Проектирование 53-канальной системы сбора цифровой информации на базе микроконтроллера PIC16F877

      Министерство образования и науки Российской Федерации

    Федеральное государственное образовательное  учреждение

    среднего  профессионального образования

    «Чебоксарский электромеханический колледж» 
 
 
 

             Отделение            Вычислительной техники 

             Дисциплина _Микропроцессоры и микропроцессорные системы_ 
 
 
 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ 

Проектирование 53-канальной системы сбора

цифровой информации на базе микроконтроллера PIC16F877 

_{КП.В108.23.В60.ПЗ} 
 

                                      Выполнил студент      III   курса, группы   В1-08

                                      

                                       Осипов Д.Н.

                                       ^{(Фамилия  И. О.)}

                                      

            ^{(подпись)    (чч.мм.гггг)}

                                      Преподаватель      Иванов П.В.

                                                         ^{(Фамилия И. О.)}

         Защищен 

                                                     ^{(чч.мм.гггг)}

                                      с оценкой 

                                      

    Подпись

                                                      ^{(подпись)               (расшифровкаподписи)} 
 

2011

 

СОДЕРЖАНИЕ 
 

       Введение.......................................................................................................

    1 Обзорная  часть .............................................................................................

         1.1 Сигналы их классификация и характеристики...........................

         1.2 Способы построения системы сбора информации. ......................

         1.3 Пример реализации системы сбора цифровой информации.......

    2 Построение структурной схемы устройства.............................................

    3 Выбор  элементной базы.................................................................................

         3.1 Выбор мультиплексора......................................................................

         

         3.2 Описание микроконтроллера............................................................

         3.3 Описание интерфейса RS-232C.......................................................

         3.4 Выбор семисегментного индикатора.................................................

    4 Построение  схемы электрической принципиальной..................................

    5 Расчетная часть..............................................................................................

         5.1 Расчет потребляемой мощности........................................................

         5.2 Расчет быстродействия.......................................................................

         5.3 Расчет надежности..............................................................................

    6 Выбор  метода изготовления печатной  платы...........................................

    7 Разработка  алгоритма управляющей программы микроконтроллера....

    8 Техника  безопасности и вопросы экологии...............................................

       Заключение  ..................................................................................................

       Список  литературы.......................................................................................

       Приложение  А схема электрическая принципиальная...........................

       Приложение  Б схема электрическая структурная....................................

       Приложение В перечень элементов.........................................................  

 

 

      ВВЕДЕНИЕ                                                                 

       

     Система сбора информации — комплекс средств, предназначенный для работы совместно с персональным компьютером, либо специализированной ЭВМ и осуществляющий автоматизированный сбор информации о значениях физических параметрах в заданных точках объекта исследования с аналоговых и/или цифровых источников сигнала, а также первичную обработку, накопление и передачу информации.

     Информационно - измерительные и управляющие  цифровые микропроцессорные системы, к которым относится проектируемое устройство сбора цифровой информации, предназначены для измерения, сбора, обработки, хранения и отображения информации с реальных объектов. Такие системы используются практически во всех отраслях народного хозяйства для контроля и управления технологическими процессами, накопления статистических данных.

     Мы  будем использовать ССИ на основе модулей сбора данных с внешним интерфейсом RS-232с и Мультиплексорный способ получения информации.

     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.

     Если  же к контроллеру предъявляются  особенные требования, такие, как  работа в условиях тряски, расширенном диапазоне температур, воздействия агрессивных сред, то приходится использовать промышленные варианты универсальных компьютеров. Естественно, что эти компьютеры значительно дороже обычных универсальных компьютеров, но всё равно они позволяют экономить время разработки системы, за счёт того, что не нужно вести разработку аппаратуры контроллера.

     Контроллеры требуются не только для больших  систем, но и для малогабаритных устройств таких как радиоприёмники, 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. И следовательно там где нужны контроллеры там нужны и системы сбора информации, допустим на том же самом сотовом телефоне или в магнитофоне.

     

     В данном курсовом проекте будет разработана цифровая система сбора, 53-ти канальный сбор цифровой информации на базе микроконтроллера PIC16F877, который будет позволять задавать номер канала с помощью кнопок, указывать номер канала на семисегментном индикаторе, и передавать обработанную информацию через RS-232c в персональный компьютер. В первом разделе будет рассмотрены сигналы, их классификация и их характеристики, Способы построения ССИ, Пример реализации С/С цифровой инф. Во втором разделе будет построена структурная схема устройства. В третьем разделе будет произведен выбор элементной базы, будут рассмотрены характеристики и преимущества этих элементов и будет сказано почему выбраны именно эти элементы, а также будут описания выбранного микроконтроллера и RS-232c.В четвертом разделе будет построена схема электрической принципиальной. В пятом разделе будет проведен расчет потребляемой мощности, быстродействия и надежности. В шестом разделе будет выбран метод изготовления печатной платы. В седьмом разделе будет разработка алгоритма управляющей программы микроконтроллера.

     

     Также в работе приведен список использованной литературы.  

     1 ОБЗОРНАЯ ЧАСТЬ

                  

     1.1 Виды сигналов

     Сигнал  определяется как напряжение или  ток, который может быть передан  как сообщение или как информация. По своей природе все сигналы являются аналоговыми, будь то сигнал постоянного или переменного тока , цифровой или импульсный. Тем не менее, принято делать различие между аналоговыми и цифровыми сигналами.

     Цифровым  сигналом называется сигнал, определённым образом обработанный и преобразованный в цифры. Обычно эти цифровые сигналы связаны с реальными аналоговыми сигналами, но иногда между ними и нет связи. В качестве примера можно привести передачу данных в локальных вычислительных сетях (LAN) или в других высокоскоростных сетях .

     В случае цифровой обработки сигнала (ЦОС) аналоговый сигнал преобразуется  в двоичную форму устройством, которое  называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). На выходе АЦП получается двоичное представление аналогового сигнала, которое затем обрабатывается арифметическим цифровым сигнальным процессором (DSP). После обработки содержащаяся в сигнале информация может быть преобразована обратно в аналоговую форму с использованием цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

     Другой ключевой концепцией в определении сигнала является тот факт , что сигнал всегда несет некоторую информацию. Это ведет нас к ключевой проблеме обработки физических аналоговых сигналов - проблеме извлечения информации. 

     Классификация сигналов                                                                     По физической природе носителя информации:                                        электрические, электромагнитные, оптические, акустические и др.;

     По  способу задания сигнала:

                                                                                                                                   регулярные (детерминированные), заданные аналитической функцией; нерегулярные (случайные), принимающие произвольные значения в любой момент времени. Для описания таких сигналов используется аппарат теории вероятностей.

     

                        Рис. 1.1

                        

     В зависимости от функции, описывающей  параметры сигнала, выделяют аналоговые, дискретные, квантованные и цифровые сигналы.:               непрерывные (аналоговые), описываемые непрерывной функцией; дискретные, описываемые функцией отсчетов, взятых в определенные моменты времени; квантованные по уровню; дискретные сигналы, квантованные по уровню (цифровые).

     Аналоговый  сигнал (АС).