Цифровой термометр на микропроцессоре AVR-MEGA 128

Рисунок 3.3 - УГО ADM202_SO16

Микросхема ADM202_SO16 позволяет осуществлять связь по интерфейсу RS232C одновременно с двумя устройствами.

Для формирования правильного импульса сброса в момент включения питания к выводу (RESET) микроконтроллера подключена RC-цепочка (R11,C9). Эта цепь используется для задержки запуска микроконтроллера при включении питания, что нужно для его правильного запуска, а также для ручного перезапуска микроконтроллера нажатием на кнопку SВ1 . Цепь сброса по включению питания обеспечивает запрет включения процессора до тех пор, пока напряжение питания не достигнет безопасного уровня. После того, как напряжение питания достигнет уровня включения, процессор не включается до тех пор, пока встроенный таймер не обработает несколько периодов сторожевого таймера. Внешний сброс обрабатывается по низкому уровню на выходе RESET. Вывод должен удерживаться в низком состоянии, по крайней мере, два периода тактовой частоты. После снятия сигнала 0 с вывода RESET через некоторое время микроконтороллер запускается. Кроме того, для информирования пользователя о рабочем режиме подключается светодиод VD3. Этот светодиод мигает зеленым цветом, когда производится чтение значений температуры из датчика. В остальное время светодиод не горит. Так как чтение значений температуры происходит непрерывно, кроме случаев прерывания вызванных для связи с компьютером, то светодиод мигает с периодом 0,8 мс. И перестает мигать в момент обмена информацией с компъютером [1].

К выводам 23 (XTA/L1) и 24 (XTA/L1) МК подсоединяется кварцевый резонатор ZQ1 с частотой 14 МГц. Для облегчения запуска тактового генератора необходимо подключение двух конденсаторов С7 и С8.

Устройство получает питание от аккумулятора напряжением 5 В через сглаживающий С-фильтр, состоящий из конденсаторов С5и С6 и стабилизатора напряжения. К вспомогательным устройствам относятся автоматический выключатель QF1 и индикатор включения - светодиод VD5. Резистор R7 ограничивает ток через светодиод. Стабилизатор напряжения включается между выходом выпрямителя и нагрузкой. Он выполнен на микросхеме DD3 типа КР142ЕН5А.

В качестве резисторов были выбраны резисторы МЛТ. Это металлопленочные резисторы, которые содержат резистивный элемент в виде очень тонкой металлической пленки, осажденной на основание из керамики, стекла, слоистого пластика, ситалла или другого изоляционного материала. Металлопленочные резисторы характеризуются высокой стабильностью параметров, слабой зависимостью сопротивления от частоты и напряжения и высокой надежностью. Недостатком некоторых металлопленочных резисторов является пониженная надежность при повышенной номинальной мощности, особенно при импульсной нагрузке. ТКС резисторов типов МЛТ не превышает 0,02% °С. Уровень шумов резисторов группы А не более 1 мкВ/В, группы Б - не более 5 мкВ/В.

Конденсаторы С6 - типа К53 - 4 - электролитический, оксиднополупроводниковый. Конденсаторы С1…С5, С9,С10 типа КМ-6- это керамические монолитные конденсаторы, широко применяется в разнообразных контурах и цепях радиоаппаратуры УКВ и КВ в качестве блокировочных, переходных и т.д.

Конденсаторы С7,C8 типа КЛС - конденсаторы керамческие литые секционные. Это конденсаторы постоянной емкости, общего назначения, которые предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока.

Программирование МК осуществляется через разъем XP2.

4. Разработка алгоритма работы микроконтроллера

Программа работы микроконтроллера заключается в следующем:

при нажатии кнопки RESET (SB1) производится непрерывный (циклический) опрос датчика и сохранение полученных значений температуры в ОЗУ.

непрерывлый вывод полученных значений температуры на ЖКИ индикатор (цифровое отображение информации на экране)

формирование сигнала предупреждения с помощью блока светодиодов в случае выхода значения температуры за пределы 300С<Т<400С (согласно техническому заданию).

Алгоритм программы приведен на рисунке 4.1.

Первым действием в программе производятся начальные установки микроконтроллера. В них устанавливается указатель стека на последнюю ячейку ОЗУ, исходное состояние каналов связи с датчиками температуры и UART, скорость обмена по UART, разрешаются прерывания от таймера/счетчика0 и от UART, переписывается количество и индивидуальные адреса датчиков температуры из EEPROM в ОЗУ, в регистры записываются необходимые константы.

Когда начальные установки завершены, начинается часть программы, которая производит опрос датчика температуры. Она будет циклически повторятся, пока подводится питание к микроконтроллеру или пока не возникнет запрос на прерывание. Опрос датчика температуры начинается с сигнала сброса на линии (блок 2 рисунок 4.1) Затем следует команда игнорирования адреса датчика температуры SKIP ROM [CCh].

Команда начала измерения температуры CONVERT T [44h] (блок 4, рисунок 4.1) разрешает преобразование значений температуры в цифровой вид для датчика.

Рисунок 4.1 - Алгоритм работы микроконтроллера

Аналого-цифровое преобразование значений температуры занимает время от 750 мс до 800 мс. Поэтому, чтобы получить правильное значение температуры, необходимо выждать паузу 800 мс (блок 5, рисунок 4.1). Пауза выдерживается с помощью таймера/счетчика 0. Во время паузы можно совершать другие действия (например, произвести обмен данными с компьютером или вывести результаты на ЖКИ).

После паузы производится опрос датчика. Опрос датчика начинается с сигнала сброса на линии связи с датчиком (блок 6, рисунок 4.1). После сигнала сброса и ответного сигнала от датчика следует команда MATCH ROM [55h]. Эта команда сообщает датчику, что после неё на линии связи будет выставлен индивидуальный 64-х битовый адрес датчика. После того, как адрес выставлен на линии, датчик температуры сравнивает выставленный адрес со своим собственным адресом, и, после этого к работе с микроконтроллером датчик готов.

В блоке 7 производится чтение значения температуры и запись его в соответствующие ячейки ОЗУ.

В блоке 8 производится ветвление программы: если измеренное значение температуры не выходит за пределы 300С<Т<400С , то результат выводится на экран ЖКИ (блок 9). Если же измеренное значение температуры выходит за пределы диапазона, то загорятся световые индикаторы: VD1- если температура меньше 30 0С или VD2 -если больше 400С (блок 10).

Если необходимо продолжать измерять температуру (блок 11), то переходят к блоку 4, если нет, то тогда происходит завершение программы.

Программа работы микроконтроллера для измерения температуры приведена в приложении А.

Заключение

В данном курсовом проекте был разработан цифровой термометр, позволяющий снимать температуру датчиком температуры ТМР35, обрабатывать полученную информацию и выводить результат измерений в цифровом виде на экран ЖК индикатора. Также с помощью последовательного интерфейса возможна их передача на экран персонального компьютера для получения и сохранения неограниченного количество этих значений, проведения статистического анализа и слежение за изменением температуры во времени для разных этапов измерения.

В ходе проектирования были разработаны структурная и принципиальная электрическая схемы, алгоритм работ и текст программы для микроконтроллерной системы.

Таким образом, разработанный цифровой термометр является компактным, переносным устройством, дающим точную информацию о температуре, что позволяет расширить возможности измерений.

Список источников информации

1. Голубцов М.С., Кириченкова А.В. Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному. Изд.2-е, испр. И доп. - М.: СОЛОН- Пресс, 2006. 304с.- (Серия «Биб-лиотека инженера»).

2. Китаев Ю.В. Основы программирования микроконтроллеров AT MEGA128 и 68HC908. Учебное пособие : СПб: СпбГУ ИТМО, 2007, 107с.

УДК 681.32

3. Low Voltage Temperature Sensors. TMP35/TMP36/TMP37

4. http://pdfserv.maxim-ic.com/arpdf/DS18S20.pdf. Датчики для измерения температуры.

5. Температурные измерения. Справочник./ Геращенко О.А. Гордов А.Н., Еремина А.К., и др.; отрв. Ред. Геращенко О.А.; АН УССР Ин-т проблем энергосбережения. - Киев: Наук. думка, 1989г. 704 с.

6. http://www.chip-dip.ru/product0/61922.aspx Кнопки тактовые.

Приложение А

Текст программы

; Системные определения для 320 STK/EVK

TOOL SET 0 ; 0 = STK/EVK ОЗУ

; 1 = Симулятор

; 2 = Встроенное ПЗУ

STACK EQU 003DEH ; Указатель стека

RAM_ORIG EQU 00200H ; Начальный адрес памяти ОЗУ

ROM_ORIG EQU 0C100H ; Начальный адрес памяти ПЗУ

IF TOOL = 0

I_VECTORS EQU 003FFH ; Вектора прерываний в ОЗУ

MAIN EQU RAM_ORIG+20H ; Стартовый адрес программы в ОЗУ

BTLOAD EQU 035H ; Прерывания раз в 0,5 сек.

ELSEIF TOOL = 1

I_VECTORS EQU 0FFFFH ; Вектора прерываний в ПЗУ

MAIN EQU ROM_ORIG ; Стартовый адрес программы в ПЗУ

BTLOAD EQU 011H ; Частые прерывания (не 1 сек)

ELSE

I_VECTORS EQU 0FFFFH ; Вектора прерываний в ПЗУ

MAIN EQU ROM_ORIG ; Стартовый адрес программы в ПЗУ

BTLOAD EQU 035H ; Прерывания раз в 0,5 сек.

.ENDIF

; Определения для АЦП на базе модуля TIMER PORT

TPCTL EQU 04BH ;Рег.управ.модулем TIMER PORT (04BH)

TPSSEL0 EQU 040H ;Источник тактирования:0=CMP,

;1=ACLK (Бит 6 в TPCTL)

ENB EQU 020 ;Контроль сигнала EN1 в TPCNT1

;1(+ENA=1)=CMP (Бит 5 в TPCTL)

ENA EQU 010H ;Контроль сигнала EN1 в TPCNT1

;1(+ENB=1)=CMP (Бит 4 в TPCTL)

EN1 EQU 008H ;Сигнал ENABLE в TPCNT1 только

;для чтения (Бит 3 в TPCTL)

RC2F EQU 004H ;Флаг перепол.TPCNT2(Бит2в TPCTL)

EN1FG EQU 001H ;Флаг EN1 (Бит 0 в TPCTL)

TPIE EQU 004H ;Разреш.прерыв.от TIMER(Бит3вIE2)

TPCNT1 EQU 04CH ;Младший байт счётчика

TPCNT2 EQU 04DH ;Старший байт счётчика

TP EQU 04EH ;Регистр данных TP(0-5=Выход TP,

;6=CPON,7=B16=2x8 Бит или1x16Бит

B16 EQU 080H ;Раздел.тайм-ы(0)или один16-бит(1)

CPO EQU 040H ;Компаратор выкл (0) / вкл (1)

TPDMAX EQU 002H ;бит вых.TPD.MAX(2=Бит1=TPD.1)

TPE EQU 04FH ;Рег.разреш.выходов 0-5=биты разреш

.TPD (6-7=ист.тактир.TPCNT2)

MSTACK EQU 03D2H ;1-е слово стека результата

PRESET EQU 0E8H ;Предустановка TPCNT2 для заряда С

;счёт останавливается при

;переполнении TPCNT2, значение

;рассчитано на постоянную врем.6RC

; Определения управляющих регистров

IE1 EQU 0H ;Регистр разрешения прерываний 1

IE2 EQU 01H ;Регистр разрешения прерываний 2

P01IE EQU 08H ;Разрешение прерываний отP0.1в IE1

BTIE EQU 080H ;Разреш.прерыв.от BASIC TIMER в IE2

IFG1 EQU 02H ;Регистр флагов прерываний 1

IFG2 EQU 03H ;Регистр флагов прерываний 2

LCDCTL EQU 030H ;Регистр управления ЖКИ

LCDM1 EQU 031H ;Первая ячейка памяти ЖКИ

BTCTL EQU 040H ;Регистр управления BASIC TIMER

BTCNT1 EQU 0046H ;Счётчик 1 BASIC TIMER

BTCNT2 EQU 0047H ;Счётчик 2 BASIC TIMER

WDTCTL EQU 0120H ;Регистр управления WATCHDOG

WDTHOLD EQU 080H ;Маска останова WATCHDOG

WDT_KEY EQU 05A00H ;Ключ доступа к WATCHDOG

WDT_STOP EQU 05A80H ;WATCHDOG маска + ключ

GIE SET 8H ;Общее разрешение прерываний

CPUOFF SET 10H ;Бит выключения CPU

OSCOFF SET 20H ;Бит выключения генератора

SCG0 SET 40H ;Контр.сист.тактирования,бит0

SCG1 SET 80H ;Контр.сист.тактирования,бит1

LPM0 SET CPUOFF ;Биты установки режима LPM0

LPM1 SET SCG0+CPUOFF ;Биты установки режима LPM1

LPM2 SET SCG1+CPUOFF ;Биты установки режима LPM2

LPM3 SET SCG1+SCG0+CPUOFF ;Биты установки режима LPM3

LPM4 SET OSCOFF+CPUOFF ;Биты установки режима LPM4

; Служебные регистры для вычисления сопротивления датчика

MLTPLR_HW EQU R5

TEN_K EQU R6

BITTEST EQU R7

MRESLT_HW EQU R8

MRESLT_LW EQU R9

LPCNTR EQU R10

RESULT EQU R11

; Начало программы

SECT ”MAIN”,MAIN

RESET MOV #STACK,SP ;Инициализация указателя стека

; Конфигурация периферии

SETUP

SETUPINT MOV.B #P01IE,&IE1 ;Разреш.P0.1/UART для S232

MOV.B #BTIE+TPIE,&IE2 ;Разреш.прерыв.от B.TIMER,&TMR.PORT

CLR.B &IFG1 ; Очистить все флаги прерываний

CLR.B &IFG2

EINT ;Разрешить прерывания

SETUPWDT MOV #WDT_STOP,&WDTCTL ; Остановить WATCHDOG TIMER

SETUPLCD MOV.B #0FFH,&LCDCTL ; ЖКИ STK, все сегменты, 4MUX

SETUPBT MOV.B #BTLOAD,&BTCTL ; Загруз.част.прерыв в BASIC TIMER

CLR.B &BTCNT1 ; Очистить счётчик BT 1

CLR.B &BTCNT2 ; Очистить счётчик BT 2

CLEARLCD MOV #15,R6 ; Очистить 15 ячеек памяти ЖКИ

CLEAR1 MOV.B #0,LCDM1-1(R6) ; записав туда «0»

DEC R6 ; Вся памяти ЖКИ очищена?

JNZ CLEAR1 ; нет, чистим дальше

; Начало основной программы

BEGIN BIS #LPM3,SR ; Установить SR-биты для LPM3

;Подпрограмма измерения с запрещёнными прерываниями. TP.2-.5 не

;используются поэтому переписаны. Используются только TPD.0 & 1.

;Начальная инициализация: Указатель стека = 0, Начало с TPD.1

;16-битный таймер, тактирование от MCLK, CIN разрешает счёт MEASURE PUSH.B #TPDMAX ;Сохранить в стеке для послед.использ.

CLR R8 ;Указатель для стека результата

MEASLOP MOV.B #(TPSSEL0*3)+ENA,&TPCTL

;TPCNT1 CLK=MCLK, EN1=1

;Конденсатор С заряжается на протяжении t>5нс.Используются выходы N-1

MOV.B #B16+TPDMAX-1,&TPD;один16-бит.счёт,выбор вых. заряда

MOV.B #TPDMAX-1,&TPE ; Разрешить выходы заряда

MOV.B #PRESET,&TPCNT2 ; Загрузить время заряда

BIS #CPUOFF,SR ; Режим понижен.потребления

MOV.B @SP,&TPE ;Разрешить только текущий датчик

CLR.B &TPCNT2

; Запрет.все прерыв.для обеспеч.непрерыв.работы тайм.и разряд конден.

DINT ; Запрет прерываний

CLR.B &TPCNT1 ; Очистить младший байт таймера

BIC.B @SP,&TPD ; Переключить все датчики в «0»

MOV.B #(TPSSEL0*3)+ENA+ENB,&TPCTL ;TPCNT1 CLK=MCLK,

; разрешить вход CIN

EINT ; Разрешить прерывания, общий старт

BIS #CPUOFF,SR ; Режим пониженного потребления

; EN=0:Завершение преобразования: 2X8 бит результата в MSTACK

; Сохранить результат в стеке

MOV.B &TPCNT2,MSTACK+1(R8)

; Сохранить старший байт результата

L$301 INCD R8 ; Инкремент адреса

RRA.B @SP ; Следующий выход TPD.X

JNC MEASLOP ; Если C=1 - завершение

INCD SP ; Убрать старший TPD из стека

; Вычисление сопротивления датчика

;Подпрограмма беззнакового умножения:MSTACK X TEN_K MRESLT_HW/MRESLT_LW

;Использованы рег.MSTACK,TEN_K,MLTPLR_HW,MRESLT_LW, MRESLT_HW, BITTEST

;Подпрограмма беззнакового умножения с накоплением

;(MSTACK X TEN_K) + MRESLT_HW|MRESLT_LW -> MRESLT_HW|MRESLT_LW

CALC_RES

MOV #10000,TEN_K ;Загрузить 10,000 десятичное в TEN_K

MPYU CLR MRESLT_LW ; 0 ? LSBS результата

CLR MRESLT_HW ; 0 ? MSBS результата

MACU CLR MLTPLR_HW ; 0 ? MSBS множителя

MOV #1,BITTEST ; Регистр проверки бит

L$002 BIT BITTEST,MSTACK ; Проверить текущий бит

JZ L$01 ; Если «0» ничего не делать

ADD TEN_K,MRESLT_LW ;Если «1»добавить множитель к резул

ADDC MLTPLR_HW,MRESLT_HW

L$01 RLA TEN_K ; Множитель X 2

RLC MLTPLR_HW

RLA BITTEST ; Проверить следующий бит

JNC L$002 ;Если бит в CARRY: завершить

; Подпрограмма беззнакового деления 32-бита на 16-бит

; Использованы регистры (MSTACK+2),MRESLT_LW,RESULT, LPCNTR, MRESLT_HW

; MRESLT_HW MRESLT_LW / (MSTACK+2) RESULT Остаток в MRESLT_HW

; По выходу: CARRY = 0: OK CARRY = 1: Частное > 16 Бит

DIVIDE CLR RESULT ; Очистить RESULT

MOV #17,LPCNTR ; Инициализация счётчика

DIV1 CMP MSTACK+2,MRESLT_HW

JLO DIV2

SUB MSTACK+2,MRESLT_HW

DIV2 RLC RESULT

JC RES_2_F ;Ошибка: RESULT > 16 Бит

DEC LPCNTR ; Декремент счётчика

JZ DIV3 ; 0: выход без ошибки

RLA MRESLT_LW

RLC MRESLT_HW

JNC DIV1

SUB MSTACK+2,MRESLT_HW

SETC

JMP DIV2

DIV3 CLRC ;Ошибки нет, C = 0

; Перевод сопротивления датчика в градусы Цельсия для отображения RES_2_F

CLR R12 ;Указат.на значение в табл.R

MOV #064H,R13 ;Поместить мин.темп.-1 в индик

JMP FIRST_CMP ;При первом сравн.1 не добав.

CHECK_R INCD R12 ;INC указат.на знач.в таб.cопрот.

DADD #1,R13 ;Десятичный инкремент счётчика

FIRST_CMP CMP RESIS_TAB(R12),RESULT

;Сравнить табличное значение с вычисленным сопротивлением

JNC CHECK_R ;Переход,если R датч.<табличного

;по адресу указателя

;Отобразить ”С” и знак «°» на ЖКИ

DISPLAY MOV.B #A+E+F+D,LCDM1+1 ;”С” ? дисплейная память ЖК

MOV.B #A+B+F+D,LCDM1+2 ;” °” (знак градуса)

; Отобразить значение, хранящееся в R13 в формате BCD на ЖКИ

MOV R13,R12 ;Копир.число в виде BCD в R12

MOV #LCDM1+4,R14 ;Младшая цифра в памяти ЖКИ; R14

BIC #0FFF0H,R13 ;Погасить всё,кроме младшей цифры

MOV.B LCD_TAB(R13),0(R14) ; Отпр.мл.цифру в ЖКИ

MOV R12,R13 ; Восстановить значение в R13

RRA R13 ; 4 сдвига

RRA R13

RRA R13

RRA R13

BIC #0FFF0H,R13 ; Погасить всё, кроме млад.цифры

MOV.B LCD_TAB(R13),1(R14) ;Отправить старшую цифру в ЖКИ

JMP BEGIN ; Переход к началу программы

; ЖКИ модуля STK

LCD_TYPE

A EQU01H

B EQU02H

C EQU10H

D EQU04H

E EQU80H

F EQU20H

G EQU08H

H EQU40H

LCD_TAB BYTE A+B+C+D+E+F ; Отображает”0”

.BYTE B+C ; Отображает”1”

.BYTE A+B+D+E+G ; Отображает”2”

.BYTE A+B+C+D+G ; Отображает”3”

.BYTE B+C+F+G ; Отображает”4”

.BYTE A+C+D+F+G ; Отображает”5”

.BYTE A+C+D+E+F+G ; Отображает”6”

.BYTE A+B+C ; Отображает”7”

.BYTE A+B+C+D+E+F+G ; Отображает”8”

.BYTE A+B+C+D+F+G ; Отображает”9”

; Табл.сопротив.30-40 °C. Значения = KОмыX1000-в 3 децимальных цифры

.EVEN ; Выравнивание по чётному адресу

RESIS_TAB

.WORD 12953 ;300C

.WORD 12666

.WORD 12378

.WORD 12090

.WORD 11858

.WORD 11626

.WORD 11393

.WORD 11161

.WORD 10929

.WORD 10353 ;400C

; Вектора прерываний

.EVEN ; Выравнивание по чётному адресу

.SECT ”INT_VECT”,I_VECTORS-31

.WORD RESET ; PORT0, Биты 2 .. 7

.WORD BTINT ; BASIC TIMER

.WORD RESET ; Нет источника

.WORD RESET ; Нет источника

.WORD RESET ; Нет источника

.WORD TPINT ; TIMER PORT

.WORD RESET ; Нет источника

.WORD RESET ; Нет источника

.WORD RESET ; Нет источника

.WORD RESET ; Нет источника

.WORD RESET ; WATCHDOG/TIMER, Режим таймера

.WORD RESET ; Нет источника

.WORD RESET ; UART

.WORD RESET ; P0.0

.WORD RESET ; NMI, Сбой генератора

.WORD RESET ; POR,Внеш. Reset, WATCHDOG

.END

Страницы: 1, 2