Upravljanje d-a konvertora mikrokontrolerom

1. Upravljanje d-a konvertora mikrokontrolerom

2. Sistem oplemenjen mikrokontrolerom u potpunosti zamenjuje coveka, malih je dimenzija i mala je potrosnja energije. Mikrokontroleri sve vise zalaze u svaki segment covecanstva. Uredjaji novije generacije su nezamislivi bez mikrokontrolera. Nalaze se svuda: u racunarau, u kucnim aparatima, na profesionalnim uredjajima, na uredjajima zamernu tehniku i kontrolu...

3. Zahvaljuci cinjenici da mikrokontroler PIC16F877A firme Microchip pretstavlja integraciju centralne procesorke jedinice (CPU), memorije i periferija, ne zahteva se slozeni eksterni hardver da bi se realizovao mikroračunarski sistem. Ovaj mikrokontroler je izradjen u CMOS tehnologiji sa ugradjenom FLASH i EEPROM memorijom za memorisanje programa i podataka. PIC16F877A ima tipicnu RISC arhtekturu. Ova arhitektura karakterise se manjim skupom instrukcija koje se brze izvrsavaju od instrukcija kod CISC arhitekture

4. Mikrokontroleri

5. Mikroprocesori u odnosu na mikrokontrolere Da bi ukazali na to kakva razlika postoji izmedju mikroprocesora i mikrokontrolera analiziracemo sliku 1.1 koja predstavlja jedan detaljan blok dijagram mikroracunarskog sistema. Dok je mikroprocesor (CPU) na jedinstvenom cipu sam, mikrokontroler, na jedinstvenom cipu, sadrzi CPU, RAM i ROM memoriju i ostale ulazno-izlazno orijentisane gradivne blokove (paralelni i serijski interfejsi, tajmeri, logika za prihvatanje prekida, A/D i D/A konvertore i dr.)

6. Slika 1.1

7. Razlike su brojne ali one koje su najvaznije su sledece: • Mikroprocesori su najcesce CISC tipa. Za kopiranje podataka iz spoljne memorije u CPU koriste veci broj op-kôdova, dok mikrokontroleri jedan ili dva. • Za manipulisanje sa podacima tipa bit, mikroprocesori koriste jedan ili dva tipa instrukcija, dok je kod mikrokontrolera taj broj veci. • Mikroprocesori su projektovani za brzi prenos podataka iz programa sa spoljno adresiranih lokacija u cip, dok se kod mikrokontrolera brzi prenos bitova obavlja u okviru cipa. • Mikrokontroler moze da funkcionise kao racunar bez dodataka spoljnih gradivnih blokova (memorije i U/I uredjaja), dok operativnost mikroprocesora bez spoljne memorije i U/I podsistema nije moguca

8. Mikrokontroler PIC16F877

9. Kao sto je u uvodu naglaseno centralna komponenta naseg sistema je mikrokontoler PIC16F877 firme Microchip. U ovom poglavlju cemo se truditi da detaljnije opisemo ovo integrisano kolo.Mikrokontroleri imaju integrisane sve gore pobrojane gradivne blokove: CPU, memoriju, oscilator, watch-dog timer i U/I, integrisni su unutar samog cipa. I pored prednosti koje se nude integracijom postoji jedan ozbiljan nedostatak koji se ogleda u malom iznosu implementirane memorije (reda kB) i relativno skromnim mogucnostima ulazno-izlaznog podsistema (dva do tri paralelna porta, do tri tajmera, jedan do dva UART-a, jedan ADC). PIC familija mikrokontrolera podrzava rad sa: velikim brojem U/I uredjaja (paralelni portovi,serijski portovi, LCD i dr.); memorijama razlicitog tipa (EEPROM, FLASH, RAM, ROM)

10. Osnovne karakteristike mikrokontrolera PIC16F877: • Visoko performansni RISC CPU • 35 instrukcija obima jedne reci • Radna frekvencija ,fref = DC-20 MHz • Trajanje taktnog intervala tcpu = 200 ns, kada je fref = 20 MHz • Op-kôd obima14bita • Harverski magacin sa osam nivoa • Tri nacina adresiranja: -direktno • -indirektno • -relativno • Programska memorija kapaciteta 8 kx14-bitnih reci realizovane u FLASH tehnologiji • Memorije za podatke tipa RAM kapaciteta 368x8 bita • Memorije za podatke EEPROM tipa kapaciteta 256x8 bita • Prekidi ( do 14 izvora prekida) • U/I portovi: A,B,C,D,E • Tri tajmera: -Timer0: 8-bitni tajmer/brojac dogadjaja • -Timer1: 16-bit tajmer/brojac dogadjaja • -Timer2: 8-bit tajmer/brojac dogadjaja • 10-to bitni 8-kanalni Analogno-Digitalni (A/D) konvertor • Seriska komunikacija: MSSP,USART • Paralelna komunikacija: PSP • Power-on Reset- reset pri ukljucenju napajanja(POR)

11. Power-up timer-unosenje kasnjenja nakon ukljucenja napajanja • (PWRT) • OscillatorStart-up Timer-unosenje kasnjenja nakon stabilizovanja • radne frekvencije oscilatora(OST) • Sleep -rezim rada za stednju energije • Watchdog timer sa sopstvenim integrisanim RC oscilatorom za • nezavisni rad • Izbor tipa oscilatora • Mala potrosnja,velika brzina rada • Radni napon od 2V do 5.5V • Mala potrosnja energije: • <0.6 mA pri naponu od 3V i radnoj frekvenciji od 4 MHz • 20µA pri naponu od 3V i radnom taktu od 32kHz • <1µA u standby nacinu rada

12. Digitalno-analogni konvertor

13. Da bi se, koriscenjem digitalnih sistema za obrdau (racunara) izvrsila efikasna obrada izmerenih fizickih velicina, neophodno je fizicke velicine mernim pretvaracima transformisati u elektricne, napon ili struju, a zatim napon ili struju, koja reprezentuje izmerenu velicinu u analognoj formi, transformisti u digitalno kodovan broj. Elektronsko kolo koje velicinu i polaritet napona (struje) konvertuje u odgovarajucu digitalnu formu naziva se analogno-digitalni konvertor, ili skraceno A/D konvertor.

14. Digitalno-analogni konvertor sa lestvicastom mrezom

15. Lestvicasta otporna mreza je prikazana na slici 1.2, a dobila je naziv po svojoj slicnosti sa letvicama.Kao sto se sa slike vidi,u mrezi se koriste samo dve vrste otpornika, R i 2R po celiji. Mreza je bez obzira na broj celija, zatvorena sa obe strane otpornicima 2R prema masi.Lestvicasta mreza ima osobinu da ekvivaletna otpornost svake grane prema masi iz svakog cvora Ai iznosi 2R. Takodje je iz svake tacke Pi ekvivaletna otpornost mreza 3R. Ovo ima za posledicu, da kada se bilo koji prekidac Pi prikljuci na napon VREF kroz granu Pi-Ai ce teci struja istog intenziteta, Ii=VREF/3R. U svakom cvoru Ai, s obzirom da je otpornost svih grana jednaka, struja se deli na dve jednake komponente.

16. Slika 1.2

17. Ako se primeni zakon superpozicije, struja I kroz granu An-1-m ima vrednost gde Qi=1 oznacava da je i-ti prekidac prikljucen na referetni napon, Qi=0, da je prikljucen na masu. Ako se tacka M, umesto na masu, prikljuci na virtuelnu masu operacionog pojacavaca, a upravljacki signali prekidaca na izlaz stacionarnog registra, dobija se digitalno-analogni konvertor sa lestvicastom otpornom mrezom

18. Realizacija sistema

19. Na slici 1.3 prikazana je blok sema sistema. Srce sistema je mikrokontroler firme Microchip PIC16F877 Slika 1.3

20. Mikrokontroler, kao centralni deo sistema ima ulogu da vrsi kontrolu ostalih blokaova sistema (blok zakomunikaciju sa racunarom, blok za analogno-digitalnu konverziju). Mikrokontroler je isprogramiram da generise na portu D sekvence za analogno-ditalni konvertor, tako da na izlazu konvertora imamo tri potrebna talasna oblika. Druga uloga mikrokontrolera je da preko RS232 interfejsa posalje informacije racunaru

21. Talasno oblik broj 1:

22. Talasni oblik broj 2:

23. Talasni oblok broj 3:

24. Softver

25. Celokupan softver za rad mikrokopntrolera napisan je u Hi-Tech kompajleru. Ovaj kompajler u grupu profesionalnih alata za rad sa mikrokontrolerima. Nakon pisanja i kompajliranja softvera, loadovanje hex datoteke u mikrokontroler vrseno je Ic-prog-om i TAIT programatorom.

26. U skopu ovog seminarskog rada napisana su tri programa koji generisu razlicite talasne oblike. Prvi program je osnovni I glavi program koji generise tri gore pomenuta talasna oblika. Dtugi program generise cetiri talasna oblika napona od kojih je jedan proizvoljnog oblika. Treci program generise osnovne talasne oblike, ali stom razlikom Sto se inkrementiranje brojaca vrsi rucno (pomocu tastera ba pinu RE2)

27. End