Разработка электронных весов с автоматическим выбором диапазона измерения

Содержание

1. Техническое задание. 3

2. Анализ технического задания. 4

3. Распределение адресного пространства. 6

4. Описание принципиальной схемы.. 7

5. Перечень элементов. 9

6. Программа. 11

7. Алгоритм работы программы.. 16

8. Список литературы.. 18

1. Техническое задание

          Разработать электронные весы с автоматическим выбором  диапазона измерения и со следующими характеристиками:

          - диапазон измерения от 10г до 200кг;

          - погрешность 1%.

2. Анализ технического задания

По требованию технического задания необходимо разработать цифровые весы на основе микропроцессорной системы (МПС). Для решения этой задачи необходимо установить помимо стандартных составных частей МПС (микропроцессора (МП), ПЗУ, ОЗУ, тактового генератора) следующие компоненты:

1)  Датчики измерения веса;

2)  Коммутатор аналоговых сигналов;

3)  Устройство считывания аналогового сигнала и преобразования его в цифровой код (АЦП);

4)  Устройство, запускающее процесс измерения с определенной периодичностью (таймер К1810ВИ54);

5)  Индикаторы для отображения измеренного веса;

6)  Устройство управления индикаторами (контроллер клавиатуры и индикации КР580ВВ79)

Рассмотрим каждую составляющую МПС более детально.

В качестве МП воспользуемся микросхемой К1810ВМ86, выполненной по n-МОП технологии, имеющей 16-разрядную шину данных (ШД) и 20-разрядную шину адреса (ША), мультиплексированную с ШД. Блок центрального процессора включает в себя: буферные регистры для защелкивания адреса, двунаправленные шинные формирователи ШД и дешифратор сигналов управления запоминающими и внешними устройствами. К1810ВМ86 может работать на тактовой частоте до 5МГц и  взаимодействовать с внешними устройствами на ТТЛ-уровнях.

Для ПЗУ возьмем две микросхемы К573РФ2 по 2КБ каждая. В нем будет записан вектор обработки прерывания, константы и программа управления МПС.

В ОЗУ будет храниться измеренный вес и адрес возврата из подпрограммы обработки прерывания. ОЗУ будет состоять из двух микросхем К537РУ9А по 2КБ каждая.

В качестве генератора тактовых импульсов воспользуемся микросхемой К1810ГФ84 с внешней резонаторной цепью на 15МГц.

Для равномерного перекрытия всего диапазона измерения веса и обеспечения минимальной погрешности воспользуемся тремя датчиками веса фирмы SCAIME с характеристиками, перечисленными в таблице 1.

Таблица 1

Каждый из датчиков допускает максимальную перегрузку до 200% в режиме работы, питается напряжением 5÷10В и обеспечивает погрешность измерений не более 0,017%.

          Аналоговый коммутатор возьмем TDA1029 фирмы Philips – двухканальный аналоговый коммутатор 4-1.

В качестве аналогово-цифрового преобразователя воспользуемся 12-разрядным быстродействующим АЦП AD578 фирмы Analog Devices. АЦП будет принимать входной сигнал с аналогового коммутатора, преобразовывать его в цифровой код и по шине данных передавать его в микропроцессор для дальнейшей обработки.

Таймер К1810ВИ54 будет выполнять 2 функции: формирование запросов прерываний процессора с частотой 3Гц (чтобы не наблюдать мелькания младших цифр индикатора) и формирование частоты регенерации индикаторов.

          Индикаторов возьмем 6 штук TDSG1150 – зеленые светодиодные семисегментные индикаторы с общим анодом и номинальным током для свечения 10мА. Индикаторы будут отображать вес в граммах. 6 индикаторов достаточно для отображения веса до 999999г.

          Управлять индикаторами будет контроллер клавиатуры и индикации  КР580ВВ79 в режиме с внешней дешифрацией счетчика сканирования.

3. Распределение адресного пространства

 В данной МПС выберем совмещенную адресацию памяти и внешних устройств. Диапазоны адресов памяти и внешних устройств приведены в таблице 2.

Таблица 2

Примечание: в проектируемой МПС разряд А15 не участвует в адресации,  но в момент первоначального запуска, когда МП выставляет на шине адреса 0FFFF0h, идет фактическое обращается в ПЗУ по адресу 0FF0h.

4. Описание принципиальной схемы

Проектируемая МПС является однопроцессорной: МП работает в минимальном режиме, система имеет сравнительно небольшое число ИС и ВУ,  то есть все необходимые сигналы управления периферийными устройствами  вырабатываются на основе управляющих сигналов МП: #WR и #RD (символ # означает инверсный сигнал).

  Демультиплексирование (разделение) ША и ШД обеспечивается с помощью буферных регистров и шинных формирователей.

Восьмиразрядные буферные регистры КР580ИР82 используются в качестве однонаправленных шинных формирователей (адресных защелок), так как адресная информация должна быть выставлена в течение всего цикла чтения/записи. Защелкивание адреса осуществляется перепадом 0-1 на входе STB.

Для организации ШД используются двунаправленные восьмиразрядные шинные формирователи с высокой нагрузочной способностью КР580ВА86, режим работы которых определяется управляющими сигналами, поступающими с МП: #ОЕ (разрешение передачи) и Т(направление передачи).

Дешифрация адресов осуществляется микросхемой КР531ИД7. Адресные входы А0-А2 дешифратора подключены к разрядам А12-А14 шины адреса.

Разрабатываемое устройство содержит ПЗУ (RPROM) и ОЗУ (RAM). ОЗУ выполнено на 2-х микросхемах К537РУ9А. Их адресные входы A0–A10 подключены к ША через логику разделяющую на банки, а информационные DO0 – DO7 – к ШД. В качестве ПЗУ использованы микросхемы К573РФ2, выводы которых подключены аналогичным образом, как и микросхемы ОЗУ.

Тактовые импульсы поступают на МП с генератора К1810ГФ84, работающего в режиме формирования сигналов от внутреннего генератора с внешним кварцевым резонатором на 15МГц. При этом на выходе CLK формируются тактовые импульсы с частотой 5МГц. Они используются таймером и МП.

В таймере задействовано все 3 канала. Нулевой и первый каналы используется для формирования запросов прерывания МП с частотой 3Гц. Второй канал служит для формирования тактового сигнала с частотой 1кГц для ВВ79. При коэффициенте деления этой частоты на 2 скорость обновления индикаторного дисплея составит 62 обновлений в секунду. Этого более, чем достаточно, чтобы свечение индикаторов казалось непрерывным.

АЦП AD578 работает в однополярном режиме с внешним опорным напряжением 5В и внутренним тактовым генератором. Время преобразования составляет всего 3 мкс. Запуск преобразования осуществляется только когда одновременно с сигналом выбора АЦП на третьем разряде ША присутствует уровень логической 1.

После каждого датчика установлен операционный усилитель К140УД2А, который обеспечивает максимальный уровень выходного сигнала 5В.

Выбор коммутируемого датчика осуществляется дешифратором К155ИД4, который воздействует на управляющие входы  аналогового коммутатора. Т.к. датчик должен быть подключен в течение всего цикла преобразования на АЦП, адресные входы дешифратора защелкиваются триггерами К155ТМ2 до следующего обращения к АЦП. Номер датчика, который будет подключен к АЦП определяется разрядами А0 и А1 ША в момент обращения к АЦП.

В КР580ВВ79 задействована только индикаторная часть. Для внешней дешифрации счетчика сканирования используется дешифратор КМ155ИД12. Каждый из 7-сегментных индикаторов подключается через усилительный транзистор, обеспечивающий протекание тока 10мА в момент включения  индикатора.

Для формирования на ШД номера прерывания, младшие 8 разрядов через резисторы R6-R13 (номиналом 1кОм каждый) соединены с источником питания. Они формируют на младших разрядах ШД сигнал слабой 1. Этот сигнал никак не влияет на работу МПС, но в момент считывания номера прерывания на ШД формируется число 255.

5. Перечень элементов