Разработка системы сбора данных на базе МК АТ90S2313. Написание программного обеспечения для генерации дискретного треугольного сигнала и изменения значения частоты сигнала по каналу RS-232 в диапазоне 500-1000 Гц

1. Техническое задание.

Разработать систему сбора данных на базе МК АТ90S2313 со следующими функциональными возможностями:

а. система должна  генерировать 8-разрядный дискретный треугольный сигнал;

б. изменение значения частоты треугольного сигнала через интерфейс RS-232.

Написать программное обеспечение для генерации дискретного треугольного сигнала и изменения значения частоты сигнала по каналу RS-232 в диапазоне 500-1000 Гц.

2. Введение.

Микроконтроллеры нашли широкое применение в мире современной техники. Микроконтроллеры лежат в основе новейших систем сбора данных. Их использование позволяет усовершенствовать  сбор и обработку данных, а так же облегчить контроль технологических процессов. В данной курсовой работе разработана система сбора данных на основе микроконтроллера АТ90S2313 фирмы Atmel, имеющего RISC архитектуру.

При написании программного обеспечения микроконтроллера использовалась среда AVR Studio. 

3. Выбор компонентов для ССД.

При разработке системы сбора данных были использованы микроконтроллер AT90S2313 и микросхема интерфейса RS-232.

Рассмотрим более детально каждый из элементов.

1. Микроконтроллер.

При разработке ССД был использован микроконтроллер AT90S2313, созданный фирмой Atmel.

Данный микроконтроллер построен с использованием расширенной RISC архитектуры, объединяющей развитый набор команд и 32 регистра общего назначения. Все 32  регистра непосредственно подключены к арифметико-логическому  устройству, что дает доступ к  любым двум регистрам за один  машинный цикл. Большим достоинством микроконтроллеров с  расширенной RISC архитектуры является обеспечение десятикратного выигрыша в эффективности кода по сравнению с традиционными CISC микроконтроллерами.

Так же используемый микроконтроллер имеет возможность работать на тактовой частоте 10МГц, это обеспечивает его высокое быстродействие.

Говоря о конструкции микроконтроллера следует отметить наличие 20 выводов из которых пять "заняты": два - питание (VCC и GND), два - для подключения "кварца" (XTAL1 и XTAL2) и "Сброс" (RESET).

Другие 15 выводов представляют собой два порта – 8-и разрядный B (PB7..PB0) и 7-и разрядный D (PD6..PD0), они могут быть использованы для ввода/вывода информации               Порт D имеет семь двунаправленных линий ввода/вывода PD6..PD0. В то же время, PD0 может использоваться как ресивер (RXD), а PD1 - как трансивер (TXD) интерфейса обмена данными (UART), PD2 и PD3 - как входы для сигналов внешних прерываний (INT0 и INT1), PD4 и PD5 - в качестве входов таймеров/счетчиков (TO и T1), а PD6 - для управления ими (ICP). Линии PB5-PB7 используются для внутрисхемного программирования контроллера (MOSI, MISO, SCK).    

Параметры микроконтроллера AT90S2313:

Семейство	AVR
Количество регистров общего пользования	32 восьмиразрядных регистра
Система команд	118 команд
Uпит	2,7-6В
Стандартная тактовая частота	10МГц
Объем памяти программ	2кбайт флеш-памяти, количество циклов стирания записи>1000
Таймеры	2 таймера 8 и 16 бит с программируемым делителем
Компаратор	Встроенный аналоговый компаратор
Защита от зависания	Встроенный Watchdog Timer
Внешний интерфейс	SPI-интерфейс,1восьмиразрядный двунаправленный порт, 1семиразрядный двунаправленный порт; UART
Внешние прерывания	По двум выводам
Потребление	При f=4МГц и Uпит =3В потребление равно 2,8мВ

В схеме также использован супервизор инициализации микроконтроллера МАХ809, созданной фирмой MAXIM, который в момент подачи напряжения питания вырабатывает сигнал аппаратного сброса микроконтроллера. В этом случае происходит обнуление всех регистров микроконтроллера, после чего начинается выполнение основной программы.

Это сделано для того, чтобы избежать «зависания» микроконтроллера и других непредсказуемых ситуаций, которые могут возникнуть из-за того, что в момент включения в регистрах микроконтроллера находятся случайные данные.       

2. Микросхема интерфейса RS-232.

В отличии от стандартной логики, где ноль представляется уровнем напряжения от 0 до 0.8 В, а единица от 2.5 до 5 В, при передаче по каналу RS-232 нуль и единица кодируются одинаковыми по величине от 5 до 12 В, но разными по знаку сигналами.

Поскольку чтобы передать стандартный логический сигнал по RS-232 он должен быть преобразован в сигнал другого уровня, а для этого в схеме надо предусмотреть соответствующие средства преобразования.

В настоящее время ведущими производителями микросхем производятся полностью законченные преобразователи, не требующие большого количества дополнительных элементов.

Такие микросхемы включают в себя преобразователь напряжения +5В в +10 В и каскады, которые осуществляют преобразование логических сигналов стандартного уровня в сигналы уровня по стандарту RS-232.

Для разрабатываемой ССД выберем микросхему, выпущенную фирмой Analog Devices ADM 202.

Параметры микросхемы: