Файл: мой курсач.doc

Федеральное агентство по образованию

Филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «московский энергетический институт (технический университет)» в г. Смоленске

Кафедра вычислительной техники

Пояснительная записка

к курсовой работе

по дисциплине “Схемотехника ЭВМ”

Группа:	ВМ2-07
Студент:	Кучерявая Е.С.
Преподаватель:	Аверченков О.Е.

Смоленск

2010

Реферат (аннотация)

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине “Схемотехника ЭВМ” содержит 34 страницы, 8 рисунков, 12 источников.

Объектом разработки является счетчик ампер-часов для автомобильного аккумулятора.

Цель работы - создание устройства, способного подсчитывать количество ампер-часов за 1 секунду и выводить на индикацию.

В процессе работы проводился анализ методики работы аналого-цифрового преобразователя, характеристик его работы и совместимость его работы с ОВМ.

В результате были выявлены особенности представления АЦП двоичного кода, работы АЦП с ОВМ, а так же была использована динамическая индикация.

Техническое решение системы предложено на базе ОВМ АТ89С2051 и аналого-цифрового преобразователя. Пояснительная записка содержит обзор литературы, методов, схемных решений, обоснование структурной схемы, описание принципа действия устройства по структурной схеме, временные диаграммы работы АЦП и устройства, вывод основных уравнений, выбор, обоснование и расчет отдельных узлов, описание полной принципиальной схемы, оценку нормируемых параметров, полную принципиальную схему, перечень элементов, а так же алгоритмы и структуры программных процедур. Текст программы был отлажен.

Оглавление

Список сокращений 4

Техническое задание 4

Введение 4

1 Обзор литературы, методов, схемных решений 6

2 Выбор и обоснование структурной схемы 8

3 Описание принципа действия устройства по структурной схеме 8

4 Временные диаграммы работы 9

5 Выбор, обоснование и расчет отдельных узлов 10

6 Описание полной принципиальной схемы 13

7 Оценка нормируемых параметров 15

8 Программная часть устройства 18

Список использованной литературы 23

Приложение 1 25

Приложение 2 26

Приложение 3 28

Список сокращений

ДИ – динамическая индикация

АКБ – аккумуляторная батарея

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

Техническое задание

Счетчик ампер-часов для автомобильного аккумулятора.

Введение

В повседневной жизни люди всё чаще и чаще сталкиваются с использованием аккумуляторов. Аккумулятор от латинского accumulo – собираю, накопляю. То есть это устройство для накопления энергии с целью её последующего использования, энергоноситель.[1] Назначение автомобильного аккумулятора – накопление и дальнейшая отдача электроэнергии. Его заряд возможен благодаря переходу некоторых химических элементов из одного состояния в другое, а при разряде, происходит обратный процесс. Одними из важнейших характеристик аккумулятора, является его номинальная ёмкость, измеряемая в Амперах/часах и напряжение, которое в своём большинстве соответствует 12 вольтам. Еще один источник электропитания – это электрогенератор. Он представляет собой устройство, похожее на электродвигатель, как внешне, так и, по сути, и принципиально. Он способен производить электроэнергию по средствам вращения своего якоря через ременную передачу, идущую от двигателя внутреннего сгорания. Аккумулятор и электрогенератор, вместе образуют целостную систему электроснабжения всего автомобиля. Аккумуляторная батарея используется при пуске двигателя и для питания электрическим током напряжением 12 В стартера и других потребителей при неработающем двигателе. Когда двигатель работает, основной источник тока – генератор – обеспечивает электрическим током все потребители, включая систему зажигания, и заряжает аккумуляторную батарею. Таким образом, за определенное время потребители, такие как габаритные огни, ближний свет, дальний свет, обогрев стекол и т.п. потребляют некоторое количество энергии. Чтобы контролировать состояние автомобиля и правильную работу, можно использовать счетчик-ампер часов, который показывает, сколько потребители автомобиля используют энергии.

В настоящее время особое внимание уделяется внедрению микропроцессоров, обеспечивающих решение задач автоматизации управления механизмами, приборами и аппаратурой. В 2005 году в мире было выпущено несколько миллиардов микросистем, содержащих универсальный цифровой процессор. Подавляющая часть этих систем производится в виде одной микросхемы и используется в управляющих устройствах, встраиваемых в самые разнообразные объекты: в простые бытовые приборы (стиральные машины, телевизоры, мобильные телефоны), в сложные технические системы, такие, как автомобили, самолеты, морские суда, космические ракеты, и даже в организм человека (интеллектуальные кардиостимуляторы, слуховые аппараты, синтезаторы речи, устройства управления протезами человеческих органов... и многое другое). Подобные микросистемы называются однокристальными микроконтроллерами. [2]

Широчайший спектр задач - от самых простых до невероятно сложных – привели к появлению большого количества разновидностей микроконтроллеров, отличающихся вычислительной мощностью, объемом ресурсов и ценой. В настоящее время в этих изделиях используется более сотни разных процессорных ядер, а общее количество типов микроконтроллеров исчисляется многими тысячами. Такое разнообразие позволяет разработчикам управляющих систем для каждой конкретной задачи выбрать микроконтроллер минимальной стоимости, свойства которого наилучшим образом подходят для конкретной задачи, что позволяет минимизировать цену конечного изделия со встроенной цифровой системой управления при его крупносерийном выпуске.[3]

1 Обзор литературы, методов, схемных решений

2 Выбор и обоснование структурной схемы

Структурная схема устройства представлена на рисунке 1.2

Усилитель разности напряжений

Рисунок 1.2 – структурная схема устройства

В состав устройства входят:

1) Усилитель разности напряжений – увеличивает разность напряжений для дальнейшей подачи сигнала на АЦП

2) АЦП – преобразует аналоговое значение разности напряжений в цифровое значение

3) CPU – управляет работой АЦП, считает количество А∙ч, управляет ДИ

4) Схема ДИ – предназначена для вывода количества А∙ч

3 Описание принципа действия устройства по структурной схеме

Когда заводим автомобиль или при неисправном генераторе потребители питаются от аккумулятора, в других случаях питание происходит от генератора. Следовательно, разность напряжений на шунте может быть и положительная, и отрицательная. На вход усилителя подается разность напряжений, происходит усиление сигнала. АЦП каждые 10 мс получает значение разности напряжений, преобразует его для дальнейшей обработки CPU. CPU Выполняет следующие функции в данном устройстве:

1) анализируется знак (положительно или отрицательное) значение разности напряжений и берется по модулю

2) в течении 1 секунды складываются значения разности напряжений, вычисляется количество А∙ч и выводится с помощью ДИ

4 Временные диаграммы работы

Временные диаграммы работы АЦП приведены на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Временные диаграммы работы АЦП [10]

Временные диаграммы работы индикации приведены на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Временные диаграммы работы индикации [11]

5 Выбор, обоснование и расчет отдельных узлов

В устройстве для индикации были выбраны семисегментные индикаторы SC04-11

Параметры:

1. Максимальное прямое напряжение (при токе 20 мА) – 2,5 В

2. Максимальный прямой ток – 25-30 мА

3. Максимальное обратное напряжение – 5 В

4. Обратный ток (при напряжении 5 В) – 10мкА

5. Мощность рассеивания – 150мВт

6. Максимальный импульсный прямой ток – 140-160 мА

7. Диапазон рабочих температур – -40…+85 ^оС

Примем ток сегмента =10 мА. Но так как в данном устройстве при динамической индикации каждый знак светится только 1/2 периода, то средний ток сегмента будет в 2 раз меньше максимального. Для обеспечения нормального свечения необходимо увеличить ток через светодиоды в 6 раз. Получим, что=10*2=20 мА. Для индикации использован дешифратор КР514ИД1 с электрическими параметрами:

1. Напряжение питания - 5В±5%

2. Ток потребления - 50 мА

3) Входное напряжение "0" <0,4 В

4) Входное напряжение "1" >2,4 В

5) Входной ток "0" <1,6 мА

6) Входной ток "1" >0,07 мА

7) Выходной ток "0" (при 0,8V) 0,3 мА(max)

8) Выходной ток "1" (при 1,7V) 2,5..5,2 мА

Максимальный выходной ток на каждом выходе – 5,6 мА

Для управления очередностью индикации из справочной литературы был дешифратор К155ИД10 с электрическими параметрами:

1) Номинальное напряжение питания - 5 В 5 %

2) Выходное напряжение низкого уровня не более - 0,4 В

3) Входной ток низкого уровня не более -1,6 мА

4) Входной ток высокого уровня не более - 0,04 мА

5) Потребляемая статическая мощность не более - 367,5 мВт

6) Время задержки распространения - не более 50 нс

Выходной ток около 80мА. Ток на катоде семисегментных индикаторов равен

=10*7=70 мА.

АТ89С2051

8-разрядный КМОП микроконтроллер с Flash ПЗУ

1) Диапазон рабочих напряжений от 2,7 В до 6 В

2) 20-выводные корпуса PDIP и SOIC

3) Потребление в активном режиме на частоте 12 МГц не превышает 15 мА и 5,5 мА при напряжении питания 6 В и 3 В, соответственно

4) В стоповом режиме потребление не превышает 100 мкА и 20 мкА при напряжении питания 6 В и 3 В, соответственно.

5) Выводы портов – сильноточные, допускающие прохождение через них тока до 20 мА (суммарный ток через все линии порта – не более 80мА).

Частоту кварца выберем 12МГц, при ней достигается максимальная производительность, но существенно увеличивается энергопотребление. Кварц обрамляется внешними конденсаторами C₄ и C₅ , обеспечивающими фазовое условие возникновения генерации. Возьмем C₄ = C₅ = 27пФ. В простейшем случае импульс сброса получают при помощи дифференцирующей RC цепочки. При подаче напряжения питания на схему разряженный ранее конденсатор C₂ представляет в первом приближении закоротку. Поэтому на выводе сброса возникает единичный сигнал, который по мере заряда конденсатора спадает до нуля. Учитывая, что большой точности для импульса сброса не требуется, берут постоянную времени с запасом, например, R₉C₂≈50мс. Поэтому, если R₉ = 10кОм, то С₂ = 50*10^-3/10*10^-3=5мкФ.[9]