Τριανταφυλλίδου Σοφία ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΕΝOΣ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ PIC. Τριανταφυλλίδου Σοφία Σέρρες 2005

 Πρόκειται για ένα φορητό σύστημα συλλογής δεδομένων, η λειτουργία του οποίου δεν στηρίζεται στη μόνιμη σύνδεση με υπολογιστή. Έτσι μπορεί να συλλέξει δεδομένα φυσικών μεγεθών από απομακρυσμένες περιοχές.  Είναι χαμηλού κόστους.

ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1Ο. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2Ο. ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ PIC 16F84 . ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3Ο  . ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ PIC 16F84. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4Ο. ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ A/D. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5Ο. ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗ ΕΞΩΤΕΡΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΜΕ ΣΕΙΡΙΑΚΗ ΘΥΡΑ. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6Ο. ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΣΕΙΡΙΑΚΟΣ ΠΟΜΠΟΣ ΚΥΚΛΩΜΑ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΓΙΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7Ο. ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΣΕΙΡΙΑΚΟΣ ΠΟΜΠΟΣ. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8Ο. ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ VISUAL BASIC.

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ PIC 16F84

OSC1/CLKIN : Είσοδος εξωτερικού Χρονισμού. OSC2/CLKOUT: Έξοδος χρονισμού (Για σύνδεση κρυστάλλου). MCLR (inv): Είσοδος εξωτερικού μηδενισμού (Master clear - reset).Για εξωτερικό μηδενισμό πρέπει αυτό το ποδαράκι να πάρει παλμό λογικού 0 (Low) Είσοδος τάσης προγραμματισμού. RA0 - RA3 : Είσοδος ή Έξοδος (Bi-directional I/O port). RA4/T0CKI : Είσοδος ή Έξοδος (Bi-directional I/O port).Είσοδος εξωτερικών παλμών χρονισμού για τον χρονομετρητή TMR0 (timer/counter). RB0/INT: Είσοδος ή Έξοδος (Bi-directional I/O port).Είσοδος εξωτερικού παλμού διακοπής ροής προγράμματος (External interrupt). RB1 - RB7: Είσοδος ή Έξοδος (Bi-directional I/O port) VSS: 0 Volt - Γείωση VDD: Θετική τάση τροφοδοσίας (+2.0V έως +5.5V)

Διάγραμμα αρχιτεκτονικής του PIC16F84

Οργάνωση της μνήμης RAM INDF :καταχωρητής περιεχομένων FSR για έμμεση προσπέλαση της μνήμης TMR0 :μετρητής πραγματικού χρόνου (Timer) PCL :καταχωρητής αποθήκευσης των 8 λιγότερο σημαντικών bit του program counter STATUS :καταχωρητής αποθήκευσης αποτελεσμάτων πράξεων της ALU, του Reset & του Bank select FSR :καταχωρητής έμμεσης προσπέλασης της μνήμης (Indirect addressing pointer) PORTA :καταχωρητής δεδομένων εισόδου / εξόδου (DATA I/O) της PORTA PORTB :καταχωρητής δεδομένων εισόδου / εξόδου (DATA I/O) της PORTB EEDATA :καταχωρητής αποθήκευσης δεδομένων για ανάγνωση / γραφή στην EEPROM EEADR :καταχωρητής διευθύνσεις για προσπέλαση της μνήμης EEPROM PCLATH :καταχωρητής αποθήκευσης των 5 περισσότερο σημαντικών bit του program counter INTCON :καταχωρητής ελέγχου των Interrupt OPTIN_REG:καταχωρητής αποθήκευσης των ρυθμιστικών Bit για Interrupt, TMR0/WDT Prescaller TRISA :καταχωρητής θέσεως σαν είσοδο ή έξοδο της PORTA TRISB :καταχωρητής θέσεως σαν είσοδο ή έξοδο της PORTB EECON1 :καταχωρητής ελέγχου της EEPROM EECON2 :καταχωρητής ελέγχου και προστασίας της EEPROM από εγγραφή Οργάνωση της μνήμης RAM

Καταχωρητής OPTION_REG. Ο καταχωρητής STATUS 7 6 5 4 3 2 1 RP1 RP0 - Z DC C Καταχωρητής INTCON.   b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 GIE - TOIE INTIE RBIE TOIF INTIF RBIF Χρονισμός   Καταχωρητής OPTION_REG.     b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 RBPU INTEDG TOCS TOSE PSA PS2 PS1 PS0

Οι 35 εντολές, που αποτελούν το ρεπερτόριο εντολών του PIC.  ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΗ PIC 16F84 Οι 35 εντολές, που αποτελούν το ρεπερτόριο εντολών του PIC. Mnemonic Operands Description Cycles BYTE – ORIENTED FILE REGISTER OPERATIONS   ADDWF f,d Add W and f 1 ANDWF f,d AND W with f CLRF f Clear f CLRW - Clear W COMF f,d Complement f DECF f,d Decrement f DECFSZ f.d Decrement f,Skip if 0 1(2) INCF f,d Increment f INCFSZ f,d Increment f,Skip if 0 IORWF f,d Inclysive OR W with f MOVF f,d Move f MOVWF f Move W to f NOP No Operation RLF f,d Rotate Left f through Carry RRF f,d Rotate Right f through Carry SUBWF f,d Subtract W from f SWAPF f,d Swap nibbles in f XORWF f,d Exclusive OR W with f BIT – ORIENTED FILE REGISTER OPERATIONS BCF f,b Bit Clear f BSF f,b Bit Set f BTFSC f,b Bit Test f,Skip if Clear BTFSS f,b Bit Test f,Skip if Set LITERAL AND CONTROL OPERATIONS ADDWF k Add literal and W ANDLW k AND literal with W CALL k Call subroutine 2 CLRWDT - Clear Watchdog Timer GOTO k Go to address IORLW k Inclusive OR literal with W MOVLW k Move literal to W RETFIE - Return from interrupt RETLW k Return with literal in W RETURN - Return from Subroutine SLEEP - Go into standby mode SUBLW k Subtract W from literal XORLW k Exclusive OR literal with W

Οθόνη του MPLAB

ΚΥΚΛΩΜΑ ΑΥΤΟΜΑΤΗΣ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΓΙΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Το κύκλωμα αποτελείται από τα εξής μέρη :

i.Το ολοκληρωμένο κύκλωμα LM35. διαδεδομένους αισθητήρες θερμοκρασίας.    

ii. Μετατροπέας Α/D (ΑDC 0804)   Ο ADC 0804 δέχεται το αναλογικό σήμα, το οποίο είναι αποτέλεσμα των μετρήσεων θερμοκρασίας του LM35.

Η μέθοδος που χρησιμοποιείται για την μετατροπή του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό είναι η τεχνική της διαδοχικής προσέγγισης (successive approximation).  

iii. Μικροελεγκτής PIC 16F84.   Ο μικροελεγκτής PIC16F84 είναι ένα μικρό αυτόνομο ολοκληρωμένο υπολογιστικό κύκλωμα, το οποίο προγραμματίστηκε στην εργασία αυτή για συλλογή, αποθήκευση και μετάδοση δεδομένων (τιμές θερμοκρασίας που συλλέχθηκαν από τον αισθητήρα θερμοκρασίας LM35).

iv. Μετατροπέας στάθμης MAX232   O ΜΑΧ232 είναι ένα ψηφιακό ολοκληρωμένο κύκλωμα που χρησιμοποιείται για την μετατροπή των λογικών σταθμών TTL σε στάθμες συμβατές με το πρωτοκόλλο RS-232. v. Η θύρα του H/Y για την ασύγχρονη σειριακή επικοινωνία (D-9).   Για το κύκλωμα του PIC 16F84, θα χρησιμοποιηθούν οι ακροδέκτες 2(RXD) και 5(SGND) του συνδέσμου D-9.

Ακροδέκτες σε σύνδεσμο D-25 Ακροδέκτες σε σύνδεσμο D-9 Κωδική Ονομασία Όνομα Περιγραφή λειτουργίας 2 3 TXD Transmit Data Από :DTE Προς:DCE Εκπομπή σειριακών δεδομένων από την συσκευή DTE, και η λήψη τους από τη συσκευή DCE RXD Receive Data Από :DCE Προς:DTE Λήψη σειριακών δεδομένων από την συσκευή DTE, και η αποστολή τους από τη συσκευή DCE. 7 5 SGND Signal Ground   Αγωγός αναφοράς σημάτων (γείωση) 4 RTS Request To Send Η συσκευή DTE είναι έτοιμη να αποστείλει δεδομένα στην DCE.Ως απάντηση αναμένεται η αποστολή σήματος CTS από την DCE. 8 CTS Clear To Send Δηλώνει ότι η συσκευή DCE είναι έτοιμη να λάβει δεδομένα. 6 DSR Data Set Ready Η συσκευή DCE πληροφορεί τη θύρα UART ότι είναι έτοιμη να αποστείλει δεδομένα. 20 DTR Data Terminal Ready Το αντίθετο του σήματος DSR.Η θύρα UART πληροφορεί τη συσκευή DCE ότι είναι έτοιμη για να λάβει δεδομένα. 1 CD Carrier Detect Η συσκευή DCE δείχνει τη συσκευή DTE κατά πόσον υπάρχει σήμα λήψης στη γραμμή, και μάλιστα μέσα στα κατάλληλα αποδεκτά όρια. 22 9 RI Ring Indicator

ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΣΕΙΡΙΑΚΟΣ ΠΟΜΠΟΣ ΑΣΥΓΧΡΟΝΟΣ ΣΕΙΡΙΑΚΟΣ ΠΟΜΠΟΣ Το πρόγραμμα με το οποίο προγραμματίστηκε ο μικροελεγκτής PIC αποτελείται από τα εξής τμήματα: ΤΜΗΜΑ ΔΗΛΩΣΗΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΩΝ ΤΜΗΜΑ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΤΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΣΤΟΝ Η/Υ ΥΠΟΡΟΥΤΙΝΕΣ ΚΑΘΥΣΤΕΡΗΣΗΣ

ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ VISUAL BASIC της σειριακής επικοινωνίας του υπολογιστή με το κύκλωμα συλλογής δεδομένων ονομάζεται MSComm. Επιλέγουμε Project -> Components από την γραμμή εργαλείων. Στο παράθυρο Components επιλέγουμε τον καρτελοδείκτη Controls. Τσεκάρουμε την γραμμή Microsoft Windows Common Controls 6.0. Το εικονίδιο του αντικειμένου εμφανίζεται στην εργαλειοθήκη.

Για την επικοινωνία με τον Η/Υ, την εισαγωγή των δεδομένων σε αρχείο και την απεικόνισή τους σε διάγραμμα δημιουργήθηκαν στο περιβάλλον της Visual Basic δύο φόρμες.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Αποτελεί ένα εύχρηστο, απλό και οικονομικό σύστημα συλλογής. Το σύστημα αυτό έχει την ικανότητα να αποθηκεύει στην μνήμη του μικροελεγκτή PIC 16F84 τα δεδομένα που συλλέγει. Η χρήση του δεν βασίζεται στην μόνιμη σύνδεση με υπολογιστή αλλά αποτελεί ένα αυτόνομο σύστημα συλλογής. Ο μικροελεγκτής PIC 16F87, ενσωματώνει ένα ειδικό περιφερειακό το USART για επικοινωνία με τη σειριακή θύρα και έτσι δε χρειάζεται να σχεδιαστεί η σειριακή επικοινωνία. H Microchip, ανακοίνωσε πρόσφατα μια νέα οικογένεια μικροελεγκτών PIC , που προσφέρουν μια ολοκληρωμένη λύση σε εφαρμογές ρομποτικής (για έλεγχο κινητήρων). Πρόκειται για τους 8- bit Flash μικροελεγκτές PIC 18 F 4331/4431 και PIC 18 F 2331/2431