Описание работы устройств

 

1. Блок АЦП.

АЦП представляет собой восьмиканальный пяти микросекундный А/Ц преобразователь с однополярным питанием. Пользователю предоставлены многоканальный мультиплексор, устройство выборки-хранения, встроенный ИОН, система калибровок и собственно АЦП. Все компоненты блока легко управляется через три интерфейсных регистра специального назначения. АЦП позволяет работать как в однократном режиме измерения, так и в циклическом.

А/Ц преобразователь состоит из стандартного конвертера последовательного приближения и емкостного ЦАП. Конвертер получает аналоговые входные сигналы в диапазоне 0 - Vref. На кристалле расположен ИОН - прецизионный блок с низким дрейфом, откалиброванный изготовителем до 2.5В. Однократный или повторяющийся режимы преобразования могут выполняться программно или подачей внешнего сигнала Запуска Преобразования на контакт 25(CONVST/). Также для инициирования повторяющегося процесса преобразования можно использовать сигналы Таймера2. АЦП можно установить в режим передачи данных по каналу прямого доступа к памяти - ПДП( DMA), когда блок повторяет циклы преобразования и посылает выборки во внешнюю память данных (RAM), минуя процессор. Этот процесс может охватывать весь объем внешней памяти 16МБ. ADuC812 поставляется с заводскими калибровочными коэффициентами, которые загружаются автоматически по включению питания, обеспечивая тем самым оптимальную работу устройства. Ядро АЦП содержит внутренние регистры калибровок Смещения и Усиления, причем, обеспечено, чтобы программная процедура калибровки пользователя подавляла заводские установки, давая тем самым минимум ошибок в конечной системе. Если необходимо, то через АЦП можно так же преобразовать сигнал внутреннего температурного сенсора.

ADuC812 поставляется с заводскими калибровочными коэффициентами, которые автоматически при включении питания загружаются в соответствующие SFR, что происходит прозрачно для пользователя. В большинстве приложений использование заводских констант является достаточным.

Для управления АЦП имеется 3 основных SFR-регистра: ADCCON1, ADCCON2, ADCCON3.

 

Регистр ADCCON1 управляет преобразованием, временем переключения, режимами преобразования и потреблением устройства.

№ бита	Мнемоника	Описание
	EXС	Бит разрешения внешнего запуска. Если установлен, то контакт 23 (CONVST/) будет использоваться как сигнал запуска (активный низкий должен быть не менее 100 нс).
	T2C	Бит запуска преобразования от Таймера2. Если бит установлен, то сигнал переполнения Таймера2 используется для запуска АЦП.
	AQ0	Биты задержки переключения, выбирают время, необходимое для перезарядки УВХ при переключении мультиплексора: AQ1 AQ0 Число тактов задержки запуска АЦП 0 0 1 0 1 2 1 0 3 1 1 4
	AQ1
	CK0	Биты деления тактовой частоты, выбирают коэффициент деления основной частоты микропроцессора для получения тактовой частоты АЦП. Цикл преобразования АЦП занимает 16 тактов, в дополнении к числу тактов переключения. Коэффициент выбирается из: CK1 CK0 Делитель для MCLK 0 0 1 0 1 2 1 0 4 1 1 8
	CK1
	MD0	Биты режима выбирают режимы работы АЦП следующим образом: MD1 MD0 Режим АЦП 0 0 Дежурный 0 1 Нормальный 1 0 Дежурный, если не выполняется цикл преобразования 1 1 Холостой, если не выполняется цикл преобразования
	MD1

 

Регистр ADCCON2 управляет выбором номера канала и режимами преобразования

№ бита	Мнемоника	Описание
	CS0	Биты выбора входных каналов. Позволяют осуществлять выбор номера канала АЦП под управлением программы. Преобразование будет выполняться для канала, номер которого указан данными битами. В режиме ПДП выбор номера канала осуществляется из ID канала, записанного во внешней памяти. CS3 CS2 CS1 CS0 CH# 0 n2 n1 n0 Номер входного канала(n2n1n0) 1 0 0 0 Температурный сенсор 1 x x x Другие комбинации 1 1 1 1 Останов ПДП
	CS1
	CS2
	CS3
	SCONV	Бит запуска однократного преобразования. Устанавливается пользователем для однократного запуска АЦП. Бит сбрасывается автоматически по завершению преобразования.
	CCONV	Бит циклического преобразования. Устанавливается пользователем для установки АЦП в режим непрерывного циклического преобразования. В этом режиме АЦП выполняет преобразование в соответствии с типом синхронизации и конфигурацией каналов, выбранными в других SFR.
	DMA	Бит разрешения режима ПДП. Устанавливается пользователем для начала операции ПДП со стороны АЦП.
	ADCI	Бит прерывания АЦП устанавливается аппаратно по окончанию однократного цикла преобразования АЦП или по окончанию передачи блока в режиме ПДП. ADCI очищает аппаратно при переходе по вектору на процедуру обслуживания прерывания.

 

 

Регистр ADCCON3 Дает индикацию занятости АЦП для прикладных программ.

Как только АЦП сконфигурирован с помощьюADCCON1- 3, он начнет преобразовывать аналоговые входные сигналы и давать12- разрядные выходные коды в регистрах ADCDATAH(L). В четырех разрядах ADCDATAH хранится номер канала. Формат слова результата показан на Рис.1:

2. Таймеры/ Счетчики.

Таймеры/ Счетчики могут работать в 3-х основных режимах:

- Оставлен для совместимости с 48-й серией, на таймер поступает OSC/32, разрядность 13 бит.

- Работает как 16-ти разрядный счетчик. При переполнении состояние изменяется с FFFFh на 0000h. При необходимости изменения коэффициента деления после переполнения в каждом такте необходимо записывать заданную константу.

- Счетчик работает как 8-ми разрядный, причем используется младшая часть – TL. В старшей части (TH) находится делитель, который по переполнению TL автоматически перегружается из TH в TL.

Режимы работы таймеров Таймер0 и Таймер1 задают два регистра специальных функций (SFR – Special Function Register): регистр режима – TMOD, расположенный по адресу 89h в регистровой памяти и регистр управления таймерами и внешними прерываниями – TCON (88h). Для управления работой таймера Таймер2 служит регистр T2CON.

Регистр TMOD условно разбит на две половины: первая его часть отвечает за Таймер0, а вторая – за Таймер1.

Распределение битов регистра TMOD следующее:

0бит (М0) – Младший байт поля управления режимом;

1бит (М1) – Старший байт поля управления режимом;

2бит (С/Т0) – Выбор функции таймера или счетчика для Таймера0: 0–таймер ,1–счетчик;

3бит (GATE0) – Флаг управления входом:

• 0 – работа канала разрешается (INT0=1, TR=1).

• 1 – работа счетчика зависит только от TR0.

Распределение битов регистра TCON следующее:

0бит (IT0) – Управление типом входа INT0:

• 0 – вход прогнозируется как динамически по заданному фронту импульса.

• 1 – статическое состояние входа.

1бит (IE0) – Флаг запроса прерывания INT0 при динамическом входе. Сбрасывается, когда происходит режим подтверждения прерывания.;

2 и 3 биты (IT1/IE1) – Тоже, что и предыдущие биты, но для Таймера0;

4бит (TR0) – Флаг программного запуска Таймера0;

5бит (TF0) – Флаг переполнения Таймера0, который вызывает запрос прерывания. При подтверждении прерывания флаг сбрасывается;

6 и 7биты (TR1,TF1) – Для Таймера1;

Для работы с таймером используется механизм прерываний, работой которого можно управлять через регистр маски прерываний IE (Interrupt Enable). Назначение битов регистра IE следующее:

0бит (EX0) – бит разрешения внешнего прерывания INT0.

1бит (ET0) – бит разрешения прерывания по переполнению Таймера0.

2бит (EX1) – бит разрешения внешнего прерывания INT1.

3бит (ET1) – бит разрешения прерывания по переполнению Таймера1.

4бит (ES) – бит разрешения прерывания от последовательного порта UART.

5бит (ET2) – бит разрешения прерывания по переполнению Таймера2.

6бит (EADC) – бит разрешения прерывания АЦП.

7бит (EA) – бит разрешения глобального прерывания. Если EA=0, то все прерывания запрещены.

 

Структурная схема

Блоки структурной схемы:

1) Микроконтроллер.

Состоит из следующих элементов:

а) С1, С2, ZQ1–схема тактового генератора. Осуществляет выработку внешнего сигнала тактирования микроконтроллера частотой 24МГц.

б)С3,R5–схема первоначального сброса микроконтроллера. Обеспечивает корректный запуск.

в) DD1–микроконтроллер.

2) Клавиатура.

Переключает температурные режимы холодильника. Состоит из трех клавиш: “+” - положительнoe, “-” – отрицательнoe приращение, “P” – выбор устанавливаемого режима (изменение температуры морозилки, 2и камеры, быстрая заморозка, разморозка).

3) Внешний светодиодный семисегментные индикаторы(АЛС) и дешифратор DD2.

При подаче кода цифры на младшие четыре бита порта P2(P2.0-P2.3) он дешифруется и выводиться на семисегментный светодиодный индикатор при этом отображение четырех разных цифр выполняется путем быстрого сканирования (поочередного отображения каждой цифры с большой частотой так, что глаз не успевает замечать мерцания) для дополнительного отображения минусовой температуры в морозильной камере используется дополнительный светодиод. Коммутация активного элемента индикатора выполняется с помощью транзисторных ключей подключенных к старшей части порта Р2.

4) Блоки управления Компрессорами.

Компрессоры управляются через маломощные реле коммутируемые двумя транзисторами применение сильноточных реле не обосновано так как электроника холодильника имеет их в своем составе в виде встроенных элементов.

 

Выбор элементной базы

 

При разработке устройства были использованы следующие электронные компоненты:

1. Микроконтроллер ADuC 812. Был рассмотрен в курсе лабораторных работ и имеет подходящие характеристики для применения на практике.

2. Микросхема КР514ИД2 которая является дешифратором 10-7сегм.

3. Транзисторы серии КТ315 для коммутации индицирования индикатора.

4. Светодиод HL1 AL307B для отображение “-”.

5. Стабилизатор DA1 K145КРЕН5 для получения 5В питания.

6. Семисегментный индикатор HG1 АЛС333Г зеленого свечения.

 

 

Описание программы

Программа состоит из следующих основных блоков или подпрограмм.

1) Инициализация устанавливает 1 режим 0-го Таймера, настраивается режим AЦП, порты на ввод и вывод а также устанавливаются значения используемых переменных и флагов (например температура морозилки –6 второй камеры +6).

2) Обработка прерывания 0-го Таймера в ней выполняются следующие функции :

а) сканирование клавиатуры и выполнение функций изменения установленных параметров.

б) сканирование семисегментного индикатора для поочередного отображения цифр температуры.

в) подсчет времени для выполнения операции быстрой заморозки и отсчет 3-х суток для операции авторазморозки. (при t = +1).

3) Основная программа(бесконечный цикл).

В начале вызывает блок инициализации далее в неё вынесены такие медленная процедура как, оцифровка температур и управление компрессорами, а также реакция на нажатие клавиш в виде изменения параметров (температур) или включения соответствующего режима.