курсовые,контрольные,дипломы,рефераты
ФИЛИАЛ МОСКОВСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ АКАДЕМИИ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ
В Г. УГЛИЧ
Кафедра «ТОЧНЫЕ ПРРИБОРЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине
«Микропроцессорная измерительная техника»
на тему : «Проектирование системы сбора данных»
| Студент Алещенко Д. А. | Шифр 96207 |
| Вариант 1 | преподаватель Канаев С.А. |
| Подпись студента | Подпись преподавателя |
| Дата 2.06.2000 | Дата |
г. Углич 2000 г.
СОДЕРЖАНИЕ
|
1. ВВЕДЕНИЕ |
3 |
|
2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ |
4 |
|
3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ. ОБОБЩЕННЫЙ АЛГОРИТМ РАБОТЫ |
5 |
|
4. РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 4.1 Выбор микропроцессорного комплекта 4.1.1 Аппаратное сопряжение ПК и микроконтроллера 4.1.2 Выбор кварцевого резонатора 4.1.3 Выбор скорости приема/передачи по RS-232 4.1.4 Разработка формата принимаемых и передаваемых данных по RS-232 4.2 Выбор буфера RS-232………………………………………………………………. 4.3 Выбор АЦП. 4.3.1 Расчет погрешности вносимой АЦП. 4.4 Выбор сторожевого таймера. 4.5 Выбор интегральной микросхемы операционного усилителя 4.5.1 Расчет погрешностей от нормирующего усилителя 4.6 Выбор и расчет внешних элементов гальванической развязки |
7
7 7 8 8 9 9 10 11 12 12 14 16 |
|
5. АПРОКСИМАЦИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНОГО ДАТЧИКА 5.1 Оценка погрешности от аппроксимации |
18
19 |
|
6. ВЫБОР ФОРМАТА ДАННЫХ 6.1 Оценка погрешности от перевода коэффициентов |
20 20 |
|
7. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ
|
21
|
|
8. РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОШНОСТИ ОСНОВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ СХЕМЫ |
22 |
|
ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1Приложение 2Приложение 3Приложение 4Приложение 5 |
23 24 25 26 27 |
|
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ |
34 |
1. ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время проектированию измерительных систем уделяется много времени. Делается большой акцент на применение в этих системах электронно-цифровых приборов. Высокая скорость измерения параметров, удобная форма представления информации, гибкий интерфейс, сравнительно небольшая погрешность измерения по сравнению с механическими и электромеханическими средствами измерения все эти и многие другие преимущества делаю данную систему перспективной в развитии и в дальнейшем использовании во многих отраслях производства.
Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно-технического прогресса.
Использование микроконтроллеров в изделиях не только приводит к повышению технико-экономических показателей (надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров), но и позволяет сократить время разработки изделий и делает их модифицируемыми, адаптивными, а также позволяет уменьшить их стоимость. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение высоких показателей эффективности при низкой стоимости.
Системы сбора данных в наши дни сделали большой шаг в вперед и в плотную приблизились к использованию совершенных электронных технологий. Сейчас, многие системы сбора данных состоящие из аналогового коммутатора, усилителя выборки-хранения, АЦП, стали размещать на одной интегральной микросхеме, что сравнительно повлияло на скорость обработки данных, удобство в использовании, и конечно же на их стоимость.
2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Требуется спроектировать систему сбора данных предназначенную для сбора и первичной обработки информации поступающей с четырех датчиков давления и датчика контроля за давлением.
Основные характеристики:
| Количество каналов подключения датчиков давления | 4 |
|
Количество линейных датчиков статическая характеристика диапазон измеряемого давления собственная погрешность измерения |
3 U(p)=a0p+b a0=0.1428 b=-0.71 5..50 КПа 0.1% |
|
Количество нелинейных датчиков статическая характеристика диапазон измеряемого давления собственная погрешность измерения |
1 U(p)=a0p+a1p2+a2p3+b a0=0.998, a1=0.003 a2=-0.001 b=-2.5 0.01..5 Мпа 0.1% |
| Максимальная погрешность одного канала не более | 0.5% |
|
Количество развязанных оптоизолированных входов для подключения датчика контроля за давлением Активный уровень Выходное напряжение логического нуля Выходное напряжение логической единицы Максимальный выходной ток логического нуля мА логической единицы мА |
1 1 уровень ТТЛШ уровень ТТЛШ 2.5 1.2 |
| Режим измерения давления | Статический |
| Базовая микро-ЭВМ | 89С51 фирмы Atmel |
3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ. ОБОБЩЕННЫЙ АЛГОРИТМ РАБОТЫ
Структурная схема системы сбора данных представлена на рис.1
Обобщенная структурная схема системы сбора данных.
ДД1,ДД2,ДД3 – линейные датчики давления,
ДД4- нелинейный датчик давления,
ДКД1, ДКД2 – датчики контроля за давлением
AD7890 – АЦП, УВХ, ИОН, аналоговый коммутатор,
98С51 – микро-ЭВМ,
WDT –сторожевой таймер.
Рисунок 1.
Датчики давления преобразовывают измеренное давление в электрический сигнал.
Нормирующие усилители преобразовывают выходное напряжение с датчиков давления к входному напряжению АЦП.
AD7890 (далее АЦП) служит для того чтобы, переключать требуемый канал коммутатора, преобразовать аналоговую величину напряжения в соответствующий ей двоичный цифровой код.
Однокристальная микро-ЭВМ предназначена для того чтобы:
· производить расчет - Р(код) по известной статической характеристике датчика давления;
· передавать рассчитанное давление по последовательному интерфейсу RS-232 в ПК.
Буфер последовательного интерфейса RS-232 введен в схему, для того чтобы преобразовывать логические уровни между ПК и микро-ЭВМ и микро-ЭВМ и ПК.
Т.К. работа системы производится в автономном режиме и она не предусмотрена для работы с оператором, то в состав системы дополнительно вводится интегральная микросхема сторожевого таймера, предназначенная для вывода микро-ЭВМ из состояния зависания и ее сбросе при включении питания.
Временная диаграмма работы сторожевого таймера представлена на листе 2 графической части.
Блок схема обобщенного алгоритма работы представлена в приложении 4.
При включении питания микро-ЭВМ 89С51 реализует подпрограмму инициализации (1. инициализация УАПП, 2. установка приоритета прерываний, 7. разрешение прерываний). По запросу от ПК «Считать измеренное давление с датчика N» (где N – номер датчика давления), МП последовательно выдает с линии 1 порта 1(Р1.1), байт данных (в котором 1-ый, 2-ой и 3-ий биты указывают на выбор канала мультиплексора) на вход АЦП — DATA IN. Прием каждого бита этого байта происходит по фронту импульсов сигнала поступающего на вход SCLK от МП с линии 2 порта 1 (Р 1.2). Передача этого байта стробируется сигналом (низкий уровень), поступающего на вход от МП с линии 4 порта 1 (см. графическую часть лист 2) Приняв байт информации АЦП производит переключение требуемого канала. После этого МП выдает отрицательный импульс на вывод с линии 7 порта 1 и по положительному переходу этого импульса начинается процесс преобразования напряжение в двоичный код, которое поступает от датчика давления – N. По истечении 5.9 mс (время преобразования ) АЦП готов к последовательной передачи полученного 12-ти разрядного двоичного кода. Процесс передачи данных от АЦП к МП производится при стробировании сигнала (низкий уровень), поступающего с линии 5 порта 1 на вывод (см. графическую часть лист 2). Формат посылки состоит из 15-ти бит (первые три бита несут за собой номер включенного текущего канала, а остальные 12 бит двоичный код ). Приняв двоичный код, МП путем математических вычислений(см. п.5) находит зависимость Р(код) и посылает в ПК по последовательному интерфейсу RS-232 полученное значение давления P. На этом цикл работы системы заканчивается.
4. РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
4.1 Выбор микропроцессорного комплекта
В соответствии с заданием ядром системы послужила однокристальная микро-ЭВМ 89С51 фирмы Atmel.
Основные характеристики однокристальной микро-ЭВМ 89С51:
• Совместима с однокристальной микро-ЭВМ серии MCS-51™
• 4Kb ре-программируемой флешь памяти
– допустимо: 1000 циклов Записи/Стирания
• Рабочий диапазон частоты синхронизации : от 0 Гц до 24 МГц
• 128 x 8-бит встроенного ОЗУ
• 32 программируемых I/O линии
• Два 16-разрядных таймер/счетчика
• Семь источников внешних прерываний
• Программируемый УАПП
• Возможность включения режима пониженного энергопотребления
4.1.1 Аппаратное сопряжение ПК и микроконтроллера
Для решения задачи сопряжения ПК и микроконтроллера было решено использовать интерфейс RS-232C.
Последовательный порт используется в качестве универсального асинхронного приемопередатчика (УАПП) с фиксированной или переменной скоростью последовательного обмена информацией и возможностью дуплексного включения.
Последовательный интерфейс микроконтроллера МК-51 может работать в следующих четырех режимах:
· Режим 0. Информация передается и принимается через вход RxD приемника (вывод P3.0). Через выход передатчика TxD (вывод P3.1) выдаются импульсы синхронизации, стробирующие каждый передаваемый или принимаемый бит информации. Формат посылки – 8 бит. Частота приема и передачи – тактовая частота микроконтроллера.
· Режим 1. Информация передается через выход передатчика TxD, а принимается через вход приемника RxD. Формат посылки – 10 бит: старт-бит (ноль), восемь бит данных, программируемый девятый бит и стоп-бит (единица). Частота приема и передачи задается таймером/счетчиком 1.
· Режим 2. Информация передается через выход передатчика TxD, а принимается через вход приемника RxD. Формат посылки – 11 бит: старт-бит (ноль), восемь бит данных, программируемый девятый бит и 2 стоп-бита (единицы). Передаваемый девятый бит данных принимает значение бита ТВ8 из регистра специальных функций SCON. Бит ТВ8 в регистре SCON может быть программно установлен в «0» или в «1», или в него, к примеру, можно поместить значение бита Р из регистра PSW для повышения достоверности принимаемой информации (контроль по паритету). При приеме девятый бит данных принятой посылки поступает в бит RB8 регистра SCON. Частота приема и передачи в режиме 2 задается программно и может быть равна тактовой частоте микроконтроллера деленной на 32 или на 64.
· Режим 3. Режим 3 полностью идентичен режиму 2 за исключением частоты приема и передачи, которая в режиме 3 задается таймером/счетчиком 1.
Для реализации обмена информацией между ПК и микроконтроллером наиболее удобным является режим 2, т.к. для работы в этом режиме не требуется таймер/счетчик. Этот режим полностью удовлетворяет предъявленным требованиям.
4.1.2 Выбор кварцевого резонатора
Для работы МП необходим кварцевый резонатор который подключается к выводам XTAL1 и XTAL2 (см. графическую часть курсового проекта, лист 1)
Рабочая частота кварцевого резонатора непосредственно связана со скоростью работы УАПП, мы выбираем из п.1 fрез=11.059 МГц
4.1.3 Выбор скорости приема/передачи по RS-232
Скорость приема/передачи, т.е. частота работы универсального асинхронного приемопередатчика (УАПП) в режиме 2 зависит от значения управляющего бита SMOD в регистре специальных функций.
Частота передачи определяется выражением:
f=(2SMOD/64)fрез.
Иными словами, при SMOD=0 частота передачи равна (1/64)fрез, а при SMOD=1 равна (1/32)fрез.
Исходя из вышеизложенного, выберем частоту приема данных при SMOD=1. Если fрез=11,059 МГц, тогда частота приема данных будет 19,2 КБод.
Другие значения частот кварца могут быть выбраны из таблиц в п.1 и п.2.
4.1.4 Разработка формата принимаемых и передаваемых данных по RS-232
Формат принимаемых и передаваемых данных почти полностью описан режимом 2 работы последовательного интерфейса.
Формат должен состоять из 11 бит:
· стартовый бит – ноль;
· восемь бит данных;
· девятый бит – контроль по паритету, для повышения достоверности принимаемой информации;
· два стоповых бита – единицы.
4.2 Выбор буфера RS-232
Обмен данными между ПК и микроконтроллером будет производиться по последовательному интерфейсу RS-232. Т.к. стандартный уровень сигналов RS-232 - -12 В и +12 В, а стандартный уровень сигналов асинхронного интерфейса микроконтроллера 89С51 – +5 В необходимо обеспечить согласование уровней между RS-232 и 89С51. Преобразование напряжения будет производить цифровая интегральная микросхема ADM 202E. Выбор данной микросхемы был произведен исходя из ТЗ (техническое задание). Основные характеристики цифровой интегральной микросхемы ADM 202E приведены в табл. 3.
Таблица 3.
Основные характеристики цифровой интегральной микросхемы ADM 202E
|
Параметр |
Минимальный |
Максимальный |
Единица измерения |
| Напряжение питания | 4.5 | 5.5 | В |
| Нижний входной лог. порог | 0.8 | В | |
| Высокий входной лог. порог | 2.4 | В | |
| RS-232 приемник | |||
| Входное допустимое напр. | -30 | +30 | В |
| Входной нижний парог | 0.4 | В | |
| Входной высокий парог | 2.4 | В | |
| Продолжение таблицы 3 | |||
| RS-232 передатчик | |||
| Выходной размах напр. | -+5 | В | |
| Сопр. Выхода передатчика | 300 | Ом | |
| Температурный диапазон | -40 | +85 | °C |
Функциональная блок-схема интегральной микросхемы ADM 202E представлена на рис.2
Функциональная блок-схема интегральной микросхемы ADM 202E
Рисунок. 2
4.3 Выбор АЦП.
В качестве аналого-цифрового преобразователя послужила интегральная микросхема фирмы Analog Devices – AD7890-2. Выбор данной микросхемы был произведен исходя из ТЗ
Основные характеристики:
• 12-разрядный АЦП, время преобразования 5.9 мкс
• Восемь входных аналоговых каналов
• Входной диапазон :
от 0 В до +2.5 В
• Раздельный доступ к мультиплексору и к АЦП
• Встроенный источник опорного напряжения +2.5 В (возможно подключение внешнего.)
• Высокая скорость, «гибкость», последовательный интерфейс
• Низкая потребляемая мощность (50 мВт максимум)
• Режим пониженного энергопотребления (75 мкВт).
Функциональная блок-схема интегральной микросхемы AD 7890-2 представлена на рис.3
Функциональная блок-схема интегральной микросхемы AD 7890-2
Рисунок 3
4.3.1 Расчет погрешности вносимой АЦП.
Аналого-цифровой преобразователь вносит следующие виды погрешностей:
· нелинейности (погрешность нелинейности- это максимальное отклонение линеаризованной реальной характеристики преобразования от прямой линии, проходящей через крайние точки этой характеристики преобразования АЦП.);
· дифференциальной нелинейности(погрешность дифференциальной нелинейности- это отклонение фактической разности уровней (входного сигнала АЦП), соответствующим двум соседним переключениям кода, от идеального значения этой разности, равной 1 МЗР. Для идеального АЦП разница уровней между соседними переключениями кода в точности равна 1 МЗР.);
· погрешность полной шкалы (погрешность полной шкалы- это отклонение уровня входного сигнала, соответствующего последнему переключению кода от идеального значения, после того как была откорректирована погрешность биполярного нуля.);
В табл. 4 приведены погрешности взятые из каталога, на интегральную микросхему AD7890 фирмы Analog Devices
Таблица 4
Основный погрешности интегральной микросхемы AD7890
|
Вид погрешности |
Значение |
% |
| Интегральная нелинейность | ±1 МЗР | 0.0244 |
| Дифференциальная нелинейность | ±1 МЗР | 0.0244 |
| Полной шкалы | ±2.5 МЗР | 0.061 |
|
Общая (DАЦП) |
0,1098 |
4.4 Выбор сторожевого таймера.
Т.к. работа системы происходит в автономном режиме и не предусматривает работу оператора с ней, то для случая зависания микро-ЭВМ в схему системы сбора данных добавляется интегральная микросхема MAX690AMJA – сторожевой таймер. Выполняющая две основные функции: выведение МП из состояния зависания и сброс МП при включении питания.
Основные характеристики интегральной микросхемы МАХ690AMJA:
• Время сброса: 200 мС
• Рабочий диапазон напряжения питания: от 1 до 5.5 В
• Ток потребления: 200 мкА
• температурный диапазон эксплуатации: от –55 до +125 °C.
4.5 Выбор интегральной микросхемы операционного усилителя
Нормирующий усилитель выполнен на аналоговой микросхеме OP-27А (операционный усилитель), исполненной в восьми контактном DIP-корпусе. Основные хар-ки операционного усилителя OP-27A приведены в табл.5.
Таблица 5
Основные характеристики аналоговой микросхемы ОР-27А
|
Напряжение питания (UПИТ)В: |
V+ | V- |
| 22 | -22 | |
|
Напряжение смещения (UСМ)мкВ: |
25 макс. | |
|
Ток смешения (IСМ)нА |
±40 макс. | |
|
Ток сдвига (IСДВ)нА |
35 макс. | |
| Коэффициент озлобления синфазного сигнала (КООС) | 501190 макс. (144 Дб) | |
| Коэффициент усиления при разомкнутой обратной связи | 1800000 | |
В систему сбора данных входят три линейных и один нелинейный датчики давления. Выходной диапазон напряжения нелинейного датчика давления составляет -2.5..+2.5, в входной диапазон АЦП – 0..+2.5. Согласовать уровни напряжения выхода датчика давления и входа АЦП можно с помощью схемы представленной на рис. 4. Данная схема состоит из: операционного усилителя – DA1, повторителя напряжения – DA2, схемы смещения – R1 и R2, схемы защиты – VD1 и VD2.. Для того чтобы не нагружать источник опорного напряжения[1] в состав схемы нормирующего усилителя вводится повторитель напряжения. Данная схема вносит в ССД погрешность.
Нормирующий усилитель
R1,R2 – 40 КОм,
R3 – 20 КОм.
VD1, VD2 – схема защиты
Рисунок 4
4.5.1 Расчет погрешностей нормирующего усилителя
Суммарная погрешность нормирующего усилителя складывается из погрешности напряжения смещения (DUсм), погрешности тока сдвига (DIсдв), погрешности обратного тока диодов (В схеме защиты используются диоды марки 1N914A с обратным током утечки IД ОБР.=25 нА. Рассмотрим худший случай, когда IД ОБР.== 2*IД ОБР.) (DIд обр.), погрешности КООС (DКООС), погрешности разброса параметров сопротивлений от номинального значения (DR1 R2 MAX).
Оценка погрешности от напряжения смещения (DUсм)
DUсм= Uсм*Ку
где Ку – коэффициент усиления (в нашем случае Ку=1)
DUсм=25 мкВ
DUсм%=
DUсм%=0.001 %
Оценка погрешности от обратного тока диодов (DIд обр )
U+д= IД ОБР.*R2
U+д=0.002
DIд обр= U+д*Ку
DIд обр=2 мВ
DIд обр%=
DIд обр%=0.0016
Оценка погрешности от КООС (DКООС)
,
где Кд – коэффициент усиления дифференциального сигнала (Кд=1);
КС – коэффициент усиления синфазного сигнала
КС=1/501190
КС=1.96*10-6
DКООС=UВХ СИН MAX*KC,
где UВХ СИН MAX – синфазное максимальное входное напряжение (UВХ СИН MAX=2.5 В).
DКООС=2.5*1.996*10-6
DКООС=7.7 мкВ
DКООС%=
DКООС%=0.0003
Оценка погрешности от тока сдвига (DIсдв)
U+=IСДВ*R2
где U+ - см. рис.4
U+= 0.7 мкВ
DIсдв= U+*Ку
DIсдв=0.7 мкВ
DIсдв%=
DIсдв%=0.00004%
Оценка погрешности вносимой разбросам сопротивлений R1 и R2 от их номинального значения.
Для того чтобы уменьшить погрешность выбираем сопротивления с отклонениями от номинального значения ± 0.05%
R1MIN= 39,996 Ом
R2MAX=40,004 Ом
Ток протекаемый через R1 и R2 будет
И тогда общая погрешность нормирующего усилителя будет равна
DНУ=((DR1R1max+DIсдв+DКООС+DIд обр+DUсм)/Ку)*100
|
DНУ=0.0277778 % |
(1) |
4.6 Выбор и расчет внешних элементов гальванической развязки
В качестве элементов гальванической развязки используется цифровая микросхема 249ЛП5 - оптоэлектронный переключатель на основе диодных оптопар выполненных в металлостеклянном корпусе. основные характеристики цифровой микросхемы 249ЛП5 приведены в табл. 5.
Таблица 5
Основные характеристики цифровой микросхемы 249ЛП5
|
Электрические параметры |
|
|
Входное напряжение при IВХ=15 мА |
не более 1.7 В |
| Выходное напряжение в состоянии логического нуля | 0.4 В |
| Выходное напряжение в состоянии логической единицы | 2.4 |
|
Предельные эксплутационные данные |
|
| Входной постоянный ток | 12 мА |
| Входной импульсный ток | 15 мА |
| Напряжение питания | 5(±0.5) В |
| Диапазон рабочих температур | -60…+85 °С |
Принципиальная схема подключения элемента гальванической развязки в соответствии с ТЗ приведена на рис. 5
Схема включения элемента гальванической развязки
R2, VT1 –схема усиления входного тока,
Рисунок 5
Выходной ток ДКД усиливается с помощью транзистора VT1 т.к. максимальный выходной ток датчика контроля за давлением меньше, чем входной ток элемента гальвано развязки.
Значения сопротивления R1 можно рассчитать по следующей формуле
при IД=5 мА, а значение сопротивления R2 будет равно
где UБЭ VT1 – напряжение насыщения на переходе база - эмиттер транзистора VT1;UВХ_МIN – минимальное входное напряжение (2.4 В - уровень ТТЛШ);
IБ – ток протекающий через базу VT1
где IК – ток протекающий через коллектор VT1 (IК= IД)
5. АПРОКСИМАЦИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНОГО ДАТЧИКА
Уравнение аппроксимированного участка статической характеристики нелинейного датчика выглядит следующим образом:
| U (p) = a*p + b, | (2) |
где a и b – коэффициенты, представленные в форме чисел с фиксированной точкой.
С АЦП приходит 12-ти разрядный код в диапазоне 0..4095,что соответствует диапазону входных напряжений 0 ...+2.5 В.
Разрешающую способность по напряжению можно рассчитать как:
| U = код*МЗР(Младший Значащий Разряд) | (3) |
где МЗР =
где UВХ MAX – максимальное входное напряжение подаваемое на вход АЦП;
UВХ MIN – минимальное входное напряжение подаваемое на вход
Выразив p из (2) и приняв во внимание (3), формула нахождения давления от напряжения примет следующий вид:
| (3) |
Для уменьшения погрешности аппроксимации статическая характеристика нелинейного датчика давления делится на 4 равных отрезка и находятся коэффициенты a и b (см. табл.6) для уравнения вида p(код)=a*код+b описывающего каждый из этих отрезков.
Таблица 6
Таблица переведенных коэффициентов
| № участка |
a10 |
b10 |
a16 |
b16 |
| 1 | 0.001203 | 0.010377 | 0.004edf | 0.02a8 |
| 2 | 0.001206 | 0.007413 | 0.004f03 | 0.01e5 |
| 3 | 0.001219 | -0.02094 | 0.004fe5 | 0.055c |
| 4 | 0.001245 | -0.101148 | 0.005197 | 0.19e4 |
Аппроксимация статической характеристики нелинейного датчика давления была произведена с помощью программы MATHCAD 8.0 (см п.5)
5.1 Оценка погрешности аппроксимации
Оценка этой погрешности была произведена на программе MATHCAD 8.0 (см п.4), и она составляет DАПР=0.093 %
6. ВЫБОР ФОРМАТА ДАННЫХ
В курсовом проекте выбран формат чисел с фиксированной точкой.
Для коэффициентов a выделяется три байта под дробную часть и один байт под целую часть, а для b два байта под дробную часть и один байт под целую часть Для кода достаточно двух байт, а для результата три байта под целую и два байта под дробную части соответственно.
6.1 Оценка погрешности от перевода коэффициентов
В соответствии с выбранным форматом данных данную погрешность можно найти так:
Dпер.коэф=Dk*код+Db=2-24*4096-2-16
|
Dпер.коэф = 0.044 % |
(4) |
7. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ
При расчетах в курсовой работе мы оценили погрешности возникающие от АЦП, аппроксимации, нормирующего усилителя и других. Суммарная погрешность всей ССД равняется сумме найденных погрешностей, то есть:
DСУМ=DАЦП+DНУ+DАПР+Dпер.коэф
где DАЦП – погрешность вносимая от АЦП (см табл.4);
DНУ - погрешность от нормирующего усилителя (см. ф.(1));
DАПР - погрешность от аппроксимации(см.п.4);
Dпер.коэф - погрешность от перевода коэффициентов (см. 4)
DСУМ=0,1098+??+0.093+0.044
8. РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОШНОСТИ ОСНОВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ СХЕМЫ
Примерную потребляемую мощность можно найти по формуле
где РМП – мощность потребляемая МП(РМП=0,1 Вт);
РАЦП - мощность потребляемая АЦП(РАЦП=0.0050 Вт);
РWDT - мощность потребляемая сторожевым таймером (РWDT=0.001);
PБУФ - мощность потребляемая буфером порта RS-232 (PБУФ=0.01);
PОУ - мощность потребляемая операционным усилителем (PОУ=0.09);
ПРИЛОЖЕНИЯ
| Кратность |
Скорость передачи (Кбод) |
Частота кварца (МГц) | |
| SMOD=0 (1/64) | SMOD=1 (1/32) | ||
| 1 | 115,2 | 7,3728 | 3,6864 |
| 2 | 57,6 | 3,6864 | 1,8432 |
| 3 | 38,4 | 2,4576 | 1,2288 |
| 4 | 28,8 | 1,8432 | 0,9216 |
| 5 | 23,04 | 1,4746 | 0,73728 |
| 6 | 19,2 | 1,2288 | 0,6144 |
| 7 | 16,457142 | 1,053257 | 0,526628 |
| 8 | 14,4 | 0,9216 | 0,4608 |
| 9 | 12,8 | 0,8192 | 0,4096 |
| 10 | 11,52 | 0,73728 | 0,36864 |
| 12 | 9,2 | 0,6144 | 0,3072 |
Приложение 2
SMOD=0
| Кратность |
Скорость передачи (Кбод) |
Частота кварца (МГц) | |
| SMOD=0 (1/64) | SMOD=1 (1/32) | ||
| 1 | 115,2 | 7,366503 | 7,378725 |
| 2 | 57,6 | 3,673807 | 3,698251 |
| 3 | 38,4 | 2,438711 | 2,475377 |
| 4 | 28,8 | 1,818014 | 1,866903 |
| 5 | 23,04 | 1,443078 | 1,504189 |
| 6 | 19,2 | 1,191022 | 1,264355 |
| 7 | 16,457142 | 1,009183 | 1,094738 |
| 8 | 14,4 | 0,871229 | 0,969007 |
| 9 | 12,8 | 0,762533 | 0,872533 |
| 10 | 11,52 | 0,674317 | 0,796539 |
| 12 | 9,2 | 0,538844 | 0,685511 |
SMOD=1
| Кратность |
Скорость передачи (Кбод) |
Частота кварца (МГц) | |
| SMOD=0 (1/64) | SMOD=1 (1/32) | ||
| 1 | 115,2 | 3,683252 | 3,689363 |
| 2 | 57,6 | 1,836904 | 1,849126 |
| 3 | 38,4 | 1,219356 | 1,237689 |
| 4 | 28,8 | 0,909007 | 0,933452 |
| 5 | 23,04 | 0,721539 | 0,752095 |
| 6 | 19,2 | 0,595511 | 0,632178 |
| 7 | 16,457142 | 0,504592 | 0,547369 |
| 8 | 14,4 | 0,435615 | 0,484504 |
| 9 | 12,8 | 0,381267 | 0,436267 |
| 10 | 11,52 | 0,337159 | 0,398270 |
| 12 | 9,2 | 0,269422 | 0,342756 |
Приложение 3 ОБОБЩЕННЫЙ АЛГОРИТМ РАБОТЫ
Нет
Да
Приложение 5
MOV SCON,#10010000b ; устанавливается второй режим УАПП
SETB 87h,1 ;SMOD=1
MOV IP,#00010000b ;высокий уровень приоритета прерывания у приема передатчика
MOV IE,#10010000b ; разрешаем прерывания
Подпрограмма записи 12-ти бит в управляющий регистр AD7890
SETB P1.2 ;Устанавливаем линию SCLK
SETB P1.4; Устанавливаем линию TFS
MOV R1,0Ch ; организовываем счетчик переданных бит (12)
MOV A,R0 ; загружаем а аккумулятор передаваемые биты
MET0: RRC A ; проталкиваем во флаг С передаваемый бит
MOV P1.1,C ; выставляем передаваемый бит на Р1.1
ACALL DELAY ;ожидаем
CPL P1.2 ;инверсия Р1.2
ACALL DELAY ;ожидаем
CPL P1.2 ; инверсия Р1.2
DJNZ R2,MET0
CPL P1.4
Подпрограмма задержки на 0.006 сек.
MET1: NOP
DJNZ R0,MET1
RET
Подпрограмма задержки на 0.6 сек.
` MOV R1,Ah
MET1: NOP
MET2: NOP
DJNZ R1,MET2
DJNZ R0,MET1
RET
Подпрограмма работы сWDT
ACALL DELAY2 ;ожидаем
CPL P1.6
ACALL DELAY2 ;ожидаем
CPL P1.6
Подпрограмма чтения 15-ти бит с линии DATA OUT AD7890
SETB P1.2 ;Устанавливаем линию SCLK
SETB P1.3; Устанавливаем линию RFS
MOV R2,08h ; организовываем счетчик принятых бит в аккумулятор (если R2=0 – аккумулятор полный
ACALL DELAY ;ожидаем
CPL P1.2 ;инверсия Р1.2
ACALL DELAY ;ожидаем
CPL P1.2 ;инверсия Р1.2
MET0: MOV C,P1.0 ; принимаем бит на Р1.0 и отправляем его во флаг
RLC A ; достаем из флага С принятый бит
DEC R2
JZ MET2 ; если байт принят R2=0
MOV R3,A ; тогда занесем из А в R3 принятый байт
CLR A ; и обнулим аккумулятор, если не принят то -
MET2: ACALL DELAY ;ожидаем
CPL P1.2 ; инверсия Р1.2
ACALL DELAY ;ожидаем
DJNZ R2,MET0
MOV R2,07h ;приняли первые восемь бит, теперь приймем еще семь
CPL P1.2 ;инверсия Р1.2
MET3: MOV C,P1.0 ; принимаем бит на Р1.0 и отправляем его во флаг
RLC A ; достаем из флага С принятый бит
DEC R2
JZ MET4
MOV R4,A
CLR A
MET4: ACALL DELAY ;ожидаем
CPL P1.2 ; инверсия Р1.2
ACALL DELAY ;ожидаем
DJNZ R2,MET3 ;ну вот, и все готово младшая часть посылки находится (8 бит) в R3, а старшая (7 бит) в R4
CPL P1.4
;Подпрограмма выбора коэффициентов нелинейного датчика
MOV DPL,00h
MOV DPH,04h
MOV A,#00001100b
ANL A,R0
RL A
RL A
CLR 0D4H
CLR 0D3H
MOV R0,#0AH
MOV R1,#04H
M1: MOV A,#06H
MOVC A,@A+DPTR
MOV @R0,A
INC R6
INC R0
DJNZ R1,M1
END
;Подпрограмма умножения двух байт (регистры R0, R1 - 1-ый банк) на три (регистры ;R2, R3, R4 - 1-ый банк ), результат помещается в R3, R4, R5, R6, R7 - 0-ой ;банк.
MOV R4,#0h
MOV R5,#0h
MOV R6,#0h
MOV R7,#0h
MOV R3,#0h
MOV R0,#10h
me1: SETB 0D3h
CLR 0D4h
MOV A,R0
RRC A
MOV R0,A
MOV A,R1
RRC A
MOV R1,A
JNC me2
MOV A,R4
ADD A,5h
MOV 5h,A
MOV A,R3
ADDC A,4h
MOV 4h,A
MOV A,R2
ADDC A,3h
MOV 3h,A
me2: CLR 0D4h
CLR 0D3h
MOV A,R4
RRC A
MOV R4,A
MOV A,R5
RRC A
MOV R5,A
MOV A,R6
RRC A
MOV R6,A
MOV A,R7
RRC A
MOV R7,A
DJNZ r0,MET1
;Подпрограмма сложения пяти байт(R3, R4, R5, R6, R7 - 0-ой банк.
;) с двумя (R2(0Dh),R3(0Eh) - 0-ый банк), результат помещается в R3(13h), ;R4(14h), R5(15h), R6(16h), R7(17h) - 2-ой банк.
CLR 0D3H ;
CLR 0D4H ;
MOV A,R5
ADD A,R3
MOV 12H,A
MOV A,R4
ADDC A,R2
MOV 11H,A
JNC M1
MOV A,#01
ADD A,11H
MOV 11H,A
JNC M1
MOV A,#01H
ADD A,10H
MOV 10H,A
MOV 14h,0Ch
MOV 13h,0Bh
M1: CLR 0D3H
SETB 0D4H
END
Подпрограмма передачи пяти байт находящихся в R3 R4 R5 R6 R7.
;Выбор второго банка
SETB 0D4h
CLR 0D3h
;Передача первого байта данных
MOV A,R7
MOV C,P ;Р - бит четности аккумулятора
MOV TB8,C
MOV SBUF,A
MOV IE,#10010000b ;Выставляется приоритет прерываний
NOP
NOP
NOP
;Передача 2 байта данных
MOV A,R6
MOV C,P
MOV TB8,C
MOV SBUF,A
MOV IE,#10010000b
NOP
NOP
NOP
;Передача 3 байта данных
MOV A,R5
MOV C,P
MOV TB8,C
MOV SBUF,A
MOV IE,#10010000b
NOP
NOP
NOP
;Передача 4 байта данных
MOV A,R4
MOV C,P
MOV TB8,C
MOV SBUF,A
MOV IE,#10010000b
NOP
NOP
NOP
;Передача 5 байта данных
MOV A,R3
MOV C,P
MOV TB8,C
MOV SBUF,A
MOV IE,#10010000b
END
8.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Каталог по интегральным микросхемам фирмы ANALOG DEVICES за 1996 год.
[1] В качестве источника опорного напряжения будет использоваться внутреннее опорное напряжение интегральной микросхемы AD7890. Вклад погрешности вносимой источником опорного напряжения учитываться не будет.
ФИЛИАЛ МОСКОВСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ АКАДЕМИИ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ В Г. УГЛИЧКафедра «ТОЧНЫЕ ПРРИБОРЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ»КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине «Микропроцессорная измерительная техника» на тему : «Проектирование систе
Проектирование устройства сбора данных
Промышленные компьютеры
Протокол HDLC
Протоколы и стандарты объектно-ориентированного программирования
Процедуры и функции
Процессор
Процессор AMD. История развития
Процессор для ограниченного набора команд часть 1 (7) ( [Курсовая])
Процессор пентиум
Анализ структур, характеристик и архитектур 32-разрядных микропроцессоров
Copyright (c) 2024 Stud-Baza.ru Рефераты, контрольные, курсовые, дипломные работы.