Digitalni voltmetar realizovan pomoću mikrokontrolera AT89S8253

Elektronski fakultet Niš

Mentor: Studenti:

Prof. dr. Mile Stojčev Uglješa Jovanović 11509

Marko Stojanović 11645

Uvod

Smisao ovog zadatka je da se pomoću mikrokontrolera AT89S8253 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 HD44780 firme HITACHI.

Za pisanje kôda, korišćen je kompajler MikroC firme Mikroelektronika, a za upis kôda u mikrokontroler korišćen je Microcontroller ISP Software korišćenjem AT89ISP programatora firme Atmel.

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.

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.

Voltmetar

A/D konvertorPojačavač i filtar

RegistarIzbor opsega merenja

Displej

Ulazni signal

Blok dijagam prostog digitalnog voltmetra.

Voltmetar

Digitalni voltmetar.

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.

A/D konvertor MCP3204

Izgled A/D konvertora i raspored pinova.

Blok dijagram.

A/D konvertor MCP3204

A/D konvertor čine:

1. Multiplekser za ulazne kanale;2. Sample and Hold kolo;3. D/A konvertor;4. komparator 5. 12-bitni SAR (Successive Approximation Register);6. pomerački (Shift) registar;7. kontrolna logika.

Digitalni izlazni kôd se dobija iz funkcije:

Vref

VinKod

4096

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.

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.

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.

LCD displej Hitachi HD44780

Izgled LCD displeja.

Izgled matrice LCD displeja.

LCD displej Hitachi HD44780

Unutar displeja se nalaze 3 memorijska bloka:

1. Display Data RAM (DDRAM) – u njoj se nalaze karakteri koji treba da budu prikazani na displeju, veličina je dovoljna za smeštanje 80 znakova.

2. Character Generator ROM (CGROM ) – u njoj je upisana mapa sa izgledom svih karaktera koje displej može da prikaže. Adrese memorijskih lokacija CGROM-a se poklapaju sa standardnim ASCII vrednostima karaktera.

3. Character Generator RAM (CGRAM) – omogućava ispisivanje oznaka koje korisnik sam definiše a koji staju u okvir veličine 5x8 piksela.

LCD displej Hitachi HD44780

8-bitni i 4-bitni način rada LCD displeja.

LCD displej Hitachi HD44780

Mikrokontroler AT89S8253

Izgled mikrokontrolera i raspored pinova.

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.

Mikrokontroler AT89S8253

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 full duplex 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.

Mikrokontroler AT89S8253

Veza u SPI sistemu.

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 mikrokontroleru digitalni podatak se pretvara u oblik koji je pogodan za prikazivanje na LCD displeju, tj. u ASCII kôd.

Hardver

Hardver

Algoritam softvera

Definicija pinova LCD-a i ADC-a

Inicijalizacija LCD-a i SPI-a

Merenje

Izbor kanala

Očitavanje napona sa kanala

Konverzija u ADC-u

Ispis vrednosti napona na LCD-u

Sistem

Biografije autora

Ime: UglješaPrezime: JovanovićDatum rođenja: 01.03.1985.Adresa: Žikice Talevića 46/16, KruševacE-mail: ugljesha85@yahoo.comObrazovanje: Elektrotehnička škola KruševacSmer: Elektrotehničar automatike

Ime: MarkoPrezime: StojanovićDatum rođenja: 23.10.1985.Adresa: Radnička 7, selo Miloševac,

Velika PlanaE-mail: markostoj985@gmail.com Obrazovanje: Tehnička škola SmederevoSmer: Elektrotehničar automatike