Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство общего и профессионального образования Свердловской области
Уральский государственный колледж им. И.И. Ползунова
КП. 230101.28.ПЗ
РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЕ ГАРАЖНОЙ ДВЕРЬЮ
Пояснительная записка
|
Руководитель ___________/ В.В. Кийко / Ф.И.О. 22. 11. 2014. |
Разработал ___________/ Тепин В.А./ Ф.И.О. 22. 11. 2014. |
Екатеринбург 2013
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3
КП. 230101.28.ПЗ
Разраб.
Бедрицкий Е.И
Провер.
Кийко В.В.
Н. Контр.
Мазанова Т.В.
Утверд.
Кийко В.В.
Речевой информатор
задней скорости автомобиля
Пояснительная записка
Лит.
Листов
36
УГК ВМК-325
Содержание
Введение………………………………………………………………………………4
1 Обзор источников информации…………………………………………….……..6
2 Выбор датчиков информации……………………………………………………..8
3 Выбор семейства и типа микроконтроллера…………………...…………….…...9
4 Разработка структурной схемы устройства………………………………....…..10
5 Разработка принципиальной электрической схемы устройства…….….…..….12
6 Выбор элементной базы…………………………………………………………..14
7 Разработка алгоритма работы устройства……………………………………....15
8 Разработка и отладка программных средств…………………………………...16
9 Расчёт потребляемой микропроцессорным устройством мощности…..….......17
10 Расчёт надёжности спроектированного устройства…….……………….…....18
Заключение……………………………………………………………………….....19
Приложение А. Техническое задание…………………………………………......21
Приложение Б. Функциональная спецификация ………………………………..26
Приложение В. Структурная схема…………………………………………….….27
Приложение Г. Принципиальная схема МПС……..………..………………..…..28
Приложение Д. Перечень элементов……………………………………………...
Приложение Е. Листинг программы с комментариями…….……………….......
Список использованных источников………………………….…………………..
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
4
КП. 230101.03.ПЗ
ВВЕДЕНИЕ
Во всех видах человеческой деятельности существуют области, где не обойтись без определенных видов измерений: силу, пространственное смещение, механическое напряжение, и т.д. – список огромный! Для выполнения данных видов измерений всё чаще применяют электронно-вычислительную аппаратуру на основе контроллеров, так как её использование обеспечивает более точное управление приборами и исключает возможность появления ошибок, которые обусловлены человеческим фактором.
В зависимости от стоимости и габаритов устройства, которым требуется управлять, определяются и требования к контроллеру. Если объект управления занимает десятки метров по площади, как, например, автоматические телефонные станции, базовые станции сотовых систем связи или радиорелейные линии связи, то в качестве контроллеров можно использовать универсальные компьютеры. Управление при этом можно осуществлять через встроенные порты компьютера (LPT, COM, USB или ETHERNET). В такие компьютеры при включении питания заносится управляющая программа, которая и превращает универсальный компьютер в контроллер.
Использование универсального компьютера в качестве контроллера позволяет в кратчайшие сроки производить разработку новых систем связи, легко их модернизировать (путём простой смены программы) а также использовать готовые массовые (а значит дешёвые) блоки.
Контроллеры требуются не только для больших систем, но и для малогабаритных устройств, таких как: радиоприёмники, радиостанции, магнитофоны или сотовые аппараты. В таких устройствах к контроллерам предъявляются жёсткие требования по стоимости
габаритам и температурному диапазону работы. Этим требованиям не могут удовлетворить даже промышленные варианты универсального компьютера. Приходится вести разработку контроллеров на основе однокристальных ЭВМ, которые в свою очередь получили название микроконтроллеры.
Любые устройства, в том числе и устройства связи, радиоавтоматики или аудиовизуальной аппаратуры требуют присутствия в своем составе устройства управления (контроллера). Контроллеры требуются практически во всех предметах и устройствах, которые окружают нас.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
КП. 230101. 03.ПЗ
В данном курсовом проекте поставлена задача на разработку устройства управления гаражной дверью на основе микроконтроллера 8051. Эта задача является еще одним примером применения микроконтроллера в качестве управляющего устройства.
Также следует отметить тот факт, что функциональность проектируемого устройства может быть значительно расширена за счёт программирования микроконтроллера без изменения электрической схемы самого устройства.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
КП. 230101. 03.ПЗ
1 ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
1 Стандарт предприятия (колледжа). Требования по выполнению и оформлению дипломных и курсовых проектов (работ). СТП-УГК-05, ФГОУ СПО УГК им.
И. И. Ползунова, 2005 – 42с.
Стандарт колледжа нам пригодиться для оформления пояснительной записки (ПЗ). Мы будем соблюдать требования к оформлению и выполнению, а так же следовать указаниям стандарта колледжа, для прохождения норм - контроля.
2 Сопряжение ПК с внешними устройствами/ Пей Ан; Пер. с англ. Мерещука П.В. – 2-е изд. – М: ДМК Пресс – 320с.
Данный источник нам понадобиться для выбора устройств сопряжения с микроконтроллером в нашей электрической принципиальной схеме.
3 Тетрадь для практических занятий и упражнений по дисциплине «Микропроцессоры и микропроцессорные системы»/В.В. Кийко, ФГОУ СПО УГК им. И.И. Ползунова, 2007.
При помощи задач, приведённых в этом источнике, мы сможем написать программу для управления системой, используя их, как пример написания программы.
4 «Проектирование цифровых устройств на одинокристальных микроконтроллерах » / В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева.- М.: Энергоатомиздат, 1990.
5 Проектирование устройств ЭВМ с помощью САПР P-CAD200х: Построение схемы электрической принципиальной (Э3). Методические указания к практической работе №2 по дисциплине «Конструирование, производство и эксплуатация ЭВМ» для студентов специальности 2201-ВМКСС/В.В. Кийко. ФГОУ СПО УГК им. И.И. Ползунова, 2004.
Используя данный источник, мы сможем грамотно составить электрическую принципиальную схему.
6 CD диск «Методические и информационные обеспечения курсового проектирования» для студентов специальности 2201-ВМКСС/ В.В. Кийко. ФГОУ СПО УГК им. И.И. Ползунова, 2004.
На данном диске имеются необходимые программы для составления электрической принципиальной схемы (P-CAD 2000) и составления программного кода для управления нашей микропроцессорной системой (Pro View). Так же, на данном диске имеются примеры оформления Технического задания, Функциональной спецификации микропроцессорной системы и Структурной схемы микропроцессорной системы, что очень важно, т.к. данные примеры значительно упрощают работу над курсовым проектом.
7 Датчик физических величин Справочник/ В.В. Кийко. ФГОУ СПО УГК им. И.И. Ползунова, 2007.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
КП. 230101. 03.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
КП. 230101.03.ПЗ
2 ВЫБОР ДАТЧИКОВ ИНФОРМАЦИИ
Основной задачей микропроцессорной системы является открывание/закрывание дверями гаража не выходя из автомобиля. Таким образом, понадобится использовать датчики открытого/закрытого состояние двери.
Датчик открытой/закрытой двери WDKIT – магнитный бесконтактный датчик, разработанный для установки в профиль двери. Предназначен для предотвращения запуска привода, когда дверь находится в открытом состоянии. Безопасность достигается за счет использования магнита и считывателя, подключенных к внешнему блоку управления. Если ворота закрыты, то магнит совмещён с устройством считывания. Это замыкает контакт и ворота могут быть открыты посредством электрического привода.
Особенность датчика WDKIT :
|
|
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
9
КП. 230101. 03.ПЗ
3 ВЫБОР СЕМЕЙСТВА И ТИПА МИКРОКОНТРОЛЛЕРА
В основу микропроцессорной системы ляжет микроконтроллер Intel 8051. Основные характеристики:
Для сопряжения периферийных устройств используется классическая выборка. Данный вид сопряжения предусматривает подключение входов выбора микросхемы (CS) к свободным линиям портов Р3. Для организации информационного обмена на этих линиях программно сформированы соответствующие сигналы выборки. Обмен сопровождается сигналами RD и WR
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
КП. 230101. 03.ПЗ
4 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
УСТРОЙСТВА
Типовая структура МК-системы управления показана на рисунке 1 и состоит из микроконтроллера, датчиков, устройств исполнения и устройств вывода.
Микроконтроллер путем периодического опроса осведомительных слов генерирует в соответствии с алгоритмом управления последовательности управляющих слов. Осведомительные слова - это сигналы состояния объекта, сформированные датчиками, и флаги. Выходные сигналы датчиков вследствие их различной физической природы могут потребовать промежуточного преобразования на аналого-цифровых преобразователях (АЦП).
Микроконтроллер с требуемой периодичностью обновляет управляющие слова на своих выходных портах. Некоторая часть управляющего слова интерпретируется как совокупность прямых двоичных сигналов управления, которые через схемы формирователей сигналов поступают на исполнительные механизмы и устройства вывода, в данном случае - это динамик, светодиод и ЖК-Дисплей.
Рисунок 1 - Структура цифровой системы автомобильного речевого информатора задней скорости на основе МК
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
КП. 230101. 03.ПЗ
В состав аппаратуры связи входят: АЦП, ПЛИС MAX 3064.
Для аппаратурной реализации временных задержек, формирования сигналов требуемой частоты и скважности в состав аппаратуры связи включают программируемые интервальные таймеры в том случае, если их нет в составе МК или их число недостаточно.
Законы функционирования МК-системы управления со структурой, показанной на рисунке 1, всецело определяются прикладной программой, размещаемой в резидентной памяти программ МК. Иными словами, специализация контроллера типовой структуры на решение задачи управления конкретным объектом осуществляется путем разработки прикладных программ МК и аппаратуры связи МК с датчиками и исполнительными механизмами объекта.
5 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
СХЕМЫ УСТРОЙСТВА
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
КП. 230101. 03.ПЗ
Опираясь на структурную схему, составляем принципиальную схему устройства. Принципиальная схема проектируемого устройства представлена в приложении Г.
Мы будем использовать ПЛИС MAX 3064 (DD2). В своем составе она имеет два параллельных порта и порты управления консолью. ПЛИС используется в нашем устройстве, поскольку эта схема предназначена для взаимодействия микроконтроллера с периферийными устройствами. При графическом обозначении ПЛИС на схеме все её вывод указываться не будут, а будут проставлены только те, которые нам необходимы. А имено: сигнал на ЖКИ поступают в ПЛИС, по линиям D9-D19 , сигналы АЦП поступаю по линиям D1-D8 .
Так как микроконтроллер – это цифровое устройство, то напрямую работать с напряжением от датчиков, которое является аналоговой величиной, он работать не сможет. Значит, нужно будет использовать аналого-цифровой преобразователь. Мы используем 8-канальный 12-разрядный АЦП HI562-8 фирмы Hitachi, который, в свою очередь, будет подключён к коммутатору для соединения датчиков. Данное решение было принято для экономичности сборки устройства, нежели ставить АЦП на каждый датчик.
Приведём основные характеристики АЦП:
- INL ±0,018 %;
Сигналы с УЗ - датчиков, сначала попадают на АЦП, а с него на порт P1.0.
С помощью специальных выводов, соединяем два корпуса: микроконтроллер
КР1816ВЕ (DD1), ПЛИС MAX3064 (DD2).
Микросхема HIP6004 - это низковольтный ШИМ-контроллер, который предназначен для построения синхронных понижающих преобразователей по топологии buck с внешними n-канальными полевыми транзисторами MOSFET. Данная микросхема - это идеальное решение для построения понижающих преобразователей в автомобиль, поскольку специально заточена на работу от 12 Вольт (запускается минимум от +9,7В, максимальное питание по датащиту +15В).
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
КП. 230101. 03.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
КП. 230101. 03.ПЗ
6 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ
Система управления гаражной дверью состоит из следующих элементов:
1) МК Intel 8051;
2) ПЛИС MAX3064;
3) ЖКИ WH1602B-NGK-CP;
4) АЦП HI562-8;
5) 9 конденсаторов;
6) 12 резисторов;
7) 2 диодов;
8) 2 транзистора;
9) предохранитель;
10) кварцевый резонатор;
11) динамик;
12) ШИМ-контроллер;
13) Катушка индуктивности;
14) кнопка (сброс);
15) Коммутатор
7 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАБОТЫ УСТРЙОСТВА
1)Установить номер датчика i=1;
2)Подается код номера датчика на коммутатор;
3)Подается зондирующий сигнал на i-ий датчик;
4)Запускается таймер 0;
5)Остановка таймера отраженным сигналом;
6) Содержимое таймера заносится в аккумулятор;
7) выполняется арифметическое умножение время на скрость (343м/с);
8) Результат перемножение выгружается в ячейку памяти 30h;
9)Результат копируется в порт (выводится на экран);
10)Сравнить измеренное расстояние с пороговым значением;
11)Если расстояние больше порога, то перейти к шагу 16;
12) Включается таймер 1;
13)Включается звуковое оповещение;
14)Если таймер переполнился, то выключаем сигнализацию;
15)Происходит переход к шагу 3;
16) i=i+1;
17) Если i<4 то происходит переход на шаг 2;
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
15
КП. 230101. 03.ПЗ
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
16
КП.230101. 03.ПЗ
8 РАЗРАБОТКА И ОТЛАДКА ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ
Программное средство было решено реализовать в программе ProView32, фирмы Franklin Software Inc, предназначенной для разработки программного обеспечения этого семейства на языке низкого уровня Assembler, т.к. данный язык был достаточно детально изучен на лабораторных занятиях.
Для разработки использовалась тетрадь для практических занятий и упражнений по дисциплине «Микропроцессоры и микропроцессорные системы».
В устройстве главной задачей является – считывание с датчиков цифровые и аналоговые значения и, основываясь на полученной информации, осуществлять отправку управляющих сигналов на исполнительные устройства микропроцессорной системы речевого информатора задней скорости автомобиля.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
17
КП.230101. 03.ПЗ
9 РАСЧЁТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МИКРОПРОЦЕССОРНЫМ
УСТРОЙСТВОМ МОЩНОСТИ
Полная потребляемая мощность Р разрабатываемого микропроцессорного устройства определяется суммированием потребляемых отдельными микросхемами мощностей. расчёт осуществляется по формуле:
n
P= Pi , (1)
i = 1
где Pi – мощность потребляемая отдельными микросхемами, Вт;
n – кол-во микросхем в составе микропроцессорной системы, включая микроконтроллер.
P = 2.886 Вт
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
18
КП. 230101. 03.ПЗ
10 РАСЧЁТ НАДЁЖНОСТИ СПРОЕКТИРОВАННОГО
УСТРОЙСТВА
Надёжность спроектированной системы определяется прикидочным методом по формуле
, (2)
где l – интенсивность отказов всех изделий, входящих в состав системы,
, (3)
где n – количество изделий электронной техники и радиоэлектроники в схеме;
i – средняя интенсивность отказов изделия электронной техники и радиоэлектроники,
, (4)
, (5)
Время безотказной работы устройства управления речевым информатором задней скорости автомобиля Т = 106382 часов,
т.е. приблизительно 12 лет при выполнении правил эксплуатации.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
19
КП. 230101. 03.ПЗ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения данного курсового проекта было разработано устройство, осуществляющее информирование о препятствии, при движении на задней скорости автомобиля. Основной же идеей этого проектирования являлось получение начальных навыков проектирования микропроцессорной системы, которое заключается в поэтапной реализации разрабатываемого устройства.
В процессе разработки были решены следующие задачи:
Логическим завершением данного курсового проектирования можно считать - окончание разработки программного обеспечения, которая осуществляет в данной разработке: функции взаимосвязи всех элементов аппаратной части устройства между собой.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КП. 230101. 03.ПЗ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Стандарт предприятия (колледжа). Требования по выполнению и оформлению дипломных и курсовых проектов (работ). СТП-УГК-05, ФГОУ СПО УГК им.
И. И. Ползунова, 2005 – 42с.
2 Сопряжение ПК с внешними устройствами/ Пей Ан; Пер. с англ. Мерещука П.В. – 2-е изд. – М: ДМК Пресс – 320с.
3 Тетрадь для практических занятий и упражнений по дисциплине «Микропроцессоры и микропроцессорные системы»/В.В. Кийко, ФГОУ СПО УГК им. И.И. Ползунова, 2007 – 44с.
4 «Проектирование цифровых устройств на одинокристальных микроконтроллерах » / В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева.- М.: Энергоатомиздат, 1990 – 208с.
5 Проектирование устройств ЭВМ с помощью САПР P-CAD200х: Построение схемы электрической принципиальной (Э3). Методические указания к практической работе №2 по дисциплине «Конструирование, производство и эксплуатация ЭВМ» для студентов специальности 2201-ВМКСС/В.В. Кийко. ФГОУ СПО УГК им. И.И. Ползунова, 2004 – 64с.
6 CD диск «Методические и информационные обеспечения курсового проектирования» для студентов специальности 2201-ВМКСС/ В.В. Кийко. ФГОУ СПО УГК им. И.И. Ползунова, 2004.
7 Датчик физических величин Справочник/ В.В. Кийко. ФГОУ СПО УГК им. И.И. Ползунова, 2007 – 56с.