Розробка програмного забезпечення

Міністерство  освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

 

 

Факультет функціональної електроніки та лазерної техніки

 

Кафедра лазерної та оптоелектронної  техніки

 

 

 

 

ЦИФРОВИЙ ТЕРМОМЕТР

 

 

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни:

“Цифрові пристрої та мікропроцесори”

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

ВДТУ 7.091101.А20078.0

 

 

 

 

Виконав:       ст. гр. ЛОТ-00 Клімкіна Д.І.

 

Прийняв:                                                                Тарновський М.Г.

 

 

2003

АНОТАЦІЯ

 

Дана робота присвячена розробці такого пристрою як цифровий термометр. В роботі проаналізовано сучасну елементну базу для цифрових пристроїв, розглянуто основний принцип дії термометра та розроблено його принципову схему. Окреме місце в роботі посіла і розробка програмного забезпечення. Результати роботи подано в додатках у вигляді креслень та тексту програми на Assembler.

 

 

АННОТАЦИЯ

 

Данная работа посвящена  разработке такого устройства как цифровой термометр. В работе проанализирована современная элементная база для  цифровых устройств, рассмотрен основной принцип действия термометра и разработана его принципиальная схема. Отдельное место в работе отведено разработке программного обеспечения. Результаты работы представлены в приложениях в виде чертежей и текста программы на Assembler.

 

ABSTRACT

 

This work is denoted such device development as a numerical thermometer. The modern element base for numerical devices is analyzed. Besides main principle of actions of thermometer and its principle scheme are designed in this work. Software development takes special place in this work. Results of designing are presented in exhibits in the manner of drawings and text of program on Assembler.

 

ЗМІСТ

     Вступ

1. Аналіз теми та інженерна інтерпретація…………………………………………….

 

2.   Розробка апаратних засобів:

  2.1. Розробка структурної схеми пристрою............................................……………….

2.2.  Вибір елементної бази........…………………………………………………………

      2.3.  Розробка принципової схеми пристрою.............................................……………..

 

3.   Розробка програмного забезпечення:

      3.1. Алгоритм роботи пристрою................................................................................……

     3.2. Програма..........................................................................……………………………

 

      Висновки.................................................................................................................................

 

     Література...............................................................................................................................

 

       Додатки

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

     Для сучасного етапу розвитку  техніки все більш характерне  інтенсивне і глибоке проникнення її в різні галузі мікропроцесорів, які радикально перетворюють властивості багатьох пристроїв і відкривають можливості їх застосування. За широтою та ефективністю використання мікропроцесорів одне з перших місць посідає інформаційно-вимірювальна техніка.

     Мікропроцесор – це напівпровідниковий  прилад, який складається з однієї або кількох програмно-керуючих великих інтегральних схем і виконує функції автоматичної обробки інформації. Сучасні мікропроцесорні вимірювальні прилади можуть бути подані як засоби вимірювання, що здійснюють двосторонню взаємодію: з оператором і системою збирання інформації, і односторонньою: з об’єктом вимірювання і навколишнім середовищем. Застосування у вимірювальних приладах мікропроцесорів, що мають можливість програмної обробки інформації, вводить у прилад деякий „інтелект” і дозволяє не тільки поліпшити  параметри приладу, але й надати йому абсолютно нових якостей.

     Мікропроцесорне управління в  вимірювальних приладах дозволяє  здійснити:

• Розширення вимірювальних можливостей. Застосування мікропроцесорів /МП/ дозволяє істотно розширити можливості переліку параметрів сигналів і характеристик пристроїв. Це пов’язано, перш за все, з використанням, здавалося б, застарілих видів вимірювань: непрямих та сукупних. Через необхідність застосування кількох приладів, зняття деяких відліків і наступних обчислень непрямі вимірювання сприймаються багатьма експериментаторами як примітивні, несучасні. Корінним чином змінюється положення при включенні до складу приладу мікропроцесорів. За командою, одержаною з клавіатури, автоматично відповідно до заданої програми визначаються режими вимірювань, запам’ятовуються результати прямих вимірювань, виконуються необхідні обчислення і видається значення вимірюваної фізичної величини на дисплей.
• Поліпшення метрологічних характеристик. Наявність у приладі МП дозволяє скоригувати, виключити систематичні похибки і зменшити вплив випадкової складової похибки. Інваріантність, реалізована за допомогою мікропроцесорів, дозволяє додатковими вимірюваннями і операціями над ними виробити таку корекцію результату вимірювання, яка дозволить  у відомих межах зробити результат вимірювання нечутливим до зовнішніх умов, змін внутрішніх параметрів приладу і інформативних параметрів вимірюваного сигналу.
• Сервіс. У процесі взаємодії приладу з оператором останньому надається значний сервіс у розумінні як надання результатів у зручній формі, так і спрощення керування приладом. Легко реалізується нормалізація результату, збільшення інформативності зображення результату вимірювання шляхом зміни кольору, мигтіння, звукової сигналізації тощо.
• Організація вимірювальних систем. Прилад, що містить МП, як правило, оснащений чи доповнений різними інтерфейсами, що дозволяють вмикати його до мікро-ЕОМ. Це дає можливість об’єднувати певну сукупність приладів у єдину вимірювальну систему.

    Однак,  розглядаючи питання побудови  цифрового пристрою, досить важливим  є питання щодо вибору відповідної  елементної бази. При виборі мікропроцесора  слід уважно проаналізувати його  швидкодію, з’ясувати чи достатня вона для вирішення поставленого завдання. Крім того слід пам’ятати, що достатня кількість різноманітних мікропроцесорних засобів хоча і надає великі можливості, але без сумніву ускладнює процедуру вибору базового  мікропроцесора для засобу вимірювання, що проектується.

    Усі  ці аспекти і будуть докладно  розглянуті в даному курсовому  проекті.

1. АНАЛІЗ ТЕМИ ТА ІНЖЕНЕРНА ІНТЕРПРИТАЦІЯ

     Температура є фізичною величиною, яка характеризується внутрішньою енергією кіл і безпосередньому вимірюванню не піддається. Тому всі методи вимірювання температури основані на перетворенні її в іншу фізичну величину, яка піддається безпосередньому вимірюванню.

    В сучасному промисловому виробництві, наукових дослідах, при дослідженні матеріалів і зразків вимірювання температури є найбільш розповсюдженими. Широкий діапазон вимірювальних температур, різноманітність умов використання засобів вимірювання і вимог до них визначають, з одного боку, різноманітність засобів вимірювання температури, а з другої сторони, необхідність розробки нових типів первинних перетворювачів.

    Різноманітні засоби вимірювання температури можна поділити за типом первинних вимірювальних перетворювачів.

    В  діапазоні низьких і середніх температур використовуються в основному контактні методи вимірювання, причому найбільш широко на практиці використовуються первинні перетворювачі в виді термометрів опору і термопар. При цьому необхідно враховувати, що в більшості випадків температуру необхідно вимірювати в багатьох точках об’єкта і дистанційно, тобто первинні перетворювачі можуть бути віддалені від вторинного вимірювального приладу на великі відстані.

    У  загальному разі прилади для  вимірювання температури конструктивно  складається з двох самостійних  вузлів: датчика і вторинного вимірювального приладу, які можуть розміщуватись на значній відстані один від одного і з’єднуватись лініями зв’язку. Датчиком приладу називається конструктивна сукупність одного або кількох вимірювальних перетворювачів, розміщених безпосередньо біля об’єкта вимірювання, які використовуються для перетворення неелектричної величини в електричну. Основний принцип дії темп. датчика та аналіз сучасного стану їх розвитку буде подано в пункті 2.

    Розглянемо та проаналізуємо технічне завдання курсового проекту. За умовою необхідно розробити простий однофункціональний термометр, який би мав:

• діапазон вимірюваних температур приблизно -40⁰ - +120⁰С;
• точність вимірювань  0,5°С;

     Згідно поставленої задачі вже  на первинному етапі розробки  цифрового пристрою за основу було обрано однопровідну мережу MicroLAN компанії Dallas Semiconductor. Датчики цієї фірми широко представлені на сучасному ринку. Вони є малими за розміром, а також досить дешевими (приблизно 2$). Саме ці датчики дозволять сконструювати доволі простий у реалізації та надійний термометр із необхідною точністю та діапазоном вимірюваних температур. Вибір конкретної моделі буде представлено при аналізі сучасної елементної бази (пункт 2.2).

      Оскільки особливих вимог до  області використання термометра в технічному завданні пред’явлено не було, то в роботі буде представлена розробка побутового, «домашнього» цифрового термометра. Сучасна елементна база дозволяє наділити термометр додатковими функціями: це може бути і термометр-годинник, і термостат і т.д. Однак замість того всі зусилля були спрямовані на якість та зручність пристрою. Було дотримано високої точності, показання термометра виявились досить стабільними (навіть в сотих долях немає стрибків), температура змінюється досить плавно. Однією із зручностей розробленого пристрою є і світлодіодна індикація, яка забезпечує кращу видимість в порівнянні з РК-індикаторами, навіть в поєднанні з підсвічуванням. Крім того термометр має автономне живлення. Для того, щоб збільшити строк дії цього джерела, термометр вмикається кнопкою, а через п’ять секунд автоматично відключається. Живлення від мережі також можливе, для цього термометр оснащений спеціальним розйомом. При живленні від мережі пристрій ввімкнений постійно.

     В свою чергу така простота дозволила виконати побутовий термометр максимально зручним: пристрій включає в себе два термодатчики – зовнішній та внутрішній по відношенню до кімнати, - що не ускладнило схеми через їх паралельне включення, однак дало змогу одночасно вимірювати як кімнатну температуру, так і температуру зовнішнього середовища.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РОЗРОБКА АПАРАТНИХ  ЗАСОБІВ

     2.1. Розробка структурної схеми пристрою

     Цифровий термометр складається з таких основних блоків:

 

• цифрового датчика температури;
• блока керування;
• ПЗП даних;
• блока індикації;
• клавіатури;
• вторинного джерела живлення.

 

     Зобразимо це у вигляді структурної  схеми цифрового термометра та  проаналізуємо функції кожного  з блоків:

         

        Рис. 1  Структурна схема цифрового термометра

    

     В даній схемі:

     -  цифровий датчик температури служить для прямого перетворення температури в цифровий код. При цьому він не вимагає додаткових аналогово-цифрових перетворювачів, подаючи сигнал у цифровій формі на блок керування. Принцип дії цифрових датчиків температури фірми DALLAS заснований на підрахунку кількості імпульсів, вироблених генератором з низьким температурним коефіцієнтом у тимчасовому інтервалі, що формується генератором з великим температурним коефіцієнтом. Лічильник ініціалізується значенням, що відповідає -55°C (мінімальній вимірюваній температурі). Якщо лічильник досягає нуля перед тим, як закінчується часовий інтервал (це означає, що температура більше -55°C), то регістр температури, що також є ініціалізований значенням -55°C, інкрементується. Одночасно лічильник встановлюється новим значенням, що задається схемою формування нахилу характеристики. Ця схема потрібна для компенсації параболічної залежності частот генераторів від температури. Лічильник знову починає працювати, і якщо він знову досягає нуля, коли інтервал ще не закінчений, процес повторюється знову. Схема формування нахилу завантажує лічильник значеннями, що відповідають кількості імпульсів генератора на один градус Цельсія для кожного конкретного значення температури. По закінченню процесу перетворення регістр температури буде містити значення температури.

     -   блок керування реалізований як мікропроцесорний пристрій. В даній схемі МП виконує обробку інформації, що надходить від датчика температури у вигляді цифрового коду (формує адреси команд, видає команди з пам’яті, дешифрує їх, виконує над ними операції – передбачені команди, при необхідності записує результат в пам’ять, формує керуючі сигнали для обміну) із врахуванням зовнішнього сигналу від клавіатури. Дії МП керуються даними, що зберігаються в ПЗП.

     -  ПЗП даних – постійно-запамятовуючий пристрій – призначений для постійного зберігання програми керування мікропроцесорним пристроєм та при необхідності сукупності констант.

     -    блок індикації   призначений для візуального відображення результатів обробки інформації блоком керування;

• клавіатура служить для корегування роботи блока керування. Використовуючи набір кнопок SEL, UP, DN, EXT (конкретні функції яких будуть розглянуті пізніше, див п.2.3), користувач формує інформативні  сигнали, на які реагує МП.
• вторинне джерело живлення забезпечує цифровий датчик, блок керування та ПЗП, клавіатуру, а також блок індикації необхідним рівнем напруги.