Разработка программной и аппаратной чисти цифрового вольтметра на микроконтроллере PIC16F676

Целью данного дипломного проекта является разработка устройства «цифровой вольтметр» на современном микроконтроллере PIC16F676.
Для достижения цели дипломного проекта необходимо решить следующие задачи:
1) написать программу для его работы;
2) рассмотреть инструментальные средства;
3) посчитать себестоимость программного обеспечения.
Данная выпускная квалификационная работа состоит из содержания,
введения, пяти частей, двенадцати параграфов, заключения, списка литературы и приложения.


...

Первый раздел демонстрирует основные теоретические сведения, разработку структурной схем, а также описание работы устройства. Во втором разделе содержится разработка печатной платы и её схемы. В третьем разделе производится разработка программного обеспечения, построения алгоритма и написания кода на языка Ассамблер. Четвертый раздел содержит расчет себестоимости программного обеспечения. Пятый раздел содержит технику безопасности при эксплуатации электронной аппаратуры.

Измерительная техника - один из важнейших факторов ускорения научно-технического прогресса практически во всех отраслях народного хозяйства.
При описании явлений и процессов, а также свойств материальных тел используются различные физические величины, число которых достигает нескольких тысяч: электрические, магнитные, пространственные и временные; механические, акустические, оптические, химические, биологические и другие. При этом указанные величины отличаются не только качественно, но и количественно и оцениваются различными числовыми значениями.
...

Под корпусами микро схем поводят лишь общий провод и провод питания, но подключать их нужно только к выводам питания микросхем. Проводники к входам микросхем, подключаемым к цепи питания или общему проводу, прокладывают на стороне проводников, причем так, чтобы их можно было легко перерезать при налаживании или усовершенствовании устройства. Если же устройство настолько сложно, что на стороне деталей приходится прокладывать и проводники сигнальных цепей, позаботьтесь о том, чтобы любой из них был доступен для подключения к нему и перерезания.При разработке радиолюбительских двухсторонних печатных плат нужно стремиться обойтись без специальных перемычек между сторонами платы, используя для этого контактные площадки соответствующих выводов монтируемых деталей; выводы в этих случаях пропаивают с обеих сторон платы. На сложных платах иногда удобно некоторые детали подпаивать непосредственно к печатным проводникам. При использовании сплошного слоя фольги платы в роли общего провода отверстия под выводы, не подключаемые к этому проводу, следует раззенковать со стороны деталей. Обычно узел, собранный на печатной плате, подключают к другим узлам устройства гибкими проводниками. Чтобы не испортить печатные проводники при многократных перепайках, желательно предусмотреть на плате в точках соединений контактные стойки (удобно использовать штыревые контакты диаметром 1 и 1,5 мм от разъемов 2РМ). Стойки вставляют в отверстия просверленные точно по диаметру и пропаивают. На двухсторонней печатной плате контактные площадки для распайки каждой стойки должны быть на обеих сторонах. Предварительную разводку проводников удобно выполнять мягким карандашом на листе гладкой бумаги. Сторону печатных проводников рисуют сплошными линиям, обратную сторону – штриховыми.По окончании разводки и корректировки чертежа под него кладут копировальную бумагу красящим слоем на верх и красной или зеленой шариковой ручкой обводят контуры платы, а также проводники и отверстия, относящиеся к стороне деталей. В результате на обратной стороне листа получится рисунок проводников для стороны деталей. Далее следует вырезать из фольгированного материала заготовку соответствующих размеров и разместить ее с помощью штангельциркуля сеткой шагом 2,5 мм. Кстати, размеры платы удобно выбрать кратными 2,5 мм - в этом случае размечать ее можно с четырех сторон. Если плата должна иметь какие - либо вырезы, их делают после разметки. Двустороннюю плату размечают со стороны, где проводников больше. После этого фломастером размечают «по клеточкам» центры всех отверстий, накалывают их шилом и сверлят все отверстия сверлом диаметром 0,8 мм. Для сверления плат удобно пользоваться самодельной миниатюрной электродрелью. Ее изготавливают на основе небольшого электродвигателя, лучше низковольтного. На его валу укрепляют сменные латунные патроны вилки на разные диаметры D сверла. Обычные самодельные сверла при обработке стеклотекстолита довольно быстро тупятся. После сверления платы заусенцы с краев отверстий снимают сверлом большого диаметра или мелкозернистым бруском. Плату обезжиривают, протерев салфеткой, смоченной спиртом или ацетоном, после чего, ориентируясь на положение отверстий, переносят на нее нитрокраской рисунок печатных проводников в соответствии с чертежом. Для этого обычно используют стеклянный рейсфендер, но лучше изготовить простой самодельный чертежный инструмент. К концу обломанного ученического пера припаять укороченную до 10 … 15 мм инъекционную иглу диаметром 0,8 мм. Рабочую часть иглы надо зашлифовать на мелкозернистой наждачной бумаге. В воронку инструмента каплями заливают нитрокраску и, осторожно взяв ее в губы, слегка дуют для того, чтобы краска прошла через канал иглы. После этого надо лишь следить за тем, чтобы воронка была наполнена краской не менее чем на половину. Необходимую густоту краски определяют опытным путем по качеству проводимых линий. При необходимости ее разбавляют ацетоном или растворителем 647. Если же надо сделать краску более густой, ее оставляют на некоторое время в открытой посуде. В первую очередь рисуют контактные площадки, а затем проводят соединения между ними; начиная с тех участников, где проводники расположены тесно. После того, как рисунок в основном готов, следует по возможности расширить проводники общего провода питания, что уменьшит их сопротивление и индуктивность, а значит, повысит стабильность работы устройства. Целесообразно также увеличить контактные площадки, особенно те, к которым будут припаяны стойки и крупногабаритные детали. Для защиты больших поверхностей фольги от травильного раствора их заклеивают любой липкой пленкой. В случае ошибки при нанесении рисунка не торопитесь сразу же исправить ее – лучше поверх неверно нанесенного проводника проложить правильный, а лишнюю краску удалить при окончательном исправлении рисунка (его проводят, пока краска не засохла). Острым скальпелем или бритвой прорезают удаляемый участок по границам, после чего его выскребают.Специально сушить нитрокраску после нанесения рисунка не нужно. Пока вы исправляете плату, отмываете инструмент, краска сохнет. Для очистки канала иглы от краски удобно использовать отрезок тонкой стальной проволоки, который можно хранить в той же игле. Травят плату обычно в растворе хлорного железа. Нормальной концентрацией раствора можно считать 20 … 50%. Автор разводит 500 г порошка хлорного железа в горячей кипяченой воде до получения общего объема раствора, равного 1 л. Раствор хранят в обычной литровой стеклянной банке, а перед травлением подогревают до 45 … 60° С, поставив банку в горячую воду. Платы размерами до 130 х 65 мм удобно травить в этой же банке, подвесив их на медном обмоточном проводе диаметром 0,5 … 0,6 мм. Платы больших размеров травят в литровом полиэтиленовом пакете из под сока или фотографической кювете, для чего в угловые крепежные отверстия платы вставляют обломки спичек, обеспечивающие зазор 5 … 10 мм между платой и дном кюветы. Продолжительность травления – 10 …60 мин, она зависит от температуры, концентрации раствора, толщины медной фольги. Для интенсификации процесса раствор перемешивают, покачивая банку или кювету. Поскольку раствор быстро остывает, банку или кювету лучше поставить в другой сосуд больших габаритов с горячей водой, ее периодически подогревают или заменяют воду. Травление проводят под вытяжкой или в хорошо проветриваемом помещении. Раствор можно использовать в течении нескольких лет. Существуют способы регенерации отработавшего раствора. Протравленную плату отмывают от следов хлорного железа под струей горячей воды, одновременно очищая каким - либо скребком от рисунка, сделанного нитрокраской. Промытую плату просушивают, рассверливают и при необходимости раззенковывают отверстия, в том числе и не имеющие контактной площадки, зачищают мелкозернистой наждачной бумагой, протирают салфеткой, смоченной спиртом или ацетоном, а затем покрывают канифольным лаком (раствор канифоли в спирте). Некоторые радиолюбители рекомендуют лудить все проводники платы. По мнению автора, такие платы выглядят весьма кустарно, кроме того, при лужении возможно замыкание соседних проводников перемычками из припоя. Перед монтажом радио элементов на плату потемневшие выводы следует зачищать до блеска, лудить их необязательно. Микросхемы следует подпаивать за кончики выводов, вставляя их в монтажные отверстия не до упора, а лишь до выхода выводов со стороны пайки на 0,5 … 0,8 мм, - это облегчит их демонтаж в случае ремонта и уменьшит вероятность замыканий в двухсторонних платах. Под радиоэлементы в металлических корпусах при монтаже на двустороннюю плату следует подложить бумажные прокладки и приклеить их к плате тем же канифольным лаком. При монтаже полевых транзисторов с изолированным затвором и микросхем структуры МОП и КМОП для исключения случайного пробоя их статическим электричеством нужно уровнять потенциалы монтируемой платы паяльника и тела монтажника. Для этого на ручку паяльника достаточно намотать бандаж из нескольких витков неизолированного провода (или укрепить металлическое кольцо) и соединить его через резистор сопротивлением 100 … 200 кОм с металлическими частями паяльника. Конечно, обмотка паяльника не должна иметь контакта с его жалом. Во время монтажа следует касаться свободной рукой проводников питания на монтируемой плате. Если микросхема хранится в металлической коробке или ее выводы защищены фольгой, прежде чем взять микросхему, нужно дотронуться до коробки или фольги и «снять» статическое электричество. Смонтированную плату желательно отмыть спиртом, пользуясь небольшой жесткой кистью, а затем покрыть канифольным лаком – такое покрытие, как ни странно, весьма влагостойко и сохранит «паяемость» платы на долгие годы, что удобно при ремонте и доработке устройства. В заключение остается напомнить, что в журнале «Радио», 1996 г., 5, с. 59, 60 приведен указатель статей по радиолюбительской технологии и, в частности, по разработке и изготовлению печатных плат, различных приспособлений для монтажа, облегчающих труд радиолюбителя. 3. Опытно-экспериментальная часть3.1 Разработка программного обеспечения При разработке и отладке программы была использована бесплатная программа Mplab предоставляемая фирмой Microchip.MPLAB - это интегрированная среда разработки (IDE) для семейства микроконтроллеров PICmicro фирмы Microchip Technology Incorporated. MPLAB позволяет писать, отлаживать и оптимизировать программы для Ваших разработок. MPLAB включает текстовый редактор, симулятор (виртуальный отладчик), менеджер проектов и поддерживает эмуляторы (внутрисхемные отладчики) MPLAB-ICE и PICMASTER , программаторы PICSTART Plus и PRO MATE II и другие средства, и инструменты разработок фирмы Microchip и других фирм.Инструментальные средства MPLAB, организованные как ниспадающие меню и определяемые быстрые клавиши, позволяют: ассемблировать, компилировать исходный текст;отлаживать логику работы, наблюдая с помощью симулятора или, в реальном времени, с эмулятором MPLAB-ICE;просматривать переменные в окнах просмотра;программировать кристаллы с помощью программаторов PICSTART Plus или PRO MATE IIи многое другое.3.2 Построение алгоритма и структурной схемы программыСхема алгоритма – одна из важнейших частей задачи, она состоит из отдельных операторов. Различают пять видов операторов, каждый из которых имеет вход и выход (рисунок 6). Стрелками обозначаются направление хода вычислений.1153795184151100111) 2) 3) 4) 5) Рисунок 6 «Виды операторов».1)– оператор описание процесса обработки;2)– оператор проверки условий;3)– оператор начала (конца);4)– оператор разрыва схемы;5)– оператор ввода/вывода данных.249872519685003.3 Написание кода на языке АссемблерLIST P=16F676, F=INHX8M include "P16FXXX.inc" ORG 0x0000 GOTO Label_0001 ORG 0x0004 GOTO Label_0002Label_0008 ADDWF PCL , f RETLW 0x3F RETLW 0x28 RETLW 0x5D RETLW 0x79 RETLW 0x6A RETLW 0x73 RETLW 0x77 RETLW 0x29 RETLW 0x7F RETLW 0x7B RETLW 0x00Label_0007 MOVLW 0x2D MOVWF 0x30Label_0006 MOVLW 0x20 MOVWF 0x2F BCF 0x26 , 01 MOVF 0x33 , W CALL Label_0003 CALL Label_0004 CALL Label_0005 MOVLW 0x02 MOVWF 0x2F BCF 0x26 , 01 MOVF 0x32 , W CALL Label_0003 CALL Label_0005 MOVLW 0x04 MOVWF 0x2F BCF 0x26 , 01 MOVF 0x31 , W CALL Label_0003 CALL Label_0005 DECFSZ 0x30 , f GOTO Label_0006 MOVF 0x2C , W MOVWF 0x33 MOVF 0x2D , W MOVWF 0x32 MOVF 0x2E , W MOVWF 0x31 BCF STATUS , Z CLRW SUBWF 0x31 , W BTFSS STATUS , Z GOTO Label_0007 MOVLW 0x0A MOVWF 0x31 GOTO Label_0007Label_0003 CALL Label_0008 MOVWF 0x22 MOVWF 0x07 MOVF 0x2F , W MOVWF PORTA BTFSC 0x22 , 06 BSF PORTA , 04 RETURNLabel_0005 BTFSC 0x26 , 01 RETURN GOTO Label_0005Label_0004 MOVLW 0x81 MOVWF 0x1F CALL Label_0009 BSF 0x1F , 01Label_000A BTFSC 0x1F , 01 GOTO Label_000A MOVF 0x1E , W MOVWF 0x20 BSF STATUS , RP0 MOVLW 0x21 MOVWF FSR MOVF 0x1E , W MOVWF 0x00 BCF STATUS , RP0 GOTO Label_000BLabel_0009 MOVLW 0x05Label_000C ADDLW 0xFF BTFSS STATUS , Z GOTO Label_000C RETURNLabel_000B MOVLW 0x10 MOVWF 0x27Label_0010 BCF STATUS , C RLF 0x21 , f RLF 0x20 , f RLF 0x2B , f RLF 0x2A , f DECFSZ 0x27 , f GOTO Label_000D GOTO Label_000ELabel_000D MOVLW 0x2B MOVWF FSR CALL Label_000F MOVLW 0x2A MOVWF FSR CALL Label_000F GOTO Label_0010Label_000F MOVLW 0x03 ADDWF INDF , W MOVWF 0x25 BTFSC 0x25 , 03 MOVWF INDF MOVLW 0x30 ADDWF INDF , W MOVWF 0x25 BTFSC 0x25 , 07 MOVWF INDF RETURNLabel_000E MOVLW 0x0F ANDWF 0x2A , W MOVWF 0x2E MOVLW 0xF0 ANDWF 0x2B , W MOVWF 0x2D SWAPF 0x2D , f MOVLW 0x0F ANDWF 0x2B , W MOVWF 0x2C CLRF 0x2B CLRF 0x2A RETURNLabel_0002 MOVWF 0x24 MOVF STATUS , W MOVWF 0x28 MOVF FSR , W MOVWF 0x29 BCF STATUS , RP1 BCF STATUS , RP0 INCF 0x23 , f MOVLW 0x05 SUBWF 0x23 , W BTFSS STATUS , Z GOTO Label_0011 BSF 0x26 , 01 CLRF 0x23Label_0011 MOVF 0x28 , W MOVWF STATUS MOVF 0x29 , W MOVWF FSR MOVF 0x24 , W BCF INTCON , T0IF RETFIELabel_0001 BSF STATUS , RP0 MOVLW 0x00 MOVWF 0x00 MOVLW 0xFF MOVWF 0x1F MOVLW 0x81 MOVWF OPTION_REG MOVLW 0xA0 MOVWF INTCON MOVLW 0x00 MOVWF 0x0C MOVLW 0x01 MOVWF TRISA MOVLW 0x00 MOVWF 0x07 MOVLW 0x01 MOVWF 0x11 MOVLW 0x00 MOVWF 0x19 MOVLW 0x00 MOVWF 0x0E MOVLW 0x00 MOVWF 0x15 MOVLW 0x00 MOVWF 0x16 BCF STATUS , RP0 CLRF 0x07 CLRF PORTA MOVLW 0x00 MOVWF 0x10 MOVLW 0x07 MOVWF 0x19 CLRF 0x26 CLRF 0x2C CLRF 0x2D CLRF 0x2E CLRF 0x23 MOVLW 0x0A MOVWF 0x31 CLRF 0x32 CLRF 0x33 GOTO Label_0007Label_0014 BCF 0x3E , 00 MOVF 0x34 , W ADDWF 0x36 , f BTFSC STATUS , C INCF 0x37 , f BTFSC STATUS , C BSF 0x3E , 00 MOVF 0x35 , W ADDWF 0x37 , f BTFSC 0x3E , 00 BSF STATUS , C RETLW 0x00Label_0018 CALL Label_0012 CALL Label_0013Label_0015 RRF 0x3B , f RRF 0x3A , f BTFSC STATUS , C CALL Label_0014 RRF 0x37 , f RRF 0x36 , f RRF 0x39 , f RRF 0x38 , f DECFSZ 0x3C , f GOTO Label_0015BTFSS 0x3D , 07 RETLW 0x00 COMF 0x38 , f INCF 0x38 , f BTFSC STATUS , Z DECF 0x39 , f COMF 0x39 , f BTFSC STATUS , Z COMF 0x36 , f INCF 0x36 , f BTFSC STATUS , Z DECF 0x37 , f COMF 0x37 , f RETLW 0x00Label_0013 MOVLW 0x10 MOVWF 0x3C MOVF 0x37 , W MOVWF 0x3B MOVF 0x36 , W MOVWF 0x3A CLRF 0x37 CLRF 0x36 RETLW 0x00Label_0017 COMF 0x34 , f INCF 0x34 , f BTFSC STATUS , Z DECF 0x35 , f COMF 0x35 , f RETLW 0x00Label_0012 MOVF 0x35 , W XORWF 0x37 , W MOVWF 0x3D BTFSS 0x37 , 07 GOTO Label_0016 COMF 0x36 , f INCF 0x36 , f BTFSC STATUS , Z DECF 0x37 , f COMF 0x37 , fLabel_0016 BTFSS 0x35 , 07 RETLW 0x00 GOTO Label_0017Label_001A MOVLW 0x01 MOVWF 0x35 MOVLW 0xFF MOVWF 0x34 MOVLW 0x7F MOVWF 0x37 MOVLW 0xFF MOVWF 0x36 CALL Label_0018Label_0019 GOTO Label_0019 ORG 0x01FF GOTO Label_001A ORG 0x2000 DATA 0x0F ORG 0x2007 DATA 0x11 ORG 0x2100 DATA 0xFF END3.4 Проверка работоспособности устройства в программе электродинамического моделирования Proteus. Для проверки работоспособности программы нам необходимо произвести проверку в программе электродинамического моделирования «Proteus». Для начала моделирования нам необходимо, собрать схему исходя из принципиальной электрической схемы. На рисунке ниже изображена принципиальная схема устройства исходя из которой устройство собираем в программе «Proteus»115316014351000На рисунке ниже изображена принципиальная схема устройства (урезанная за ненадобностью фильтрующих конденсаторов - выпрямителя и предохранительных резисторов) и праведен пример симуляции работы устройства. На вход устройства «цифровой вольтметр» было подано напряжение в 27,5 вольта и на семисегментном индикаторе видим данное значение.168910023177500Работоспособность программы и устройства проверена и подтверждена.4. Экономическая оценка проектаСебестоимость - изделия, детали представляет собой сумму затрат в денежном выражении на производство и реализацию, приходящихся на единицу продукции.В курсовом проекте в зависимости от задания рассчитываются цеховая, производственная, полная себестоимость или оптовая цена.Калькуляция – расчёт затрат на производство и реализацию единицы продукции по калькуляционным статьям расходов. В электронной промышленности в качестве калькуляционной единицы, как правило, принимается 1 или 1000 изделий. Методика расчёта калькуляционных статей расходов приводится.Статья №1. Сырьё и основные материалы.