Каталог Рефератов - Реализация цифрового термометра на основе микроконтроллера ATmega 128 (с использовнием термодатчика DS18B20)

	Информационно-образоательный портал
	Рефераты, курсовые, дипломы, научные работы,



МЕНЮ\|

поиск

Реализация цифрового термометра на основе микроконтроллера ATmega 128 (с использовнием термодатчика DS18B20)

уществует несколько различных более-менее стандартных форматов ЖКИ-модулей (символов х строк): 8х2, 16х1, 16х2, 16х4, 20х1, 20х2, 20х4, 24х2, 40х2, 40х4. Встречаются и менее распространенные форматы: 8х1, 12х2, 32х2 и др., - принципиальных ограничений на комбинации и количество отображаемых символов контроллер не накладывает - модуль может иметь любое количество символов от 1 до 80, хотя в некоторых комбинациях программная адресация символов может оказаться не очень удобной.

Жидкокристаллический модуль MT-16S2H состоит из БИС контроллера управления и ЖК панели. Контроллер управления КБ1013ВГ6, производства ОАО "АНГСТРЕМ" (www.angstrem.ru), аналогичен HD44780 фирмы HITACHI и KS0066 фирмы SAMSUNG.

Модуль выпускается со светодиодной подсветкой. Внешний вид приведен на рисунке 1. Модуль позволяет отображать 1 строку из 16 символов. Символы отображаются в матрице 5х8 точек. Между символами имеются интервалы шириной в одну отображаемую точку.

Каждому отображаемому на ЖКИ символу соответствует его код в ячейке ОЗУ модуля.

Модуль содержит два вида памяти - кодов отображаемых символов и пользовательского знакогенератора, а также логику для управления ЖК панелью.

Модуль позволяет:

модуль имеет программно-переключаемые две страницы встроенного знакогенератора (алфавиты: русский, украинский, белорусский, казахский и английский)

работать как по 8-ми, так и по 4-х битной шине данных (задается при инициализации);

принимать команды с шины данных (перечень команд приведен в таблице 4);

записывать данные в ОЗУ с шины данных;

читать данные из ОЗУ на шину данных;

читать статус состояния на шину данных;

запоминать до 8-ми изображений символов, задаваемых пользователем;

выводить мигающий (или не мигающий) курсор двух типов;

управлять контрастностью и подсветкой;

Программирование и управление:

Перед началом рассмотрения принципов управления ЖКИ-модулем, обратимся к внутренней структуре контроллера HD44780, чтобы понять основные принципы построения ЖКИ-модулей на его основе. Эта информация позволит понять способы организации модулей различных форматов с точки зрения программной модели, а также мотивации конструкторов ЖКИ-модулей.

Другие элементы не являются объектом прямого взаимодействия с управляющей программой - они участвуют в процессе регенерации изображения на ЖКИ: знакогенератор, формирователь курсора, сдвиговые регистры и драйверы (напоминаем, что приведенная схема - упрощенная, и многие не важные для получения общей картины промежуточные элементы на ней опущены).

Управление контроллером ведется посредством интерфейса управляющей системы. Основными объектами взаимодействия являются регистры DR и IR. Выбор адресуемого регистра производится линией RS, если RS = 0 - адресуется регистр команд (IR), если RS = 1 - регистр данных (DR).

Данные через регистр DR, в зависимости от текущего режима, могут помещаться (или прочитываться) в видеопамять (DDRAM) или в ОЗУ знакогенератора (CGRAM) по текущему адресу, указываемому счетчиком адреса (АС). Информация, попадающая в регистр IR, интерпретируется устройством выполнения команд как управляющая последовательность. Прочтение регистра IR возвращает в 7-ми младших разрядах текущее значение счетчика АС, а в старшем разряде флаг занятости (BF).

Видеопамять, имеющая общий объем 80 байтов, предназначена для хранения кодов символов, отображаемых на ЖКИ. Видеопамять организована в две строки по 40 символов в каждой. Эта привязка является жесткой и не подлежит изменению. Другими словами, независимо от того, сколько реальных строк будет иметь каждый конкретный ЖКИ-модуль, скажем, 80 х 1 или 20 х 4, адресация видеопамяти всегда производится как к двум строкам по 40 символов.

Будучи устройством с динамической индикацией, контроллер циклически производит обновление информации на ЖКИ. Сам ЖКИ организован как матрица, состоящая в зависимости от режима работы из 8-ми (одна строка символов 5 х 7 точек), 11-ти (одна строка символов 5 х 10 точек) или 16-ти (две строки символов 5 х 7 точек) строк по 200 сегментов (когда строка насчитывает 40 символов) в каждой. Собственный драйвер конроллера HD44780 имеет только 40 выходов (SEG1... SEG40) и самостоятельно может поддерживать только 8-ми символьные ЖКИ. Это означает, что ЖКИ-модули форматов до 8 х 2 реализованы на одной единственной микросхеме HD44780, модули, имеющие большее количество символов, содержат дополнительные микросхемы драйверов, например, HD44100, каждая из которых дополнительно предоставляет управление еще 40-ка сегментами.

У контроллера HD44780 существует набор внутренних флагов, определяющих режимы работы различных элементов контроллера (таблица 7). В таблице 8 приведены значения управляющих флагов непосредственно после подачи на ЖКИ-модуль напряжения питания. Переопределение значений флагов производится специальными командами, записываемыми в регистр IR, при этом комбинации старших битов определяют группу флагов или команду, а младшие содержат собственно флаги.

Подключение модуля LCD:

Функции работы с LCD используются для интерфейса между программами на C и LCD модулями, построенными на микросхемах Hitachi HD44780 или аналогичных. Прототипы для этих функций находятся в файле lcd. h.

До включения файла lcd. h, вы должны объявить порт микроконтроллера, который будет использоваться с модулем LCD. Поддерживаются следующие форматы LCD: 1x8, 2x12, 3x12, 1x16, 2x16, 2x20, 4x20, 2x24 и 2x40 символов.

1.8 Описание температурного датчика DS18B20
DS18B20 - Калиброванный цифровой термометр с однопроводным 1-Wire-интерфейсом и перестраиваемой разрядностью преобразования. Диапазон измеряемых температур от - 55°C до +125°C. Считываемый с микросхемы цифровой код является результатом непосредственного прямого измерения температуры и не нуждается в дополнительных преобразованиях. Программируемая пользователем разрешающая способность встроенного АЦП может быть изменена в диапазоне от 9 до 12 разрядов выходного кода. Абсолютная погрешность преобразования меньше 0,5°C в диапазоне контролируемых температур - 10°C до +85°C. Максимальное время полного 12-ти разрядного преобразования ~750 мс. Энергонезависимая память температурных уставок микросхемы обеспечивает запись произвольных значений верхнего и нижнего контрольных порогов. Кроме того, термометр содержит встроенный логический механизм приоритетной сигнализации в 1-Wire-линию о факте выхода контролируемой им температуры за один из выбранных порогов. Узел 1-Wire-интерфейса компонента организован таким образом, что существует теоретическая возможность адресации неограниченного количества подобных устройств на одной 1-Wire-линии. Термометр имеет индивидуальный 64-разрядный регистрационный номер (групповой код 028Н) и обеспечивает возможность работы без внешнего источника энергии, только за счет паразитного питания 1-Wire-линии. Питание микросхемы через отдельный внешний вывод производится напряжением от 3,0 В до 5,5 В. Термометр размещается в транзисторном корпусе TO-92, или в 8-контактном корпусе SO для поверхностного монтажа (DS18B20Z), или 8-контактном корпусе микро-SOP для поверхностного монтажа (DS18B20U).

Выпускается специальная модификация цифрового термометра, предназначенная только для работы в режиме паразитного питания DS18B20-PAR. Она размещается в транзисторном корпусе TO-92, один из выводов которого не используется.

1.9 Подключение датчика DS18B20 с использованием порта 1-Wire
Однопроводной интерфейс 1-Wire, разработанный в конце 90-х годов фирмой Dallas Semiconductor, регламентирован разработчиками для применения в четырех основных сферах-приложениях:

приборы в специальных корпусах MicroCAN для решения проблем идентификации, переноса или преобразования информации (технология iButton),

программирование встроенной памяти интегральных компонентов,

идентификация элементов оборудования и защита доступа к ресурсам электронной аппаратуры,

системы автоматизации (технология сетей 1-Wire-сетей).

Первое из этих направлений широко известно на мировом рынке и уже давно пользуется заслуженной популярностью. Второе с успехом обеспечивает возможность легкой перестройки функций полупроводниковых компонентов, производимых фирмой Dallas Semiconductor и имеющих малое количество внешних выводов. Третье позволяет обеспечить недорогую, но достаточно эффективную идентификацию и надежную защиту самого разнообразного оборудования. Что касается четвертого применения, то реализация локальных распределенных систем на базе 1-Wire-шины является на сегодня де-факто наиболее оптимальным решением для большинства практических задач автоматизации. В настоящее время Dallas Semiconductor поставляет широкую номенклатуру однопроводных компонентов различных функциональных назначений для реализации самых разнообразных сетевых приложений. Поэтому имеется огромное число конкретных примеров использования 1-Wire-интерфейса для целей автоматизации в самых различных областях, и все больше разработчиков проявляют интерес к этой технологии.

Преимущества 1-Wire-технологии:

простое и оригинальное решение адресуемости абонентов,

несложный протокол,

простая структура линии связи,

малое потребление компонентов,

легкое изменение конфигурации сети,

значительная протяженность линий связи,

исключительная дешевизна всей технологии в целом.

Ведомые однопроводные компоненты, содержащие 1-Wire-интерфейс, выпускаются в двух различных видах. Либо в корпусах MicroCAN, похожих внешне на дисковый металлический аккумулятор, либо в обычных корпусах для монтажа на печатную плату.

Однако наиболее популярными ведомыми компонентами 1-Wire, на базе которых реализовано, пожалуй, наибольшее количество однопроводных приложений, безусловно, являются цифровые термометры типа DS1820. Преимущества этих цифровых термометров с точки зрения организации магистрали, по сравнению с любыми другими интегральными температурными сенсорами, а также неплохие метрологические характеристики и хорошая помехоустойчивость, уже на протяжении полутора десятков лет неизменно выводят их на первое место при построении многоточечных систем температурного контроля в диапазоне от - 55°С до125°С. Они позволяют не только осуществлять непосредственный мониторинг температуры в режиме реального времени, но и благодаря наличию встроенной энергонезависимой памяти температурных уставок, могут обеспечивать приоритетную оперативную сигнализацию в 1-Wire-линию о факте выхода контролируемого параметра за пределы заданных значений. Также поставляются более совершенные термометры DS18В20, у которых скорость преобразования определяется разрядностью результата, программируемой непосредственно по 1-Wire-линии. Цифровой код, считываемый с такого термометра, является прямым результатом измеренного значения температуры и не нуждается в дополнительных преобразованиях. Российской фирмой Rainbow Technologies получен сертификат Госстандарта России об утверждении однопроводных цифровых термометров DS1822, DS18B20, DS18S20, DS1920, производимых концерном Dallas/Maxim Integrated Products, в состав которого входит фирма Dallas Semiconductor, в качестве средств измерения. В подтверждение этого факта имеется документ о том, что данные типы приборов зарегистрированы в Государственном реестре средств измерений и допущены к применению в Российской Федерации.

2. Конструкторская часть
2.1 Общие сведения. Функциональное назначение используемых программ
Для выполнения курсовой работы были использованы следующие программные средства: компилятор языка С для микроконтроллеров AVR (CodeVisionAVR), генератор начального кода программы CodeWizard AVR с необходимой конфигурацией периферии МК (AVR Studio).

CodeVision AVR представляет собой кросс-компилятор языка С, графическую оболочку и автоматический генератор шаблонов программ, ориентированные на работу с семейством микроконтроллеров AVR фирмы Atmel.

Программа представляет собой 32-разрядное приложение для работы в операционных системах Windows 95, 98, Me, NT4.0, 2000, XP.

Кросс-компилятор включает в себя практически все элементы, соответствующие стандарту ANSI. Кроме того, в компилятор включены дополнительные возможности, ориентированные на использование архитектурных особенностей микроконтроллеров AVR и встроенных систем в целом.

Объектные файлы COFF позволяют осуществлять отладку программ с просмотром содержимого переменных. Для этого следует применять свободно распространяемый фирмой Atmel (www.atmel.com) отладчик AVR Studio.

Для отладки систем, использующих последовательную передачу данных, в графической оболочке имеется встроенная программа Terminal.

Кроме стандартных библиотек языка С, компилятор имеет библиотеки для работы с:

ЖКИ индикаторами со встроенным контроллером;

шиной I2C фирмы Philips;

датчиком температуры LM75 фирмы National Semiconductor;

часами реального времени PC8536 и PC8583 фирмы Philips, DS1302 и DS1307 фирмы Dallas Semiconductor;

однопроводным протоколом фирмы Dallas Semiconductor;

датчиками температуры DS1820 и DS1822 фирмы Dallas Semiconductor;

датчиком температуры/термостатом DS1621 фирмы Dallas Semiconductor;

памятью EEPROM DS2430 и DS2433 фирмы Dallas Semiconductor;

шиной SPI;

управлением режимами пониженного потребления энергии;

временными задержками;

преобразованием кодов Грэя.

В CodeVision AVR имеется автоматический генератор шаблонов программ, который позволяет в течение считанных минут получить готовый код для следующих функций:

настройка доступа к внешней памяти;

определение источника прерывания Reset;

инициализация портов ввода/вывода;

инициализация внешних прерываний;

инициализация таймеров/счетчиков;

инициализация сторожевого таймера;

инициализация UART;

инициализация аналогового компаратора;

инициализация встроенного АЦП;

инициализация интерфейса SPI;

инициализация поддерживаемых библиотеками CodeVision AVR микросхем, работающих с однопроводным интерфейсом и шиной I2C;

инициализация модуля ЖКИ со встроенным контроллером.

Кроме того, среда CodeVision AVR включает в себя программное обеспечение для работы с различными AVR-программаторами. После компиляции исходной программы на языке С полученный код может быть сразу записан в память программ микроконтроллера.

2.2 Реализация
Основные компоненты:

1. Микроконтроллер ATmega128

2. Датчик температура DS18B20

3. ЖКИ

Выделим следующие этапы в разработке программного обеспечения термометра:

1. Получение данных с датчика.

2. Передача данных на ЖКИ.

3. Обработка прерывания.

4. Передача данных на ЖКИ.

1. Получение данных с датчика:

Данные получаем с температурного датчика DS18B20, подключенного на порт В.

2. Передача данных на ЖКИ:

Данные выводим на ЖК индикатор, подключенный на порт А.

3. Обработка прерывания:

Промежуток между измерениями 500 мс.

В процессе разработки проекта возникли следующие вопросы:

1. Каким образом подключить датчик к шине 1-Wire?

2. Как зашифрована температура, передаваемая датчиком?

3. Какие специализированные команды необходимо применять для опроса датчика?

2.3 Запуск и выполнение
Скомпилированная программа представляет собой файл типа cof, который прошиваем на микроконтроллер ATmega 128 семейства AVR.

Соединяем компоненты рабочей модели прибора, получаем сигнал с температурного датчика, считываем температуру окружающей среды.

3. Список используемой литературы

1. Белов А.В. Конструирование устройств на микроконтроллерах. - СПб.: Наука и Техника, 2005. - 256 С.

2. Бородин В.Б., Калинин А.В. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики - М.: Издательство ЭКОМ, 2002. - 400 с.: илл.

3. Гребнев В.В. Микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel М.: ИП РадиоСофт, 2002. - 176 с.

4. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы "ATMEL" - М.: Издательский дом "Додека-ХХI", 2004. - 560 с.

5. Шпак Ю.А. Программирование на языке Си для AVR и PIC микроконтроллеров. - К: ”МК-Пресс", 2006. - 400 С.

Приложение
Код программы

/*****************************************************

This program was produced by the

CodeWizardAVR V1.25.8 Professional

Automatic Program Generator

http://www.hpinfotech.com

Project: Digital Thermometer

Version: 1

Date: 24.11.2009

Author: Marina

Company:

Comments:

Chip type: ATmega128

Program type: Application

Clock frequency: 7,000000 MHz

Memory model: Small

External SRAM size: 0

Data Stack size: 1024

*****************************************************/

#include <mega128. h>

#include <delay. h>

#include <stdio. h>

#include <lcd. h> // Alphanumeric LCD Module functions

#asm // сообщаем куда подключен датчик

. equ __w1_port=0x1B; PORTA

. equ __w1_bit=0

#endasm

// сообщаем куда подключён ЖКИ

#asm

. equ __lcd_port=0x15; PORTC

#endasm

#include <1wire. h> // 1 Wire Bus functions

#include <ds18b20. h>

/* >>>>>>>>>>>>>>>>maximum number of DS18B20 connected to the 1 Wire bus */

#define MAX_DEVICES 8

// Declare your global variables here

/* >>>>>>>>>>>>>>DS18B20 devices ROM code storage area */

unsigned char devices;

unsigned char rom_code [MAX_DEVICES] [9] ;

/*>>>>>>>>>*/char lcd_buffer [33] ;

void main (void)

{ int temp;

unsigned int a;

double d;

UCSR0A=0x00;

UCSR0B=0x10;

UCSR0C=0x06;

UBRR0H=0x00;

UBRR0L=0x2D;

// >>>>>>>>>>>>>>>> Declare your local variables here

// Declare your local variables here

// Input/Output Ports initialization

// Port A initialization

// Func7=Out Func6= Out Func5= Out Func4= Out Func3= Out Func2= Out Func1= Out Func0= Out

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTA=0x00;

DDRA=0xFF;

// Port B initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=Out Func0=In

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=0 State0=T

PORTB=0x00;

DDRB=0x02;

// Port C initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTC=0x00;

DDRC=0x00;

// Port D initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTD=0x00;

DDRD=0x00;

// Port E initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTE=0x00;

DDRE=0x00;

// Port F initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTF=0x00;

DDRF=0x00;

// Port G initialization

// Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTG=0x00;

DDRG=0x00;

// Timer/Counter 0 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: Timer 0 Stopped

// Mode: Normal top=FFh

// OC0 output: Disconnected

ASSR=0x00;

TCCR0=0x00;

TCNT0=0x00;

OCR0=0x00;

// Timer/Counter 1 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: Timer 1 Stopped

// Mode: Normal top=FFFFh

// OC1A output: Discon.

// OC1B output: Discon.

// OC1C output: Discon.

// Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge

// Timer 1 Overflow Interrupt: Off

// Input Capture Interrupt: Off

// Compare A Match Interrupt: Off

// Compare B Match Interrupt: Off

// Compare C Match Interrupt: Off

TCCR1A=0x00;

TCCR1B=0x00;

TCNT1H=0x00;

TCNT1L=0x00;

ICR1H=0x00;

ICR1L=0x00;

OCR1AH=0x00;

OCR1AL=0x00;

OCR1BH=0x00;

OCR1BL=0x00;

OCR1CH=0x00;

OCR1CL=0x00;

// Timer/Counter 2 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: Timer 2 Stopped

// Mode: Normal top=FFh

// OC2 output: Disconnected

TCCR2=0x00;

TCNT2=0x00;

OCR2=0x00;

// Timer/Counter 3 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: Timer 3 Stopped

// Mode: Normal top=FFFFh

// Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge

// OC3A output: Discon.

// OC3B output: Discon.

// OC3C output: Discon.

// Timer 3 Overflow Interrupt: Off

// Input Capture Interrupt: Off

// Compare A Match Interrupt: Off

// Compare B Match Interrupt: Off

// Compare C Match Interrupt: Off

TCCR3A=0x00;

TCCR3B=0x00;

TCNT3H=0x00;

TCNT3L=0x00;

ICR3H=0x00;

ICR3L=0x00;

OCR3AH=0x00;

OCR3AL=0x00;

OCR3BH=0x00;

OCR3BL=0x00;

OCR3CH=0x00;

OCR3CL=0x00;

// External Interrupt (s) initialization

// INT0: Off

// INT1: Off

// INT2: Off

// INT3: Off

// INT4: Off

// INT5: Off

// INT6: Off

// INT7: Off

EICRA=0x00;

EICRB=0x00;

EIMSK=0x00;

// Timer (s) /Counter (s) Interrupt (s) initialization

TIMSK=0x00;

ETIMSK=0x00;

// USART0 initialization

// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity

// USART0 Receiver: On

// USART0 Transmitter: Off

// USART0 Mode: Asynchronous

// USART0 Baud Rate: 57600

UCSR0A=0x00;

UCSR0B=0x18;

UCSR0C=0x06;

UBRR0H=0x00;

UBRR0L=0x07;

// Analog Comparator initialization

// Analog Comparator: Off

// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off

ACSR=0x80;

SFIOR=0x00;

PORTB=0x00;

DDRB=0x01;

// LCD module initialization

lcd_init (16);

w1_init ();

/*>>>>>>>>>>>>>*/

delay_ms (250);

lcd_clear ();

/* detecting device */

devices=w1_search (0xF0,rom_code);

delay_ms (250);

sprintf (lcd_buffer,"%u DS18B20\nDevice detected", devices);

lcd_puts (lcd_buffer);

delay_ms (250);

lcd_clear ();

while (1)

{

temp=ds18b20_temperature (0); // чтение температуры с датчика

if (temp>1000) { // преобразование отрицательной температуры

temp=4096-temp;

temp=-temp;

}

sprintf (lcd_buffer,"t=%i.%u\xdfC",temp,temp%1); // запись температуры в массив для вывода на экран

lcd_clear (); // очистка экрана

lcd_puts (lcd_buffer); // вывод температуры

delay_ms (500); // ожидание 500 мс перед следующим измерением

a = ADCW;

d = (double) a / 1024 * 5;

printf ("%f\r", a);

};

}

Страницы: 1, 2

© 2003-2013
Рефераты бесплатно, курсовые, рефераты биология, большая бибилиотека рефератов, дипломы, научные работы, рефераты право, рефераты, рефераты скачать, рефераты литература, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты медицина, рефераты на тему, сочинения, реферат бесплатно, рефераты авиация, рефераты психология, рефераты математика, рефераты кулинария, рефераты логистика, рефераты анатомия, рефераты маркетинг, рефераты релиния, рефераты социология, рефераты менеджемент.