Телефонный номеронабиратель

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА

(национальный исследовательский университет) (СГАУ)

 

ФАКУЛЬТЕТ №5

 

кафедра радиотехнических устройств

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

к курсовому проекту по дисциплине:

 

«Цифровые устройства»

 

Телефонный номеронабиратель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

Студент  Евдокимов Н.М. группа 542

Руководитель

проекта   Корнилин Д.В.

 

Работа защищена с оценкой______________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

САМАРА 2012

 

РЕФЕРАТ

 

 

Курсовой проект.

 

Пояснительная записка:  27 с.,   21 рис.,   6 источников,  1 приложение.

 

Графическая документация:  1Л А4.

 

 

СИГНАЛ, МИКРОКОНТРОЛЛЕР, ЦАП, КЛАВИАТУРА, СХЕМА, АЛГОРИТМ, ПРОГРАММА, ФАЙЛ БЛОК ПИТАНИЯ.

 

 

 

 

Производится выбор микроконтроллера для устройства формирования положительных прямоугольных импульсов, а так же выполняется разработка принципиальной схемы. Выбор вспомогательных элементов конструкции и расчет токов и напряжений в устройстве. Составлен алгоритм программы. Разработана программа для микроконтроллера. Была  произведена разработка блока питания для данного устройства.

 

 

 

 

Содержание

 

 

 

Введение

Первые микроконтроллеры компании MICROCHIP PIC16C5x появились в конце 80-х годов и благодаря своей высокой производительности и низкой стоимости составили серьёзную конкуренцию производимым в то время 8-разрядным МК с CISC-архитектурой.

Первое, что привлекает внимание в PIC-контроллерах — это простота и эффективность. В основу концепции PIC, единую для всех выпускаемых семейств, была положена RISC-архитектура с системой простых однословных команд, применение встроенной памяти программ и данных и малое энергопотребление.

Система команд базового семейства PIC18 содержит только 75 команд. Это сыграло свою роль в популяризации PIC-контроллеров. Все команды (кроме команд перехода) выполняются за один машинный цикл (или четыре машинных такта) с перекрытием по времени выборок команд и их исполнения, что позволяет достичь производительности до 5 MIPS при тактовой частоте 48 МГц.

Микроконтроллеры PIC имеют симметричную систему команд, позволяющую выполнять операции с любым регистром, используя любой метод адресации. Разработчики MICROCHIP так и не смогли отказаться от структуры с регистром-аккумулятором, необходимым участником всех операций с двумя операндами. Зато теперь пользователь может сохранять результат операции на выбор, где пожелает, в самом регистре-аккумуляторе или во втором регистре, используемом для операции.

Большинство PIC-контроллеров выпускаются с однократно программируемой памятью программ OTP с возможностью внутрисхемного программирования или масочным ROM. Для целей отладки предлагаются версии с ультрафиолетовым стиранием. Полное количество выпускаемых модификаций PIC-контроллеров составляет порядка пятисот наименований. Как утверждает MICROCHIP, продукция компании перекрывает весь диапазон применений 8-разрядных микроконтроллеров.

Особый акцент MICROСHIP делает на максимально возможное снижение энергопотребления для выпускаемых микроконтроллеров. При работе на частоте 4 МГц PIC-контроллеры, в зависимости от модели, имеют ток потребления меньше 1,5 мА, а при работе на частоте 32,768 КГц — ниже 15 мкА. Поддерживается “спящий” режим работы. Диапазон питающих напряжений PIC-контроллеров составляет 2,0...6,0 В.

Из программных средств отладки наиболее известны и доступны различные версии ассемблеров, а также интегрированная программная среда MPLAB. Российские производители программаторов и аппаратных отладочных средств также уделяют внимание PIC-контроллерам. Выпускаются как специализированные программаторы, такие как PICPROG, программирующие почти весь спектр PIC-микроконтроллеров, так и универсальные: UNIPRO, СТЕРХ, поддерживающие наиболее известные версии PIC.

 

 

1 Разработка структурной схемы  устройства

Составим структурную схему проектируемого устройства.

Рисунок 1 — Структурная схема устройства

Основной задачей решаемой при составлении структурной схемы является определение, и рациональное совмещение блоков устройства, которые подключаются к микроконтроллеру.

Проектируемое устройство содержит следующие узлы:

Кварцевый резонатор, работает как тактирующее устройство микроконтроллера. Резонатор обеспечивает наиболее удобную, подходящую частоту тактового генератора.

Матричная клавиатура на 12 клавиш со схемой организации 3х4.

МК — микроконтроллер PIC18F2550.

Формирователь — представляющий собой электронный ключ.

Блок питания — для преобразования постоянного напряжения 12В в напряжение 5В.

 

2 Разработка принципиальной схемы  устройства

Принципиальная электрическая схема и перечень использованных элементов приведены в приложении А.

Устройство состоит из:

• микроконтроллера;
• клавиатуры;
• формирователя;
• блока питания.

2.1 Микроконтроллер PIC18F2550

Характеристики PIC18F2550:

• Высокоскоростная RISC архитектура.
• 75 инструкций.
• Все команды выполняются за один цикл, кроме инструкций переходов, выполняемых за два цикла.
• Тактовая частота (макс.)

DC – 48 МГц, тактовый сигнал,

• 32к FLASH памяти программ.

256 байт EEPROM памяти данных.

• Система прерываний (13 источников).
• 8-уровневый аппаратный стек.
• Прямой, косвенный и относительный режим адресации.
• Сброс по включению питания (POR).
• Таймер сброса (PWRT) и таймер ожидания запуска генератора (OST) после включения питания.
• Сторожевой таймер WDT с собственным RC генератором.
• Режим энергосбережения SLEEP.
• Выбор параметров тактового генератора.
• Высокоскоростная, энергосберегающая CMOS FLASH/EEPROM технология.
• Программирование в готовом устройстве (используется два вывода микроконтроллера).
• Широкий диапазон напряжений питания от 2,0 В до 5,5 В.
• Повышенная нагрузочная способность портов ввода/вывода (25мА).
• Малое энергопотребление:

– < 0.6 мА 3.0В, 4.0МГц,

– 20 мкА  3.0В. 32кГц,

– < 1мкА в режиме энергосбережения (SLEEP).

Характеристики периферийных модулей:

• Таймер 0: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным программируемым предделителем.
• Таймер 1: 16-разрядный таймер/счетчик с возможностью подключения внешнего резонатора.
• Таймер 2: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным программируемым предделителем и выходным делителем.
• Два модуля сравнение/захвата/ШИМ (ССР):

– 16-разрядный захват (макс. разрешающая способность 12,5 нс),

– 16-разрядное сравнение (макс. разрешающая способность 200 нс),

– 10-разрядный ШИМ.

• Многоканальный 10-разрядный АЦП.
• Последовательный синхронный порт MSSP (ведущий/ведомый режим), SPI (ведущий/ведомый режим), I2C.
• Последовательный синхронно-асинхронный приемопередатчик USART с поддержкой детектирования адреса.
• Детектор пониженного напряжения (BOD) для сброса по снижению напряжения питания (BOR).

Основные температурные и электрические характеристики МК PIC18F2550 приведены в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1 Температурные и электрические характеристики МК PIC16F876

Название параметра (характеристики)	Значение
Предельная рабочая температура	от –55°С до +125ºС
Температура хранения	от –65°С до +150ºС
Напряжение VDD относительно VSS	от –0,3 В до +7,5 В
Напряжение относительно VSS	от 0 В до +14 В
Напряжение на остальных выводах относительно VSS	от –0,3 В до VDD+0,3 В
Максимальный ток вывода VSS	300 мА
Максимальный ток вывода VDD	250 мА
Макс. выходной ток стока канала ввода/вывода	25 мА
Макс. выходной ток истока канала ввода/вывода	25 мА
Макс. выходной ток стока   портов ввода/вывода PORTA, PORTB и PORTС	200 мА
Максимальный выходной ток истока  портов ввода/вывода PORTA, PORTB и PORTС	200 мА

 

Цоколёвка МК приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2 — Цоколевка PIC18F2550

Назначение используемых выводов приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Назначение используемых выводов МК

Обозн. вывода	Номер выв.	Назначение вывода
OSC1, OSC2	9, 10	Подключается кварцевый резонатор
	1	Вход сброса МК
Vdd	20	Положительное напряжение питания
Vss	8, 19	Общий вывод
RA0	2	Порт A
RB0…RB6	21..27	Порт B
RX	18	Выход последовательного порта, используется как выход генератора

Кварцевый резонатор (ZQ1) служит для увеличения стабильности генерируемой частоты. Конденсаторы C1 и C2 предназначены для согласования работы кварцевого резонатора и микроконтроллера. Их емкость составляет 15 пФ для частоты 4 МГц.

Вывод MCLR МК соединен с питанием для сброса при включении питания.

2.2 Клавиатура

Клавиатура представляет собой матрицу клавиш размером 3х4, в ячейках которой находятся кнопки.

При опросе клавиатуры микроконтроллер работает следующим образом. На линиях RB3-RB6 логические единицы, как и на RB0-RB2. Через порты RB3-RB6 осуществляется перебор строк клавиатуры низкими логическими уровнями. Каждый раз после переключения строки считывается состояние линий RB0-RB2. Низкий уровень на этих линиях может появиться, только если нажата клавиша. Зная номер текущего активной строки, и определив номер столбца, в которой обнаружен нулевой уровень, можно определить номер нажатой клавиши.

Организация клавиш представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 — Организация клавиатуры

Клавиша «#» служит для воспроизведения последнего набранного номера.

2.3 Формирующее устройство

В качестве формирующего устройства будем использовать электронный ключ. Исходя из задания, на нагрузке в 100Ом должен формироваться меандр амплитудой 25В. Используя эти данные рассчитаем ключ.

E=Uкэ нас+U; E=1+25=26В

Uвх0+Iкб0maxRmax > Uбэотс

Uвх1= Uбэотс + IбRб

Iб > =2,5млА

 

Исходя из расчётов, можно выбрать транзистор КТ3117A(Iкmax=400мА), R2=100Ом,

R3=750Ом (выбираем из ряда E24)

 

2.4 Блок питания

Для преобразования напряжения с12В на 5В а так же его стабилизации выберем стабилизатор компенсационного типа КР142ЕН5А, функциональная схема которого приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 — стабилизатор компенсационного типа КР142ЕН5А

 

Схема включения К142ЕН5А приведена на рисунке 5.

 

Рисунок 5 — схема включения КР142ЕН5А

3 Разработка алгоритма управляющей  программы

При включении устройства происходит его инициализация. По умолчанию длительность импульса равна 100мс.

Из переменной NewKey считывается номер нажатой кнопки.

По линии RA0 выдается логическая единица и организуется модуляция заданного тона, в зависимости от номера нажатой кнопки, с помощью таймера 2 организуется постоянная длительность импульса 100мс.

Опрашивается клавиатура. Если есть нажатые клавиши, то их коды заносятся в память. По нажатию клавиши «#» из памяти воспроизводятся последний набранный номер длиной 24 символа. После этого процесс повторяется.

Общий алгоритм управляющей программы представлен на рисунке 6.

Рисунок 6 — Общий алгоритм управляющей программы

Рисунок 7 — Алгоритм подпрограммы инициализации портов

Рисунок 8 — Алгоритм подпрограммы инициализации таймера

Рисунок 9 — Алгоритм подпрограммы опроса клавиатуры

Рисунок 10— Алгоритм подпрограммы сканирования клавиатуры

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 11 — Алгоритм подпрограммы генерации

4 Разработка управляющей  программы

 

         LIST

  TempC EQU 0x0c ; Временные регистры общего применения

  TempD EQU 0x0d

  TempE EQU 0x0e

  PABuf EQU 0x20

  PBBuf EQU 0x21

  Count EQU 0x0f ; Счетчик,

  MsdTime EQU 0x10 ; Старший байт.

  LsdTime EQU 0x11 ; Младший байт,

  KeyFlag EQU 0x12 ; Флаг клавиатуры,

  keyhit EQU 0 ; Бит 0 - значит, клавиша нажата,

  DebnceOn EQU 1

  noentry EQU 2 ; Нет клавиши = 0.

  ServKey EQU 3 ; Бит 3 - значит, обработка клавиши.

  Debnce EQU 0x13

  NewKey EQU 0x14

  WBuffer EQU 0x2f

  T EQU 100

  T_IMPULS EQU 0x15

  ODIN     EQU 0x17

  DES      EQU 0x18

  StatBuffer EQU 0x2e

  OptionReg EQU 1

  PCL EQU 2

; Макрос  сохранения байта состояния и  содержимого рабочего регистра  в буфере 

push macro

movwf WBuffer

swapf WBuffer

swapf STATUS, w

movwf StatBuffer

endm

; Макрос  считывания байта состояния и  содержимого рабочего регистра из буфера,

pop macro

swapf StatBuffer,w

movwf STATUS

swapf WBuffer, w