Введение. Устройство поиска скрытой электропроводки

УСТРОЙСТВО ПОИСКА СКРЫТОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

«Микропроцессоры и микропроцессорные системы»

РТ 230113.334.19 ПЗ

Нормоконтролер: Руководитель:

____С.В. Поликарпова. ____С.В. Поликарпова.

«»____________2013г. «»____________2013г.

Разработчик:

____А.М. Горбунов.

«»____________2013г.

2013г.

Содержание

Введение

Разработка схемы электрической структурной

Выбор элементной базы

Описание микроконтроллера

Разработка схемы электрической принципиальной

Разработка программы

Описание работы устройства

6. Расчетная часть проекта:

Расчет фильтров по питанию

Расчет потребляемой мощности

Введение

Лал тут должно быть введение я тибя затралил зазазаза990))99 мазафукабич

1 Разработка схемы электрической структурной

Устройство должно обнаруживать скрытую электропроводку с частотой 50 гц., и сигнализировать об этом пользователю.

Устройство будет применяться как в помещении, так и на улице.

Для определения наличия или отсутствия электромагнитного поля, создаваемого током, текущим по проводнику, необходим датчик Холла, который работает по принципу поперечной разности потенциалов, называемой также холловским напряжением, при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. В настоящий момент существуют датчики, которые измеряют и передают сигнал в аналоговой и цифровой форме. Кроме определения наилчия или отсутствия электромагнитного поля устройство должно распозновать частоту бытовой электропроводки (50 гц), для решения этих задач в большей степени подходит микроконтроллер.

Микроконтроллер работает с цифровыми сигналами, поэтому удобнее будет использовать датчик с цифровым кодом.

Микроконтроллер не имеет встроенного тактового генератора, поэтому для тактирования нужен блок синхронизации.

Пользователь должен видеть и слышать результат измерения, для этого нужны блоки индикации и сигнализации.

На рисунке 1.1 изображена схема электрическая структурная детектора скрытой электропроводки.

Рисунок 1.1 – Схема электрическая структурная

2 Выбор элементной базы

В процессе учёбы были изучены структура, система команд микроконтроллера PIC16F84, освоена среда разработки программ управления микроконтроллером MPLAB 8.56, поэтому электронный термометр реализуется на этом микроконтроллере.

Исполнение микроконтроллеров бывает двух типов: коммерческое и индустриальное. Основное их отличие в температурном диапазоне: в коммерческом исполнении – от 0^оС до +40^оС, в индустриальном – от -40^оС до +85^оС. Детектор скрытой проводки может использоваться как в помещении, так и на улице по этому выбираем микроконтроллер в индустриальном исполнении.

По частоте синхронизации микроконтроллеры подразделяются на модели с максимальной частотой 4МГц, 10 МГц и 20 МГц. У нашего устройства нет необходимости в больших частотах, поэтому выбираем микроконтроллер с максимальной тактовой частотой 4МГц.

Электрические параметры микроконтроллера приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Электрические параметры микроконтроллера PIC16F84
Параметр	Значение	Примечание
Интервал рабочих температур, ^оС	-40... +85	Индустриальное исполнение
Максимальная тактовая частота, МГц		PIC16F84-4
Напряжение питания, В	4-6	PIC16F84
Ток потребления в стандартном режиме, мА	1,8-4,5	F=4МГц, U=5,5В
Ток потребления в режиме SLEEP, мкА	7-28 1-16	U=4В, WDT включен U=4В, WDT выключен
Максимальный втекающий ток для любого вывода, мА
Максимальный вытекающий ток для любого вывода, мА
Макс. ток порта B, мА
Макс. ток порта А, мА
Количество циклов стирание/запись для флеш памяти программ не более, раз
Количество циклов стирание/запись для памяти EEPROM не более, раз

2.1 Описание микроконтроллера

2.1.1 Память микроконтроллера

Используется гарвардская архитектура т.е. программы и данные размещаются в разной памяти.

Память программ - постоянная память, объем которой равен 1Кслово. Разрядность ячейки равна 14 бит. Диапазон адресов 000h - 3FFh. Программа записывается в память программ с помощью программатора.

Память данных - это оперативная память объемом 256 байт. Разрядность ячейки 8 бит. Память данных делится на 2 банка, емкость банка 128 байт. Переключение банков происходит при помощи указания пятого разряда регистра STATUS. Каждый банк памяти содержит регистры общего назначения и специальные регистры. Специальные регистры применяются для хранения битов состояния, определяющих работу портов ввода\вывода, таймеров и других модулей микроконтроллера. Некоторые специальные регистры адресуются независимо от текущего банка. Адресация РОНов не зависит от банка. Организация памяти данных микроконтроллера приведена в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Организация памяти данных

Банк 0	Банк 1
00h	Косвенный адрес	Косвенный адрес	80h
01h	TMR0	OPTION_REG	81h
02h	PCL	PCL	82h
03h	STATUS	STATUS	83h
04h	FSR	FSR	84h
05h	PORTA	TRISA	85h
06h	PORTB	TRISB	86h
07h	Недоступен	Недоступен	87h
08h	EEDATA	EECON1	88h
09h	EEADR	EECON2	89h
0Ah	PCLATH	PCLATH	8Ah
0Bh	INTCON	INTCON	8Bh
0Ch…4Fh	РОНы 68 штук

Энергонезависимая память данных EEPROM - доступна для чтения и записи во всем рабочем диапазоне питающих напряжений и предназначена для хранения восьмиразрядных данных, перед записью нового значения предыдущее стирается. Объем памяти - 64 байта. Разрядность ячейки – 8 бит. Адрес ячеек 00h-3Fh. Ячейки энергонезависимой памяти данных не доступны путем прямой адресации в адресном пространстве микроконтроллера. Для доступа к ним используется косвенная регистровая адресация через специальные регистры: EEDATA, EEADR, EECON1, EECON2. При записи в EEPROM требуется строго выдержанный временной интервал, который контролируется встроенным таймером. Время записи может варьироваться от кристалла к кристаллу, а также в зависимости от напряжения питания и температуры.

Стековая память имеет объем 8 байт, разрядность ячейки 13 бит, работает как циклический буфер. Программисту стек не доступен.

2.1.2 Микропроцессор

Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Служит для выполнения логических (поразрядных) и арифметических операций. К логическим операциям относятся: дизъюнкция, конъюнкция, инверсия и исключающее ИЛИ. К арифметическим операциям относятся сложение и вычитание.

По результату АЛУ формируются флаги:

- флаг С (STATUS[0])-флаг переноса\заема;

-флаг DC (STATUS[1])-флаг десятичного переноса\заема;

-флаг Z (STATUS[2])-флаг нуля.

Устройство управления (УУ). Обеспечивает выполнение команды, формирует управляющие сигналы для других блоков процессора.

Состав УУ:

- регистр команд (IR). Обеспечивает прием из памяти программ и хранение команды, т.е. хранит команду пока она выполняется. Разрядность регистра команд соответствует разрядности команды 14 бит (слово);

- счетчик команд (PC). Следит за последовательностью выполнения команд, хранит адрес команды и увеличивает свое состояние перед считыванием команды из памяти. Разрядность счетчика 13 бит, следовательно, он позволяет адресовать 8 Кслов памяти программ. Емкость памяти программ 1Кслово. Диапазон адресов 000h - 3FFh.

- устройство декодирования команды и управления (микропрограммное УУ). Система команд микроконтроллера содержит 35 команд.

- конвейер (очередь команд). Выборка команды и ее исполнение конвейеризированы. Пока выполняется текущая команда, находящаяся в регистре команд, из памяти программ считывается следующая команда и загружается в конвейер. Конвейер увеличивает быстродействие процессора.

Такт – элементарный интервал времени, равный периоду сигнала, поступающего на вход OSC1 микроконтроллера. Цикл состоит из 4 тактов. Командный цикл (время выборки

команды из памяти и ее выполнение) состоит из двух циклов: выборка команды и выполнение команды. По сигналу на входе OSC1 в микроконтроллере формируются четыре тактовые не перекрывающиеся последовательности: Q1,Q2,Q3,Q4.

Цикл «выборка команды»: в такте Q1 счетчик команд увеличивается на 1, в тактах Q2 и Q3 происходит считывание команды из памяти программ, в такте Q4 команда загружается в конвейер.

Цикл «выполнение команды»: в такте Q1 команда из конвейера загружается в регистр команд, в такте Q2 происходит декодирование команды и чтение операндов, в такте Q3 выполняется операция, в такте Q4 осуществляется запись результата.

Аккумулятор или рабочий регистр. Разрядность регистра 8 бит. Доступен для записи и чтения.

2.1.3 Порты ввода/вывода.

Контроллер PIC16F84 имеет два порта ввода/вывода: порт А и порт В. Каждый вывод порта может быть запрограммирован на ввод или на вывод установкой соответствующего разряда в регистрах направления TRISA и TRISB. Направление ввода\вывода может быть изменено в произвольный момент времени.

Порт А - пятиразрядный порт, линии RA4-RA0. Направление передачи для каждой линии программируется отдельно установкой в 1 или 0 разрядов 4-0 регистра направления TRISA. При включении питания все линии настроены на ввод.

Порт В - восьмиразрядный двунаправленный порт, линии RB7-RB0. Выходные значения записываются в специальный регистр PORTB. Направление ввода\вывода определяется установкой или сбросом разрядов регистра направления TRISB. Все выводы PORTB имеют встроенную отключенную нагрузку в виде резисторов, подключенных к шине питания. Резисторы подключаются или отключаются одновременно для всех выводов при помощи бита RBPU регистра OPTION_REG. Для линий настроенных на вывод резисторы автоматически отключаются. Линии RB4-RB7 порта В могут использоваться как входы прерывания по изменению уровня. В этом случае используются только линии, настроенные на ввод. Вывод RB0 используется как вход внешнего прерывания по фронту.

2.1.4 Таймер, сторожевой таймер

Таймер - двоичный восьмиразрядный суммирующий счетчик. Максимальный модуль или коэффициент деления счетчика равен 256.

Модуль таймера состоит из:

- восьмиразрядного таймера TMR0, доступного для чтения и записи как регистр;

- программируемого восьмиразрядного предварительного делителя (предделителя);

- мультиплексора входного сигнала;

- генератора прерывания по переполнению таймера.

Сторожевой таймер (WDT) – представляет собой комбинацию встроенного RC –генератора и восьмиразрядного счетчика, при переполнении которого формируется сброс микропроцессора микроконтроллера.

Встроенный генератор не требует внешних цепей и работает даже если тактовый генератор микроконтроллера остановлен. Между генератором и таймером WDT может быть включен предделитель. Время выдержки WDT зависит от температуры, напряжения питания и коэффициента деления предделителя (если тот подключен к WDT).

При подключении предделителя к WDT с максимальным коэффициентом деления (128) выдержка может достигать 2,3 с. Номинальная выдержка WDT без предделителя примерно 18 мс.

Главным назначением WDT является борьба с аппаратными сбоями устройства..

2.1.5 Система прерывания

Прерывание – это переход на специальную подпрограмму (обработчик прерывания) с последующим возвратом в прерванную программу. Все прерывания микроконтроллера – аппаратные, маскируемые.

Микроконтроллер имеет четыре источника прерываний:

- внешние прерывания: по входу RB0 порта В и по изменению состояния одной из линий RB4-RB7 порта В;

- внутренние прерывания: по переполнению таймера TMR0 и по окончанию записи в энергонезависимую память EEPROM.

Обработчик прерывания один. Вектор прерывания – 04h. В векторе прерывания находится первая команда обработчика прерывания.

2.1.6 Синхронизация микроконтроллера

Микроконтроллер PIC16F84 не имеет встроенного тактового генератора, работающего без внешних элементов. Для тактирования необходим резонатор – кварцевый или керамический, RC-цепь, или независимый тактовый генератор. Микроконтроллер может

работать в одном из четырех режимов генератора:

- XT – стандартный кварцевый или керамический резонатор до 4 МГц;

- LP – низкочастотный резонатор для экономичных приложений;

- HS – высокочастотный кварцевый резонатор до 10 МГц;

- RC – генератор на основе внешней RC-цепи.

Выбор режима тактового генератора осуществляется разрядами 1 и 0 слова конфигурации по адресу 2007h, которое доступно только для программатора во время программирования. Генератор, построенный на основе кварцевого или керамического резонатора требует некоторого времени на установление колебаний. Во время установления режима генератора микроконтроллер не должен работать. Для этой цели имеется встроенный таймер запуска, который после появления уровня логической единицы на выводе MCLR# и истечения задержки таймера включения питания в течение 1024 тактов внешнего генератора удерживает микроконтроллер в состоянии сброса. Этой задержки достаточно для стабилизации тактового генератора. Задержка запуска не генерируется для режима RC-цепи.

2.1.7 Организация сброса микроконтроллера

Для PIC16F84 доступны пять вариантов сброса:

- сброс по включению питания;

- сброс по входу MCLR# во время нормальной работы;

- сброс по входу MCLR# в режиме SLEEP;

- сброс по переполнению сторожевого таймера WDT во время нормальной работы;

- сброс по переполнению сторожевого таймера WDT в режиме SLEEP.

На входе MCLR# имеется триггер Шмитта, предохраняющий от случайных кратковременных импульсов, вызванных шумами схемы или внешними наводками.

На некоторые регистры микроконтроллера состояние сброса не влияет. Их содержимое не определено при включении питания и не изменяется при остальных вариантах сброса.

Большинство регистров устанавливается в определенное состояние при включении питания, сбросе по входу MCLR#, и WDT в нормальном режиме, сбросе по входу MCLR# в режиме SLEEP.

На состояние регистров не влияет сброс по входу WDT в режиме SLEEP, поскольку этот сброс рассматривается как восстановление нормальной работы.

Используя флаги TO и PD регистра STATUS можно определить, чем вызван сброс.

2.1.8 Энергосберегающий режим SLEEP

Микроконтроллер переводится в режим SLEEP при выполнении специальной команды SLEEP.

Если сторожевой таймер используется, то после этой команды он обнуляется и начинает отсчет заново.

В регистре STATUS сбрасывается бит PD и устанавливается бит ТО. Тактовый генератор отключается, выводы портов сохраняют состояние, которое было непосредственно перед использованием команды SLEEP.

Чтобы потребляемый в этом режиме ток был минимальным, настроенные на вывод линии портов должны иметь значения, при которых через них будет протекать ток от внешних источников.

Микроконтроллер может быть выведен из режима SLEEP тремя способами:

-внешним сбросом по входу MCLR#;

- при переполнении сторожевого таймера WDT, если он используется;

- прерываниями по входу RB0, по изменению состояния на входах RB4-RB7 или по окончании записи в ЕEPROM.
3 Разработка схемы электрической принципиальной

Дата добавления: 2015-07-20