Классификация цифровых измерительных приборов, разработка структурной схемы устройства измерения временных величин сигналов. Описание базового микроконтроллера и программного обеспечения. Аппаратно-программные средства контроля и диагностики устройства.
Аннотация к работе
Современная информационно-измирительная техника располагает совокупностью средств измерения различных физических величин электрических, магнитных, механических и др. Огромное количество из этих величин в процессе измерения преобразуется в величины электрические как наиболее удобные для передачи, усиления, сравнения, точного измерения. Поэтому в развитии современной информационно-измирительной техники преобладающее значение приобретает развитие средств измерений электрических величин. Первые серийноспособные цифровые приборы были разработаны и изготовлены в 1954-1956 гг. в Новосибирске и во Львовском политехническом институте под руководством М. П. Созданы автоматические цифровые приборы, основанные на новых принципах, отличающиеся дискретной, кодированной формой представления результата измерения, высокими точностью и быстродействием.В каждом цифровом измерительном приборе определяется числовое значение измеряемой величины в определенной системе счисления, преобразование одного кода в другой, визуальная цифровая индикация или регистрация. Цифровые приборы делятся на цифровые приборы прямого преобразования, уравновешивания (рисунок 1.1) и комбинированные. Цифровые приборы прямого преобразования в зависимости от характера преобразования делятся на приборы непрерывного действия, выходной код которых следует за измеряемой величиной при каждом ее изменении, превышающем ступень квантования, и на приборы циклического действия, в которых процесс измерения циклически повторяется по заданной программе и новое значение выходного кода определяется после сброса на нуль предыдущего значения. К цифровым приборам непрерывного действия прямого преобразования относятся, например, цифровые приборы с кодирующими преобразователями угол-код, в которых измеряемая электрическая величина в измерительном механизме преобразуется в угол а поворота подвижной части прибора, а угол а кодирующим преобразователем преобразуется в код.Максимальная скорость прямого счета счетчиками импульсов достигает 109 имп/сек, однако у большинства серийных счетчиков импульсов не превышает 107 имп/сек. Схема цифрового хронометра с генератором нониусных импульсов состоит из генератора квантующих импульсов с периодом Т0 (рисунок 1.1 б), ключа К1 управляемого старт-и стоп-импульсами, схемы совпадения СС и ключа K2, который открывается стоп-импульсом и закрывается импульсом на выходе СС, и генератора нониусных импульсов ГНИ с периодом: ТН = T0 (1.1) где n - номинальный отсчет счетчика СИ2 (обычно равен 10). Генератор ГНИ запускается стоп-импульсом, и импульсы с периодом Тн поступают на схему совпадения СС и через открытый стоп-импульсом ключ К2 на СИ2. На второй вход схемы совпадения непрерывно поступают импульсы Т0. В момент совпадения импульсов Т0 и Тн срабатывает СС и закрывает рлюч К2, поступление импульсов Тн на СИ2 прекращается.Ссылаясь на рассмотренные методы и структуры аналогичных устройств, можно сказать, что основой прибора должен быть микроконтроллер, как ядро, где происходит обработка входной информации, а также индикация, на которой отображается информация в удобном для оператора виде. Тогда устройство имеет вид (рисунок 1.3). рисунок 1.3Выбор банка определяется состоянием бита RPO в регистре STATUS. Регистр STATUS содержит флаги АЛУ, параметры сброса (RESET) и биты выбора банка памяти данных. Если регистр STATUS используется в качестве операнда для команды, которая воздействует на биты Z, DC или С, то непосредственная запись в эти биты запрещена. Регистр OPTION доступен для чтения и записи и содержит различные управляющие биты для конфигурации предделителя TMRO/WDT, самого TMR0 и подтягивающих резисторов GPIO. Регистр INTCON доступен для чтения и записи и содержит биты разрешения прерываний: общего, периферийных устройств и TMR0, а также флаг переполнения TMR0.Стек не является частью памяти программ или данных, а указатель стека не может быть явно прочитан или модифицирован. При выполнении команды CALL или возникновении прерывания PC сохраняется в стеке.Порт имеет регистр направления TRISA, с помощью которого каналы порта могут быть индивидуально настроены на ввод или на вывод. Установка в "1" бита регистра TRISA определяет соответствующий канал PORTA как вход, т.е. выходные буферы переводятся в третье состояние. Установка в "0" бита регистра TRISA определяет соответствующий канал PORTA как выход, т.е. содержимое защелки порта выводится на соответствующий вывод микросхемы. Все операции записи в порт производятся как чтение-модификация-запись, т.е. сначала производится чтение состояния выводов, затем модификация и запись в защелку. Установление а "0" бита регистра TRISB определяет соответствующий канал PORTB как выход, т.е. содержимое защелки порта выводится на соответствующий вывод микросхемы.Возможности TMR0: 8-разрядный таймер доступен для чтения и записи, 8-разрядный программируемый предделитель, выбор источника тактового сигнала (внутренний или внешний), выбор активного фронта внешнего тактового сигнала, прерыва