Использование микроконтроллера

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине “ Микропроцессорная техника в мехатронике и робототехнике”

 

 

Тема курсовой работы: Формирователь квадратурных синусоидальных сигналов

 

Студент группы КРБО-01-17Эсаулов И. Д.                                                           _______________

 

Руководитель курсовой работы к.т.н. доцент Трипольский П. Э.                _______________

                                                                         

 

 

Работа представлена к защите «___» ___________ 20__г.

 

Допущен к защите «___» ___________ 20__г.

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА – Российский технологический университет» РТУ МИРЭА

 

                                                                          Институт Кибернетики

                                                                           Кафедра Проблемы управления

 

Утверждаю

Заведующий кафедрой

Романов М.П.

«___» _____________ 201__ г

 

ЗАДАНИЕ

на выполнение курсовой работы по дисциплине

«Микропроцессорная техника в мехатронике и робототехнике»

 

                Студент группы КРБО-01-17:       Эсаулов Илья

 

Тема: «Формирователь квадратурных синусоидальных сигналов»

1) Исходные данные: микроконтроллер ATmega16, фильтр низких частот

2) Перечень вопросов, подлежащих обработке, и обязательного графического материала:

 - алгоритм работы программного обеспечения, осуществляющего измерения;

 - программное обеспечение, осуществляющее корректное вычисление;

 - результаты тестирования созданного программного обеспечения;

 - отчет о выполнении курсовой работы.

3) Срок представления к защите курсовой работы: 9 января 2020 года

 

 

Задание на курсовую работу выдал                 __________________ Трипольский П.Э.

                                                                                  «____» _____________ 2019г

Задание на курсовую работу получил              ___________________ Эсаулов И.Д.

 

 

Оглавление

Техническое задание......................................................................................... 4 Аннотация.......................................................................................................... 4

Общие сведения ................................................................................................ 5

Использование микроконтроллера................................................................6

Структура программного обеспечения ...................................................... 8 Алгоритмы функционирования программного обеспечения.................. 9

Структура схемы .............................................................................................12

Методика тестирования ................................................................................ 13

Список литературы........................................................................................ 14

Исходный код программы ............................................................................ 15

 

 

Техническое задание

Аннотация

В рамках курсовой работы необходимо реализовать формирователь квадратурных синусоидальных сигналов. Одна из уникальных способностей любого микроконтроллера это ШИМ модуляция, благодаря ей можно сгенерировать сигнал любого вида и любой формы — это курсовая работа является одним из примеров реализации.

Основанная проблема данной работы заключается в том, что любой сигнал созданный при помощи ШИМ модуляции будет дискретным, для того что бы превратить его в непрерывный необходимо будет воспользоваться фильтром.

Для выполнения проекта используется среду разработки Proteus 8. Выбор пал на данную платформу по нескольким причинам. Во-первых, осциллограф Proteus располагает большим функционалом. Картинку сигнала, генерирующаяся на виртуальном осциллографе, можно легко настроить для удобного изучения. Ещё одним преимуществом Proteus является достаточно точное отображение ШИМ. Необходимая модуляция отображается теоретически, как результат обсчета. Из этого следует, что среда разработки идеально подходит для ознакомления с принципами работы схемы. Не менее важным аргументом в пользу выбора Proteus является довольно большой набор примеров уже реализованных программ.

Схема позволит получить необходимый результат в случае правильного подключения элементов. Проект состоит из микроконтроллера, фильтра низких частот и осциллографа.

 

Общие сведения

Задача курсовой работы генерировать микроконтроллером синусоиду. Обычный таймер счетчик может генерировать сигнал любого уровня за счет изменения скважности, но для создания сложной функции необходимо будет воспользоваться двумя таймер –счетчиками. Так же необходимо будет сглаживать дискретный сигнал , для этого необходимо воспользоваться фильтром в этой курсовой работе выбор пал на фильтр низких частот из-за его простоты сборки и надёжности.

Основной сложностью, с которой невозможно не столкнуться при выполнении курсовой работы, является реализация разбиения значений синусоиды для ШИМ модуляции. Синусоида, по законам математики, изменяется от -1 до 1. А микроконтроллер может подавать на выход пина либо ноль, либо пять вольт. Отрицательное напряжение на порт подать невозможно, В соответствии с перечисленными выше условиями, возникает потребность в преобразовании синусоиды таким образом, чтобы её можно было генерировать на порте от 0 до 5. Благодаря дискретизации ШИМа можно сгенерировать ток с шагов в 255. Для вычисления значений синусоиды имеет смысл воспользоваться уже готовой формулой 1:

128 — разрешение синуса, х — номер точки (от 0 до 128).

 

Так как возникает потребность в разделении синусоиды и дальнейшем помещении значения из массива в таймер счетчик, этот массив должен быть где-то рассчитан. Для быстродействия алгоритма массив значений был рассчитан вручную и записан в памяти программы.

Использование микроконтроллера

Таймеры-счётчики — это такие устройства или модули в микроконтроллере, основная их задача считать такты внутреннего генератора или такты от внешних источников. Считают они постоянно с одной скоростью в зависимости от настройки предделитей частоты, которые конфигурируются в определённых регистрах.

 

Конфигурация происходит как перед, так и во время работы программы.

Значения, необходимые для выполнения поставленной задачи, приведены в скобках ниже для каждого регистра.

Для данной работы на базе микроконтроллера ATmega16 используются следующие регистры:

· TIMSK - статусный регистр.

Рисунок 1. TIMSK

 

Общий регистр для всех трех таймеров ATmega16, он содержит флаги разрешения прерываний. Таймер Т0 может вызывать прерывания при переполнении счетного регистра TCNT0 и при совпадении счетного регистра с регистром сравнения OCR0. Соответственно для таймера Т0 в регистре TIMSK зарезервированы два бита - это TOIE0 и OCIE0.

Естественно, прерывания будут вызываться, только если установлен бит глобального разрешения прерываний - бит I регистра SREG.

 

Рисунок 2. SREG

 

Так же каждому таймер-счетчику необходимо указать источник тактовых сигналов и значение предделитекля за это отвечает конфигурационный регистр TCCR1B.

 

Рисунок 3. TCCR0

Регистр TCCR0 отвечает за конфигурацию таймера T1. В данном случае битами CS10-CS12 мы задаем значение предделителя согласно следующей таблицы.

Таблица 1. Предделители

 

 

Так же в этой работе необходимо работать с пином , для его работы необходимо настроить 3 регистра

· DDRB- Это регистр направления порта.

Рисунок 3. Регистр DDRB

 

· PORTB -регистр управления состоянием вывода и вывода.

Если на порт подать единицу то пин будет генерировать 5 вольт

· PINC и PIND - регистры чтения.

Это регистр чтения. Из него можно только читать. В регистре PINx содержится информация о реальном текущем логическом уровне на выводах порта.