4-канальный логический анализатор на PIC микроконтроллере

Структурная схема устройства, компоненты и описание, алгоритм работы. Жидкокристаллический дисплей, его основные параметры. Интегральное исполнение и внутренняя структура микросхемы 74HC04N/D. Стабилизатор напряжения LM7805. Назначение выводов PIC18F4580.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 25.11.2013

Оглавление

Введение

Глава 1. Структурная схема устройства, компоненты и описание

Глава 2. Устройства индикации, интерфейсы обмена, датчики

2.1 Жидкокристаллический дисплей

2.2 Микросхема 74HC04N/D

2.3 Стабилизатор напряжения LM7805

Глава 3. Описание микросхем

Глава 4. Алгоритм работы устройства

Глава 5. Принципиальная схема

Литература

анализатор микроконтроллер микросхема стабилизатор

Введение

Микроконтроллер - компьютер на одной микросхеме. Предназначен для управления различными электронными устройствами и осуществления взаимодействия между ними в соответствии с заложенной в микроконтроллер программой. В отличие от микропроцессоров, используемых в персональных компьютерах, микроконтроллеры содержат встроенные дополнительные устройства. Эти устройства выполняют свои задачи под управлением микропроцессорного ядра микроконтроллера.

 К наиболее распространенным встроенным устройствам относятся устройства памяти и порты ввода/вывода (I/O), интерфейсы связи, таймеры, системные часы. Устройства памяти включают оперативную память (RAM), постоянные запоминающие устройства (ROM), перепрограммируемую ROM (EPROM), электрически перепрограммируемую ROM (EEPROM). Таймеры включают и часы реального времени, и таймеры прерываний. Средства I/O включают последовательные порты связи, параллельные порты (I/O линии), аналого-цифровые преобразователи (A/D), цифроаналоговые преобразователи (D/A), драйверы жидкокристаллического дисплея (LCD) или драйверы вакуумного флуоресцентного дисплея (VFD). Встроенные устройства обладают повышенной надежностью, поскольку они не требуют никаких внешних электрических цепей.

В отличие от микроконтроллера контроллером обычно называют плату, построенную на основе микроконтроллера, но достаточно часто при использовании понятия "микроконтроллер" применяют сокращенное название этого устройства, отбрасывая приставку "микро" для простоты. Также при упоминании микроконтроллеров можно встретить слова "чип" или "микрочип", "кристалл" (большинство микроконтроллеров изготавливают на едином кристалле кремния), сокращения МК или от английского microcontroller - MC.

Микроконтроллеры можно встретить в огромном количестве современных промышленных и бытовых приборов: станках, автомобилях, телефонах, телевизорах, холодильниках, стиральных машинах... и даже кофеварках. Среди производителей микроконтроллеров можно назвать Intel, Motorola, Hitachi, Microchip, Atmel, Philips, Texas Instruments, Infineon Technologies (бывшая Siemens Semiconductor Group) и многих других.

Основным классификационным признаком микроконтроллеров является разрядность данных, обрабатываемых арифметико-логическим устройством (АЛУ). По этому признаку они делятся на 4-, 8-, 16-, 32- и 64-разрядные. Сегодня наибольшая доля мирового рынка микроконтроллеров принадлежит восьмиразрядным устройствам (около 50 % в стоимостном выражении). За ними следуют 16-разрядные и DSP-микроконтроллеры (DSP - Digital Signal Processor - цифровой сигнальный процессор), ориентированные на использование в системах обработки сигналов (каждая из групп занимает примерно по 20 % рынка). Внутри каждой группы микроконтроллеры делятся на CISC- и RISC-устройства. Наиболее многочисленной группой являются CISC-микроконтроллеры, но в последние годы среди новых чипов наметилась явная тенденция роста доли RISC-архитектуры

Тактовая частота, или, более точно, скорость шины, определяет, сколько вычислений может быть выполнено за единицу времени. В основном производительность микроконтроллера и потребляемая им мощность увеличиваются с повышением тактовой частоты. Производительность микроконтроллера измеряют в MIPS (Million Instruсtions per Second - миллион инструкций в секунду)

Глава 1. Структурная схема устройства, компоненты и описание

Основные параметры устройства:

Базовый компонент: PIC18F4580

Частота дискретизации: 200 Гц - 2 МГц

Количество каналов: 4

Память: 1024 отсчета на каждый канал

Матричный LCD дисплей: 64Ч128 точек

Напряжение питания: 9 В аккумулятор

Основой устройства является микроконтроллер PIC18F4580, который производит выборки и управляет LCD дисплеем (например, DEM128064A), управление возможно при помощи клавиатуры из 5 кнопок (S1- S5). Кварцевый резонатор (X1, 10 МГц) определяет максимальную частоту выборок. Интегрированный в микроконтроллер модуль PLL используется для получения внутренней частоты 40 МГц, которая является максимальной по заявлениям производителя компании Microchip.

Диоды D1 - D8 защищают входы микроконтроллера от слишком высокого или отрицательного напряжения. Входные сигналы поступает на входы микросхемы IC1 74HC04N выступающей в роли буфера. Факт того, что сигналы инвертированы в этом случае для нас не важен, т.к. vs можем легко преобразовать его программно. Сигналы после буферной микросхемы поступают непосредственно на входы микроконтроллера RA1 - RA4, где уже программно обрабатываются.

Потенциометр P1 необходим для регулировки контрастности дисплея, транзистор T1 управляет подсветкой. Звуковой излучатель BZ1 сигнализирует о начале очередного цикла записи данных (о начале сэмплирования), а также при переключении между режимами работы. Для клавиш управления (S1 - S5) не требуется схемы подавления дребезга контактов, т.к. этот процесс реализуется программно.

Источник питания устройства служит для обеспечения устройства стабилизированным напряжением 5 В (питание микроконтроллера и микросхемы 74HC04N) и напряжением 9 В, используемого для подсветки дисплея. Цепь T2, R1, R17, D12 реализует схему зарядки 9 В аккумулятора при подключении внешнего источника питания 9 - 12 В. При использовании стандартного светодиода, с падением напряжения 1.5 В, ток зарядки аккумулятора будет равен: (1.5 - 0.6)/56 = 16 мА,что, при использовании NiMH аккумулятора емкостью 160 мАч достаточно. Батарея в таком случаем будет полностью заряжена приблизительно через 10 часов. В течении зарядки светодиод D12 будет включен.

Глава 2. Устройства индикации, интерфейсы обмена, датчики

2.1 Жидкокристаллический дисплей

(ЖК-дисплей, ЖКД; жидкокристаллический индикатор, ЖКИ; англ. Liquid crystal display, LCD) -- плоский дисплей на основе жидких кристаллов, а также устройство (монитор, телевизор) на основе такого дисплея. Простые приборы с дисплеем (электронные часы, телефоны, плееры, термометры и пр.) могут иметь монохромный или 2--5-цветный дисплей. Многоцветное изображение формируется с помощью RGB-триад.

Блок схема DEM128064A-FGH-PW

Основные параметры

Разрешение: Гор.,пиксел

128

Разрешение: Верт.,пиксел

64

Размеры: Ш,мм

93

Размеры: В,мм

70

TypDisplay

FSTN

Контроллер

S6B0107

TA,°C

от -20 до 70

TS,°C

от -30 до 80

VCC,В

от 4.5 до 5.5

ICC,мА

3

2.2 Микросхема 74HC04N/D

Микросхема 74HC04N/D содержит шесть стандартных инверторов структуры ТТЛШ. Микросхема 74HC04 по входным и выходным уровням сигналов совместима с другими ИС стандартной КМОП логики.

Интегральное исполнение микросхемы 74HC04N/D

Внутренняя структура схемы 74HC04N/D

Основные параметры устройства:

Напряжение питания (Vcc)+2..6В

Входной ток (0/1), не более 1мкА

Ток потребления (статический), max 20мкА

Выходной ток лог. "0/1", мах. 25мА

Выходной уровень "0" < 0,1В

Выходной уровень "1" >Uпит-0,1В

Диапазон температур*-40..+85oC

74HC04N(AN)КорпусDIP-14

74HC04D(M)  SO-14

* - зависит от производителя.

2.3 Стабилизатор напряжения LM7805

7805 - cтабилизатор, выполненный в корпусе, похожем на транзистор и имеет три вывода. (+5V стабилизированного напряжения и ток 1A). Так же в корпусе имеется отверстие для крепления стабилизатора напряжения 7805 к радиатору охлаждения. 7805 является стабилизатором положительного напряжения. Его зеркальное отражение - 7905 - аналог 7805 для отрицательного напряжения. Т.е. на общем выводе у него будтет +, а на вход будет подаваться -. С его выхода, соответственно, будет сниматься стабилизированное напряжение -5 вольт.

Так же стоит отметить, что для нормальной работы на вход обоим стабилизаторам необходимо подавать напряжение около 10 вольт.

Интегральная схема LM7805

Корпус

TO-220-3

Корпус (размер)

TO-220-3

Тип монтажа

Выводной

Рабочая температура

-40°C ~ 125°C

Ток выходной

1A

Число регулятоов

1

Напряжение - падение (Typ.)

2V @ 1A

Напряжение входное

Up to 35V

Напряжение выходное

5V

Топология регулятора

Positive Fixed

Lead Free Status / RoHS Status

Lead free / RoHS Compliant

Глава 3. Описание микросхем

Структурная схема PIC18F4580

Интегральная схема PIC18F4580

Назначение выводов PIC18F4580

Обозначение

PDIP

QFN

PIN

TYPE

Описание

TQFN

MCLR/Vpp/RE3

1

26

I/O

Мастер очистки (Master Clear (Сброс) вход. Этот pin - низкий активный уровень Сброса устройства.

Вход напряжения программирования.

Цифровой вход

RA0/AN0/CVref

2

19

I/O

Аналоговый Вход 0.

Аналоговый компаратор опорный выходной сигнал.

RA1/AN1

3

20

I/O

Цифровые I/O.

Аналоговый Вход 1.

RA2/AN2/Vref-

4

21

I/O

Аналоговый Вход 2.

A/D опорного напряжения (низкое) вход.

RA3/AN3/Vref+

5

22

I/O

Аналоговый Вход 3.

A/D опорное напряжение (высокое) вход.

RA4/T0CKI

6

23

I/O

TMR0 внешний тактовый сигнал.

RA5/AN4/SS/

HLVDIN

7

24

I/O

Аналоговый Вход 4.

SPI раб выберите вход.

Высокого/Низкого Напряжения Обнаружить вход.

RE0/RD/AN5

8

25

I/O

Читать контроля за Параллельный Порт подчиненного устройства. Аналоговый Вход 5

RE1/WR

/AN6/C1OUT

9

26

I/O

Написать контроля за Параллельный Порт подчиненного устройства. Аналоговый Вход 6.

Компаратора 1 выход

RE2/CS

/AN7/C2OUT

10

27

I/O

Выбор микросхемы для управления Параллельный Порт подчиненного Аналоговый Вход 7.

Компаратор 2 выходных.

Vdd

11, 32

7, 8, 28, 29

P

Положительные питания логики и ввода/вывода

Vss

12, 31

6, 30, 31

P

Заземлением (Ground reference) для логики и ввода/Вывода.

OSC1/CLKI/RA7

13

32, 30

I/O

Осциллятор кристалл или внешний тактовый сигнал.

OSC2/CLKO/RA6

5

44

I/O

Осциллятор кристалл или выход часов.

RC0/T1OSO/T13CKI

15

34, 32

I/O

двунаправленный порт ввода/вывода. Timer1 выход генератора.

Timer1/Timer3 внешний тактовый сигнал.

RC1/T1OSI

16

35

I/O

Timer1 входа генератора.

RC2/CCP1

17

36

I/O

Съемки 1 вход/ Сравнить 1 выход/PWM1 выход.

RC3/SCK/SCL

18

37

I/O

Синхронный последовательный тактовый вход/выход

RD0/PSP0/C1IN+

19

38

I/O

Параллельный Порт подчиненного устройства данных.

Компаратора 1 вход (+)

RD1/PSP1/C1IN-

20

39

I/O

Параллельный Порт подчиненного устройства данных.

Компаратора 1 вход (-)

RD2/PSP2/C2IN+

21

40

I/O

Параллельный Порт подчиненного устройства данных.

Компаратор 2 входа (+)

RD3/PSP3/C2IN-

22

41

I/O

Параллельный Порт подчиненного устройства данных.

Компаратора 2 вход (-)

RC4/SDI/SDA

23

42

I/O

SPI данных ввода

RC5/SDO

24

43

I/O

SPI данных выхода

RC6/TX/CK

25

44

I/O

EUSART асинхронной передачи. EUSART синхронизирующих (см. RX/DT)

RC7/RX/DT

26

1

I/O

EUSART асинхронного получения. EUSART синхронную передачу данных (см. TX/CK)

RD4/PSP4/ECCP1/P1A

27

2

I/O

Параллельный Порт подчиненного устройства данных.

Захват 2 входа/Сравнить 2 выходных/PWM2 выход.

ECCP1 Выход ШИМ.

RD5/PSP5/P1B

28

3

I/O

Параллельный Порт подчиненного устройства данных.

ECCP1 Выход ШИМ B

RD6/PSP6/P1C

29

4

I/O

Параллельный Порт подчиненного устройства данных.

ECCP1 Выход ШИМ C

RD7/PSP7/P1D

30

5

I/O

Параллельный Порт подчиненного устройства данных.

ECCP1 Выход ШИМ D

Vss

12, 32

6, 30, 31

P

Заземлением (Ground reference) для логики и ввода/Вывода.

Vdd

11, 32

7, 8, 28, 29

P

Положительные питания логики и ввода/вывода

RB0/INT0/FLT0/AN10

33

9, 8

I/O

Внешние Прерывания 0.

Расширенные ШИМ Ошибки ввода (ECCP1 модуль). Аналоговый вход 10

RB1/INT1/AN8

34

10, 9

I/O

Внешние Прерывания 1.

Аналоговый вход 8

RB2/INT2/CANTX

35

11, 10

I/O

Внешние Прерывания 2.

CAN bus TX.

RB3/CANRX

36

12, 11

I/O

CAN bus RX.

RB4/KBI0/AN9

37

14

I/O

Прерывание по изменению ПИН-кода.

Аналоговый Вход 9.

RB5/KBI1/PGM

38

15

I/O

Прерывание по Изменению ПИН-кода.

Низковольтные ИМТП™ Программирования включить pin-код.

RB6/KBI2/PGC

39

16

I/O

Прерывание по изменению ПИН-кода.

Внутрисхемный Отладчик и ICSP программирования

часы pin-код

RB7/KBI3/PGD

40

17

I/O

Прерывание по изменению ПИН-кода.

Внутрисхемный Отладчик и ICSP программирования

вывод данных.

Стабилизатор напряжения LM7805

Структурная - схема LM7805

LM7805 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Параметры

Символы

Условия испытания

MIN

TYP

MAX

UNIT

напряжение тока выхода

Vo

Tj=25°C, IO

=5mA - 1.0A

4.80

5.0

5.20

V

VI=7.5V to 20V,

IO

=5mA - 1.0A,PD<15W

4.75

5.25

V

Регулировка нагрузки

?Vo

Tj=25°C, IO

=5mA - 1.5A

50

mV

Tj=25°C,IO

=0.25A - 0.75A

25

mV

Линии регулирования

?Vo

VI=7V to 25V,Tj=25°C

50

mV

VI=7.5V to 20V,Tj=25°C,

Io=1A

50

mV

Ток покоя

Iq

Tj=25°C,

IO=<1A

8.0

mA

Изменяемый ток покоя

?Iq

VI=7.5V to 20V

1.0

mA

?Iq

IO=5mA - 1.0A

0.5

mA

Выходное напряжение, помехи

Vn

10Hz<=f<=100kHz

40

мV

Коэффициент температуры для Vo

?Vo/?T

IO=5mA

-0.6

mV/°C

Пульсация, отказ

RR

VI=8V-18V,f =120Hz,

Tj=25°C

62

80

dB

Пиковый выходной ток

IPK

Tj=25°C

1.8

A

Ток короткого замыкания

ISC

VI=35V, Tj=25°C

250

mA

Маскирование напряжения

Vd

Tj=25°C

2.0

V

Глава 4. Алгоритм работы устройства

При кратковременном нажатии клавиши S4 - микроконтроллер переходит в режим работы с памятью и ожидает выполнения условия запуска/синхронизации, на дисплее в это время в правом углу отображается символ «R». После выполнения синхронизации, считанные 1024 сохраняются в ОЗУ, значок «R» сменяется на «S» и дисплей отображает первые 128 выборок каждого канала. При помощи клавиш S1 и S2 пользователь может прокручивать данные в пределах памяти, курсор внизу дисплея показывает - данные из какой области памяти в данный момент отображаются.

Следующее короткое нажатие на клавишу S4 - устройство снова делает выборки и сохраняет их в памяти, но на дисплее будут отображаться данные из той области памяти, которую пользователь просматривал до нажатия кнопки S4, что в некоторых случаях является полезной функцией.

При удержании клавиши S4 длительное время (услышите один звуковой сигнал) - будут произведены выборки, но дисплей будет отображать данные из начальной (первые 128 выборок) области памяти.

При удержании клавиши S4 более длительное время (два звуковых сигнала) - устройство переходит в режим отображения в реальном времени первых 128 выборок на дисплее.

Глава 5. Принципиальная схема

Принципиальная схема 4-канального логического анализатора на PIC микроконтроллере

Список основных использованных компонентов

Компонент в схеме

Значение

Количество

R1

680 Ом

1

R2, R11-R16

10 кОм

7

R3 - R6

330 Ом

4

R7 - R10

100 кОм

4

R17

56 Ом

1

R19

1 кОм

1

R20

47 Ом

1

R21

220 Ом

1

P1

20 кОм

1

C1, C2

22 пФ

2

C3- C6

100 нФ

4

D1 - D10

1N4148

10

D11

1N4001

1

D12

светодиод

1

T1, T2

BC337

2

IC1

74HC04

1

IC2

PIC18F4580-I/P

1

IC3

LM7805

1

X1

10 МГц

1

K2

коннектор для

подключения LCDдисплея

1

Литература

1. http://www.myrobot.ru

2. http://www.rlocman.ru

3. http://catalog.gaw.ru/

4. http://tec.org.ru

5. http://pdf1.alldatasheet.com

6. http://www.kontest.ru




Подобные документы

  • Структурная схема и параметры выпрямителей, вентильная группа, сглаживающие фильтры и стабилизатор напряжения. Схемы, принцип действия, параметры и характеристики однофазных выпрямителей, сравнение двухполупериодных выпрямителей с однополупериодными.

    реферат [138,4 K], добавлен 25.10.2010

  • Описание и анализ аналогов. Преимущества разработанного стабилизатора напряжения, его функциональная и принципиальная схемы, принцип работы. Обоснование выбора и описание элементной базы устройства. Организация рабочего места техника-электромеханника.

    дипломная работа [28,7 K], добавлен 25.01.2009

  • Использование параметрических феррорезонансных стабилизаторов напряжения. Конструктивно-технологическое исполнение интегральной микросхемы. Расчет интегрального транзистора и его характеристики. Разработка технических требований и топологии микросхемы.

    курсовая работа [140,6 K], добавлен 15.07.2012

  • Функциональная спецификация и структурная схема автомобильных вольтметра-термометра-часов. Описание ресурсов микроконтроллера, назначение выводов микросхемы. Ассемблирование и разработка алгоритма работы, коды кнопок и описание команд управления.

    курсовая работа [2,0 M], добавлен 27.12.2009

  • Описание объекта и функциональная спецификация. Структурная схема, расположение выводов, конструктивные размеры микроконтроллера РIС16F84A. Алгоритм программы тахометра. Описание функциональных узлов МПС. Описание выбора элементной базы и работы схемы.

    курсовая работа [2,4 M], добавлен 27.12.2009

  • Выполнение арифметических и логических преобразований над операндами в арифметико-логическом устройстве, их классификация по принципу работы. Структурная схема, алгоритм вычисления, синтез сумматоров, регистров, счетчика и тактовые параметры устройства.

    курсовая работа [377,0 K], добавлен 03.12.2010

  • Принцип работы цифрового частотомера, собранного на отечественном микроконтроллере КР1878ВЕ1. Входная формирующая цепь. Внешний генератор тактовых импульсов и устройство индикации. Стабилизатор напряжения питания для входной цепи и устройства индикации.

    курсовая работа [363,2 K], добавлен 23.08.2011

  • Структурная схема системы управления кондиционером. Выбор пульта управления, датчика температуры, вентилятора, микроконтроллера и компрессора. Внутренняя структура и система команд транспортного уровня микросхемы DS18B20. Алгоритм работы кондиционера.

    курсовая работа [2,1 M], добавлен 14.11.2010

  • Принципы формирования изображения на всех существующих типах дисплеев. Жидкокристаллический монитор и его особенности. Принцип действия и углы обзора TFT-LCD дисплеев, их плюсы и минусы. Наиболее распространенные технологии изготовления TFT-LCD.

    реферат [156,1 K], добавлен 17.02.2015

  • Конструкторский анализ электрической принципиальной схемы стабилизатора напряжения. Разработка и расчет варианта компоновки печатной платы устройства. Оценка помехоустойчивости и надежности изделия, описание его допустимых температурных режимов.

    курсовая работа [751,2 K], добавлен 03.12.2010