Разработка медицинского цифрового термометра
АREF
7
GND
Клавиатура
GND
Ист. опор. напряжения
Vcc
GND
Рис.5.
1.3 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ
Согласно заданию требуется разработать цифровой медицинский термометр на базе контролера AVR. Я взял микроконтроллер, потому что он имеет достаточное число выводов, напряжение питания от 2,7 до 6 В, есть программируемый полный дуплексный UART (так как мне необходимо организовать последовательную связь с компьютером). Еще в нем имеется сторожевой таймер, внутренняя память и в данном микроконтроллере имеется возможность применить языки высокого уровня для его программирования. Все остальные характеристики приведены в приложении 1.
Супервизор напряжения: я выбрал микросхему mcp100 так как она обладает следующими характеристиками:
напряжение питания до 5В,
высокий и низкий уровень сигнала Reset,
время сигнала Reset 350 мС, потребляемый ток 45мкА,
температурный диапазон от –40до +85 гр.С
По характеристикам эта схема подходит для моего устройства.
В задании оговорено, что нужно для связи с компьютером использовать интерфейс RS485. Мною была выбрана микросхема МАХ481, у нее напряжение питания тоже 5 В.
Я использовал датчик температуры 100П
Мне необходим жидко кристаллический индикатор со следующими характеристиками
напряжение питания 5В
двух строчечный
со встроенным контроллером, русским алфавитом и наиболее дешевый
Данными свойствами обладает модуль PG1602.
В задании сказано, что диапазон измеряемой температуры от 25 С0 до + 50 С0
и учитывая точность измерения 0,1, действие различных шумов получаем 500 отчетов. Таким образом встроенное 10 разрядное АЦП микроконтроллера AТmega103. В качестве источника опорного напряжения для встроенного АЦП была взята микросхема AD680.
Так как нам необходимо обеспечить 500 отчетов, то через термометр сопротивления должен протекать постоянный ток 20 мА. Следовательно, нам нужен источник постоянного тока. В данной работе источник постоянного тока выполнен по стандартной схеме с использование микросхемы AD680 и постоянного резистора R1= 70 Ом. Расчет резистора был произведен по закону Ома.
Для обеспечения питания микросхем используем стабилизатор напряжения DA37805. На данную микросхему подаем напряжение в диапазоне 10-30В, а с выхода получаем 5В. Здесь диод VD1(КЦ105) используется для того, чтобы не перепутать + и -. Электролитические конденсаторы C2,C4 (К56-100 мкФ) используется для отсечения низкочастотной помехи, а для отсечения высокочастотной помехи параллельно ставим конденсаторы С1,С3 (КМ4-0,1 мкФ). Для питания встроенного АЦП воспользуемся стандартной схемой подключения выводов где R2=100ОМ и С7=10нФ.
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
2.1 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
На рис.6 представлена структура программного обеспечения
Инициализация
(Контроллера, АЦП, ЖКИ)
Flagvyvod=1
Сброс флага
Выдача на дисплей начального приглашения
|
Подпрограмма выдачи на дисплей результата измерения |
Просмотр флагов
| USR,RxC=1 |
| Возврат и сброс флага |
| Flagdan=1 и flagpr=1 |
|
Flagsbr=1 Сброс флагов, если пустой буфер |
Сброс флага
Сброс флага
Подпрограмма
обработки сканкода
Flagklav=1
Подпрограмма стирания данных
Подпрограмма приема данных с комп.
Подпрограмма
выдачи данных на комп.
Программа
опроса клавиатуры
Устанавливаем
Flagklav=1
Сброс флага
Flagszap=1
Подпрограмма
записи данных
Рис.6.
В блоке инициализация делаем следующие действия. Для контроллера настройка портов, программирование таймеров, настройка UART, устанавливаем стек и т. д. Для АЦП устанавливаем частоту опроса, режим 16 бит, для ЖКИ устанавливаем разрядность шины данных=8,количество строк =2, шрифт 5х7 точек, направление сдвига курсор в право, запрещаем сдвиг дисплея вместе со сдвигом курсора и т.д.
В блоке “Выдача на дисплей начального приглашения” выдаем на дисплей следующее сообщение «Кнопка1-режим ввода, кнопка2 – режим вывода, кнопки 3 - 7 – номера ячеек памяти, кнопка 8 - очистка памяти».
Блок опроса флагов: происходит постоянный опрос флагов, если какой-либо флаг установлен, то переходим на соответствующую подпрограмму обработки, которая после окончания своей работы возвращается в то место, откуда была вызвана и сбрасывает соответствующий флаг.
Программа опроса клавиатуры: постоянно опрашивает клавиатуру, и записывает ее состояние в заданный регистр1, как только в этом регистре1 появляется указанное число, она устанавливает Flagklav=1.
Подпрограмма обработки сканкода активизируется, когда Flagklav=1. Сначала проверяем, если действительно в регистре1 число (т.е. устраняем дребезг контактов), анализируем содержание регистра1 и в зависимости от того какое число там записано переходим на ту или иную подпрограмму обработки. В конце подпрограммы сбрасываем Flagklav.
Подпрограмма выдачи на дисплей результата измерения активизируется когда установлен флаг Flagvyvod=1. В зависимости от содержания регистра1, выводим данные из той или иной ячейки памяти.
Подпрограмма записи данных активизируется когда установлен флаг Flagszap=1, и в зависимости от содержания регистра1, записываем данные в ту или иную ячейку памяти.
Подпрограмма приема данных активизируется когда установлен флаг USR,RxC, его устанавливает компьютор приславший данные, выполняем прием даных и конце подпрограммы сбрасываем флаг USR,RxC.
Подпрограмма выдачи данных на компьютер начинает выполнятся когда Flagdan=1 и flagpr=1, далее выполняется выдача данных на компьютер и сброс флагов происходит в том случае, если буфер с данными пуст.
2.2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОДНОГО ИЗ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Алгоритм инициализации ЖКИ представлен на рис.7.
Сделать задержку 15 мСек
Записать в регистр ЖКИ команду 0000110000
Сделать задержку 4мСек и более
Записать в регистр ЖКИ команду 0000110000
Сделать задержку 100 мкСек
Записать в регистр ЖКИ команду 0000110000
Записать в регистр ЖКИ последовательно следующие команды
0000111000 ;устанавливаем разрядность шины данных=8,
количество строк =2, шрифт 5х7 точек
0000001000 ; включить дисплей, зажечь курсор
0000000001 ; очистить дисплей и установить курсор в
нулевую позицию
0000000110 ; устанавливаем направление сдвига курсора
в право, запретить сдвиг дисплея вместе со
сдвигом курсора
Рис.7.
Программа инициализации ЖКИ составленная по данному алгоритму и написанная на языке Ассемблер будет выглядеть так:
initlcd:
rcall del
ldi r25,30h
rcall icom
rcall del
ldi r25,30h
rcall icom
rcall del
ldi r25,30h
rcall icom
ldi r25,38h ; устанавливаем разрядность шины данных=8,
количество строк =2, шрифт 5х7 точек
rcall icom
ldi r25,08h ; включить дисплей, зажечь курсор
rcall icom
ldi r25,01h ; очистить дисплей и установить курсор в нулевую позицию
rcall icom
ldi r25,06h; устанавливаем направление сдвига курсор в право, запретить
сдвиг дисплея вместе со сдвигом курсора
rcall icom
ret
del:
ldi r17,150 ;задержка ~15 ms при кварце 4 МГц
l: ldi r18,200 ;
l1: dec r18 ;
brne l1 ;
dec r17 ;
brne l ;
ret
icom:
in r0,portA
sbi r0,2 ; установит RS в 1
out portA,r0
in r0,portA
сbi r0,1 ; установит W/R в 0
out portA,r0
in r0,portA
sbi r0,0 ; установит Е в 1
out portC,r0
out portB,r25 ;записать в ЖКИ команду из регистра r25
in r0,portA
cbi r0,0 ;сбросить Е в 0
out portA,r0
in r0,portA
sbi r0,1 ; установит W/R в 1
out portA,r0
ret
2.3 НАПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ
Текст программы составленный по структурной схеме на рис.6 приведен ниже
.include "Atmega103.inc"
.def flag=r1
.def flagszap =0
.def flagklav =1
.def flagsbr =2
.def flagvyvod =3
.def flagdan =4
.def flagpr =5
.def tmp=r20
.cseg
0H
rjmp main
main:
rcall init ; инициализация контроллера
rcall initlcd ; инициализация ЖКИ
rcall priglashenie ;программа выдачи начального приглашения
m1:
in r30,PinC ; программа опроса клавиатуры и флагов
ldi r31,FEh
cp r30,r31 ;если равно, то переходим на подпрограмму ввода
rcall vvod
ldi r31,FDh
cp r30,r31 ;если равно, то переходим на подпрограмму вывода
rcall vyvod
ldi r31,7Fh
cp r30,r31 ;если равно, то переходим на подпрограмму сброса
rcall sbros
sbrc USR,RxC ; проверяем если бит USR,RxC=1, то переходим на
подпрограмму приема данных от компьютера, если не
равен то пропускаем следующую команду
rcall priem ; подпрограмма приема данных, после своего окончания
работы она скидывает флаг USR,RxC
sbrs flagdan ; проверяем если 0, то переход на m2, если нет, то
пропускаем следующую команду
rjmp m2
sbrs flagpr
rjmp m2
rcall outdan ; подпрограмма выдачи данных на компьютер, после
выполнения выдачи данных сбрасывает флаг данных и
приемника
m2:
rjmp m1
init:
ldi r31,ramend ; указываем стек
out SPL,r31
ldi r31,ffh ; порт B настроить на вывод
out ddrb,r31
ldi r31, 00h ; Port С to ввод
out DDRС, r31
ldi r31,FFh ; подключаем резисторы
out PortС, r31
ldi tmp,00011101 ; инициализация UART
out
UCR,tmp
;
ldi
tmp,25
;9600 бит/сек при
fclk=4МГц
out UBBR,tmp ;
;инициализация встроенного АЦП
set ADCSR.ADEN ;разрешаем работу АЦП
set ADCSR.ADFR ;устанавливаем режим циклического преобразования
ldi ADPS,05H ;устанавливаем тактовую частоту 125 KHz при
;внешнем кварце 4MHz
ret
icom:
in r0,portA
sbi r0,2 ; установит RS в 1
out portA,r0
in r0,portA
сbi r0,1 ; установит W/R в 0
out portA,r0
in r0,portA
sbi r0,0 ; установит Е в 1
out portC,r0
out portB,r25