Контроллер микроволновой печи на МК К1816ВЕ31

Российская  федерация

Тюменская область

ХАНТЫ-МАНСИЙСКИЙ АВТОНОМНЫЙ ОКРУГ – ЮГРА

Департамент образования и науки

Сургутский государственный университет

Ханты-Мансийского  автономного округа

 

Факультет автоматики и телекоммуникаций

Кафедра автоматики и компьютерных систем 
 
 
 
 
 
 

Пояснительная записка

к курсовому  проекту по дисциплине

Архитектура вычислительных систем 
 
 
 
 
 

                                                                             Выполнила: студентка гр. 1274                                  

                                             Алькаева Е. В.        

                                                  Проверил: к.т.н. доцент 

                                             Запевалов А.В. 
 
 
 

Сургут 2011 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

     СОДЕРЖАНИЕ

     Задание 2

     Содержание 3

     Перечень  обозначений и сокращений 4

     Введение 5

     1. Выбор структуры построения проектируемой  системы 7

     2. Функциональная схема 9

     3. Принципиальная схема 10

     4. Алгоритмическое обеспечение 14

     5. Программное обеспечение.. 15

     6. Расчет потребляемой мощности 16

     Заключение 17

     Литература. 18

     Приложение А 19

     Приложение Б 20

     Приложение В 21 

 

     Перечень  обозначений и  сокращений

1. МК – микроконтроллер
2. ВПП – внешняя память программ
3. ПЗУ – постоянное запоминающее устройство
4. ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь
5. АЦП – аналого-цифровой преобразователь
6. ККД – контролер клавиатуры и дисплея

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

     Введение 

     Микроконтроллеры  позволяют реализовывать схему  управления практически любой сложности  на одной универсальной микросхеме, реализовывать аппаратуру с минимальной стоимостью, габаритами и током потребления. Срок разработки аппаратуры на микроконтроллерах минимален. Модернизация аппаратуры заключается в смене управляющей программы.

     Ещё одной причиной широкого распространения  микропроцессоров стало то, что микропроцессор - это универсальная микросхема, которая может выполнять практически  любые функции. Универсальность  обеспечивает широкий спрос на эти  микросхемы, а значит массовость производства.

     В наибольшей степени все вышеперечисленные  свойства проявляются в однокристальных  микроЭВМ или как их чаще называют по области применения: микроконтроллерах. В микроконтроллерах на одном кристалле объединяются все составные части компьютера: микропроцессор (часто называют ядро микроконтроллера), ОЗУ, ПЗУ, таймеры и порты ввода-вывода.

     В настоящее время микропроцессоры  применяются во всех областях: для  различных вычислений, управления, обработки видео и изображения. На основе микропроцессоров  строятся практически все универсальные и специализированные электронно-вычислительные машины (ЭВМ), подавляющее большинство периферийных устройств, системы промышленной автоматики, связи, управления транспортом и т.п.

     Данный  курсовой проект разрабатывается на основе микроконтроллера КР1816ВЕ31. Микросхемы КР1816ВЕ51, КМ1816ВЕ51, КР1816ВЕ31 являются наиболее производительными из выпускаемых отечественной промышленностью 8-разрядных однокристальных микро ЭВМ (ОЭВМ). ОЭВМ обладают встроенной памятью данных пользователя размером 128 байт, часть которой отводится под четыре банка рабочих регистров, причем каждый банк объединяет в себе восемь регистров. Во встроенной памяти данных имеется область 128 бит прямого доступа. Пользователь имеет возможность расширить память данных до 64к путем установки внешних ЗУ. ОЭВМ КР1816ВЕ31 не имеет встроенной памяти программ. Память программ пользователя может быть расширена до 64к подключением внешних ЗУ.  В ОЭВМ предусмотрена 2-х уровневая приоритетная система прерываний, обрабатывающая запросы на прерывание от внешних и внутренних (таймер, последовательный интерфейс) устройств. Имеются 32 двунаправленные линии ввода/вывода, организованные в четыре 8-разрядных порта (Порт0 - Порт3). Порты 0,2 и 3 зарезервированы на выполнение специальных функций: Порты 0 и 2 - для выдачи адреса и обмена данными с внешней памятью; линии Порта 3 выполнят различные функции управления и информационного обмена с внешними устройствами. Порт 1 может использоваться произвольно для ввода и вывода информации. В состав ОЭВМ также входят два 16-разрядных многорежимных таймера/счетчика, которые могут быть использованы для измерения и задания временных интервалов, подсчета количества внешних импульсов, измерения длительности импульсов, поддержки режима реального времени и др. Для обмена данными с внешними устройствами в последовательном коде в ОЭВМ имеется многорежимный высокоскоростной порт последовательного ввода/вывода. По сравнению с ОЭВМ предыдущих выпусков в КР1816ВЕ51,КМ1816ВЕ51 и КР1816ВЕ31 расширена система команд: введены команды умножения, деления, прямой адресации к битам, существует возможность оперировать с битовыми переменными. Питание ОЭВМ производится от однополярного источника напряжением +5В. Для формирования тактовой частоты предусмотрен внутренний тактовый генератор, частота которого задается внешним кварцевым резонатором и может достигать 12МГц.

     В данном курсовом проекте разрабатывается  контроллер микроволновой печи.

 

     Выбор структуры построения проектируемой системы 

  Разобьем  наше устройство на блоки:

1. Блок ввода информации – при помощи этого блока устанавливается режим работы микроволновой печи. Заносятся данные о температуре обдува, мощности  излучения, времени приготовления, производится запуск и останов.
2. Датчик двери. Передает информацию о состоянии двери в МК.
3. Термодатчик. Определяет значение температуры воздуха. Преобразует аналоговый сигнал получаемый от термодатчика в цифровой.
4. МК – Основной блок управления.
5. ВПП -  Так как используемый МК не имеет РПП, то для построения системы управления подключается внешняя память программ, которая хранит в себе адреса ячеек, к которым производится обращение, и служит для хранения данных.
6. Индикаторы отображают состояние таймера.
7. Шаговый двигатель обеспечивает вращение стола.
8. Нагреватели осуществляют нагрев воздуха.
9. Интервальный таймер – производит отсчет времени.

     На  рисунке 1.1 показана структурная схема  ОП. 

     

     Рис. 1 Структурная схема ОП

     Пользователь  устанавливает значение температуры, мощности и времени приготовления. Информация о состоянии двери  поступает с датчика двери, и  если дверь открыта, тогда прерывается  работа микроволновой печи. Значение текущей температуры определяется термодатчиком, затем оно сравнивается с требуемым, и регулируется включением и отключением нагревателей. Требуемое значение мощности выдается МК а затем преобразуется в аналоговый сигнал. Интервальный таймер отсчитывает оставшееся время и подает импульсы на шаговый двигатель. Значение оставшегося времени выводится на индикатор. Работа микроволновой печи останавливается при открытие двери, при этом значения всех параметров сохраняются. При закрытии двери, печь продолжает свою работу.

 

1. Функциональная  схема

 

    Функциональная  схема системы представлена в  приложении А.

Блок  ввода информации.

Информация  будет вводится с многопозиционных переключателей и клавиатуры. Для сопряжения МК с многопозиционными переключателями будем использовать буферы (D5-D7). Для сопряжения МК с клавиатурой будем использовать ККД (D8). Кнопку ПУСК реализуем в виде ключа и подключим на линию Р1.5 МК. Кнопку СТОП реализуем в виде ключа с помощью входа RST МК.

Датчик  двери.

Датчик  двери реализуем в виде ключа и подключим на линию Р1.4 МК.

Термодатчик.

Информация поступающая с термодатчика аналоговая, т.к. МК воспринимает только цифровые данные, то ее необходимо оцифровать.  Для оцифровки аналогового сигнала используем восьмиразрядный АЦП (D9).

МК. Основной блок управления реализуем при помощи МК.

ВПП. Так как МК (D1) КР1816ВЕ31 не имеет ВВП, то ее необходимо реализовать. Для реализации ВВП используется ПЗУ (D3) и вспомогательный регистр фиксации адреса (D2).

Интервальный  таймер. Для отсчета времени мы бы могли воспользоваться таймером-счетчиком МК, но так как необходимо еще подавать импульсы на шаговый двигатель, воспользуемся интервальным таймером(D11).

Индикаторы. (D12-D15)

Шаговый двигатель. Для подачи импульсов на шаговый двигатель воспользуемся интервальным таймером.

Нагреватели. Управление работой нагревателей будем производить с линии P1.6.

Так как  мы используем несколько ПУ то необходимо включить декодер(D4).

Для управления мощностью контроллер должен выдавать регулируемый аналоговый сигнал. Так  как информация выдаваемая МК цифровая то ее необходимо оцифровать. Для этого воспользуемся ЦАП (D10). 

     3. Принципиальная схема. 

    Принципиальная схема системы представлена в приложении Б.

МК. Микроконтроллер К1816ВЕ31.

P0.0-P0.7 - Порт 0. Мультиплексированная передача данных и младших разрядов адреса.

P1.0-P1.7 - Порт 1. Двунаправленный порт.        

P2.0-P2.7 - Порт 2. Двунаправленный порт. Передача старших разрядов адреса.         

P3.0-P3.7 - Порт 3. Двунаправленный порт. Выдача управляющих сигналов:

RXD (P3.0) - Прием последовательного кода  или ввод/вывод данных.

TXD (P3.1) - Передача последовательного кода или вывод синхросигналов.      

INT0 (P3.2) - Вход внешнего прерывания 0 или сигнал управления счетчиком 0.    

INT1 (P3.3) - Вход внешнего прерывания 1  или сигнал управления счетчиком 1.        

T0 (P3.4) - Вход счетчика событий 0.   

T1 (P3.5) - Вход счетчика событий 1.    

WR (P3.6) - Строб записи во внешнее ОЗУ. 

RD (P3.7) - Строб чтения из внешнего ОЗУ.

PME - Строб фиксации адреса.                   

ALE - Строб чтения из внешнего ПЗУ команд.      

DEMA - При подаче на вход лог.1 выполняются команды из встроенного ПЗУ если адрес в PC меньше 4096. При подаче лог. 0  выполняются команды внешнего ПЗУ команд с адресами 0-64K. Подадим на вход DEMA лог. 0.

RST - Сброс/аварийный источник питания.          │

BQ1 - Выход тактового генератора, заземляется при использовании внешнего генератора.

BQ2 - Вход тактового генератора. Вход при использовании внешнего генератора.

ВПП.

  ПЗУ реализуем на микросхеме К558РР2А.

 _{Объем памяти – 2Кбайт. Объем  программы не превышает 700байт.}

 _{D0-D7 – цифровые выходы. Подключим их к линиям порта Р0 МК.}

 _{А0-А10 – адресные входы. Подключим их к  линиям порта  Р2 МК и выходам Q0-Q7 регистра.}

  - выбор микросхемы. Подадим на него лог.0.

OE - Вход разрешения по выходу. При подаче активного уровня этого сигнала информация в ПЗУ становится доступной для чтения. В противном случае ИС может использоваться для программирования. Подключим в выходу PME МК.

Вспомогательный регистр фиксации адреса реализуем на микросхеме КР580ИР82.

 _{D0-D7 – цифровые входы. Подключим их к линиям порта Р0 МК.}

 _{Q0-Q7 – цифровые выходы. Подадим сигнал от них на входы A0-A7 ПЗУ.}

  – разрешение передачи. Подадим лог.0.

  С – сигнал синхронизации. Так как регистр тактируется спадом, инвертируем сигнал от ALE МК и подключим его к входу С.

Декодер реализуем на микросхеме К555ИД7.

A0-A2-адресные входы. Подадим на них сигнал с линий порта Р2 МК.

Q0-Q7-инверсные выходы.

&, S – сигналы стробирования. На инверсные подаем лог.0, на прямые лог 1.

Блок  ввода информации.

Буферы  реализуем на 3 микросхемах К1533АП6. Микросхема АП6 - восемь двунаправленных не инвертирующих буферных элементов. Кроме двух групп информационных выводов А1 - А8 и В1 - В8, микросхема имеет два входа управления - Е и Т. Сигнал лог. 0, подаваемый на вход Е, разрешает включение буферных элементов, лог. 1 - переводит все выводы микросхемы в Z-состояние. Сигнал на входе Т действует при лог. 0 на входе Е и определяет направление передачи сигналов - при лог. 1 на входе Т выводы А1 - А8 являются входами, В1 - В8 - выходами, при лог. 0 - наоборот; В1 - В8 - входы, А1 - А8 - выходы. На вход Т подадим лог. 0. С помощью элемента 2ИЛИ объединим сигнал RD от МК и соответствующий выход декодера Q_i и подадим этот сигнал на вход Е. Тогда при активации RD и Q_i на вход Е подается активный сигнал и при соединении многопозиционного переключателя с буферной линией на ней образуется лог. 0, а на остальных лог.1. Выходы А0-А7 подключим к линиям порта P0.

В качестве ККД воспользуемся  КР580ВВ79. Выходы D0-D7 подключим к порту Р0 МК.

    - разрешают проведение операций чтение-запись, выдачу информации на системную шину данных, прием информации с системной шины данных соответственно. подключим к одноименным линиям МК. к выходу декодера Q3.

     - определяет передачу команд и слов состояния (INS=1) или передачу данных ( =0).

RET7…RET0 – информация, вводимая с клавиатуры  или матрицы датчиков. За счет  внутренних нагрузок на этих  выводах постоянно обеспечивается  состояние лог.1 до появления входных  сигналов низкого уровня. Клавиатуру реализуем в виде восьми ключей. И подадим на входы  RET0-RET7.

SH –  входной сигнал, используемый в  режиме сканирования клавиатуры для расширения (увеличения числа) функций клавиш. Подадим на него лог. 0.

- входной сигнал, назначение которого  определяется режимом работы  в режиме сканирования (состояние  лог.1) увеличивает число конфигураций  клавиатуры; в режиме сканирующего  ввода (состояние лог.0) используется  как строб для ввода информации  с линий возврата RET0…RET7 в ОМ  ОЗУ датчиков по фронту сигнала   (вывод   также имеет внутреннюю  нагрузку). Подадим на него лог. 0.

SR – сброс будем активизировать при активном сигнале на входе RST МК

С - тактовый сигнал. Подадим на него сигнал с выхода ALE МК

BD - блокирующий индикатор (дисплей в момент смены кодов символов).

INT –  выходной сигнал, переходит в  состояние лог.1: в режиме сканирования  клавиатуры при наличии данных  в ОМ ОЗУ датчиков.

S0-S3-линии сканирования подключим к индикаторам.

выходы DSPA3…DSPA0 и DSPB3…DSPB0, причем бит DSPA3 соответствует  биту D7 шины данных, а DSPB0 – биту D0.

 Кнопку  ПУСК реализуем в виде ключа  и подключим на линию Р1.5 МК. Кнопку СТОП реализуем в виде ключа с помощью входа RST МК.

Датчик  двери. Датчик двери реализуем в виде ключа и подключим на линию Р1.4 МК.

Термодатчик.

АЦП реализуем при помощи микросхемы КР572ПВ3.

  - подадим на него сигнал с выхода декодера Q5.

  - подключим к одноименной линии МК.

  CLC – вход тактовых импульсов. Подадим на него сигнал с выхода ALE МК.

  _{- выход состояния. Подключим к линии порта P1.0.}

 _{Uвх – аналоговый вход.}

 _{BOFS – вход смещения характеристик преобразования.}

 _{DВ0-DВ7 – цифровые выходы. Подключим их к линиям порта МК.}

Интервальный  таймер.

Интервальный  таймер реализуем  на микросхеме КР580ВИ53.

 

Индикаторы. Воспользуемся 4 микросхемами АЛC320Б.

Шаговый двигатель. Для подачи импульсов на шаговый двигатель воспользуемся интервальным таймером.

Нагреватели. Управление работой нагревателей будем производить с линии P1.6.

ЦАП реализуем на микросхеме AD5330.

DB0-DB7- цифровые входы. Подключим их к линиям порта Р0.

Uout – аналоговый выход.

CS - Подадим на него сигнал с выхода декодера Q6.

CLR – Сигнал очистки регистров ЦАП.

WR,RD – Сигналы чтения, записи.

BUF - вход контролирующая буфер, независимо от того буферизован или нет опорный входной сигнал DAC.

GAIN - позволяет задать диапазон изменения выходного напряжения: 0-VREF, 0-2VREF.

Uref - опорное напряжение

LDAC - перезапись из входного регистра в регистр ЦАП происходит воздействием.

PD – выключение питания микросхемы.

 

4. Алгоритмическое обеспечение.

Рис.2. Блок схема основной программы.

       

              

Рис. 2. Блок-схема  прерываний по INT0.            Рис. 2. Блок-схема прерываний по INT1.           

 

5. Программное обеспечение.

Код программы  в приложении В.

Информацию о  температуре будем хранить в  регистре R0 нулевого банка РОН.

Информацию о  мощности будем хранить в регистре R5 нулевого банка РОН.

Так время должно отображаться на 4 индикаторах, то каждую цифру будем хранить в отдельном  регистре. Например, если пользователь ввел 5 мин , то на индикаторе это отобразится следующим образом:0500. Информацию о времени будем хранить в регистрах R1-R4 второго банка РОН, а значения кодов для отображения в регистрах R0,R5,R6,R7 второго банка РОН.

Адреса ПУ:

0000h – первый буфер.

0800h – второй буфер.

1000h – третий буфер

1800h – ККД

2800h - АЦП

3000h – ЦАП.

Адреса интервального  таймера:

2000h-нулевой канал

2100h-первый канал

2300h-РУС

   Режим работы таймера выберем генератор  импульсов. Каждую секунду интервальный таймер будет вырабатывать сигнал прерывания и информация о времени приготовления будет декрементироваться. Для поворота стола на 1 оборот требуется подача 32 импульсов. Количество оборотов в минуту 10. Следовательно, требуется подача 320 импульсов в минуту, что соответствует 5 импульсам в секунду. T=1/5=0,2с. Частота тактирования таймера f= 2МГц,  T=1/f =5*10^-7.  Для того чтоб на выходе OUT0 получить выходной сигнал с периодом 0,2 необходимо записать в нулевой канал коэффициент пересчета 40 000₁₀.  Для того чтоб на выходе OUT1 получить сигнал с периодом 1 секунда, необходимо чтоб первый канал тактировался нулевым и в первый канал записать коэффициент пересчета 5_10.

   Режим работы ККД: вывод слева-направо, 8 символов, ввод информации с клавиатуры обнаружением двухклавишных сцеплений, дешифрированное сканирование.

 

6. Расчет потребляемой  мощности.

  Потребляемая  мощность рассчитывается как сумма максимальных мощностей, потребляемых микросхемами. 
 

                                                                                                       

     где     -  максимальная потребляемая мощность ИМС i - го типономинала;

                - количество ИМС i-го типономинала;

              M - число различных видов ИМС, входящих в устройство. 

                                                            Таблица 1

Потребляемая  мощность микроволновой печи.

 

 

Заключение.

      В данной работе была спроектирована система  на ОМЭВМ ВЕ1816ВЕ31, которая управляет  работой микроволновой печи. Разработана структурная, функциональная, принципиальная схема, алгоритмическое и программное обеспечение системы. Рассчитана мощность, потребляемая системой.

Также в ходе выполнения курсового проекта были закреплены навыки разработки микропроцессорных систем, основанных на интегральных микросхемах. 
 

 

Список  использованной литературы. 

1. Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник. В 2 т. /В.-Б.Б. Абрайтис, Н.Н. Аверьянов, А.И. Белоус и др.; Под ред. В.А. Шахнова. -М.: Радио и связь, 1988, т.1.-368с.

2. Однокристальные  микроЭВМ./ Бобырыкин А.В., Липовецкий Г.В., Оксинь О.Н – Бином:

1994. — 400 с., ил.

3. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справочник / Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренок – Мн.: Беларусь, 1994. – 591 с.: ил.

4. Популярные цифровые микросхемы: Справочник / В. Л. Шило. — М.: Радио и связь, 1987. — 352 с., ил.