Реферат: Проектирование системы сбора данных

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 |7 |
|4.1 Выбор микропроцессорного комплекта | |
|4.1.1 Аппаратное сопряжение ПК и микроконтроллера |7 |
|4.1.2 Выбор кварцевого резонатора |7 |
|4.1.3 Выбор скорости приема/передачи по RS-232 |8 |
|4.1.4 Разработка формата принимаемых и передаваемых данных по RS-232 |8 |
|4.2 Выбор буфера RS-232………………………………………………………………. |9 |
|4.3 Выбор АЦП. |9 |
|4.3.1 Расчет погрешности вносимой АЦП. |10 |
|4.4 Выбор сторожевого таймера. |11 |
|4.5 Выбор интегральной микросхемы операционного усилителя |12 |
|4.5.1 Расчет погрешностей от нормирующего усилителя |12 |
|4.6 Выбор и расчет внешних элементов гальванической развязки |14 |
| |16 |
|5. АПРОКСИМАЦИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНОГО ДАТЧИКА |18 |
|5.1 Оценка погрешности от аппроксимации | |
| |19 |
|6. ВЫБОР ФОРМАТА ДАННЫХ |20 |
|6.1 Оценка погрешности от перевода коэффициентов |20 |
|7. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ |21 |
|8. РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОШНОСТИ ОСНОВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ СХЕМЫ | |
| |22 |
|ПРИЛОЖЕНИЯ | |
|Приложение 1 |23 |
|Приложение 2 |24 |
|Приложение 3 |25 |
|Приложение 4 |26 |
|Приложение 5 |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 |4 |
|давления | |
|Количество линейных датчиков |3 |
|статическая характеристика |U(p)=a0p+b a0=0.1428 |
|диапазон измеряемого давления |b=-0.71 |
|собственная погрешность измерения |5..50 КПа |
| |0.1% |
|Количество нелинейных датчиков |1 |
|статическая характеристика |U(p)=a0p+a1p2+a2p3+b |
| |a0=0.998, a1=0.003 |
|диапазон измеряемого давления |a2=-0.001 b=-2.5 |
|собственная погрешность измерения |0.01..5 Мпа |
| |0.1% |
|Максимальная погрешность одного канала не |0.5% |
|более | |
|Количество развязанных оптоизолированных | |
|входов для подключения датчика контроля за |1 |
|давлением |1 |
|Активный уровень |уровень ТТЛШ |
|Выходное напряжение логического нуля |уровень ТТЛШ |
|Выходное напряжение логической единицы | |
|Максимальный выходной ток |2.5 |
|логического нуля мА |1.2 |
|логической единицы мА | |
|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.

[pic]

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 [pic] 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 [pic]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
(с (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 [pic](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. | |0.8 |В |
|порог | | | |
|Высокий входной лог.|2.4 | |В |
|порог | | | |
|RS-232 приемник | | | |
|Входное допустимое |-30 |+30 |В |
|напр. | | | |
|Входной нижний парог|0.4 | |В |
|Входной высокий | |2.4 |В |
|парог | | | |
| | |Продолжение таблицы 3 |
|RS-232 передатчик | | | |
|Выходной размах |-+5 | |В |
|напр. | | | |
|Сопр. Выхода |300 | |Ом |
|передатчика | | | |
|Температурный |-40 |+85 |°C |
|диапазон | | | |


Функциональная блок-схема интегральной микросхемы ADM 202E представлена на рис.2

Функциональная блок-схема интегральной микросхемы ADM 202E

[pic]

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

[pic]

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 |(1 МЗР |0.0244 |
|нелинейность | | |
|Полной шкалы |(2.5 МЗР |0.061 |
|Общая ((АЦП) | |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
| |V+ |V- |
|Напряжение питания (UПИТ)В: | | |
| |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 |1800000 |
|обратной связи | |


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

[pic]

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 ((Uсм), погрешности тока сдвига ((Iсдв), 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.) ((Iд обр.), погрешности КООС ((КООС), погрешности разброса параметров сопротивлений от номинального значения ((R1 R2 MAX).
Оценка погрешности от напряжения смещения ((Uсм)

(Uсм= Uсм*Ку где Ку – коэффициент усиления (в нашем случае Ку=1)

(Uсм=25 мкВ

(Uсм%=[pic]

(Uсм%=0.001 %
Оценка погрешности от обратного тока диодов ((Iд обр )

U+д= IД ОБР.*R2

U+д=0.002

(Iд обр= U+д*Ку

(Iд обр=2 мВ

(Iд обр%=[pic]

(Iд обр%=0.0016
Оценка погрешности от КООС ((КООС)

[pic], где Кд – коэффициент усиления дифференциального сигнала (Кд=1);

КС – коэффициент усиления синфазного сигнала

КС=1/501190

КС=1.96*10-6

(КООС=UВХ СИН MAX*KC, где UВХ СИН MAX – синфазное максимальное входное напряжение (UВХ СИН
MAX=2.5 В).

(КООС=2.5*1.996*10-6

(КООС=7.7 мкВ

(КООС%=[pic]

(КООС%=0.0003
Оценка погрешности от тока сдвига ((Iсдв)

U+=IСДВ*R2 где U+ - см. рис.4

U+= 0.7 мкВ

(Iсдв= U+*Ку

(Iсдв=0.7 мкВ

(Iсдв%=[pic]

(Iсдв%=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

[pic]
И тогда общая погрешность нормирующего усилителя будет равна

(НУ=(((R1R1max+(Iсдв+(КООС+(Iд обр+(Uсм)/Ку)*100

[pic][pic]
|(НУ=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 |0.4 В |
|нуля | |
|Выходное напряжение в состоянии логической |2.4 |
|единицы | |
|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

VT1- КТ3102Г(h21Э=100),

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

[pic] при IД=5 мА, а значение сопротивления R2 будет равно

[pic] 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

[pic] где IК – ток протекающий через коллектор VT1 (IК= IД)

[pic]

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 =[pic] где UВХ MAX – максимальное входное напряжение подаваемое на вход
АЦП;

UВХ MIN – минимальное входное напряжение подаваемое на вход

[pic]

[pic]
Выразив p из (2) и приняв во внимание (3), формула нахождения давления от напряжения примет следующий вид:

|[pic] |(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 (АПР=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:

(пер.коэф=(k*код+(b=2-24*4096-2-16
|(пер.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:

(СУМ=(АЦП+(НУ+(АПР+(пер.коэф где (АЦП – погрешность вносимая от АЦП (см табл.4);

(НУ - погрешность от нормирующего усилителя (см. ф.(1));

(АПР - погрешность от аппроксимации(см.п.4);

(пер.коэф - погрешность от перевода коэффициентов (см. 4)

(СУМ=0,1098+??+0.093+0.044

8. РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОШНОСТИ ОСНОВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ СХЕМЫ
Примерную потребляемую мощность можно найти по формуле

[pic][pic] 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);

[pic]

ПРИЛОЖЕНИЯ


Приложение 1

Точные значения кварцев


|Кратность |Скорость передачи |Частота кварца (МГц) |
| |(Кбод) | |
| | |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

Возможные значения кварцев


SMOD=0
|Кратность |Скорость передачи |Частота кварца (МГц) |
| |(Кбод) | |
| | |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 |Частота кварца (МГц) |
| |(Кбод) | |
| | |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

Подпрограмма инициализации

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.

DELAY: MOV R0,C8h


MET1: NOP

DJNZ R0,MET1

RET
Подпрограмма задержки на 0.6 сек.

DELAY2: MOV R0,Ah

` 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.


-----------------------
Ожидается запрос от ПК (требуется рассчитать и передать давление с датчика

N)

НАЧАЛО


[pic]

АЦП преобразовывает сигнал с ДД в двоичный код и передает этот код в

МП(по инициативе МП)

Передача от МП в АЦП данных (переключение нужного канала и запуск преобразования )

МП выполняет программу расчета давления и передает найденное давление В ПК по RS-232

КОНЕЦ

[pic]

[pic]

–??/???????–??/????????–??/????????[pic]

[pic]

[pic]

©2007—2016 Пуск!by | По вопросам сотрудничества обращайтесь в contextus@mail.ru