Цифровой термометр на базе контроллера PIC16F877

Содержание Введение Техническое задание

1. Структурная схема цифрового термометра

2. Выбор микропроцессорного комплекта

3. Описание и расчёт схемы электрической принципиальной Список литературы Принципиальная схема Перечень элементов Блок-схема алгоритма программы Текст программы

Введение

В настоящее время более тридцати зарубежных фирм выпускают микроконтроллеры массового применения с разрядностью 8 бит, недорогие и пригодные для использования в самых разнообразных приложениях. Однако именно микроконтроллеры серии PIC фирмы Microchip® Technology Inc. переживают последние три-четыре года в России поистине взрывной рост популярности. Эти микроконтроллеры также крайне популярны во всём мире, как у производителей электронной техники, так и среди радиолюбителей.

Причиной такой популярности является мощная и продуманная поддержка разработчиков со стороны фирмы и низкая стоимость микросхем. Кроме того сам продукт обладает целым рядом неоспоримых достоинств. Микроконтроллеры PIC фирмы Microchip® объединили в себе все передовые технологии, применяемые в производстве микроконтроллеров: развитую RISC-архитектуру, минимальное энергопотребление при высоком быстродействии, ППЗУ, программируемое пользователем, функциональную законченность. Немаловажное значение имеет возможность защиты кода программы от несанкционированного копирования и использования.

Чёткая и продуманная внутренняя структура контроллеров и небольшая, но мощная система команд с интуитивно понятной мнемоникой значительно облегчают процесс изучения контроллеров PIC и написание для них программ.

Для производителей электронной аппаратуры микроконтроллеры PIC интересны обширным и законченным функциональным рядом, возможностью заказа дешёвых масочно-программируемых кристаллов при наличии отладочных кристаллов с флэш-памятью и УФ-стиранием Микроконтроллеры серии PIC идеально подходят для организации и развития малого и среднего бизнеса в области производства электронной аппаратуры

Техническое задание В работе рассматривается возможность создания устройства — «цифровой термометр» для измерения комнатных температур в диапазоне от 0…50°С с точностью измерений 7% с использованием в данном устройстве современного микропроцессорного комплекта.

Измерение температур при помощи цифрового термометра на базе микроконтроллера PIC16F877 может быть широко использовано для ряда задач в области радиотехники и других отраслях науки и техники. Внешнее исполнение устройства может быть любым, в зависимости от предъявляемых требований. При достаточно простом программном и схемотехническом исполнении устройства за основу были взяты следующие характеристики:

1. Массогабаритные.

2. Несложная реализация.

3. Надежность.

4. Невысокая стоимость.

5. Удобство в применении.

1. Структурная схема цифрового термометра Принцип работы устройства: на входную цепь подаётся напряжение 5 В, которое далее преобразуется в 0.5 В. Полученное напряжение поступает на терморезистор, который меняет своё сопротивление в зависимости от температуры. Далее напряжение усиливается и подаётся на микроконтроллер PIC16F877, в нем оно преобразуется в кодовую комбинацию, соответствующую температуре, которая впоследствии преобразуется в десятичное число и выводится на семисегментные цифровые индикаторы.

2. Выбор микропроцессорного комплекта Для реализации устройства был выбран PIC16F877, в корпусе PDIP. Основными факторами при выборе контроллера являлись: стоимость и достаточное количество линий ввода-вывода.

Характеристика микроконтроллера:

· Высокоскоростная RISC архитектура

· 35 инструкций

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

· Тактовая частота:

Ш DC — 20МГц, тактовый сигнал Ш DC — 200нс, один машинный цикл

· До 8к х 14 слов FLASH памяти программ

· До 368×8 байт памяти данных (ОЗУ)

· До 256×8 байт EEPROM памяти данных

· Совместимость по выводам с PIC16C73B/74B/76/77

· Система прерываний (до 14 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

· Программируемая защита памяти программ

· Режим энергосбережения SLEEP

· Выбор параметров тактового генератора

· Высокоскоростная, энергосберегающая CMOS FLASH/EEPROM технология

· Полностью статическая архитектура

· Программирование в готовом устройстве (используется два вывода микроконтроллера)

· Низковольтный режим программирования

· Режим внутрисхемной отладки (используется два вывода микроконтроллера)

· Широкий диапазон напряжений питания от 2.0 В до 5.5 В

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

· Малое энергопотребление:

Ш < 0.6 мА @ 3.0 В, 4.0 МГц Ш 20 мкА @ 3.0 В, 32 кГц Ш < 1 мкА в режиме энергосбережения Характеристика 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/захват/ШИМ (ССР):

Ш 16-разрядный захват (макс. разрешающая способность 12.5 нс) Ш 16-разрядное сравнение (макс. разрешающая способность 200 нс) Ш 10-разрядный ШИМ

· Многоканальное 10-разрядное АЦП

· Последовательный синхронный порт MSSP

Ш ведущий/ведомый режим SPI

Ш ведущий/ведомый режим I2C

· Последовательный синхронно-асинхронный приемопередатчик USART с поддержкой детектирования адреса

· Ведомый 8-разрядный параллельный порт PSP с поддержкой внешних сигналовRD, -WR, -CS (только в 40/44-выводных микроконтроллерах)

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

3. Описание и расчёт схемы электрической принципиальной цифровой термометр микропроцессорный программирование Входная цепь вместе с внутренним АЦП микроконтроллера представляет собой схему преобразования «напряжение — код». При изменении температуры сопротивление терморезистора изменяется, а, следовательно, изменяется и входное напряжение на микропроцессоре. Напряжение на входе RA0 преобразуется в 10-битный цифровой двоичный код с шагом квантования

Схема включает в себя два операционных усилителя марки К140УД6. DA1 исключает влияние делителя напряжения на сопротивление терморезистора, а DA2 необходим для согласования терморезистора с микроконтроллером.

После преобразования микроконтроллер ставит в соответствие полученному коду температуру и отображает её на семисегментные индикаторы.

Для измерений используется терморезистор с отрицательным ТКС КМТ-8. Его номинальное сопротивление Rt = 510 Ом.

Терморезистор имеет нелинейную зависимость R (T), для её линеаризации параллельно терморезистору поставим резистор R3 = 1000 Ом.

Рассчитаем сопротивления делителя напряжения:

примем R1 = 1 КОм и R2 = 9 КОм.

Рассчитаем R*:

Рассчитаем конденсатор (на частоте 1 Гц):

R4 = 10 КОм — по условию для операционных усилителей.

Рассчитаем ограничивающие сопротивления R5 — R11:

Рассчитаем значения сопротивлений резисторов R12, R13:

Транзистор КТ315А имеет статический коэффициент усиления тока базы в=50, Максимальный ток в цепи коллектора равен:

1. Мэклин Э. Д. Терморезисторы.

2. Методические указания «Микроконтроллеры PIC 16F877». — Новосибирск: НГТУ, 2002.

3. Конспект лекций по дисциплине «Вычислительная техника и информационные технологии». Кривецкий А. В.

Блок-схема алгоритма программы Объяснение некоторых операций программы:

0 °C соответствует сопротивление 340 Ом, следовательно напряжение на входе микроконтроллера будет:. Это значит, что от полученного кода необходимо отнять комбинацию, соответствующую этому напряжению. Найдём её:

5В/1024 = 4,88 мВ — шаг измерения напряжения микроконтроллером;

1.47/4.88 = 301 — вычитаемая комбинация.

Найдем шаг, соответствующий изменению температуры на 1°С:

Т. е. полученную комбинацию нужно разделить на 14.

Текст программы

list p=16f877

include «p16f877.inc»

ADRESS₁ equ 0×21

ADRESS₀ equ 0×22

CCC EQU 0×23

CCC2 EQU 0×24

CCC3 EQU 0×25

movlw b'0' ;команда записи в аккумулятор;

movwf ADRESS₁ ;копирует из аккумулятора в прямоуказанный регистр;

movwf ADRESS₀

movwf ССС

movwf ССС2

movwf ССС3

BSF STATUS, RP0 ;переход в первый банк

BCF STATUS, RP1

movlw b'10 000 000'

movwf ADCON1 ;настройка АЦП

CLRF TRISC ;обнуление регистра, настройка PORTC на выход

movlw b'111'

movwf OPTION_REG ;настройка TMR0

BCF STATUS, RP0 ;переход в нулевой банк

movlw b'10 000 001'

movwf ADCON0 ;настройка АЦП

;————————- тело цикла —————————-;

preobr BSF ADCON0, 2 ;установка флага GO/DONE

ggg BTFSC ADCON0, 2 ;пропустить следующую инструкцию, если битовое поле 2

;содержит 0

goto ggg

movf ADRESH, 0 ;копировать содержимое регистра в аккумулятор

movwf ADRESS₁ ;и записать его в переменную

movf ADRESL, 0

movwf ADRESS₀

CLRF STATUS, C ;сброс флага переноса

;вычитание 301

movf b'101 101' ;запись числа 45 в аккумулятор

SUBWF ADRESS₀, 1 ;вычитает содержание аккумулятора из регистра,

;сохраняет результат в регистре.

movf b'1'; запись числа 256 в аккумулятор (45+256=301)

SUBWF ADRESS₁, 1

BTFSC STATUS, C

DECF ADRESS₁, 1 ;команда декремента, вычитает единицу из

;прямоуказанного регистра с сохранением результата в

;регистре;

CLRF STATUS, C

;деление на 14

goto LLL

del INCF CCC, 1 ;команда инкремента, прибавляет единицу к

;содержимому прямоуказанного регистра, сохраняет

;результат в регистре

LLL movf b'1 110'; запись числа 14 в аккумулятор

SUBWF ADRESS₀, 1

BTFSC STATUS, C

DECFSZ ADRESS₁, 1; выполняет декремент прямоуказанного регистра,

;осуществляет проверку равенства результата с 0, если да, ;то, пропускает следующую команду

goto del ;результат деления хранится в регистре ССС

movf CCC, 0 ;записываем содержимое регистра ССС в регистр ССС2

movwf CCC2

;выделение единиц и десятков

goto LLL1

LLL2 INCF CCC3, 1 ;десятки

movwf CCC2

LLL1 movlw b'1010' ;единицы

SUBWF CCC2, 0

BTFSC STATUS, C

;вывод температуры на индикаторы

goto LLL2

movf CCC2, 0

CALL dec7

movwf PORTA

BSC PORTE

CALL delay ;команда вызова подпрограммы;

BCF PORTE, 1

movf CCC3,0

CALL dec7

movwf PORTA

BSF PORTE, 0

CALL delay

BCF PORTE

goto preobr

delay

movlw 0×02 ;подпрограмма задержки на 2 мс.

movwf 0×50

delay₁

nop

call delay₂

decfsz 0×50, f

goto delay₁

return

delay₂; вложенная задержка на 1 мс

movlw 0xf7

movwf 0×51

delay₃

nop

decfsz 0×51, f

goto delay₃

return

;подпрограмма табличной конвертации, принимает и возвращает данные в аккумулятор

dc7

addwf PCL, f ;прибавляем к PCL число, которое нужно преобразовать

retlw b'1 111 110' ;цифра «0»

retlw b'110 000' ;цифра «1»

retlw b'1 101 101' ;цифра «2»

retlw b'1 111 001' ;цифра «3»

retlw b'110 011' ;цифра «4»

retlw b'1 011 011' ;цифра «5»

retlw b'1 011 111' ;цифра «6»

retlw b'1 110 000' ;цифра «7»

retlw b'1 111 111' ;цифра «8»

retlw b'1 111 011' ;цифра «9»

end