Разработка автоматизированной системы управления бытовой хлебопечкой на базе микроконтроллера

 

Технические характеристики отдельных компонентов  кристаллов:

1. Микроконтроллер: 
• Память программ - перезаписываемая Flash (дополнительно может адресоваться еще 64 кБ внешней памяти);
• Память данных - перезаписываемой Flash (дополнительно может адресоваться еще 16 MБ внешней памяти);
• Процессорное ядро совместимо с архитектурой 8051/52;
• Встроенный таймер защиты от зависания (Watchdog);
• Три 16-битных таймера/счетчика;
• 32 линии ввода/вывода (8 из которых - сильноточные);
• Девять источников прерываний с двумя уровнями приоритета;
• Встроенные последовательные интерфейсы UART, SPI, I2C;
• Тактирование: ADuC тактируется напрямую от внешнего кварцевого резонатора (до 20 МГц), ADuC842 использует внешний резонатор на 32 кГц с последующим <разгоном> во встроенной петле ФАПЧ до внутренней тактовой частоты ядра (не более 16.78 МГц);
• Три режима пониженного энергопотребления;
• Встроенный монитор питания

 

2. Аналоговая периферия:

• Восьмиканальный высокоточный 12-битный АЦП;
• Встроенный источник опорного напряжения (100 × 10-6/ °С);
• Высокая скорость аналоговых измерений;
• Возможность сверхбыстрой записи результатов измерений прямо в ОЗУ микроконтроллера;
• Два 12-битных ЦАП с выходом по напряжению;
• Встроенный в кристалл датчик температуры.

 

Рисунок 3.1 – Структурная схема  микроконтроллера ADuC812BS

3.2 Выбор и описание термодатчика

В качестве термодатчика в проектируемой  микропроцессорной системе был  выбран датчик DS18S20 фирмы Dallas Semiconductors.

 

Рисунок 3.1 – Внешний вид датчика

 

  Этот датчик обладает следующими техническими характеристиками:

• Уникальный 1-Wire  интерфейс требует один вывод порта для подключения 
• Каждое устройство имеет уникальный 64-битный серийный номер, помещенный в ПЗУ устройства
• Temperature Sensing Applications 
• Не требует навесных элементов
• Питается от линии передачи данных
• Напряжение питания в пределах от 3.0В до 5.5В 
• Измерение температуры от -55°C до 125°C (-67°F to +257°F)  с точностью до 0.1 C°
• Разрядность кода – 9 бит
• Время определения температуры – 750 мкс (максимум)
• Температурный контроль

3.3 Выбор и описание интерфейса между МК и датчиком

 

Считывание значения измеренной температуры, а также передача команды начала преобразования и других команд производится с помощью 1-проводного интерфейса (1-TM Wire ) фирмы DALLAS. На основе этого интерфейса фирма DALLAS даже создала сеть, называемую microLAN (или µLAN). Для работы в этой сети выпускается целый ряд устройств, таких как адресуемые ключи, АЦП, термометры, часы реального времени, цифровые потенциометры. Кстати, такой же протокол обмена имеют и цифровые ключи IButton (или Touch Memory), которые сейчас широко используются в системах ограничения доступа. 

Протокол, который используется 1-проводным  интерфейсом, достаточно прост. В любой  момент времени на 1-проводной шине можно выделить устройство-мастер, которым может быть микропроцессор или компьютер, и подчиненное устройство, в нашем случае это микросхема термометра. Так как у нас на шине присутствуют только мастер и всего одно подчиненное устройство, можно опустить всё то, что связано с адресацией устройств. В результате требуется знать лишь протокол передачи байтов, которые могут являться командами или данными. 

Вначале рассмотрим аппаратную конфигурацию. 1-проводная шина является двунаправленной. На рис. 4 показана аппаратная конфигурация интерфейсной части DS18S20 и мастера шины. У каждого 1-проводного устройства к шине подключен вход приемника и выход передатчика с открытым стоком. Открытый сток позволяет подключать к шине множество устройств, обеспечивая логику «монтажное или».

Генератор тока 5мкА обеспечивает на входе 1-проводного устройства низкий логический уровень, когда шина не подключена. Так как линия тактового сигнала отсутствует, обмен является синхронным. Это означает, что в процессе обмена нужно достаточно точно выдерживать требуемые временные соотношения. 

 

 

Рисунок 3.2 - Аппаратная конфигурация интерфейсной части 

1-проводных устройств

 

1-проводная шина оперирует с  TTL-уровнями, т.е. логическая единица  представлена уровнем напряжения  около 5В, а логический ноль  – напряжением вблизи 0В. В исходном состоянии на линии присутствует уровень логической единицы, который обеспечивается подтягивающим резистором номиналом около 5Ком. 

Инициатором обмена по 1-проводной  шине всегда выступает мастер. Все  пересылки начинаются с процесса инициализации. Инициализация производится в следующей последовательности (рис. 5): 

 

 

Рисунок 3.3 – Процесс инициализации

 

Мастер посылает импульс сброса (reset pulse) - сигнал низкого уровня длительностью не менее 480 мкс. За импульсом сброса следует ответ подчиненного устройства (presence pulse) - сигнал низкого уровня длительностью 60 - 240 мкс, который генерируется через 1 - 60 мкс после завершения импульса сброса. 

Ответ подчиненного устройства даёт мастеру понять, что на шине присутствует термометр и он готов к обмену. После того, как мастер обнаружил ответ, он может передать термометру одну из команд. Передача ведётся путём формирования мастером специальных временных интервалов (time slots). Каждый временной интервал служит для передачи одного бита. Первым передаётся младший бит. Интервал начинается импульсом низкого уровня, длительность которого лежит в пределах 1 - 15 мкс. Поскольку переход из единицы в ноль менее чувствителен к ёмкости шины (он формируется открытым транзистором, в то время как переход из ноля в единицу формируется подтягивающим резистором), именно этот переход используют 1-проводные устройства для синхронизации с мастером. В подчиненном устройстве запускается схема временной задержки, которая определяет момент считывания данных. Номинальное значение задержки равно 30 мкс, однако, оно может колебаться в пределах 15 - 60 мкс. За импульсом низкого уровня следует передаваемый бит. Он должен удерживаться мастером на шине в течение 60 - 120 мкс от начала интервала. Временной интервал завершается переводом шины в состояние высокого уровня на время не менее 1 мкс. Нужно отметить, что ограничение на это время сверху не накладывается. Аналогичным образом формируются временные интервалы для всех передаваемых битов (рис. 6): 

 

 

Рисунок 3.4 – Передача бита по 1-проводной шине

3.4 Выбор и описание модулей структурной схемы МПС

 

 

 

 

 

3.5 Разработка функциональной и электрической принципиальной схем МПС

 

 4 Разработка программных средств микропроцессорной системы

4.1 Определение структуры программы

4.2 Разработка схемы алгоритма программы

4.3 Выбор среды программирования

4.4 Разработка текста программы

4.5 Описание эмуляции МПС на  стенде SDK 1.1

 

 

5 Заключение

 

Список использованных источников

 

1. Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия, 2-е издание – СПб.: Питер, 2003. - 923 с.: ил.
2. Булатов В. Н. Элементы и узлы информационных и управляющих систем (Основы теории синтеза): Уч. пособие. – Оренбург: ГОУ ВПО ОГУ, 2003. - 200 с.
3. Пей Ан Сопряжение ПК с внешними устройствами: 2-е издание на русском языке. – СПб.: Питер, 2004. – 320 с.: ил.
4. Партала О. Н. Цифровая электроника – СПб.: «КОРОНА принт», 2000. – 208 с.: ил.
5. Дубовая Н.Д., Осокин В.И., Очков А.С. Измерения и контроль в микроэлектронике: Учебное пособие по специальностям электронной техники. - М.: Высш. Шк.,1984. - 367с.: ил.
6. Новиков Ю.В., Калашников О.А., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения для персоналького компьютера типа IBM PC. – М.: Издательство "ЭКОМ", 1998. – 250 с.: ил.
7. Якубовский С.В., Ниссельсон Л.Н., Кулешова В.Н. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1989.
8. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. – Челябинск: Металлургия, 1996. – 350с.
9. Васильев В.И., Гусев Ю.М., Миронов В.Н. Электронные промышленные устройства: Учебник для студ. вузов спец. «Пром.электрон.». – М.: Высш.шк., 1988.
10. Чернов В.Г. Устройства ввода-вывода аналоговой информации для цифровых систем сбора и обработки данных. – М.: Машиностроение, 1988.
11. Нортон Г.