Мир Знаний

Устройство контроля за уровнем аналоговых сигналов (стр. 2 из 4)

2) цикл работы АЦП;

3) запись в РОН.

Задача обработки входных данных и принятия решения реализуется на основе 2 подзадач:

1) чтение двух констант (верхний и нижний предел) из ПЗУ;

2) сравнение констант с РОН.

Задача выдачи управляющего сигнала на объект управления содержит в себе 3 задачи малой размерности:

1) Преобразование информации о уровне входного аналогового сигнала в форму пригодную для выдачи на ЖКИ

2) Осуществление управления динамической индикацией с заданной частотой обновления;

3) Подача сигнала на зеленый светодиод в том случае, либо же подача сигнала на красный светодиод и на динамик (с определенной в ТЗ частотой) в зависимости от принятого решения.

В соответствии с блочно-иерархическим принципом это разбиение исходной задачи на ряд более простых задач можно представить следующей структурой (см. рис. 2.1).


Рисунок 1.1 Разбиение общей задачи на ряд подзадач.

1.2 Источники информации (входных сигналов)

Источниками информации могут служить любые устройства, выдающие плавно изменяющиеся во времени аналоговые сигналы уровень которых лежит в пределах 0-5 В ( уровни ТТЛ ).

1.3 Приемники информации (выходных сигналов)

Приемниками информации служат семисегментные светодиодные индикаторы , светодиоды и динамик.

1.4 Возможные пути (варианты) решения поставленной задачи

Все МКУ разрабатываются с помощью программных и аппаратных способов реализации.

Преимущества аппаратной реализации заключаются в том, что:

а) использование специальных БИС упрощает разработку и обеспечивает высокое быстродействие системы в целом;

б) уменьшается время на разработку и отладку устройства.

Преимущества программной реализации такие;

а) меньшая стоимость и потребляемая мощность системы ;

б) меньшее количество компонент в системе, а значит выше надежность системы в целом;

в) время жизни системы значительно выше по сравнению с аппаратной реализацией;

г) возможность простой модификации системы (путем перепрограммирования).

Не смотря на то, что численно преимуществ программной реализации больше, чем у аппаратной, бывают случаи, где без аппаратной части просто не обойтись. Но не в данной задаче.

Глобальная задача обработки входных данных и принятия решения будет реализована программным путем, так как именно для этого предназначен микроконтроллер. Если же входные данные обрабатывать аппаратно (собрать схему на жесткой логике), тогда ТЗ теряет свой смысл, в нем оговорено спроектировать микроконтроллерное устройство, а значит для МК останется только задача формирования выдачи выходного сигнала. Хотя эту задачу нельзя назвать слишком уж простой, и осуществить ее решение на жесткой логике было бы затруднительно и дороговато.

И зачем пытаться что-то реализовать аппаратно, если можно без особых усилий достичь того же результата, используя микроконтроллер. Поэтому обработкой входных сигналов будет заниматься МК под управлением соответствующей программы.

К тому же чем меньше элементов будет в проектируемом устройстве тем оно будет надежнее и дешевле.


1.5. Возможные варианты структурных схем и их сравнительный анализ

Для реализации данного устройство можно предложить следующие варианты:

1) на микроконтроллере со встроенным АЦП;

2)


рис. 1.5.1 Структурная схема устройства на микроконтроллере со встроенным АЦП.

где :

ВС – входной аналоговый сигнал,

СД – сигналы данных для индикации (в том числе звуковой),

УС – сигналы управления индикацией

3) внешний АЦП + 3 портовый микроконтроллер без АЦП


рис. 1.5.2 Структурная схема устройства на микроконтроллере с внешним АЦП.

где :

ВС – входной аналоговый сигнал,

СД – сигналы данных для индикации (в том числе звуковой),

УС – сигналы управления индикацией

4) внешний АЦП + компоратор + дешевый 2 портовый

микроконтроллер.
14


рис. 1.5.3 Структурная схема устройства на микроконтроллере с внешним АЦП и блоком компорации.

где :

ВС – входной аналоговый сигнал,

СД – сигналы данных для индикации (в том числе звуковой)

УС – сигналы управления индикацией

ФК – флаг компорации (результат сравнения)

Кі1, Кі2 – константы нижнего и верхнего пороговых уровней

1.6 Обоснование выбора структурной схемы

Учитывая все аспекты, рассмотренные в п.1.4 ПЗ, мы выбираем 1 вариант реализации (на микроконтроллере со встроенным АЦП).

1.7. Обоснование выбора ОМК для решаемой задачи

Для решения данной задачи необходим МК, который содержит в себе следующие характеристики в соответствии с ТЗ:

1) Встроенный АЦП с разрядностью 8р.

2) имеет 1 линий для ввода аналогового сигнала

3) имеет 14 линий вывода (8 – входные данные для семисегментные световые индикаторы, 3 – для выбора индикатора, 2-для светодиодов и 1- для динамика );

4) позволяет использовать кварцевый и внешний генератор;

5) имеет в наличии ПЗУ;

6) будет доступным и сравнительно недорогим.

7) иметь достаточное быстродействие

Еще одним немаловажным моментом является наличие документации на МК, чтобы правильно его запрограммировать.

Учитывая все требования, нами был выбран микроконтроллер PIC16C72, так как он в наибольшей степени удовлетворяет всем вышесказанным условиям.

Но поскольку оценить нужное быстродействие без написания программы трудно, возможно нам придется заменить его на микроконтроллер того же семейства 16с7х но более быстродействующий.


2. Структурная схема устройства и её описание

2.1Структурная схема

После обоснования выбора структурной схемы устройства останавливаемся на схеме с микроконтроллером со встроенным АЦП. Структурная схема приведена на рисунке 2.1.


рис. 2.1 Структурная схема устройства на микроконтроллере со встроенным АЦП.

где :

ВС – входной аналоговый сигнал,

СД – сигналы данных для индикации (в том числе звуковой),

УС – сигналы управления индикацией

2.1.1 Назначение отдельных функциональных блоков

Блок ЦПУ предназначен для преобразования входного аналогового сигнала в цифровое представление, сравнения этого значения с константами и в зависимости от результата сравнения осуществлять управление устройством индикации, предварительно преобразовав информацию о уровне аналогового входного сигнала в форму пригодную для блока индикации.

Блок индикации предназначен для вывода информации о уровне входного аналогового сигнала, в виде десятичных чисел, с заданными количеством знакомест и частотой обновления данных. Кроме того блок индикации с помощью двух светодиодов и динамика информирует попадает ли уровень сигнала в область, ограниченную константами Кі1 и Кі2.

2.2 Описание принципа действия и общий алгоритм работы

Аналоговый сигнал, поступающий на вход АЦП микроконтроллера, преобразовывается в цифровое представление. Затем микроконтроллер сравнивает уровень входного сигнала с двумя константами, хранящимися в ПЗУ, и в зависимости от результата сравнения подает сигналы на динамик и светодиоды, по линиям СД. Кроме того микроконтроллер преобразовывает информацию о уровне аналогового входного сигнала в форму пригодную для блока индикации, эта информация передается по линиям СД.

Обновление информации на блоке индикации целиком зависит от МК, оно происходит с заданной частотой 44 Гц. По линиям УС, от микроконтроллера в блок индикации, передаются сигналы, предназначенные для выбора знакоместа.

2.3 Функциональная схема устройства и ее краткое описание


Рисунок 3.1 Функциональная схема МКУ


Тактирование

поскольку на устройство наложены достаточно жесткие меры по скорости измерения мы будем использовать кварцевый генератор, кроме того с помощью замены кварца мы можем варьировать временем выполнения программы.


4. Расчет потребляемой мощности и определение требований к источникам питания.

4.1 Расчет потребляемых токов

Расчет потребляемых токов сводится к тому, что необходимо определить суммарное потребление тока всеми микросхемами, то есть:

(4.1)

где Iобщ - общий ток, потребляемый устройством,

Ik - ток, потребляемый k-той микросхемой,

m - общее число микросхем,

n - число микросхем данного типа.