4 Індивідуальне завдання.

Метою цієї роботи стала розробка приладу, призначеногодля автоматичного регулювання температури. Головнаособливість терморегуляторів - простота схем при істотноширших, ніж у поширених аналогових, функціональнихможливостях, відсутність необхідності регулювання іналаштування при виготовленні і експлуатації.

Але найбільш суттєвою гідністю таких регуляторів є їхвиключно проста модифікація, - на основі практичнооднакових схемних і конструктивних рішеннях, можутьбути побудовані регулятори для найрізноманітнішихзастосувань, що різко спрощує їх розробку, а, отже, івартість. Потрібно лише зміну програмного забезпеченняі, можливо, виконавчих вузлів.

Среднетемпературные терморегулятори призначені дляавтоматичного виміру і підтримки стабільноїтемператури, наприклад, в термостатах, інкубаторах,теплицях і тому подібне

Регулятори температури, або, як їх ще називають,терморегулятори, призначені для підтримки заданоїтемператури рідини(наприклад, фоторозчину, води вакваріумі, води в системі електричного водяногоопалювання), повітря в теплиці, в житлі і ін. Принципроботи будь-якого терморегулятора полягає в плавнійабо стрибкоподібній зміні потужності нагрівальногоелементу відповідно до температури датчика.

Існують терморегулятори із стрибкоподібною зміноюпотужності, при навантаженні яких нагрівальний елементвідключається, як тільки температура датчика досягаєпевного значення, і вимикається при пониженнітемператури до її заданого значення. Нагрівальнийелемент при цьому знаходиться в одному з двох станів :включений або вимкнений, тому регулятор з такимзаконом управління часто називають релейним.

Нині більше тридцяти зарубіжних фірм випускаютьмікроконтроллери масового застосування з розрядністю8 біт, недорогі і придатні для використання внайрізноманітніших застосуваннях. Проте самемікроконтроллери серії РІС фірми Microchip® TechnologyInc. переживають останні три-чотири роки в Українівоістину вибухове зростання популярності. Цімікроконтроллери також украй популярні у всьому світі,як у виробників електронної техніки, так і середрадіоаматорів.

У чому ж причина такої популярності? Звичайно, неостанню роль зіграли правильна маркетингова політика,потужна і продумана підтримка розробників з боку фірмиі низька вартість мікросхем. Окрім цього, сам продуктмає ціле рядом незаперечних переваг.

Мікроконтроллери РІС фірми Microchip® об'єднали в собіусі передові технології, вживані у виробництвімікроконтроллерів : розвинену RISC- архітектуру,мінімальне енергоспоживання при високій швидкодії,ППЗУ, програмоване користувачем, функціональнузакінченість.

Чітка і продумана внутрішня структура контроллерів іневелика, але потужна система команд з інтуїтивнозрозумілою мнемонікою значно полегшують процесвивчення контроллерів РІС і написання для них програм.

У цьому курсовому проекті реалізована мікропроцесорнасистема на базі мікроконтроллера для терморегулятораакваріума. Проект грунтується на мікроконтроллеріPIC16F873.

4.1 Опис об'єкту і функціональна специфікація

Пристрій відрізняється від відомих вимірниківтемператури на DS1820 можливістю одночасногорегулювання температури в двох точках з точністю ±0,5° вінтервалі температур від - 10 до 85 °З, малим часомреагування 11,4 мс в порівнянні з 1 з у прототипів.Пристрій призначено для роботи з нагрівачами і можебути використано, наприклад, для регулюваннятемператури в інкубаторі(вивідний і інкубаційний),акваріумах(видовий і нерестовий), в овочесховищах взимовий час або просто як вимірника температури убудинку і на вулиці.

Микроконтроллерный термометричний датчик DS1820розрахований на вимір температури від - 55 до 125 °З,але на межах межі точність виміру погіршується до 2 °С.Управління нагрівачами виконується за принципомцифрового компаратора.

На однорядному ЖК-дисплеї індикатора можнаодночасно спостерігати поточну температуру в двохточках, температуру в різних точках і її встановленезначення. Прийом даних, їх обробка і видача наіндикатор виконуються мікроконтроллером PIC16F84A.

Функціональна специфікація

1. Входи

a. 2 микроконтроллерных термометричних датчикаDS1820

b. Кнопка запуску(включення живлення)

c. Кнопка " Режим"

d. Кнопка " Установка"

e. Кнопка " Розряд"

2. Виходи

a. Жидкокристалический індикатор

b. Оптопари для управління навантаженням(тенами,нагрівачами)

3. Функції

a. Запис програми в пам'ять

b. Порівняння температури термометричних датчиків зданими занесеними при установки програми

c. Включення навантаження(тенов)

d. Індикація температури на рідкокристалічномуіндикаторі

e. Індикація програмованих даних(температури)

2. Опис структури системи

4.2 Опис ресурсів МК PIC16F873

У дипломному проекті був вибраний однокристальний 8-розрядний Flash CMOS мікроконтроллер PIC16F873.

PIC16F873 - це 8 - pазpядные микpоконтpоллеpы з RISCаpхитектуpой, пpоизводимые фиpмой MicrochipTechnology. Це сімейство микpоконтpоллеpоввідрізняється низькою ціною, низькимэнеpгопотpеблением і високою скоpостью.Микpоконтpоллеpы мають встpоенное ЭППЗУпpогpаммы, ОЗУ даних і випускаються в 18 і 28 вивіднихкоpпусах.

Микpоконтpоллеpы сімейства PIC мають дуже ефективнусистему команд, що складається всього з 35 инстpукций.Усі инстpукции виконуються за один цикл, за виняткомумовних пеpеходов і команд, що змінюють пpогpаммныйлічильник, котоpые виконуються за 2 цикли. Один циклвиконання инстpукции складається з 4 пеpиодов тактовоїчастоти. Таким обpазом, пpи частоті 4 Мгц, вpемявиконання инстpукции складає 1 мксек.

Кожна инстpукция складається з 14 біт, що діляться накод опеpации і опеpанд(можлива маніпуляція зpегистpами, елементами пам'яті і непосpедственнымиданими).

Висока скоpость виконання команд в PIC досягається зарахунок використання двохшинної Гаpваpдскойаpхитектуpы замість тpадиционной одношинною Фон-Hеймановской. Гаpваpдская аpхитектуpа грунтується нанабоpе pегистpов з pазделенными шинами і адpеснымпpостpанством для команд і для даних. Hабоp pегистpовозначає, що усі пpогpаммные об'єкти, такі як поpтывведення/виведення, елементу пам'яті і таймеp,пpедставляют собою фізично pеализоваенныеаппаpатные pегистpы.

Використання Гаpваpдской аpхитектуpы дозволяєдосягти високою скоpости виконання бітових, байтових іpегистpовых опеpаций. Кpоме того, Гаpвадскаяаpхитектуpа допускає конвейеpное виконанняинстpукций, коли одновpеменно виконується поточнаинстpукция і прочитується наступна.

У тpадиционной же Фон-  Hеймановской аpхитектуpекоманди і дані пеpедаются чеpез одну pазделяемую абомультиплексиpуемую шину, тим самим огpаничиваяможливості конвейеpизации, внутpенние фізичні і логічнікомпоненти, з котоpых складається PIC16FXX аналогічнібудь-кому дpугому микpоконтpоллеpу Гаpваpдскаяаpхитектуpа і велика pазpядность команди дозволяютьзробити код для PIC значно компактнішим, ніж длядpугих микpоконтpоллеpов і істотно підвищити скоpостьвиконання пpогpамм.

PIC16F873 мають вбудовані пристрої, властиві більшостіприкладних систем, що дозволяє понизити вартість,споживану потужність і збільшити надійність кінцевогопристрою. Наприклад, вбудована схема скидання ізапуску генератора дозволяють позбавитися відзовнішніх RC схем. Пропонується чотири типи вбудованихгенераторів на вибір, включаючи економічний LP(LowPower) і дешевий RC генератори. Економічний режимSLEEP, Watchdog таймер і облаштування захисту кодупрограми знижують вартість і збільшують потужністьплюс надійність вашої системи.

Мікросхеми з ультрафіолетовим стиранням ідеальні дляпроцесу відробітку програми. Одночасно існуютьодноразово програмовані(OTP) кристали. Тут розробникможе витягнути повну перевагу з поєднання низької ціни ігнучкості OTP версій.

Розробка на базі контроллерів PIC16C5X підтримуєтьсяасемблером, програмнимсимуляторомэмулятором(тільки фірми Microchip) іпрограматором. Існують усі ці засоби для IBM,внутрішньосхемним PC і сумісних комп'ютерів.

Серія PIC16F873 підходить для широкого спектрудодатків від схем високошвидкісного управлінняавтомобільними і електричними двигунами доекономічних видалених приймачів, показуючих приладів ізв'язних процесорів. Наявність ПЗП дозволяєпідлаштовувати параметри в застосовних програмах(кодипередавача, швидкості двигуна, частоти приймача і такдалі). Малі розміри корпусів, як для звичайного, так і дляповерхневого монтажу, робить цю серіюмікроконтроллерів придатною для портативнихзастосувань.

Низька ціна, економічність, швидкодія, простотавикористання і гнучкість введення/виведення робитьсерію PIC16F873 привабливою навіть в тих областях, дераніше не застосовувалися мікроконтроллери.Наприклад, таймери, заміна жорсткої логіки у великихсистемах, співпроцесори.

Облаштування серії PIC16F873 мають великий вибір ПЗПі ОЗУ різних розмірів, різну кількість ліній введення/виведення, різні види збудження генераторів, різнушвидкість, климатику і типи корпусів. З чотирьох кристалівPIC16F873 можна вибрати пристрій з відповідними ПЗП/ОЗУ і конфігурацією введення/виведення.

Пристрої з ультрафіолетовим стиранням зручновикористати в прототипних і досвідчених партіях.Конфігурація генератора("RC", " XT", " HS", " LP")програмується самим користувачем на UF EPROM. ПриUF стиранні або за умовчанням встановлюється тип "RC". Залежно від вибраного типу генератора і частоти,робоча напруга живлення має бути в тому ж діапазоні, щобуде і в майбутньому пристрої на OTP кристалі(якщо OTPпередбачається використати).

Тип генератора кристалах OTP встановлюється на заводіі вони тестуються тільки для цієї спеціальної конфігурації,включаючи напругу, частоту і струм споживання, смМаркіровка. Пристрої випускаються з чистим EPROM, щодозволяє користувачеві самому програмувати їх. Крімтого, можна відключити Watchdog таймер і/або защитyкода шляхом програмування бітів в спеціальномуEPROM. Також доступні 16 біт для запису кодуідентифікації(ID).

Огляд характеристик.

- тільки 33 простих команди;

- усі команди виконуються за один цикл(200ns), окрімкоманд переходу- 2

циклу;

- робоча частота 0 Гц ... 20 Мгц(200 нс цикл команди)

- 12 - бітові команди;

- 8 - бітові дані;

- 512 ... 2К х 12 програмній пам'яті на кристалі EPROM;

- 25 ... 72 х 8 регістрів загального використання;

- 7 спеціальних апаратних регістрів SFR;

- дворівневий апаратний стек;

- пряма, непряма і відносна адресація даних і команд;

Периферія і Введення/Виведення

- 12 ... 20 ліній введення-виведення з індивідуальнимналаштуванням;

- 8 - бітовий таймер/лічильник RTCC з 8-бітовимпрограмованим

попереднім дільником;

- автоматичне скидання при включенні;

- таймер запуску генератора;

- Watchdog таймер WDT з власним вбудованимгенератором, що забезпечує підвищену надійність;

- EPROM біт секретності для захисту коду;

- економічний режим SLEEP;

- програмовані EPROM біти для установки режимузбудження вбудованого генератора :

- RC генератор : RC

- звичайний кварцевий резонатор : XT

- високочастотний кварцевий резонатор : HS

- економічний низькочастотний кристал : LP

КМОП технологія

- економічна високошвидкісна КМОП EPROM технологія;

- статичний принцип в архітектурі;

- широкий діапазон напруги живлення :

- комерційний: 2.5 ... 6.25 В

- промисловий: 2.5 ... 6.25 В

- автомобільний: 2.5 ... 6.0 В

- низьке споживання

20 mA типово для 6В, 20МГц

2 мА типово для 5В, 4МГц

15 мкА типово для 3В, 32КГц

3 мкА типово для SLEEP режиму при 3В, 0 ... 70 З

Структурна схема мікроконтроллера

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Белов А.В. Микроконтроллеры АVR в радиолюбительской практике – СП-б, Наука и техника, 2007 – 352с.

2. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах / В.В. Сташин [ и др.]. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 224 с.

3. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры Microchip: практическое руководство/А.В.Евстифеев. – М.: Горячая линия – Телеком, 2002. – 296 с.

4. Кравченко А.В. 10 практических устройств на AVR-микроконтроллерах. Книга 1 – М., Додэка –ХХ1, МК-Пресс, 2008 – 224с.

5.Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью АVR-микроконтроллеров: Пер. с нем – К., МК-Пресс, 2006 – 208с.

6. Мортон Дж. Микроконтроллеры АVR. Вводный курс /Пер. с англ. – М., Додэка –ХХ1, 2006 – 272с.

7. Техническая документация на микроконтроллеры PIC16F873 компании Microchip Technology Incorporated . ООО «Микро -Чип», Москва, 2002.-184 с.