ - 2 килобайта;
EEPROM - 1 килобайт;
32 контакта ввода/вывода;
производительность до 20 миллионов инструкций в секунду на частоте 20 МГц;
встроенный 8-канальный, 10-разрядный АЦП;
встроенный аналоговый компаратор;
источники внешних и внутренних прерываний;
встроенная поддержка UART.
Ядро AVR сочетает обширный набор инструкций с 32 рабочими регистрами общего назначения. Все 32 регистра непосредственно подключены к арифметико-логическому устройству (АЛУ), что позволяет указывать два разных регистра в одной инструкции и выполнить ее за один цикл синхронизации. Результирующая архитектура обладает улучшенной эффективностью программного кода и позволяет на порядок повысить производительность относительно традиционных CISC-микроконтроллеров.
Рабочее напряжение для ATmega324P составляет 2.7 - 5.5В и зависит от частоты на которой работает процессор микроконтроллера.
Из описанных выше характеристик можно сделать вывод о том, что заданный микроконтроллер обладает встроенным аналогово-цифровым преобразователем удовлетворяющий нашим условиям. Следовательно, нет необходимости использовать дополнительные схемы для преобразования аналоговых сигналов и избежание соответствующих проблем по синхронизации.
Так же хотелось бы заметить, что при отсутствии аналогово-цифрового преобразователя, как это имеет смысл в более простых и дешевых микроконтроллерах данного семейства, возможна программная реализация АЦП на основе встроенного аналогового компаратора.
На основе описания микроконтроллера ATMega324P необходимо выбрать тип датчика. Так как у данного микроконтроллера присутствуют 8 входов, через которые можно напрямую связаться с АЦП, значит необходимо выбирать аналоговые датчики температуры, которые напрямую будут передавать показания.
Так как целью данного курсового проекта является разработка устройства измерения давления, мой выбор остановился на двух датчиках давления фирмы Motorola. Это датчики MPX4115 и MPX4250. Эти датчики отличаются лишь диапазоном измерений. я выбрал эти датчики по трем причинам. Во-первых они достаточно распространены. Во-вторых эти датчики есть в программе Proteus. В третьих эти датчики позволяют измерять давление в широком диапазоне. Мной при разработке устройства был предложен датчик MPX4115.
Так как рабочие напряжения в COM-порту +12 В и -12 В, а МК оперирует напряжениями +5 В и 0 В. Для того, чтобы все работало нормально, нужно установить преобразователь уровней. В нашей схеме мы будем использовать микросхему преобразователя уровня MAX232. При работе с COM-портом именно эта микросхема находит наиболее частое применение.- интегральная схема, преобразующая сигналы последовательного порта RS-232 в сигналы, пригодные для использования в цифровых схемах на базе ТТЛ или КМОП технологий. MAX232 работает приемопередатчиком и преобразует сигналы RX, TX, CTS и RTS.
Сама микросхема стала стандартом очень давно, и ее аналоги выпускаются множеством производителей полупроводников.
Схема обеспечивает уровень выходного напряжения, используемый в RS-232 (приблизительно 7.5 В), преобразуя входное напряжение + 5 В при помощи внутреннего зарядового насоса на внешних конденсаторах. Это позволяет использовать ее именно в нашем устройстве, которое работает на напряжении от 0 до + 5 В, поэтому не требуется усложнять источник питания только для того, чтобы использовать RS-232.
4.Разработка электрической принципиальной схемы устройства
Принципиальная электрическая схема разрабатываемого устройства представляет собой три функциональных блока.
Первый блок представляют собой датчики. По условию у нас должно быть семь датчиков. Питание