Тахометр на микроконтроллере

Разработка структурной и принципиальной схемы устройства. Микроконтроллер PIC16F886, температурные и электрические характеристики. Четырехразрядный семисегментный светодиодный индикатор. Разработка алгоритма управляющей программы, общий алгоритм.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

Развитие микроэлектроники и широкое ее применение 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 микроэлектронных средств в изделиях промышленного и культурно-бытового назначения не только приводит к повышению технико-экономических показателей изделий (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и позволяет многократно сократить сроки разработки и отодвинуть строки "морального старения" изделий, но и придет им принципиально новые потребительские качества. В микроэлектронике бурное развитие получило направление, связанное с выпуском однокристальных микроконтроллеров, которые предназначены для "интеллектуализации" оборудования различного назначения. Однокристальные микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде БИС и включающие в себя все составные части микроЭВМ: микропроцессор, память программ и память данных, а также программируемые интерфейсные схемы для связи с внешней средой. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости (во многих применениях система может состоять только из одной БИС микроконтроллера), что микроконтроллерам, видимо, нет разумной альтернативной элементной базы для построения управляющих и регулирующих систем, и в будущем микроконтроллеры будут находить все большее применение. Структурная организация, набор команд и аппаратурно-программные средства ввода/вывода информации микроконтроллеров лучше всего приспособлены для решения задач управления и регулирования в приборах, устройствах и системах автоматики, а не для решения задач обработки данных.

1. Разработка структурной схемы устройства

Составим структурную схему проектируемого устройства.

Рисунок 1 - Структурная схема устройства

Основной задачей решаемой при составлении структурной схемы является определение блоков устройства.

Проектируемое устройство содержит следующие узлы:

Кварцевый резонатор с частотой f, работает совместно со встроенным тактовым генератором микроконтроллера (далее МК). Резонатор обеспечивает повышенную стабильность частоты тактового генератора МК.

МК - микроконтроллер PIC16F886.

Индикатор - четырехразрядный семисегментный индикатор для отображения информации.

2. Разработка принципиальной схемы устройства

Принципиальная электрическая схема и перечень использованных элементов приведены в приложении А.

Устройство состоит из:

микроконтроллера;

устройства индикации.

2.1 Микроконтроллер PIC16F886

Микроконтроллер PIC16F886 выбран согласно задания.

Характеристики МК PIC16F886 [3]:

Высокоскоростная RISC архитектура.

35 инструкций.

Все команды выполняются за один цикл, кроме инструкций переходов, выполняемых за два цикла.

Тактовая частота (макс.)

DC - 20 МГц, тактовый сигнал,

DC - 200 нс, один машинный цикл.

8к х 14 слов FLASH памяти программ.

368 х 8 байт памяти данных (ОЗУ).

256 х 8 байт EEPROM памяти данных.

Система прерываний (13 источников).

8-уровневый аппаратный стек.

Прямой, косвенный и относительный режим адресации.

Сброс по включению питания (POR).

Таймер сброса (PWRT) и таймер ожидания запуска генератора (OST) после включения питания.

Сторожевой таймер WDT с собственным RC генератором.

Режим энергосбережения SLEEP.

Выбор параметров тактового генератора.

Высокоскоростная, энергосберегающая CMOS FLASH/EEPROM технология.

Программирование в готовом устройстве (используется два вывода микроконтроллера).

Широкий диапазон напряжений питания от 2,0 В до 5,5 В.

Повышенная нагрузочная способность портов ввода/вывода (25мА).

Малое энергопотребление:

-< 0.6 мА @ 3.0В, 4.0МГц,

-20 мкА @ 3.0В. 32кГц,

-< 1мкА в режиме энергосбережения (SLEEP).

Характеристики периферийных модулей:

Таймер 0: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным программируемым предделителем.

Таймер 1: 16-разрядный таймер/счетчик с возможностью подключения внешнего резонатора.

Таймер 2: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным программируемым предделителем и выходным делителем.

Два модуля сравнение/захвата/ШИМ (ССР):

-16-разрядный захват (макс. разрешающая способность 12,5 нс),

-16-разрядное сравнение (макс. разрешающая способность 200 нс),

-10-разрядный ШИМ.

Многоканальный 10-разрядный АЦП.

Последовательный синхронный порт MSSP (ведущий/ведомый режим), SPI (ведущий/ведомый режим), I2C.

Последовательный синхронно-асинхронный приемопередатчик USART с поддержкой детектирования адреса.

Детектор пониженного напряжения (BOD) для сброса по снижению напряжения питания (BOR).

Основные температурные и электрические характеристики МК PIC16F886 приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Температурные и электрические характеристики МК PIC16F876

Название параметра (характеристики)	Значение
Предельная рабочая температура	от -55°С до +125єС
Температура хранения	от -65°С до +150єС
Напряжение VDD относительно VSS	от -0,3 В до +7,5 В
Напряжение относительно VSS	от 0 В до +14 В
Напряжение на остальных выводах относительно VSS	от -0,3 В до VDD+0,3 В
Максимальный ток вывода VSS	300 мА
Максимальный ток вывода VDD	250 мА
Макс. выходной ток стока канала ввода/вывода	25 мА
Макс. выходной ток истока канала ввода/вывода	25 мА
Макс. выходной ток стока портов ввода/вывода PORTA, PORTB и PORTС	200 мА
Максимальный выходной ток истока портов ввода/вывода PORTA, PORTB и PORTС	200 мА

Цоколёвка МК приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Цоколевка МК PIC16F886

Назначение используемых выводов приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Назначение используемых выводов МК

Обозн. вывода	Номер выв.	Назначение вывода
OSC1, OSC2	9, 10	Подключается кварцевый резонатор
	1	Вход сброса МК
Vdd	20	Питание
Vss	8, 19	Общий вывод
RA0…RA3	2…5	Порт A
T0CKI	6	Подсчет внешних импульсов
RB0…RB7	21..28	Порт B

Кварцевый резонатор (ZQ1) служит для увеличения стабильности генерируемой частоты. Конденсаторы C1 и C2 предназначены для согласования работы кварцевого резонатора и микроконтроллера. Согласно [4] их емкость составляет 30 пФ для част...