Разработка принципиальной схемы и алгоритма функционирования прибора для измерения температуры с заданными характеристиками

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра ССОД

Курсовой проект

по дисциплине

«Микроконтроллеры»

задание № 14

Факультет: АВТ Группа: АО-11		Преподаватель: Зубов С.П. Отметка о защите: _______________
Студент:	Карпова М. С.

Дата защиты: «___»___________2004г.

Новосибирск 2004.

Содержание

Задание.......................................................................................................... 3

Выбор элементной базы.......................................................................................................... 4

Соответствие прибора заданной погрешности.......................................................................................................... 5

Алгоритм функционирования.......................................................................................................... 6

Настройкапериферийныхмодулей.......................................................................................................... 7

Настройка АЦП.......................................................................................................... 7

Настройка цифрового порта ввода-вывода.......................................................................................................... 9

Алгоритм измерения температуры.......................................................................................................... 12

Пересчет измеренного напряжения в температуру.......................................................................................................... 13

Принципиальная схема прибора.......................................................................................................... 14

Спецификация.......................................................................................................... 15

Список использованной литературы.......................................................................................................... 16

Задание

Разработать принципиальную схему и алгоритм функционирования прибора для измерения температуры со следующими характеристиками:

-  4 канала для подключения термометров сопротивления типа Pt 500;

-  Погрешность измерителя температуры не более 0,1 °С в диапазоне 0…150 °С;

-  4 выходных дискретных канала с гальванической развязкой;

-  2 счетных цифровых входа, которые подключаются с числоимпульсным выходным сигналом. Минимальный период сигнала 500 мс, дребезг 1 мс.

Выбор элементной базы

Требуемый прибор выполнен на базе микроконтроллера MSP430P325A компании Texas Instruments. Данный микроконтроллер имеет  следующие характеристики:

·  Напряжение питания 2.5 - 5.5 V

·  Низкое потребление тока :400 mkA , 1MHz, 3 V

·  Пять режимов снижения потребления тока:
  LPM0-LPM4 (30 mkA - 0.8 mkA)

·  Возврат в рабочий режим за 6 mkS

·  16-Битовая RISC архитектура, время исполнения инструкции - 300 nS

·  Единственный 32 kHz керамический резонатор, внутренняя системная частота - до 3.3 MHz

·  Встроенный драйвер ЖКИ, 84 сегмента

·  12+2 бит АЦП, 6 каналов

·  Токовый АЦП с внешними компонентами

·  Стабилизированный генератор тока ( 6 mA ), 4 канала

·  Два 16-битовых таймера

·  Один 8-битовый таймер с портами ввод-вывод

·  Сторожевой таймер ( 16 бит )

·  Порты ввода-вывода : 8 линий

·  Последовательное программирование (JTAG )

·  Защита программного кода.

АЦП используется для преобразования измеренного напряжения в код на термометрах сопротивления типа Pt 500.

          Измерение температуры можно реализовать как с помощью двухпроводной схемы подключения, так и четырехпроводной. Однако использование последней предпочтительнее, т.к. такое подключение не вносит погрешности (от проводников) в измерения. Для реализации четырехпроводной схемы были также использованы мультиплексоры ADG704. 

Для обеспечения функционирования микроконтроллера используется внешний кварцевый генератор ZQ1 с частотой 32768Гц.  

Соответствие прибора заданной погрешности:

Для измерения температуры на термометры сопротивления типа Pt 500 подается ток Ics с встроенного генератора тока, величина которого определяется по формуле: 

,  где

Ics – собственно подаваемый ток с генератора,

Vref – опорное напряжение АЦП,

Rex – внешний резистор, величина которого и определяет подаваемый ток.

При напряжении Vref  5 В и токе Ics  0,005 А, сопротивление Rex составляет 250 Ом.

Разрядность АЦП микроконтроллера n = 14 бит.

Определим вес в вольтах одного разряда АЦП q:

q = UREF / 2ⁿ

 UREF – величина опорного напряжения АЦП.

При UREF= 5В:

Получим:            q = 5 В / 16384 = 0,0003052 В

При изменении температуры на 1°С сопротивление изменяется на 2 Ом, соответственно изменение напряжения 2 Ом*0,005А= 0,01 В.