Электронный омметр

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработанное устройство удовлетворяет всем пунктам технического задания. При выполнении данной работы был получен ценный опыт разработки подобных устройств, получены навыки в разработке программ на языке ассемблер, также были закреплены знания, аналоговой и цифровой схемотехники.Навсех диапазонахпогрешность непревышает5%

...

Содержание


Введение 3
1. Методика измерения сопротивления 5
2. Разработка структурной схемы 7
3. Выбор элементной базы и разработка принципиальной схемы 9
3.1 Выбор микроконтроллера 9
3.2 Разработка принципиальной схемы 13
3.3 Расчет Блока питания и сетевого трансформатора 14
4. Разработка ПО 19
Заключение 27
Список использованной литературы 28

ВВЕДЕНИЕ

Современный уровень автоматизации в промышленности в значительной степени применением систем программного управления на базе микропроцессорных вычислительных устройств. Поэтому специалисты, которые эксплуатируют и проектируют системы автоматического управления, должны обладать соответствующими знаниями не только для программирования микропроцессорных вычислительных устройств, но и для построения и функционирования микропроцессорных систем , иметь навыки работы с ними для использования при проектировании и эксплуатации систем программного управления самыми разнообразными устройствами и механизмами . Ведь сферы использования микропроцессорных устройств и систем чрезвычайно разнообразны.
Создание МП привело к появлению принципиально новых направлений в создании и применении цифрово й вычислительной техники встроено управления сложным оборудованием и приборами, многопроцессорные системы, персональные компьютеры и т.д.
Однокристальные микроконтроллеры (ОМК) позволяют существенно расширить интеллектуальные возможности различного рода устройств и систем. Они представляют собой, по сути, специализированные однокристальные микроЭВМ, содержащие для связи с внешней средой встроенные периферийные узлы и устройства, набор которых во многом определяет их функциональные возможности и области применения.
Они стали сегодня одним из самых распространенных элементов программируемой логики. Более двух третей мирового рынка микропроцессорных средств в настоящее время составляют именно однокристальные микроконтроллеры.
В структуру ОМК семейства PIC заложено много различных функциональных особенностей, делающих их одними из самых высокопроизводительными, микропотребляющими, помехозащищенными, программируемыми пользователем 8-ми битными микроконтроллерами. Благодаря этим особенностям ОМК семейства PIC могут обрабатывать аппаратно-программным способом как дискретные, так и аналоговые сигналы, а также формировать различного рода управляющие сигналы, а также осуществлять связь между собой и ЭВМ, находящейся на более высоком иерархическом уровне в системе.
Такая гибкость применений вместе с другими связанными с использованием БИС достоинствами (низкой стоимостью, малыми габаритами), а также высокая точность, помехозащищенность, характерные для цифровых методов, обусловили бурное внедрение МКУ в различные сферы производства, научные исследования и бытовую технику.

При составлении функциональной схемы был учтен тот факт, что для работы любого микроконтроллера требуется тактируемое устройство (кварцевый резонатор). Выбор конкретной модели кварцевого резонатора определяется в зависимости от конкретной модели самого микроконтроллера.Выбор элементной базы и разработка принципиальной схемы3.1 Выбор микроконтроллераРассмотри семейство микроконтроллеров i8051, так как данные микросхемы имеют невысокую стоимость. Функциональные возможности данного семейства разнообразны, но нам необходимо выбрать МК с простым функционалом, так как разрабатываемая система не предъявляет каких-либо жестких требований к МК.Микроконтроллер семейства i8051 имеет гарвардскую архитектуру – различные шины для памяти команд и памяти данных. Это 8-разрядные микроконтроллеры. Объём программного кода может быть не более 64K байт.Рисунок 3.1 – Функциональная схема АТ89С51На функциональной схеме показаны следующие узлы:RAM - оперативное запоминающее устройство (память временных данных), хранит данные в процессе выполнения программы; ROM - постоянная память (память программ), хранит инструкции программы;I/O - порты ввода/вывода, двунаправленные;Timer(0/1) - 16-разрядные таймеры-счётчики, подсчёт интервалов, работа UART, организация ШИМ, подсчёт импульсов внешних событий; UART - интерфейс организации последовательной передачи информации (аппаратный).Микроконтроллер может работать в двух режимах:режим микропроцессора (подразумевает, что используется 8-разрядная микросхема, но есть внешняя память (ОЗУ), подключаемая через внешнюю шину);режим однокристальной микроЭВМ (всё на одном кристалле, в том числе и память кода).После сброса МК старт программы начинается с адреса 0000F – это и есть точка входа.В МК семейства i8051 программа и константы записываются в ПЗУ (постоянное ЗУ, или постоянную память). А для хранения изменяемых данных используется ОЗУ. Для общения с внешними ЗУ в микроконтроллере имеется 16-разрядный регистр DPTR, используемый для чтения данных из ПЗУ и ОЗУ и для записи в ОЗУ. Таким образом, микроконтроллер может использовать адресное пространство до 65536 байт. Преимущество ПЗУ состоит в том, что его содержимое при выключении микроконтроллера не теряется. Старшие адреса предназначены для обращения к функциональным регистрам микроконтроллера. Впрочем, у наиболее совершенных моделей этого семейства емкость внутреннего ОЗУ равна 256 байт, но старшие адреса доступны только при косвенной адресации. Начальные ячейки оперативной памяти (32 байт) используются под однобайтовые регистры общего назначения (РОН): R0, Rl, R2, R3, R4, R5, R6, R7. Их физические адреса зависят от содержимого 3 и 4 разрядов регистра PSW (слово состояния процессора). Ещё совокупность всего количества РОН называют сверхбыстродействующим файлом данных.Адреса от 20h до 7Fh программист может использовать по своему усмотрению. Причём от 20h до 2Fh адресного пространства памяти доступ возможен к каждому отдельному биту. Стек в семействе МК i8051 преинкрементный. В момент включения микроЭВМ память данных считается неопределённой.Микроконтроллер типа i8051 работает с данными битового и байтового формата. При обработке данных можно обращаться не только к байтам во всех ЗУ, но и к отдельным битам функциональных регистров или части адресного пространства внутреннего ОЗУ. Есть несколько команд, работающих с данными двухбайтового формата. Часть команд обрабатывает каждый из битов байтовых операндов независимо от информации, содержащейся в других битах. Другая часть команд работает с байтами как с положительными целыми числами. Всего в МК 111 команд, разделённых на 5 групп: команды передачи; команды арифметических операций;команды логических операций;команды передачи управления;команды операции с битами. При наличии отдельно адресуемых битов в пространстве ОЗУ, говорят, что в МК серии i8051 имеется встроенный булевский процессор.После анализа представленных моделей семейства i8051 в качестве микроконтроллера выбираем микросхему АТ89С51, которая является 8-разрядным КМОП микроконтроллером с Flash ПЗУ.Отличительные особенности:Совместимость с приборами семейства MCS-51TM Емкость перепрограммируемой Flash памяти: 4 Кбайт, 1000 циклов стирание/запись. Напряжение питания 5±20% B Диапазон рабочих частот от 0 Гц до 24 МГц. Группы по частотам: 12 МГц, 16 МГц, 20 Мгц и 24 Мгц Трехуровневая блокировка памяти программ СОЗУ емкостью 128 байтов 32 программируемых линий ввода/вывода Два 16-разрядных таймера/счетчика событий Шесть источников сигналов прерывания Программируемый последовательный канал UART. В качестве компаратора используется микросхему TL062. Это сдвоенный операционный усилитель. Его характерной особенностью является то, что он полевые транзисторы на входах. Это обеспечивает низкую погрешность и высокую стабильность результатов. Эта микросхема имеет низкое значение дрейфа нуля, что обеспечивает высокую временную стабильность калибровочной характеристики.Рисунок 3.1 – Микросхема TL062Основные характеристики:• Напряжение питания ............................ ± 3,5 - ± 18 В ;• Uзм ................................................ 6 мВ ;• ИВХ ................................................. 0,0002 нА ;• Rвх ................................................ 100000 МОм ;• Потребляемая мощность ...................... 7,5 мВт ;Для разряда использован полевой транзистор 2N6660. Он имеет низкие токи утечки, чтобы не влиять на ток заряда конденсатора. Также этот транзистор должен имеет низкое сопротивление в открытом состоянии для эффективного разряда конденсатора. Основные характеристики:• Максимальная мощность Рmax ( РСЕРmax ) .................. 6,25 Вт ;• UСВmax .............................................................. 54-66 В;• UЗВmax .............................................................. 27-33 В;• ИCmax ................................................................ 1,8-2,2 А;• Rсв откр ......................................................... 2,7-3,3 Ом ;• ИС нач ................................................................ 0,01 мА ;• Крутизна S .................................................. 170-195 мА / В;3.2 Разработка принципиальной схемыРасчет элементов не производился, так как они являются обвязками микросхем и их номиналы заданы в описаниях микросхем. Подробное описание использованных элементов будет дано в последующих разделах.Для питания микроконтроллера используется напряжение +5В.Встроенные в микроконтроллер ПЗУ удобны еще тем, что в случае необходимости можно запретить чтение записанной в них программы.Внутреннее ОЗУ микроконтроллера имеет ёмкость не менее 128 байт.Для питания микроконтроллера используется напряжение +5В.Встроенные в микроконтроллер ПЗУ удобны еще тем, что в случае необходимости можно запретить чтение записанной в них программы.Между выводами "XTAL1" и "XTAL2" подключается кварцевый резонатор. Частота кварца выбрана 11 МГц, поскольку высокая рабочая частота необходима для того, чтобы УП успевал выполнять все необходимые действия по поддержке обмена данными. В этом случае обеспечивается обмен данными с минимумом ошибок. Известно из практики, что при использовании кварцевого резонатора такого номинала, значения конденсаторов С1 и С2 следует выбирать в пределах 15-30пФ. Исходя из этого выбираем С1=С2=27пФ. На вход "ЕМА" УП следует подать напряжение питания, что укажет микроконтроллеру на необходимость работы с внутренней памятью программ. Выбираем индикатор SC56-11GWA компании Kingbright, представляющий, по-сути, 7 независимых светодиодов. С помощью него вы можно вывести один разряд числа. Используем несколько индикаторов для вывода больших чисел. Подключения осуществляется через общий катод. То есть контакты, обозначенные как «катод», должны быть соединены с землёй, а на остальные необходимо подавать напряжение, если нужно, чтобы соответствующий сегмент загорелся.Работа системы начинается открыванием транзистора VT1 , который разряжает конденсатор. После чего транзистор закрывается и конденсатор заряжается. При этом начинает работать счетчик , значение которого пропорционально значению сопротивления . Выход компаратора согласован с МК буфером DD1 . При срабатывании компаратора сигнал с его выхода поступает через буфер DD1 на вход INT0. Это, в свою очередь, останавливает счетчик. Значение счетчика обрабатывается МК и выводится на 4 - разрядный 7- сегментный индикатор, который в данном устройства работает в режиме «3,5 разрядного» индикатора.Выбор диапазона измерений производится с помощью реле К1 и К2 , к контактам которых подключен конденсаторы с соответствующими емкостями, соответствующие каждому из диапазонов.3.3 Расчет Блока питания и сетевого трансформатораОпределим общую мощность, потребляемую блоком управления (линия 5В)Потребление микроконтроллера при частоте работы 11 МГц составляет 9 мА. Следовательно, потребляемая мощность равна: мВт.Потребление индикатора составляет 120 мА: мВтмВт.Потребление остальных элементов оценим с запасом в 10мАСуммарная потребляемая мощность равна: мВт.Максимальный выходной ток стабилизатора мА.Можно сделать вывод, что выбранный стабилизатор напряжения LM7805 удовлетворяет данной нагрузочной способности.