Xreferat.com » Рефераты по цифровым устройствам » Разработка сенсора на поверхностно-акустических волнах. Автоматизация измерительной установки

Разработка сенсора на поверхностно-акустических волнах. Автоматизация измерительной установки

напряжением (220±22) В частотой (50±0.5) Гц, (220±11) или (115 ± 6) В частотой (400-12+28) Гц. Допустимое содержание гармоник до 5%.

  • В приборе обеспечена возможность автоматического подключения цепи питания кварцевого генератора к внешнему источнику постоянного напряжения +(27±3) В с потребляемым током не более 0.37 А.

  • Мощность, потребляемая прибором от сети при финальном напряжении, не превышает 100 ВА.

  • Прибор сохраняет свои технические характеристики в течение 16 ч непрерывной работы.

  • Нормальные условия эксплуатации:

    температура окружающей среды - (293±5)К (20±5) 0С;

    относительная влажность воздуха - (65±15)%;

    атмосферное давление - (100±4) кПа (750±30) мм рт. ст.

    1. Рабочие условия эксплуатации:

    температура окружающей среды - от 243 до 323 К (от минус 30 до плюс 50°С);

    повышенная влажность - до 98% при температуре до 308K (+35°C);

    атмосферное давление - (100±4) кПа (750±30) мм рт. ст.

    1. Предельные условия:

    температура окружающей среды - от. 223 до 338 К (от минус 50 до +65°С);

    пониженное атмосферное давление – 61.33 кПа (460 мм рт. ст.). После пребывания в предельных условиях время выдержки прибора в нормальных условиях не менее 2 часов.

    1. Габаритные размеры прибора 490х136х480 мм. Масса прибора (без упаковки) не более 16 кг.

    2. Наработка на отказ прибора - не менее 3000 ч

    3. Средний срок службы прибора - не менее 10 лет. Средний ресурс - не менее 10000 часов.

    Сопряжение частотомера с ЭВМ

    Особенности задачи

    Одной из задач данной диссертации является повышение автоматизации установки, то есть сопряжение ее ЭВМ.

    Задачей сопряжения было получение и обработка выходного сигнала частотомера на терминале ЭВМ. Так как частотомер не имел интерфейса для непосредственного сопряжения его с ЭВМ, встала необходимость преобразования выходного сигнала, представленного в параллельном двоично-десятичном коде 8-4-2-1 в последовательный код, приемлемый для интерфейса RS-232C ЭВМ.

    Выбор в пользу применения интерфейса RS-232C обусловлен наличием следующих факторов:

    • относительная удаленность объекта обмена информацией (внешнего устройства) от компьютера (стандартом оговорена длина кабеля до 15 м при наличии общего контура заземления, однако во многих практических случаях она может быть существенно увеличена, хотя и с некоторым снижением рабочих скоростей);

    • сравнительно (по отношению к параллельным методам и локальным вычислительным сетям) невысокая скорость обмена данными (максимально возможная скорость передачи данных стандартного последовательного порта компьютера составляет 115200 бит/сек, что ограничивает скорость обмена величиной около 10 Кбайт/сек);

    • применение стандартного интерфейса для подключения к компьютеру без его вскрытия.

    Далее приведена информация, пользуясь которой разработчик сможет осуществить сопряжение проектируемого устройства с компьютером при помощи интерфейса RS-232C

    Интерфейс RS-232C предназначен для подключения к компьютеру стандартных внешних устройств (принтера, сканера, модема, мыши и др.), а также для связи компьютеров между собой. Основными преимуществами использования RS-232C по сравнению с другими интерфейсами являются возможность передачи на большие расстояния и гораздо более простой соединительный кабель. В то же время работать с ним несколько сложнее. Данные в RS-232C передаются в последовательном коде побайтно. Каждый байт обрамляется стартовым и стоповыми битами. Данные могут передаваться как в одну, так и в другую сторону (дуплексный режим).

    Компьютер имеет 25-контактный (DB25P) или 9-контактный (DB9P) разъем для подключения RS-232C. Назначение контактов разъема приведено в таблице 1.


    Цепь

    Контакт (25-контактный разъем)

    Контакт (9-контактный разъем)

    I/O

    FG

    1

    '

    -

    -TxD

    2

    3

    0

    -RxD

    3

    2

    I

    RTS

    4

    7

    0

    CTS

    5

    8

    I

    DSR

    6

    6

    I

    SG

    7

    5

    -

    DCD

    8

    1

    I

    DTR

    20

    4

    0

    RI

    22

    9

    I

    Таблица 1 Назначение контактов разъемов интерфейса RS-232C

    (I - входной сигнал компьютера, О - выходной сигнал).

    Назначение сигналов следующее.

    FG - защитное заземление (экран).

    -TxD - данные, передаваемые компьютером в последовательном коде (логика отрицательная).

    -RxD - данные, принимаемые компьютером в последовательном коде (логика отрицательная).

    RTS - сигнал запроса передачи. Активен во все время передачи.

    CTS - сигнал сброса (очистки) для передачи. Активен во все время передачи. Говорит о готовности приемника.

    DSR - готовность данных. Используется для задания режима модема.

    SG - сигнальное заземление, нулевой провод.

    DCD - обнаружение несущей данных (детектирование принимаемого сигнала).

    DTR - готовность выходных данных.

    RI - индикатор вызова. Говорит о приеме модемом сигнала вызова по телефонной сети.

    Наиболее часто используются трех- или четырехпроводная связь (для двунаправленной передачи). Схема соединения для четырехпроводной линии связи показана на рис. 4

    Для двухпроводной линии связи в случае только передачи из компьютера во внешнее устройство используются сигналы SG и TxD. Все 10 сигналов интерфейса задействуются только при соединении компьютера с модемом.

    Формат передаваемых данных показан на рис. 5. Собственно данные (5, 6, 7 или 8 бит) сопровождаются стартовым битом, битом четности и одним или двумя стоповыми битами. Получив стартовый бит, приемник выбирает из линии биты данных через определенные интервалы времени. Очень важно, чтобы тактовые частоты приемника и передатчика были одинаковыми (допустимое расхождение - не более 10%). Скорость передачи по RS-232C может выбираться из ряда: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с.

    Рисунок 4 Схема 4-проводной линии связи для RS-232C.

    Все сигналы RS-232C передаются специально выбранными уровнями, обеспечивающими высокую помехоустойчивость связи (рис. 6). Отметим, что данные передаются в инверсном коде (логической единице соответствует низкий уровень, логическому нулю - высокий уровень).

    Для подключения произвольного УС к компьютеру через RS-232C обычно используют трех- или четырехпроводную линию связи (см. рис. 4), но можно задействовать и другие сигналы интерфейса.

    Рисунок 5 Формат передаваемых данных


    Рисунок 6 Уровни сигналов RS-232C на передающем и принимающем концах линии связи.

    Обмен по RS-232C осуществляется с помощью обращений по специально выделенным для этого портам СОМ1 (адреса 3F8h...3FFh, прерывание IRQ4), COM2 (адреса 2F8h...2FFh, прерывание IRQ3), COM3 (адреса 3E8h...3EFh, прерывание IRQ10), COM4 (адреса 2E8h...2EFh, прерывание IRQ11). Форматы обращений по этим адресам можно найти в многочисленных описаниях микросхем контроллеров последовательного обмена UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter), например, i8250, KP580BB51.

    Ввиду приведенных выше достоинств и недостатков различных способов подключения было принято решение остановиться на использовании именно последовательного интерфейса RS-232C.

    Постановка задачи сопряжения

    При использовании интерфейса RS-232C задача сопряжения объекта обмена информацией с компьютером обычно формулируется следующим образом: требуется обеспечить связь с удаленным контроллером, обслуживающим технологическую или лабораторную установку. Именно этот контроллер играет в данном случае роль УС.

    Чаще всего такой контроллер представляет собой микроЭВМ, имеющую собственную магистраль и набор внешних устройств, осуществляющих передачу входных сигналов с разнообразных датчиков и выдачу управляющих воздействий на органы управления. Для нас существенным моментом является наличие в контроллере процессора, обрабатывающего информацию, представленную в параллельной форме, и магистрали, обеспечивающей взаимодействие различных его узлов. Если же требуется организовать сопряжение с устройством, не имеющим собственного интеллекта, задача сразу же существенно усложняется и часто становится практически невыполнимой. Поэтому в таком случае стоит подумать о выборе других путей сопряжения.

    Этапы преобразования сигналов интерфейса RS-232C на пути от компьютера к микропроцессору удаленного контроллера достаточно очевидны и проиллюстрированы рис. 7. Здесь и далее мы считаем, что для сопряжения через RS-232C используется наиболее распространенная простейшая 4-проводная линия связи.

    Блок преобразователей уровня обеспечивает электрическое согласование уровней сигналов последовательного интерфейса, формируемых контроллером, входящим в состав компьютера (±12 В), с уровнями сигналов, присутствующими в микропроцессорной системе (здесь и далее предполагаем, что в микропроцессорной системе действуют уровни ТТЛ).

    Рисунок 7 Организация сопряжения через интерфейс RS-232C.

    Блок преобразователя кода переводит последовательное представление информации в параллельное и наоборот, осуществляя распознавание начала и конца посылки, синхронизацию приема-передачи битов кадра, слежение за наличием ошибок, информирование о готовности к выполнению операций и т. п.

    Интерфейс шины обеспечивает сопряжение преобразователя кода с локальной магистралью микропроцессорной системы, осуществляя двунаправленную передачу данных в соответствии с алгоритмами и временными соотношениями, принятыми в ней.

    Преобразование уровня

    Для преобразования уровня сигналов считается целесообразным применение интерфейсной микросхемы фирмы MAXIM. Она содержит преобразователь напряжения +5В в напряжение +10В (генератор + умножитель напряжения), инвертор (преобразующий напряжение +10В в –10В) и собственно преобразователи уровня сигналов последовательного интерфейса. Большинство таких микросхем требуют дополнительных элементов (необходимы внешние конденсаторы), что не является чрезмерной платой за преимущества их применения.

    Преобразование кода

    Наиболее просто проблема разрешается в том случае, если в качестве центрального процессора удаленного контроллера применена однокристальная микроЭВМ, уже содержащая Универсальной асинхронный приемопередатчик (УАПП). В качестве примера такой микроЭВМ, можно использовать микросхему КР1816ВЕ51. Построение преобразователя кода в данном случае сводится к задействованию встроенного ресурса в соответствии со спецификациями на примененную микросхему.

    Однокристальная микроЭВМ (ОМЭВМ) содержит встроенное ОЗУ памяти данных емкостью 128 Байт с возможностью расширения общего объема оперативной памяти данных до 64 КБайт за счет использования внешних микросхем ОЗУ.

    Условное графическое обозначение ОМЭВМ показано на рис. 8, а назначение выводов приведено в табл. 2.

    вывода

    Обозначение

    Назначение

    Тип

    1 – 8

    P1.0 – P1.7

    8-разрядный двунаправленный порт Р1. Вход адреса А0 – А7 при проверке внутреннего ПЗУ.

    Вход/выход

    9

    RST

    Сигнал общего сброса

    Вход

    10 – 17

    P3.0 – P3.7

    8-разрядный двунаправленный порт Р3 с дополнительными функциями.

    Вход/выход


    P3.0

    Последовательные данные приемника – RxD.

    Вход


    P3.1

    Последовательные данные передатчика TxD.

    Выход


    P3.2

    Вход внешнего прерывания 0 – INT0

    Вход


    P3.3

    Вход внешнего прерывания 1 – INT1

    Вход


    P3.4

    Вход таймера-счетчика 0 – T0

    Вход


    P3.5

    Вход таймера-счетчика 1 – Т1

    Вход


    P3.6

    Выход стробирующего сигнала при записи во внешнюю память данных WR

    Выход


    P3.7

    Выход стробирующего сигнала при чтении из внешней памяти данных RD

    Выход

    18

    XTAL1

    Вывод для подключения кварцевого резонатора

    Выход

    19

    XTAL2

    Вывод для подключения кварцевого резонатора

    Вход

    20

    GND

    Общий вывод


    21 – 28

    P2.0 – P2.7

    8-разрядый двунаправленный порт Р2. Выход адреса А8 – А15 в режиме работы с внешней памятью. В режиме проверки внутреннего ПЗУ выводы Р2.0 – Р2.6 используются как вход адреса А8 – А14. Вывод Р2.7 – разрешение чтения внутреннего ПЗУ – Е

    Вход/выход

    29

    PSE

    Разрешение программной памяти

    Выход

    30

    ALE

    Выходной сигнал разрешения фиксации адреса

    Выход

    31

    EA

    Блокировка работы с внутренней памятью

    Вход

    32 – 39

    P0.7 – P0.0

    8-разрядный двунаправленный порт Р0. Шина адреса/данных при работе с внешней памятью. Выход данных D7 – D0 в режиме проверки внутреннего ПЗУ.

    Вход/выход

    40

    Ucc

    Вывод питания от источника напряжения +5В.


    Таблица 2 Назначение выводов процессора МК51

    ОМЭВМ содержит все узлы, необходимые для автономной работы:

    • центральный восьмиразрядный процессор;

    • внутреннюю память данных, объемом 128 Байт;

    • четыре восьмиразрядных программируемых канала ввода – вывода;

    • два 16-битовых таймера-счетчика;

    • с

      Рисунок 8 Назначение выводов процессора МК51


      истему прерываний с пятью векторами двумя уровнями;

    • последовательный интерфейс;

    • тактовый генератор.

    Система команд ОМЭВМ содержит 111 базовых команд с форматом 1, 2 или 3 байта и представляет большие возможности обработки данных, реализацию логических, арифметических операций, а также обеспечивает управление в режиме реального времени.

    ОМЭВМ имеет:

    • 32 восьмиразрядных регистра общего назначения;

    • 128 определяемых пользователем программно-управляемых флагов;

    • набор регистров специальных функций.

    Регистры общего назначения и определяемые пользователем программно-управляемые флаги расположены в адресном пространстве внутреннего ОЗУ данных.

    ОМЭВМ при функционировании обеспечивает:

    • минимальное время выполнения команд сложения регистр-регистр – 1мкс, регистр-память – 2 мкс;

    • аппаратное умножение и деление с минимальным временем выполнения команд умножения/деления – 4 мкс.

    Расширенная система команд обеспечивает побайтовую и побитовую адресацию, двоичную и двоично-десятичную арифметику, индикацию переполнения и определения четности/нечетности, возможность реализации логического процессора. Отличительной чертой ОМЭВМ является то, что ее арифметико-логическое устройство (АЛУ) может наряду с выполнением операций над 8-разрядными типами данных манипулировать одноразрядными данными. Остальные программно-доступные биты могут быть установлены, сброшены или заменены их дополнением, могут пересылаться, проверяться и использоваться в логических вычислениях. Таким образом, благодаря наличию мощного АЛУ и битового процессора набор инструкций ОМЭВМ замечательно подходит для данного устройства сопряжения.

    Микросхемы КР1830ВЕ51 конструктивно выполнены в 40-выводных пластмассовых корпусах с двухрядным расположением штырьевых контактов.

    Среди прочего, ОМЭВМ содержит следующие узлы:

    • Логика ввода – вывода, предназначенная для приема и выдачи сигналов, обеспечивающих обмен информацией ОМЭВМ с внешними устройствами через порты ввода/вывода Р0 – Р3.

    • Блок Т/С состоит из двух таймеров/счетчиков, предназначенных для подсчеты внешних событий, получения программно управляемых временных задержек и выполнения времязадающих функций ОМЭВМ.

    • Блок последовательного интерфейса и прерываний предназначен для организации ввода-вывода последовательных потоков информации и организации системы прерывания программ.

    • Порты Р0 – Р3 являются двунаправленными портами ввода/вывода и предназначены для обеспечения информацией ОМЭВМ с внешними устройствами, образуя 32 линии ввода/вывода. Каждый из портов содержит фиксатор-защелку, который представляет собой восьмиразрядный регистр, имеющий байтовую и битовую адресацию для установки (сброса) разрядов с помощью программного обеспечения.

    Фиксаторы портов Р0, Р1, Р2, Р3 имеют свои внутренние физические адреса, как при байтовой адресации, так и при битовой адресации.

    Помимо работы в качестве обычных портов ввода/вывода линии портов Р0 – Р3 могут выполнять рад дополнительных функций, описанных ниже.

    Через порт Р0:

    • Выводится младший байт адреса А0 – А7 при работе с внешней памятью программ и внешней памятью данных;

    • Выдается из ОМЭВМ и принимается в ОМЭВМ байт данных при работе с внешней памятью (при этом обмен байтом данных и вывод младшего байта адреса внешней памяти мультиплексированы во времени);

    Через порт Р2:

    • Выводится старший байт адреса А8 – А15 при работе с внешней памятью программ и внешней памятью данных (для внешней памяти данных – только при использовании команд, которые вырабатывают 16-разрядный адрес)

    Каждая линия порта Р3 имеет индивидуальную альтернативную функцию:

    • P3.00 – RxD, вход последовательного порта, предназначен для ввода последовательных данный в приемник последовательного порта;

    • P3.1 – TxD, выход последовательного порта, предназначен для вывода последовательных данных из передатчика последовательного порта;

    • P3.2 – INT0 – используется как вход 0 внешнего запроса прерывания;

    • P3.3 – INT1 - используется как вход 1 внешнего запроса прерывания;

    • P3.4 – T0, используется, как вход счетчика внешних событий Т/С 0;

    • P3.5 – T1, используется, как вход счетчика внешних событий Т/С 1;

    • P3.6 – WR, строб записи во внешнюю память данных, входной сигнал, сопровождающий вывод данных через порт Р0 при использовании соответствующих команд;

    • P3.7 – RD, строб чтения из внешней памяти данных, выходной сигнал, сопровождающий ввод данных через порт Р0 при использовании соответствующих команд.

    Альтернативная функция любой из линий порта Р3 реализуется только в том случае, если в соответствующем этой линии фиксаторе-защелки содержится «1». В противном случае на линии порта 3 будет присутствовать «0».

    Среди прочих особенностей данной ОМЭВМ особого внимания заслуживают следующие.

    Параллельные порты ввода/вывода.

    Для связи ОМЭВМ с объектами управления, для ввода/вывода информации используются 32 двунаправленные линии. Эти линии сгруппированы в 4 порта по 8 линий в каждом. Каждая линия может быть индивидуальна и независимо запрограммирована на вход или выход. При использовании линии в качестве входа необходимо соответствующий бит порта установить в «1». При установке ОМЭВМ в исходное состояние все линии портов включены в исходное состояние. Обращение к портам ввода/вывода осуществляется через регистры специальных функций Р0 – Р3. Обращение производится с использованием команд, оперирующих с байтами, битом или с комбинацией бит.

    В случае использования внешней памяти программ или данных, порт 0 служит для ввода младшего байта адреса внешней памяти, а через Р2 – для вывода старшего байта вывода внешней памяти, поэтому, когда мы используем внешнюю память – эти порты заняты. Данные во внешнюю память передаются через регистр Р0 (рис. 9).

    В

    Рисунок 9 Схема подключения внешней памяти


    се выводы порта 3 могут быть использованы для реализации альтернативных функций. Альтернативные функции могут быть задействованы путем записи «1» в соответствующие разряды порта «Р3».

    В состав ОМЭВМ входят 2 независимых таймера/счетчика Т0 и Т1, предназначенных для измерения временных интервалов, длительности импульсов регенерирования периодически повторяющихся прерываний. Каждому таймеру/счетчику соответствует 16-разрядный таймерный регистр, состоящий из двух байт (TH0, TL0; TH1, TL1)

    Таймеры/счетчики работают в двух режимах (в качестве таймера и счетчика).

    При работе в качестве таймера, содержимое таймерного регистра увеличивается на единицу в каждом машинном цикле.

    Путем программной установки таймерного регистра в исходное состояние и анализа флага переполнения могут быть реализованы различные временные задержки в диапазоне 0000-FFFF. Временная задержка, превышающая это значение (65535 мкс) может быть получена накоплением переполнений в рабочем регистре под управлением программы.

    При работе в режиме счетчика событий таймерный регистр увеличивается на 1 каждый раз, когда сигнал на входе Т0 порта 3 переходит из «1» в «0».

    Состояние внешнего входа Т0 или Т1 опрашивается каждую микросекунду (машинный цикл). Для управления таймером/счетчиком используются 2 регистра специальных функций: TCON – регистр управления и TMOD – регистр режимов.

    Прерывания

    МК51 имеет 5 аппаратных источников прерываний. Прерывание – сигнал, который поступает в ОМЭВМ от одного из 5 источников прерываний и вызывает переход из основной программы в подпрограмму обработки прерываний.

    Появление сигнала – событие, неожиданное для основной программы. Поэтому точно не известно, в каком месте выполнения программы это произойдет. В ОМЭВМ используется векторная система прерываний. Это значит, что для каждого источника прерываний в ПЗУ предусмотрен адрес (вектор) начала подпрограммы обработки прерываний.

    Каждый источник прерываний имеет свой адрес начала подпрограммы обработки прерываний. Адреса находятся в ПЗУ.

    Получив запрос прерывания от одного из пяти источников, система обработки прерываний выполняет следующие действия:

    1. Помещает в стек содержимое счетчика команд, чтобы запомнить команду основной программы, на которую нужно вернуться после обработки прерываний.

    2. Загружает в счетчик команд адрес вектора, соответствующей подпрограммы обработки прерываний и осуществляет переход по этому адресу. По адресу вектора должна быть расположена команда безусловного перехода к начальному адресу подпрограммы обработки прерываний.

    3. Подпрограмма обслуживания прерывания обязательно завершается командой выхода из подпрограммы, обслуживающей прерывания, по которой счетчик команд перезагружается из стека адресом возврата в основную программу и осуществляет аппаратный сброс запросов прерываний.

    Последовательный порт ввода/вывода

    В состав ОМЭВМ входит последовательный порт, представляющий собой асинхронный приемопередатчик. Он осуществляет прием и передачу информации, представленной последовательным кодом, младшими битами вперед. Для этого в состав УАПП входят принимающие и передающие сдвиговые регистры, преобразующие параллельный код в последовательный. Последовательный порт является дуплексным, то есть одновременно осуществляет прием и передачу. Передаваемые и принимаемые данные хранятся в регистре специальных функций SBUF – буферный регистр. Физически регистр SBUF представляет собой 2 раздельных регистра. Один – для передаваемых данных, второй – для принимаемых. При приеме обеспечивается хранение принятого байта до конца приема следующего байта. Байт, не прочитанный из SBUF за время приема следующего байта, теряется. Запись байта в буфер SBUF при передаче приводит к автоматической перезаписи байта в сдвигающий регистр передатчика и инициализирует передачу байта. Всего имеется 4 режима работы последовательного порта:

    • 00 – синхронный режим приема/передачи 8-битных данных. Частота передачи – 1/12 частоты процессора. Скорость фиксированная.

    • 01 – 8-битный режим передачи с переменной скоростью. Скорость передачи задается таймером Т1 (600 – 9600 бит/сек). Формат посылки: 1 старт + 8 бит информации + 1 стоп.

    • 10 – 9-битный режим передачи информации с фиксированной скоростью. Скорость передачи – частота резонатора деленная на 64 или на 32. 9-й бит может использоваться для контроля по четности.

    • 11 – 9-битный режим передачи информации с переменной скоростью, величина которой задается таймером Т1.

    Для сопряжения с интерфейсом RS232C, УАПП может работать в режимах 10 и 11, когда скорость определяется таймером Т1. Если устройство разрабатывается на МК51, оно должно иметь выход на последовательный интерфейс с RS232C. При этом перед разработчиком встают следующие проблемы:

    1. Согласование уровней сигналов RS232C и МК51.

    2. Поддержание стандартной скорости передачи.

    3. Поддержание стандартных форматов посылок.

    4. Поддержание стандартных протоколов обмена – набор символов для того, чтобы обеспечить нормальный прием/передачу.

    Задача преобразования последовательного кода выходного сигнала частотомера в параллельный несколько усложняется тем, что необходим опрос 38 каналов. Данное обстоятельство приводит к необходимости применения дополнительных микросхем, позволяющих решить эту задачу. Для этого использовались микросхемы КР580ВВ55А.

    Микросхема КР580ВВ55А предназначена для параллельной передачи информации между микропроцессором и периферийными устройствами и содержит три 8-разрядных канала ввода/вывода

    А, В, С.

    Канал С может быть представлен в виде двух 4-разрядных каналов ввода/вывода, доступ к которым производится как к отдельным независимым каналам. Периферийные устройства подключаются к каналам А, В, С, а связь с микропроцессором осуществляется с помощью шины D через буфер данных. Структурная схема КР580ВВ55А представлена на рис 10.


    Рисунок 10 Структурная схема микросхемы КР580ВВ55А

    Каждый из каналов А, В, С состоит из 8-разрядного регистра и двунаправленных формирователей, имеющих на выходе состояние «Выключено», Устройство управления содержит регистр управляющего слова (РУС), в который предварительно производится запись информации, определяющей режим работы каналов, и формирует сигналы выбора канала и управления каналом С.

    Микросхема может работать в одном из трех режимов: режим 0 - простой ввод/вывод; режим 1 - стробируемый ввод/вывод; режим 2 -двунаправленный канал. Режим работы каналов можно. изменять как в начале, так и в процессе выполнения программы, что позволяет обслуживать различные периферийные устройства в определенном порядке с помощью одной микросхемы КР580ВВ55А. Каналы А и В могут работать в различных режимах, а работа канала С зависит от режимов работы каналов А и В, Комбинируя режимы работы каналов, можно обеспечить работу микросхемы почти с любым периферийным устройством.

    В режиме 0 осуществляется простой ввод/вывод данных по трем 8-разрядным каналам, причем канал С может использоваться как два 4-разрядных канала. Каждый из каналов может использоваться отдельно для ввода или вывода информации, В режиме 0 входная информация не запоминается, а выходная хранится в выходных регистрах до записи новой информации в канал или до записи нового режима.

    В режиме 1 передача данных осуществляется только через каналы А и В, а линии канала С служат для приема и выдачи сигналов управления. Каждый из каналов А и В независимо друг от друга может использоваться для ввода или вывода 8-разрядных данных, причем входные и выходные данные фиксируются в регистрах каналов,

    В режиме 2 для канала А обеспечивается возможность обмена информацией с периферийными устройствами по 8-разрядному двунаправленному каналу. Для организации обмена используются пять линий канала С, В режиме 2 входные и выходные данные фиксируются во входном и выходном регистрах соответственно. Назначение выводов КР580ВВ55А приведено в табл. 3

    Номер вывода

    Обозначение

    Назначение

    9, 8

    А0, А1

    Адрес

    27 – 34

    D7 – D0

    Шина данных

    37 - 40, 1 - 4

    РА7 – РА0

    Канал А

    5

    RD

    Чтение

    6

    CS

    Выбор микросхемы

    7

    GND

    Общий

    10 - 13, 17, 16, 15, 14

    PC7—PCO

    Канал С

    18 - 25

    PB0 - PB7

    Канал В

    26

    Ucc

    +5В

    35

    RESET

    Установка

    36

    WR

    Запись

    Таблица 3 Назначение выводов микросхемы КР580ВВ55А

    Данные микросхемы подключались к микроЭВМ и позволяли увеличить количество портов ввода/вывода до необходимого количества.

    Конечная схема подключения представлена на рис 9.



    Рисунок 11 Схема подключение частотомера Ч3-53 к персональной ЭВМ

    Разработка программного обеспечения устройства сопряжения

    В задачи программного обеспечения, для устройства сопряжения входит:

    1. Получение от частотомера сигнала очередного замера информации с датчика;

    2. По пришествии этого сигнала последовательно считать информацию о каждой цифре выходного сигнала;

    3. Отметить время прихода сигнала (точнее, время, прошедшее со времени предыдущего прихода сигнала);

    4. Инициализировать порт последовательной передачи информации;

    5. Преобразовать данные в последовательный код;

    6. Переслать последовательный код на ЭВМ;

    7. Получить и обработать данные на ЭВМ, представив их в удобном для прочтения виде.

    Первые шесть задач решаются непосредственно ОМЭВМ на уровне языка Ассемблер, седьмая задача решается при помощи языка высокого уровня на ЭВМ.

    Перед тем, как использовать устройство сопряжения по назначению, необходимо провести инициализацию необходимых аппаратных ресурсов:

    • Источника прерываний INT0;

    • Установка необходимого времени отсчета Т0;

    • Установка необходимой величины пересчета Т1;

    • Программирование альтернативных функций порта ввода/вывода Р3 ОМЭВМ;

    • Установка необходимых режимов работы таймеров Т0 и Т1 и последовательного порта ввода/вывода.

    Блок-схема программы устройства сопряжения представлена на рис 12.


    Рисунок 12 Блок-схема программы устройства сопряжения


    Текст программы на языке Ассемблер представлен ниже

    0000 0200F7 LJMP 00F7

    0003 020200 LJMP 0200

    0006 00 NOP


    0022 00 NOP

    0023 020300 LJMP 0300

    0026 00 NOP


    00F6 00 NOP

    00F7 D2B0 SETB RXD

    00F9 D2B1 SETB TXD

    00FB D2B2 SETB INT0

    00FD D2B6 SETB WR

    00FF D2B7 SETB RD

    0100 758921 MOV TMOD,#21

    0103 758B00 MOV TL1,#00

    0106 758DF4 MOV TH1,#F4

    0109 D28E SETB TR1

    010B D2AF SETB EA

    010D 758C3C MOV TH0,#3C

    0110 758AB0 MOV TL0,#B0

    0113 7582000 MOV DPL,#00

    0116 7A00 MOV R2,#00

    0118 D28C SETB TR0

    011A D2A8 SETB EX0

    011C 108D02 JBC TF0,0121

    011F 80FB SJMP 011C

    0121 0A INC R2

    0122 758C3C MOV TH0,#3C

    0125 758AB0 MOV TL0,#B0

    0128 80F2 SJMP 011C

    012A 00 NOP


    01FF 00 NOP

    0200 75F002 MOV B,#02

    0203 EA MOV A,R2

    0204 84 DIV AB

    0205 F5F0 MOV B,A

    0207 7A00 MOV R2,#00

    0209 7805 MOV R0,#05

    020B 7904 MOV R1,#04

    020D C299 CLR TI

    020F 85F099 MOV SBUF,B

    0212 D2AC SETB ES

    0214 32 RETI

    0215 00 NOP


    02FF 00 NOP

    0300 C2AC CLR ES

    0302 C299 CLR TI

    0304 8983 MOV DPH,R1

    0306 E0 MOVX A,@DPTR

    0307 F599 MOV SBUF,A

    0309 09 INC R1

    030A B90701 CJNE R1,#07,030E

    030D 09 INC R1

    030E D801 DJNZ R0,0311

    0310 32 RETI

    0311 D2AC SETB ES

    0313 32 RETI

    0314 00 NOP

    Математическое моделирование

    Задачей математического моделирования является получение теоретических зависимостей выходной величины датчика (изменение частоты поверхностно-акустической волны) от входной величины (изменение концентрации необходимого газа) и получение изменения выходной величины в динамике (зависимость частоты от времени при скачкообразном изменении концентрации).

    Изменение резонансной частоты, обусловленное наличием покрытия на поверхности распространения поверхностно-акустической волны, описывается следующим соотношением [2]:

    ,

    где - сдвиг резонансной частоты за счет изменения чувствительным покрытием скорости поверхностно-акустической волны,

    и характеристики пьезоэлектрического материала,

    - начальная резонансная частота,

    h - толщина чувствительного покрытия,

    - его плотность.

    Не трудно заметить, что произведение - представляет собой массу покрытия на единицу площади.

    где m – масса покрытия;

    s – площадь покрытия.

    Таким образом, изменение частоты поверхностно-акустической волны зависит в первую очередь от двух факторов - массы единицы площади пленки и механических свойств пьезоэлектрической подложки.

    Скорость изменения величины адсорбции со временем описывается следующим уравнением [21]:

    где a – содержание адсорбируемого вещества – масса адсорбируемого вещества к единице объема адсорбента ;

    y – коэффициент массоотдачи;

    - концентрации адсорбируемого вещества в парогазовой смеси инертного газа (входной параметр) .

    - концентрация адсорбируемого вещества в парогазовой смеси, равновесная поглощенному единицей объема количеству вещества . Определяется по изотерме адсорбции.

    Коэффициент массоотдачи определяется по следующему уравнению[21]:

    где Nu – диффузионный критерий Нуссельта;

    d – средний размер частиц адсорбента;

    D – коэффициент диффузии вещества в газе.

    Значение диффузионного критерия Нуссельта для ориентировочных расчетов коэффициента массоотдачи определяется по критериальному уравнению [20]:

    где Re – критерий Рейнольдса.

    Для определения критерия Рейнольдса воспользуемся следующей формулой [20]:

    где w – скорость потока на свободном сечении ;

    - кинематический коэффициент вязкости.

    Кинематический коэффициент вязкости можно определить, пользуясь следующим соотношением [20]:

    Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
    Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
  • Поможем написать работу на аналогичную тему

    Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
    Нужна помощь в написании работы?
    Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

    Похожие рефераты: