Digitalni voltmetar realizovan pomoću mikrokontrolera AT89S8253

1. Elektronski fakultet Niš Digitalni voltmetar realizovan pomoću mikrokontrolera AT89S8253 Mentor: Studenti: Prof. dr. Mile Stojčev Uglješa Jovanović 11509 Marko Stojanović 11645

2. Uvod • Smisao ovog zadatka je da se pomoću mikrokontroleraAT89S8253 na LCD displeju prikažu vrednosti napona na ulazima 12-bitnog A/D konvertora. • Upotrebljen je A/D konvertor pod oznakom MCP3204 firme Microchip i LCD displej pod oznakom HD44780firme HITACHI. • Za pisanje kôda, korišćen je kompajlerMikroCfirmeMikroelektronika, a za upis kôda u mikrokontroler korišćen je Microcontroller ISP Software korišćenjem AT89ISP programatora firme Atmel.

3. Voltmetar • Voltmetar je instrument za merenje napona između dve tačke u električnom kolu. U pogledu načina obrade i prikaza rezultata merenja dele se na analogne i digitalne. • Primenom mikroračunarskih tehnika i tehnologija, moderne konstrukcije procesa merenja se delimično ili potpuno automatizuju, tako da se merni proces izvršava prema instaliranom softveru mikrokontrolera ili mikroračunara. • Osnovna prednost digitalnih voltmetra je kako u pogledu tačnosti i brzine merenja, tako i u mogućnosti jednostavnog memorisanja niza ponovljenih rezultata merenja u digitalnom obliku i što ne postoji gubitak informacija u daljoj obradi mernog signala.

4. Voltmetar • Voltmetar je instrument za merenje napona između dve tačke u električnom kolu. U pogledu načina obrade i prikaza rezultata merenja dele se na analogne i digitalne. • Kod digitalnih voltmetra merenje se odvija u diskretnim vremenskim trenutcima tk, k=1, 2, 3, 4. Ako je vrednost najmanje moguće merene vrednosti (kvant) 0,5V, znači da će merena vrednost napona u trenutku t2 biti 10,25<V<10,75 V, a digitalni indikator bi prikazao kao najverovatniju vrednost izmerenog napona od 10,50V. • Digitalni voltmetri vrednost prikazuju na numeričkom displeju konvertovanjem vrednosti pomoću A/D konvertora.

5. Voltmetar • Blok dijagam prostog digitalnog voltmetra.

6. Voltmetar • Digitalni voltmetar.

7. A/D konvertor MCP3204 • MCP3204 je 12-bitni A/D konvertor sa sukcesivnom aproksimacijom. • Poseduje 4 kanala koji se mogu koristiti kao 4 nezavisna kanala ili kao 2 diferencijalna para. • Diferencijalna nelinaernost (DNL) iznosi ±1 LSB dok integralna nelinearnost (INL) iznosi ±1 LSB. • Komunikacija sa uređajima se izvodi korišćenjem serijskog interfejsa kompatibilnog sa SPI protokolom. • Referentni napon Vref određuje analogni ulazni opseg, kako se on smanjuje smanjuje se i vrednost LSB-a.

8. A/D konvertor MCP3204 • Izgled A/D konvertora i raspored pinova. • Blok dijagram.

9. A/D konvertor MCP3204 • A/D konvertorčine: • Multiplekser za ulazne kanale; • Sample and Hold kolo; • D/A konvertor; • komparator • 12-bitni SAR (Successive Approximation Register); • pomerački (Shift) registar; • kontrolna logika. • Digitalni izlazni kôd se dobija iz funkcije:

10. A/D konvertor MCP3204 • U komunikaciji sa mikrokontrolerima šalju se i primaju 3 bajta. • SPI interfejs mikrokontrolera mora biti podešen tako da taktuje podatke na opadajućoj ivici a da ih lečuje na rastućoj. • Komunikacija između mikrokontrolera i A/D konvertora.

11. A/D konvertor MCP3204 • Prvi bajt poslat A/D konvertoru sadrži 5 nula nakon čega slede startni bit, SGL/DIFF bit i D2 bit. • Po slanju drugog bajta A/D konvertoru u prijemnom registru mikrokontrolera sadržaće se 3 nepoznata bita, zatim sledi null bit nakon čega slede 4 bita najveće težine rezultata konverzije (B11-B8). • Po slanju trećeg bajta A/D konvertoru prijemni registar mikrokontrolera će sadržati 8 nižih bitova rezultata konverzije.

12. LCD displej Hitachi HD44780 • LCD displej služi za ispisivanje poruka po minijaturnom ekranu i sadrži kontroler HD44780 firme Hitachi. • LCD displej se sastoji iz 2 reda sa po 16 linija u kojima se ispisuju karakteri dok se svako od ovih polja sastoji od matrice veličine 5x8 piksela. • Prikazuje sva slova abecede, grčka slova, znakove interpukcije, matematičke simbole, moguće je prikazati i znakove koje korisnik sam isprojektuje. • Poseduje i automatsko pomeranje poruka preko ekrana (šiftovanje ulevo i udesno), pojavljivanje kursora, pozadinsko osvetljenje plave boje i slično.

13. LCD displej Hitachi HD44780 • Izgled LCD displeja. • Izgled matrice LCD displeja.

14. LCD displej Hitachi HD44780 • Unutar displeja se nalaze 3 memorijska bloka: • Display Data RAM (DDRAM) – u njoj se nalaze karakteri koji treba da budu prikazani na displeju,veličina je dovoljna za smeštanje 80 znakova. • Character Generator ROM (CGROM ) – unjoj je upisana mapa sa izgledom svih karaktera koje displej može da prikaže. Adrese memorijskih lokacija CGROM-a se poklapaju sa standardnim ASCII vrednostima karaktera. • Character Generator RAM (CGRAM)– omogućava ispisivanje oznaka koje korisnik sam definiše a koji staju u okvir veličine 5x8 piksela.

15. LCD displej Hitachi HD44780 • 8-bitni i 4-bitni način rada LCD displeja.

16. LCD displej Hitachi HD44780

17. Mikrokontroler AT89S8253 • Izgled mikrokontrolera i raspored pinova.

18. Mikrokontroler AT89S8253 • Pripada familiji mikrokontorlera 8051. • 12KB fleš memorije za smeštanje programa. • 2KB EEPROM memorije. • 256B internog RAM-a za smeštanje promenljivih. • 32 ulazno-izlazne linije raspoređene u 4 porta sa po 8 pinova. • Tri 16-bitna tajmera-brojača. • 9 izvora interapta. • Programabilnu UART serijsku komunikaciju. • Programabilni Voč dog (Watch Dog) tajmer. • 2 dodatna moda rada za smanjenje potrošnje, Idle i Power-down. • Trostepenu zaštitu upisanog programa. • Radna frekvencija između 0-24MHz. • Napon napajanja između 4-6V.

19. Mikrokontroler AT89S8253

20. Mikrokontroler AT89S8253 • SPI sistem omogućava brzu sinhronu vezu između kontrolera i jednog ili više periferijskih uređaja. • Jedan uređaj je glavni (master) i određuje brzinu, smer prenosa (da li se podaci šalju ili primaju) i format podataka. • Na drugom kraju veze nalazi se slave, koji je u podređenom položaju, što znači da ne može pokrenuti razmenu podataka i mora da se prilagođava uslovima koje nameće master strana. • Podaci se prenose fullduplex vezom pomoću 3 provodnika koji se povezuju sa izvodima MISO (P1.6), MOSI (P1.5) i SCK (P1.7). Četvrti kontorlni pin se na strani mastera ne koristi i može se biti iskorišćen kao ulaz/izlaz dok na strani slejva mora biti na nivou 0V.

21. Mikrokontroler AT89S8253 • Veza u SPI sistemu.

22. Zadatak • Realizovati voltmetar, kod koga je ulazni napon, napon koji se dovodi na ulazne kanale A/D konvertora. Odabir kanala vršiti DIP prekidačem i to po sledećem rasporedu: • prekidač 1 – kanal 0 u nezavisnom modu, meri napon sa potenciometra; • prekidač 2 – kanal 1 u nezavisnom modu, meri napon sa spoljašnjeg izvora; • prekidač 3 – kanali 2 i 3 u diferencijalnom modu, mere razliku napona na svojim ulazima. • U mikrokontrolerudigitalni podatak se pretvara u oblik koji je pogodan za prikazivanje na LCD displeju, tj. u ASCII kôd.

23. Hardver

24. Hardver

25. Algoritam softvera

26. Sistem

27. Biografije autora Ime: Uglješa Prezime: Jovanović Datum rođenja: 01.03.1985. Adresa: Žikice Talevića 46/16, Kruševac E-mail: ugljesha85@yahoo.com Obrazovanje: Elektrotehnička škola Kruševac Smer: Elektrotehničar automatike Ime: Marko Prezime: Stojanović Datum rođenja: 23.10.1985. Adresa: Radnička 7, selo Miloševac, Velika Plana E-mail: markostoj985@gmail.com Obrazovanje: Tehnička škola Smederevo Smer: Elektrotehničar automatike