Измеритель расхода топлива

Любое транспортное средство не может двигаться без топлива, которое, как известно, стоит денег. Но как узнать, сколько литров на единицу времени или пути сжигает автомобиль. А ведь зная текущий расход топлива, можно легко выбирать стиль езды, экономящий понапрасну сжигаемое топливо, оперативно реагировать на увеличенный расход топлива связанный с поломкой.

Таким образом, устройство, которое наглядно показывает расход топлива автомобилем в данный момент очень удобно, и позволяет упростить многие проблемы автолюбителей.

Современная цифровая техника позволяет на базе микроконтроллеров решать такие задачи, создавать широкий спектр необходимых человеку приборов.

В этом направлении наиболее распространенным до сих является семейство 8-разрядных микроконтроллеров - MCS-51. Именно поэтому в проектировании измерителя расхода топлива будет использован микроконтроллер этого семейства.

1. Анализ технического задания

Требуется разработать измеритель расхода топлива, данные (скорость автомобиля и расход топлива) для которого поступают в виде напряжений. Скорости от 0 до 200 км/час соответствует напряжение от 0 до 10В, и расходу от 0 до 10 мл/с – такое же напряжение. По заданию необходимо выводить на трехразрядный семисегментный индикатор расход топлива в мл/км.

Используем восьми разрядные АЦП для преобразования аналогового си-нала в цифровой. Таким образом, поступающие напряжения будут переведены в двоичные комбинации, которыми будет оперировать микроконтроллер.

Для того чтобы получить расход топлива R в мл/км, нужно воспользоваться следующей формулой

, (1)

где ν – расход топлива, мл/с;

υ – скорость автомобиля, км/час.

Чтобы перейти от имеющихся двоичных комбинаций, значения которых находятся в диапазоне от 00000000 до 11111111 (от 0 до 255), к величинам скорости и расхода, приходится вводить переводные коэффициенты. Для скорости этот коэффициент равен отношению максимальной скорости (200 км/час) к максимальному значению кода (255). Получим

, (2)

где К_υ – значение двоичного кода скорости (от 0 до 255).

Для расхода переводной коэффициент равен отношению максимального расхода (10 мл/c) к максимальному значению кода (255).

, (3)

где К_ν – значение двоичного кода расхода (от 0 до 255).

Подставим выражения (2) и (3) в формулу (1), получим следующую формулу

. (4)

По заданию если скорость равна 0, то на индикатор выводится расход топлива в л/час. Чтобы получить расход топлива R в л/час, нужно воспользоваться формулой

. (5)

С учетом выражения (3), имеем

. (6)

Микроконтроллером для вычислений по формулам (4) и (6) используются значения в двоичной форме, соответственно и коэффициенты выражаются в двоичной форме, и результат будет получен также в двоичной форме. Поэтому перед выводом на индикатор, потребуется приведение результата к десятичной форме. Все эти особенности должны учитываться при написании программы.

Предполагается, что для вывода значения расхода топлива, найденного по формуле (4) трехразрядного индикатора вполне хватит. Максимальное выводимое на индикатор значение расхода топлива (999 мл/км) для современных автомобилей является абсурдным, т.е. недостижимым.

Таким образом, для реализации измерителя расхода топлива потребуется микроконтроллер семейства МК51, два АЦП и трехразрядный семисегментный индикатор.

2. Описание структурной схемы устройства

В предыдущем разделе уже оговаривались блоки необходимые для реализации проектируемого устройства. На основании анализа технического задания можно изобразить структурную схему устройства (рисунок 1).

Рисунок 1 – Структурная схема устройства

На рисунке 1 изображены основные блоки проектируемого устройства. АЦП служат для преобразования входного напряжения в двоичный код (оцифровывает аналоговый сигнал). Так у нас два информативных аналоговых сигнала, следовательно, потребуется два АЦП. Микроконтроллер выполняет обработку, полученных с портов данных и выдает результат на индикаторы.

3. Разработка программы

3.1 Блок схема программы

Рисунок 2 – Блок – схема работы программы

Более подробного рассмотрения в виде алгоритмов требуют блоки реализации формул, блок преобразования в десятичную форму записи, блок вывода результата на индикатор. Алгоритмы блоков приведены в следующем подразделе пояснительной записки.

3.2 Алгоритмы блоков

3.2.1 Алгоритм реализации формул

Рисунок 3 – Блок – схема части алгоритма реализации формул

Рисунок 4 – Блок – схема части алгоритма реализации формул

Рисунок 5 – Блок – схема части алгоритма реализации формул

Рисунок 6 – Блок – схема окончания алгоритма реализации формул

3.2.2 Алгоритм преобразования в десятичную форму записи

Рисунок 7 – Блок – схема преобразования в десятичную форму записи

3.2.3 Алгоритм вывода результата на индикатор

Рисунок 8 – Блок – схема части алгоритма вывода результата на индикаторы

Рисунок 9 – Блок – схема части алгоритма вывода результата на индикаторы

3.3 Листинг программы

ORG 00h ; Начало программы.

SJMP TIMER ; Переход на установку таймера.

ORG 1Bh ; Переход на обработку

JMP SELECTOR ; прерывания от таймера.

ORG 30h

TIMER: MOV TMOD, #00010000b ; 1-ый режим работы таймера (16 разрядов).

MOV TCON, #01000000b ; Включение таймера 1.

MOV IE, #10001000b ; Разрешение прерывания от таймера.

MOV TH1, #0FFh ; Задаются старшие и младшие

MOV TL1, #0FFh ; 8 разрядов таймера 1.

MOV R3, #0h ; Значение регистра необходимое для

; перехода к метке START.

V1: SJMP V1 ; Бесконечный цикл.

; Работа с АЦП

START: CLR P1.2 ; Сигнал подается на первый АЦП -

SETB P1.2 ; начало преобразования аналогового

NOP ; сигнала в цифровой.

CLR P1.2

NOP ; Задержка на время преобразования 4,5мкс.

NOP

CLR P1.3 ; Сигналы /CS и /RD

CLR P1.4 ; (разрешения работы и чтения)

SETB P1.4 ; служат для передачи данных

SETB P1.3 ; с АЦП на порт 3.

MOV 53h, P3 ; Данные с порта (скорость) записываются

; в ячейку памяти.

CLR P1.5 ; Аналогично, сигнал начала преобразования

SETB P1.5 ; для второго АЦП.

NOP

CLR P1.5

NOP

CLR P1.6 ; Аналогичные сигналы для передачи

CLR P1.7 ; данных со второго АЦП на 3-ий порт.

SETB P1.7 ;

SETB P1.6

MOV 52h, P3 ; Данные с порта в ячейку (расход топлива).

MOV 50h, #10110100b ; Коэффициент 180 в формуле (4).

MOV A, 53h ; Проверка скорости на равенство нулю и

JZ NULL ; переход в метку NULL при его истинности.

MOV A, 52h ; Реализация по формуле (4)

MOV B, 50h

SJMP ALGORITM ; Переход к реализации формулы.

NULL: MOV 53h, #64h ; Реализация по формуле (6) .

MOV A, 52h

MOV B, #0Eh

; Реализация формул (4) и (6)

ALGORITM: MUL AB ; Произведение или .

MOV 50h, A ; Младший байт произведения.

MOV 51h, B ; Старший байт произведения.

MOV A, B ; Деление старшего байта произведения

MOV B, 53h ; на значение скорости или на 100.

DIV AB

MOV 54h, A ; Целая часть от деления.

MOV 55h, B ; Остаток от деления.

MOV A, 53h ; Деление делителя (значение скорости

MOV B, #0Ah ; или 100) на 10.

DIV AB

MOV 56h, A ; Целая часть от деления делителя на 10.

MOV 57h, B ; Остаток от деления делителя на 10.

JZ HELP ; Если целая часть от деления делителя на 10

; равна нулю, то переход в метку HELP.

MOV A, 57h

MOV B, #4h ; Если остаток от деления делителя на 10 равен

SUBB A, B ; 4, то переход в метку B5.

JZ B5

MOV A, 57h

MOV B, #6h ; Если остаток от деления делителя на 10 равен

SUBB A, B ; 6, то переход в метку B5.

JZ B5

MOV A, #4h ; Если остаток от деления делителя на 10

CJNE A, 57h, C1 ; больше 4, то переход в метку B1.

C1: JC B1

JNC B3 ; Если меньше 4, то в метку B3.

B1: MOV A, #6h ; Если остаток от деления делителя на 10

CJNE A, 57h, C ; больше 6, то переход в метку B7.

C2: JC B7

JNC B2 ; Если равен 5, то в метку B2.

B2: MOV A, 56h ; Получено, что остаток от деления делителя

MOV B, #2h ; на 10 равен 5, тогда целая часть от деления

MUL AB ; делителя на 10 умножается на 2.

MOV 52h, A

INC 52h ; Увеличение результата на 1. (новый делитель)

MOV A, 55h ; Остаток от деления числителя формул

MOV B, 52h ; (4) или (6) делится на новый делитель.

DIV AB

MOV 41h, B ; Остаток от деления на новый делитель.

MOV B, #2h ; Умножение целой части от деления на

MUL AB ; новый делитель на 2.

MOV 57h, A ; В результате получены десятые доли

; деления старшего байта произведения.

MOV A, 41h ; Умножение остатка от деления на новый

MOV B, #2h ; делитель на 2.

MUL AB

MOV B, 52h ; Результат этого умножения снова делится

DIV AB ; на новый делитель и целая часть этого

ADD A, 57h ; деления складывается с десятыми долями

MOV 57h, A ; деления старшего байта произведения.

MOV 56h, 52h

MOV 42h, B ; Остаток последнего деления фиксируется.

SJMP VPERED ; Переход к нахождения сотых долей.

B3: MOV A, #1h ; Если остаток от деления делителя на 10

CJNE A, 57h, C3 ; 0 или 1, то переход в метку HELP_1.

C3: JNC HELP_1

JC B4 ; Если больше 1, то в метку B4.

B4: MOV A, #2h ; Если остаток от деления делителя на 10

CJNE A, 57h, C4 ; равен 2, то переход в метку B5.

C4: JNC B5

JC B6 ; Если равен 3, то в метку B6.

HELP: JMP D_0 ; Переход в метку D_0.

B5: MOV A, 56h ; Если остаток от деления делителя на 10

MOV B, #5h ; равен 2, 4, 6 или 8, тогда целая часть от

MUL AB ; деления делителя на 10 умножается на 5.

MOV 52h, A

MOV A, 57h ; Остаток от деления делителя на 10

MOV B, #2h ; делится на 2 и складывается с предыдущим

DIV AB ; результатом. Получен новый делитель.

ADD A, 52h

MOV 52h, A

MOV A, 55h ; Остаток от деления числителя формул

MOV B, 52h ; (4) или (6) делится на новый делитель.

DIV AB

MOV 41h, B ; Остаток от деления на новый делитель.

MOV B, #5h ; Умножение целой части от деления на

MUL AB ; новый делитель на 5.

MOV 57h, A ; В результате получены десятые доли

; деление старшего байта произведения.

MOV A, 41h ; Умножение остатка от деления на новый

MOV B, #5h ; делитель на 5.

MUL AB

MOV B, 52h ; Результат этого умножения снова делится

DIV AB ; на новый делитель и целая часть этого

ADD A, 57h ; деления складывается с десятыми долями

MOV 57h, A ; деления старшего байта произведения.

MOV 56h, 52h

MOV 42h, B ; Остаток последнего деления фиксируется.

JMP VPERED ; Переход к нахождения сотых долей.

B7: MOV A, #8h ; Если остаток от деления делителя на 10

CJNE A, 57h, C5 ; равен 9, то переход в метку HELP_1.

C5: JC DALEE

JNC B8 ; Если меньше или равен 8, то в метку B8.

B8: MOV A, #7h ; Если остаток от деления делителя на 10

CJNE A, 57h, C6 ; равен 8, то переход в метку B5.

C6: JC B5

JNC B6 ; Если равен 7, то переход в метку B6.

HELP_1: SJMP DALEE ; Переход в метку DALEE.

B6: MOV A, 56h ; Если остаток от деления делителя на 10

MOV B, #3h ; равен 3 или 7, тогда целая часть от

MUL AB ; деления делителя на 10 умножается на 3.

MOV 52h, A

MOV A, #5h ; Полученный результат в случае, если

CJNE A, 57h, RAZD ; остаток от деления делителя на 10 равен 7

RAZD: JC DEL1 ; увеличивается на 2. А если остаток равен

JNC DEL2 ; 3, то - на 1. Получен новый делитель.

DEL1: INC 52h

INC 52h

SJMP RETURN ; Переход в метку RETURN.

DEL2: INC 52h

RETURN: MOV A, 55h ; Остаток от деления числителя формул

MOV B, 52h ; (4) или (6) делится на новый делитель.

DIV AB

MOV 41h, B ; Остаток от деления на новый делитель.

MOV B, #3h ; Умножение целой части от деления на

MUL AB ; новый делитель на 3.

MOV 57h, A ; В результате получены десятые доли

; деление старшего байта произведения.

MOV A, 41h ; Умножение остатка от деления на новый

MOV B, #3h ; делитель на 3.

MUL AB

MOV B, 52h ; Результат этого умножения снова делится

DIV AB ; на новый делитель и целая часть этого

ADD A, 57h ; деления складывается с десятыми долями

MOV 57h, A ; деления старшего байта произведения.

MOV 56h, 52h

MOV 42h, B ; Остаток последнего деления фиксируется.

SJMP VPERED ; Переход к нахождения сотых долей.

D_0: MOV A, 55h ; Если целая часть от деления делителя на

MOV B, #0Ah ; 10 равна нулю, то остаток от деления

MUL AB ; числителя формул (4) или (6) умножается

MOV B, 53h ; на 10 и делится на значение скорости.

DIV AB

MOV 56h, 53h ; Делитель не меняется(значение скорости).

MOV 57h, A ; В результате получены десятые доли

; деления старшего байта произведения.

MOV 42h, B ; Остаток последнего деления фиксируется.

SJMP VPERED ; Переход к нахождения сотых долей.

DALEE: MOV A, #5h ; Остаток от деления делителя на 10

CJNE A, 57h, RAZD2 ; равен 0, 1 или 9. В случае если остаток

RAZD2: JC DEL3 ; равен 9, то целая часть от деления

SJMP RETURN1 ; увеличивается на 1. В противном случае

DEL3: INC 56h ; она не меняется.

RETURN1: MOV A, 55h ; Остаток от деления числителя формул

MOV B, 56h ; (4) или (6) делится на новый делитель.

DIV AB

MOV 57h, A ; В результате получены десятые доли

; деления старшего байта произведения.

MOV 42h, B ; Остаток последнего деления фиксируется.

VPERED: MOV A, #0Ah ; Для нахождения сотых долей деления

MOV B, 42h ; старшего байта произведения, остаток

MUL AB ; предыдущего деления умножается на 10.

MOV 42h, A

MOV A, #0h ; Если данное произведение выходит за

CJNE A, B, OSH ; рамки одного байта, то в целях

OSH: JC OSH1 ; уменьшения погрешности конечного

MOV 58h, #0h ; результата, этот факт учитывается как

SJMP DALSE ; 5 сотых долей.

OSH1: MOV 58h, #5h

DALSE: MOV A, 42h ; Полученное произведение делится на

MOV B, 56h ; делитель.

DIV AB

ADD A, 58h ; Учет 5 сотых (если они есть).

MOV 58h, A ; В результате получены сотые доли

; деления старшего байта произведения.

MOV A, #0Ah ; Для нахождения тысячных долей деления

MUL AB ; старшего байта произведения, остаток

MOV 42h, A ; от деления снова умножается на 10.

MOV A, #0h

CJNE A, B, OSH2 ; Аналогичный способ уменьшения

OSH2: JC OSH4 ; погрешности в результате.

MOV 58h, #0h

SJMP DALSE2

OSH4: MOV 59h, #5h

DALSE2: MOV A, 42h ; Полученное произведение делится на

MOV B, 56h ; делитель.

DIV AB

ADD A, 59h ; Учет 5 тысячных (если они есть).

MOV 59h, A ; В результате получены тысячные доли

; деления старшего байта произведения.

MOV A, 54h ; Умножение полученного частного от

; деления старшего байта произведения

MOV B, #0FFh ; на 256 (т.к. старший байт).

MUL AB ; Сначала умножается, целая часть от

ADD A, 54h ; деления старшего байта произведения.

JC PER

SJMP NPER

PER: INC B

NPER: MOV 60h, B ; Старший байт конечного результата.

MOV 61h, A ; Младший байт конечного результата.

MOV A, 57h ; Умножаются десятые доли на 25,6 и

MOV B, #19h ; результат суммируется с младшим байтом

MUL AB ; конечного результата.

ADD A, 61h

MOV 61h, A

MOV A, 57h

MOV B, #6h

MUL AB

MOV B, #0Ah

DIV AB

ADD A, 61h

MOV 61h, A

MOV A, #4h ; Округление результата. Если остаток

CJNE A, B, OKR1 ; больше 4, то значение увеличивается на 1.

OKR1: JC OKR2

SJMP DALEE1

OKR2: INC 61h

DALEE1: MOV A, 58h ; Умножаются сотые доли на 2,6 и

MOV B, #2h ; результат суммируется с младшим

MUL AB ; байтом конечного результата.

ADD A, 61h

MOV 61h, A

MOV A, 58h

MOV B, #6h

MUL AB

MOV B, #0Ah

DIV AB

ADD A, 61h

MOV 61h, A

MOV A, #4h ; Округление результата.

CJNE A, B, OKR3

OKR3: JC OKR4

SJMP DALEE2

OKR4: INC 61h

DALEE2: MOV A, 59h ; Умножаются тысячные доли на 0,2 и

MOV B, #3h ; результат суммируется с младшим

MUL AB ; байтом конечного результата.

MOV B, #0Ah

DIV AB

ADD A, 61h

JC PER1

SJMP NPER1

PER1: INC 60h

NPER1: MOV 61h, A

MOV A, #4h ; Округление результата.

CJNE A, B, OKR5

OKR5 JC OKR6

SJMP DALE

OKR6: INC 61h

DALE: MOV A, 50h ; Деление младшего байта произведения

MOV B, 53h ; на значение скорости или на 100.

DIV AB

ADD A, 61h ; Результат суммируется с младшим

; байтом конечного результата.

JC PER2

SJMP NPER2

PER2: INC 60h

NPER2: MOV 61h, A ; Для уменьшения погрешности

MOV A, B ; конечного результата остаток от

MOV B, #2h ; деления младшего байта участвует

MUL AB ; в округлении.

MOV B, 53h

DIV AB

MOV B, A

MOV A, #0h

CJNE A, B, OK

OK: JC OK1

SJMP DALEE3

OK1: INC 61h

; Преобразование в десятичную форму записи

DALEE3: MOV A, 61h ; Разбиваем наше 16-разрядное значение

CLR ACC.7 ; на 3 4-разрядных.

CLR ACC.6

CLR ACC.5

CLR ACC.4

MOV 42h, A ; Младшее 4-разрядное значение.

MOV A, 61h

CLR ACC.3

CLR ACC.2

CLR ACC.1

CLR ACC.0

SWAP A

MOV 41h, A ; Среднее 4-разрядное значение.

MOV 40h, 60h ; Старшее 4-разрядное значение.

MOV A, 41h ; Среднее 4-разрядное значение

MOV B, #06h ; умножается на 6.

MUL AB

MOV B, #0Ah ; Затем делится на 10. Целая часть - число

DIV AB ; десятков, остаток - число единиц.

MOV 45h, A ; Число десятков.

MOV 46h, B ; Число единиц.

MOV A, 40h ; Старшее 4-разрядное значение

MOV B, #06h ; умножается на 6.

MUL AB

ADD A, 46h ; Результат складывается с числом единиц.

ADD A, 42h

MOV B, #0Ah ; Потом делится на 10.

DIV AB

ADD A, 45h ; Целая часть от деления складывается с

MOV 45h, A ; числом десятков.

MOV 46h, B ; Остаток - окончательное число единиц.

MOV A, 40h ; Старшее 4-разрядное значение

MOV B, #5h ; умножается на 5.

MUL AB

ADD A, 41h ; Результат складывается с числом десятков

ADD A, 45h

MOV B, #0Ah ; Потом делится на 10.

DIV AB

MOV 44h, A ; Число сотен.

MOV 45h, B ; Окончательное число десятков.

MOV A, 40h ; Старшее 4-разрядное значение

MOV B, #2h ; умножается на 2.

MUL AB

ADD A, 44h ; Результат складывается с числом сотен

MOV 44h, A ; Окончательное число сотен.

; Вывод результата на трехразрядный семисегментный индикатор

MOV 60h, #11000000b ; Цифра 0.

MOV 61h, #11111001b ; Цифра 1.

MOV 62h, #10100100b ; Цифра 2.

MOV 63h, #10110000b ; Цифра 3.

MOV 64h, #10011001b ; Цифра 4.

MOV 65h, #10010010b ; Цифра 5.

MOV 66h, #10000010b ; Цифра 6.

MOV 67h, #11111000b ; Цифра 7.

MOV 68h, #10000000b ; Цифра 8.

MOV 69h, #10010000b ; Цифра 9.

; Определение выводимых на индикатор цифр (т.е. двоичных комбинаций)

MOV R0, #60h ; Номер ячейки памяти с цифрой 0.

MOV A, 44h ; Число сотен записывается в аккумулятор

OPRED: MOV 5Ah, @R0 ; Текущая цифра.

JZ OPRED1 ; Если аккумулятор равен 0, то переход на

; следующий этап с сохранением текущей

; цифры, показывающей число сотен.

DEC A ; Уменьшение числа сотен на 1.

INC R0 ; Изменение текущей цифры (следующая).

SJMP OPRED ; Переход в начало (метку OPRED).

OPRED1: MOV R0, #60h ; Номер ячейки памяти с цифрой 0.

MOV A, 45h ; Число десятков пишется в аккумулятор

OPR: MOV 5Bh, @R0 ; Текущая цифра.

JZ OPRED2 ; Если аккумулятор равен 0, то переход на

; следующий этап с сохранением текущей

; цифры, показывающей число десятков.

DEC A ; Уменьшение числа десятков на 1.

INC R0 ; Изменение текущей цифры (следующая).

SJMP OPR ; Переход в начало (метку OPR).

OPRED2: MOV R0, #60h ; Номер ячейки памяти с цифрой 0.

MOV A, 46h ; Число единиц пишется в аккумулятор.

OPR1: MOV 5Ch, @R0 ; Текущая цифра.

JZ INDIC ; Если аккумулятор равен 0, то переход на

; следующий этап с сохранением текущей

; цифры, показывающей число единиц.

DEC A ; Уменьшение числа единиц на 1.

INC R0 ; Изменение текущей цифры (следующая).

SJMP OPR1 ; Переход в начало (метку OPR1).

; Вывод цифр на индикатор

INDIC: MOV R0, #5Ah ; Номер ячейки памяти с нужной цифрой.

MOV R1, #0h ; Значение регистра 1 необходимое для

; перехода к нужной метке c выводом.

MOV R2, #32h ; Число повторений вывода на индикаторы

; равно 50 (около 120Гц).

MOV R3, #1h ; Значение регистра необходимое для

; перехода к метке START.

; Обработчик прерываний

SELECTOR: MOV A, R3 ; Если R3 равен 0, то переход к метке

JZ ST ; ST.

MOV B, R1 ; Если R1 равен 0, то переход к выводу

MOV A, B ; третьего разряда (числа сотен).

JZ VUVOD_1

DEC B ; Если R1 равен 1, то переход к выводу

MOV A, B ; второго разряда (числа десятков).

JZ VUVOD_2

DEC B ; Если R1 равен 2, то переход к выводу

MOV A, B ; первого разряда (числа единиц).

JZ VUVOD_3

DEC B ; Если R1 равен 3, то переход к метке

MOV A, B ; BIG_ZADERG.

JZ BIG_ZADERG

ST: JMP START ; Переход к метке START.

VUVOD_1: MOV P2, @R0 ; Передача цифры на порт 2 (число сотен).

SETB P0.4 ; Разрешение работы дешифратора.

CLR P0.2 ; Вывод на первый индикатор.

CLR P0.5

SETB P0.3 ; Строб записи в регистр.

CLR P0.3

INC R0 ; Переход к следующей нужной цифре.

INC R1 ; Увеличение регистра перехода к

; следующей метке вывода.

MOV TH1, #0F8h ; Задается значение таймера для задержки

MOV TL1, #02Fh ; на 2мс.

RETI ; Возврат из прерывания.

VUVOD_2: MOV P2, @R0 ; Вывод на второй индикатор числа

SETB P0.4 ; десятков.

SETB P0.2

CLR P0.5

SETB P0.3 ; Строб записи

CLR P0.3

INC R0 ; Переход к следующей нужной цифре.

INC R1 ; Увеличение регистра перехода к

; следующей метке вывода.

MOV TH1, #0F8h ; Задается значение таймера для задержки

MOV TL1, #02Fh ; на 2мс.

RETI ; Возврат из прерывания.

VUVOD_3: MOV P2, @R0 ; Вывод на третий индикатор числа

SETB P0.4 ; единиц.

CLR P0.2

SETB P0.5

SETB P0.3 ; Строб записи.

CLR P0.3

INC R0

INC R1 ; Увеличение регистра перехода к

; следующей метке вывода.

MOV TH1, #0F8h ; Задается значение таймера для задержки

MOV TL1, #02Fh ; на 2мс.

RETI ; Возврат из прерывания.

BIG_ZADERG: DEC R2 ; Уменьшение числа повторений вывода

; на индикаторы на 1.

MOV A, #0h ; Проверка числа повторений на

MOV B, R2 ; равенство 0.

CJNE A, B, D1

D1: MOV R0, #5Ah ; Возврат регистра 0 к первоначальному

; значению 5А.

MOV R1, #0h ; Возврат регистра 1 к первоначальному

; значению 0.

JC D2 ; Если число повторений не равно 0, то

JNC D3 ; вывод на индикатор повторяется.

; В противном случае переход в

D2: MOV TH1, #0FFh ; бесконечный цикл и ожидание

MOV TL1, #0FFh ; прерывания (все повторяется заново).

RETI ; Возврат из прерывания.

D3: MOV R3, #0h

MOV TH1, #0FFh

MOV TL1, #0FFh

RETI ; Возврат из прерывания.

END

4. Разработка принципиальной электрической схемы

4.1 Выбор элементов

Базовым элементом схемы является микроконтроллер. Выберем его исходя из следующих параметров: четыре двунаправленных побитно настраиваемых восьмиразрядных порта ввода-вывода, наличие таймеров/счетчиков, возможность перепрограммирования ПЗУ. Данным требованиям удовлетворяет микроконтроллер АТ89C51 фирмы Atmel. Его основные параметры:

- 4K , Flash ПЗУ;

- ОЗУ 128 байт;

- 2 таймера/счетчика;

- Корпус PDIP40;

- Рабочее напряжение 5,0 В;

- Рабочая частота 12 МГц.

Для преобразования аналоговых сигналов, несущих информацию о скорости и расходе топлива, используются АЦП. Воспользуемся АЦП AD7819 фирмы Analog Devices. AD7819 является быстродействующим, микропроцессорно-совместимым, 8-ми разрядным АЦП с максимальной производительностью 200 К выборок/с. Преобразователь питается от однополярного источника с напряжением от 2.7 В до 5.5 В и содержит АЦП последовательного приближения с временем преобразования 4.5 мкс, встроенную систему выборки/хранения, встроенный тактовый генератор и 8-ми разрядный параллельный интерфейс. Параллельный интерфейс предназначен для удобства согласования с микропроцессорами. АЦП выпускается в малогабаритном, пластиковом корпусе типа 16-lead DIP (ширина 0.3 дюйма), а также в корпусах 16-lead SOIC и 16-lead TSSOP.

На рисунке 3 приведена временная диаграмма работы АЦП, согласно которой на АЦП подаются сигналы начала преобразования (), разрешения работы () и чтения () от микроконтроллера, а затем принимаются данные обработки.

Рисунок 3 - Временная диаграмма работы АЦП

Все эти сигналы были реализованы при разработке программы.

В качестве регистра для передачи данных к индикаторам используем регистр К555ИР27, его параметры:

Для активации встроенного тактового генератора микроконтроллера к его выводам BQ1 и BQ2 подключим кварцевый резонатор РК169МА с тактовой частотой 12 мГц.

В качестве дешифратора используем схему К155ИД4 со следующими па-метрами:

В качестве семисегментных индикаторов используются индикаторы красного цвета АЛС333Б с общим анодом, ток сегмента которых 20 мА, а падение напряжения на сегменте 2В. Высота знака индикатора 11 мм.

Транзисторы для реализации ключей в схеме выбираются так, чтобы ток коллектора транзистора превосходил ток свечения семи сегментов индикатора (I_к140 мА). Так как схема включения используемого индикатора - с общим анодом, и активным является низкий уровень сигнала, то должен использоваться p-n-p транзистор. Исходя из этих условий используются транзисторы KT502А.

Номиналы конденсаторов в цепи питания АЦП указаны в документации производителем (емкости С1 и С2по 10 мкФ, емкости С3иС4по 0,1 мкФ).

Для снижения помех источника питания используем электролитический конденсаторK53-18-32Вёмкостью 47 мкФ (конденсаторы С7,С8 и С9).

Для данного микроконтроллера автоматический сброс при включении питания U_CC может быть реализован подключением входа RST к U_CC через конденсатор С12 емкостью 10 мкФ и к шине 0 В через резистор 8,2 кОм.

В качестве конденсаторов C10 и С11 выберем керамические K10-17а-М47 емкостью 30пФ, в качестве блокировочных С5, С6, С13-С15 подойдут также керамические, но другой группы ТКЕ K10-17а-H90 емкостью 0.1 мкФ.

Так как по заданию входное напряжения 10 В, а входное напряжение АЦП может достигать только 5В, поэтому на входе АЦП устанавливается резистивный делитель, уменьшающий входное напряжение вдвое. Для этой цели используются два одинаковых резистора сопротивлением 100 кОм. Номиналы резисторов выбираются из условия, что они должны быть много меньше входного сопротивления АЦП, которое составляет 10 МОм.

Сопротивления R6 – R13 рассчитываются следующим образом. Так как напряжение насыщения коллектор-эмиттер транзистора равно 0,5 В, а падение напряжения на светодиоде – 2 В, падение напряжения на всей цепи 5В и ток светодиода равен 20 мА, то

=125 Ом

Таким образом, номиналы сопротивлений R6 – R13 имеют стандартное значение 120 Ом.

Расчет сопротивлений в цепи транзисторного ключа представлен ниже.

Рисунок 2 – Схема ключа

Так как ток коллектора должен составлять 140 мА для нормального свечения сегментов индикатора, то с учетом транзистора равного 69 имеем ток базы

мА.

В случае если U_вх=U₀(напряжение низкого уровня – 0,4 В) транзисторный ключ открыт (U_бэ=U_R₂=0,7 В). Тогда напряжение на R1

U_R₁=5 – U_бэ – U₀=5 – 0,7 – 0,4=3,9 В, (1)

a ток через R1

I_R₁=I_б+ I_R_2.(2)

В случае если U_вх=U₁(напряжение высокого уровня – 4,5 В) транзисторный ключ закрыт (U_бэ=U_R₂ < 0,4 В), и ток через него не протекает. В этом случае должно выполняться условие

= = (3)

Чтобы найти R1 и R2, необходимо совместно рассмотреть условия (1), (2) и (3), из которых можно получить два условия: (4) подставлением (1) в (2) и (3):

(4)

Из условий (3) и (4) получены номиналы сопротивлений R1 и R2, равные 1,8 кОм и 6,8 кОм соответственно.

Номиналы сопротивлений R14, R16, R18 равны 1,8 кОм, а сопротивлений R15, R17, R19 6,8 КОм.

Заключение

В результате курсового проектирования были выполнены все поставленные в техническом задании требования к устройству. Спроектированный на базе 8-разрядного микроконтроллера измеритель расхода топлива, используя оцифрованные аналого-цифровыми преобразователями сигналы, обрабатывает их и выводит результат на семисегментные индикаторы. Причем данные на индикаторах быстро обновляются, что позволяет непрерывно следить за всей динамикой изменения расхода топлива.

На языке ассемблер написана программа, описывающая весь алгоритм работы устройства, и разработана принципиальная электрическая схема измерителя. Структура программы позволили не использовать никаких дополнительных дешифраторов в схеме для вывода данных на индикаторы.

Литература

1. Бродин В. Б., Шагурин М. И. Микроконтроллеры: архитектура, программ-мирование, интерфейс. - М.: ЭКОМ,1999.-398 c.

2. Домрачев В. Г., Иванов С. Н., Романов А.Ф. Одноплатные микроЭВМ. – М.: Энергоатомиздат,1988.-128 с.

3. Партала О.Н. Цифровая электроника: СПб.: Наука и техника, 2000. – 208с.

4. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение.-М.: Энергоатомиздат,1990.-319 с.