Цифровые устройства и микропроцессоры. Частотомер

Область ОЗУ организована как 128 х 8. К ячейкам ОЗУ можно адресоваться прямо или косвенно, через регистр  указатель FSR (04h). 
Это также относится и к EEPROM памяти данных-констант.

В регистре статуса (03h) есть биты выбора страниц, которые позволяют  обращаться к четырем страницам  будущих модификаций этого кристалла. Однако для PIC16F84 память данных существует только до адреса 02Fh. Первые 12 адресов используются для размещения регистров специального назначения. Регистры с адресами 0Ch-2Fh могут быть использованы, как регистры общего назначения, которые представляют собой статическое ОЗУ. Некоторые регистры специального назначения продублированы на обеих страницах, а некоторые расположены на странице 1 отдельно. Когда установлена страница 1, то обращение к адресам 8Ch-AFh фактически адресует страницу 0. К регистрам можно адресоваться прямо или косвенно. В обоих случаях можно адресовать до 512 регистров.

 

 

 

Watchdog таймер представляет собой полностью независимый встроенный RC генератор, который не требует никаких внешних цепей. Он будет работать, даже если основной генератор остановлен, как это бывает при исполнении

команды SLEEP. Таймер вырабатывает сигнал сброса. Выработка таких сбросов может быть запрещена путем записи нуля в специальный бит конфигурации WDTE. Эту операцию производят на этапе программирования  микросхем.

Номинальная выдержка WDT составляет 18 мс (без использования  делителя). Она зависит от температуры, напряжения питания, от особенностей типов микросхем. Если требуются большие задержки, то к WDT может быть подключен встроенный делитель с коэффициентом деления до 1:128; который программируется путем записи в регистр OPTION. Здесь могут быть реализованы выдержки до 2.5 секунд. 
Команды "CLRWDT" и "SLEEP" обнуляют WDT и делитель, если он подключен к WDT. Это запускает выдержку времени сначала и предотвращает на некоторое время выработку сигнала сброс. Если сигнал сброса от WDT все же произошел, то одновременно обнуляется бит "TO" в регистре статуса (f3). В приложениях с высоким уровнем помех, содержимое регистра OPTION подвержено сбою. Поэтому регистр OPTION должен обновляться через равные промежутки времени. Следует учесть, что наихудшей комбинацией является: Vdd=min, температура = max и max коэффициент деления делителя,- это приводит к самой большой выдержке времени, она может достигать нескольких секунд.

Также в устройстве будет  использован цифро-буквенный индикатор  с высотой цифр 7,5 мм из семи сегментов с децимальной точкой АЛС324А, его графическое изображение приведено на рисунке 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Разработка схемы электрической  принципиальной

 

Применение микроконтроллеров PIC16F84 приводит к резкому уменьшению размеров устройства потребляемой мощности и количества используемых элементов. При разработке устройств на микроконтроллерах  разработчику электронной схемы  необходимо выбрать частоту тактового генератора для поставленной задачи и следить чтобы  максимальная нагрузка на порты ввода вывода не превышала допустимую.

Кристаллы PIC16F84 могут работать с четырьмя типами встроенных генераторов. Пользователь может запрограммировать два конфигурационных бита (FOSC1 и FOSC0) для выбора одного из четырех режимов: RC, LP, XT, HS. Кристаллы PIC16... могут также тактироваться и от внешних источников. Генератор, построенный на кварцевых или керамических резонаторах, требует периода стабилизации после включения питания. Для этого, встроенный таймер запуска генератора держит устройство в состоянии сброса примерно 18 мс после того, как сигнал на /MCLR ножке кристалла достигнет уровня логической единицы. Таким образом, внешняя цепочка RC , связанная с ножкой /MCLR во многих случаях не требуется.

Встроенные генераторы работоспособны при определенных номиналах питающего напряжения:

Vdd	OSC mode	Max Freq
2..3V	RC	2 MHz
	LP	200 kHz
3..6V	RC, XT	4 MHz
	LP	200 kHz
4,5..5,5	HS	10 MHz

При частотах ниже 500 кГц, внутренний генератор может генерировать сбойный импульс на гармониках, когда  переключается бит 0 порта A. Этого не происходит при использовании внешнего генератора или при встроенном RC генераторе. PIC16F84-XT, -HS или -LP требуют подключения кварцевого или керамического резонатора к выводам OSC1 и OSC2. Маркировка следующая: XT - стандартный кварцевый генератор, HS - высокочастотный кварцевый генератор, LP - низкочастотный генератор для экономичных приложений. Резистор Rs может потребоваться для генератора "HS", особенно при частотах ниже 20 МГц для гашения гармоник. Он также может потребоваться в режиме XT с резонатором типа AT strip-cut. Необходимые значения конденсаторов для разных частот приведены в таблице.

 

Более высокая емкость  будет увеличивать стабильность генератора, но также будет увеличивать  время запуска. Значения приведены для ориентировки. В режимах HS и XT, чтобы избежать гармоник может потребоваться последовательный резистор Rs.

Таблица    Выбор  конденсатора для кварцевого генератора

Тип генератора	Частота	Конденсатор С1	Конденсатор С2
LP	32 КГц	30 пФ	30 - 50 пФ
	100 КГц	15 пФ	15 пФ
	200 КГц	0- 15 пФ	0 - 15 пФ
XT	100 КГц	15 - 30 пФ	200 - 300 пФ
	200 КГц	15- 30 пФ	100 - 200 пФ
	455 КГц	15 - 30 пФ	15 -100 пФ
	1 МГц	15 - 30 пФ	15 - 30 пФ
	2 МГц	15 пФ	15 пФ
	4МГц	15 пФ	15 пФ
HS	4 МГц	15 пФ	15 пФ
	10 МГц	15пФ	15 пФ

 

 

 

 Контроль частотомера осуществляется через 2 кнопки подключенных к портам RB0 и RA0 микроконтроллера. Схема подключения показана на рисунке 6. Меры по предотвращению дребезга

контактов могут реализоваться программным методом. Сопротивление резисторов выбирается  из расчета протекания наименьшего  тока  необходимого для фиксации логической 1 на входах микроконтроллера при неактивных позициях кнопок и в данном случае составляют 10 кОм.

Рисунок 6 . Подключение клавиатуры управления

 

Также в устройстве присутствует блок индикации состоящий из 4-х  индикаторов АЛС324А которые управляются  микропроцессором через токоограничивающие резисторы R4...R10 номиналом 180 Ом. Индикация осуществляется динамическим способом т.е вывод осуществляется по порядку 1,2,3,4 - индикатор по 10мс на каждый индикатор.

  Электрическая принципиальная схема устройства приведена на чертеже 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Разработка программного обеспечения

 

          При разработке и отладке программы была использована бесплатная программа Mplab предоставляемая фирмой Microchip.

MPLAB - это интегрированная среда  разработки (IDE) для семейства микроконтроллеров  PICmicro фирмы Microchip Technology Incorporated. MPLAB позволяет писать, отлаживать и оптимизировать программы для Ваших разработок. MPLAB включает текстовый редактор, симулятор (виртуальный отладчик), менеджер проектов и поддерживает эмуляторы (внутрисхемные отладчики) MPLAB-ICE и PICMASTER , программаторы PICSTART Plus и PRO MATE II и другие средства и инструменты разработок фирмы Microchip и других фирм.

Инструментальные средства MPLAB, организованные как ниспадающие  меню и определяемые быстрые клавиши, позволяют:- ассемблировать, компилировать исходный текст;- отлаживать логику работы, наблюдая с помощью симулятора или, в реальном времени, с эмулятором MPLAB-ICE ;- просматривать переменные в окнах просмотра;- программировать кристаллы с помощью программаторов PICSTART Plus или PRO MATE II- и многое другое.

 

Рисунок 8. Блок схема  программы

 

 

 

MPLAB работает под Microsoft Windows 3.1x, Windows 95, 98, NT, 2000 (начиная с версии 5.00.00). Правда не все дополнительное  оборудование, такое как внутрисхемные  эмуляторы и программаторы будет функционировать под всеми операционными системами. Для более подробного описания обращайтесь к специализированной литературе и техническим описаниям фирмы Microchip.

Описание программы  можно найти на Интернет сайте фирмы Microchip

Блок схема разрабатываемой программы приведена на рисунке 8.Она состоит из блока начальных установок в который входят процедуры обнуления переменных используемых в программе, установки направления портов, установки нужного коэффициента пред делителя, тест работоспособности индикаторов. Блока вывода на индикацию в котором осуществляется преобразование двоичного кода в код семисегментных индикаторов, формируются необходимые задержки времени для динамической индикации, также контроль вывода выбранного пользователем режима индикации. Участок программы сканирования клавиатуры отвечает за выбор режима индикации. Самая ответственная часть программы это обработка прерывания полученного от встроенного таймера микроконтроллера от неё зависит точность измерения т.е ошибки в этой части программы приводят к значительной погрешности прибора там же может быть осуществлена точная подстройка.

 Рассмотрим получение  интервала в 1 секунду с помощью  таймера, при конфигурации таймера  его надо подключить к внутреннему  генератору который по заданию вырабатывает частоту 4,00 Мгц после такого подключения в данном микроконтроллере на таймер будет подаваться частота генератора (Fг)/4 и будет равна 1000000 гц с помощью встроенного пред делителя она делится на 64 и на таймер приходит уже 15625 гц. После этого нам необходимо разделить это число на такое же чтобы получить частоту колебаний в 1гц. Из за небольшой разрядности таймера (8) эта процедура делается в два этапа делим на 125 и еще раз на столько же. Сразу после этого прибавляем 1 к регистру секунд (в программе sek).Результат приведен ниже :

1. F(г)=4 МГц/4=1000000

2. 1000000/64=15625

3. 15625/125=125

4. 125/125=1 Гц      

 

 

 

 

 

 

 

 

processor 16f84a    ;for Microchip MPLAB

#include p16f84a.inc

        LIST    p=16F84A

__config _HS_OSC & _WDT_OFF & _PWRTE_ON

;

;Регистры статуса:

pc equ 02 ;програмный счетчик      

porta   equ     05      ;I/O регистра

portb   equ     06      ;I/O регистра

status  equ     03      ;статус регистра

tmr     equ     01      ;8-bit счетчик

trisa   equ     0x5     ;порт "a" направление регистра

trisb   equ     0x6     ;порт "b" направление  регистра

intcon  equ     0x0B    ;прервать контроль регистра

;

;главный регистр:

H_byte  equ     0x10      ;высокий байт измерения частоты

L_byte  equ     0x11      ;низкий байт измерения частоты

count_r equ     0x12      ;перезагрузка счетчика

U       equ     0x13      ;единицы 

D       equ     0x14      ;десятки 

H       equ     0x15      ;Сотни 

M       equ     0x16      ;тысячи

count1  equ     0x17      ;счетчик регистра

N       equ     0x18      ;главный регистр

;

;***************************  Главная  программа  

org     0

start       

        movlw   0x27

        option                  ;загрузка 00100111 в опции регистра 

movlw 0x10

        movwf   intcon     

clrf    porta

        clrf    portb          

        bsf     status,5       

movlw   0x10

        movwf   trisa           ;портa:0-3 = выпуск, porta:4 = ввод

        clrf    trisb           ;портb:0-7 = выпуск

        bcf     status,5      

        movlw   0x08            ;все сегменты включены

        movwf   U        ;проверить индикаторы

movwf   D

movwf   H

movwf   M

movlw   .125             ;проверить перезагрузку 0.5 сек.

        movwf   count_r        

loop1   call    refresh          ;перезагрузка дисплея

decfsz  count_r

goto    loop1

work clrf    tmr  ;очистка таймера

clrwdt              ;очистка делителя частоты

        bsf     status,5

        movlw   b'10000000' ; портB:7 - вход, счет возможен

        movwf   trisb       ;-

        bcf     status,5      ; |

        movlw   .99           ; |

movwf   count1          ; |

ms1 nop                     ; |

nop                     ; |

nop                     ; |

nop                     ; |

nop                     ; |

        nop                     ; |- Это 1 миллисекунда измеряющая время для 4Mhz.

nop                     ; |- этот блок не изменять если  не потребуется коллибровка!

decfsz  count1          ; |

        goto ms1         ; |

        nop                     ; |

        nop                     ; |

nop                     ; |

nop                     ; |Если потребуется коллибровка  добавь или передвинь один  или более NOP сюда.

nop   ; |