Цифровой следящий частотомер с АВДИ

Рис. 7.6. Графическое обозначение микросхемы К155ИЕ8

 

Рис. 7.7. Временная диаграмма работы микросхемы К155ИЕ8

Микросхема имеет следующие входы: инверсный вход ЕС - разрешения счета, при подаче на который лог. 1 счетчик не считает, вход R - установки 0, установка триггеров счетчика в 0 происходит при подаче на него лог. 1; вход С - вход тактовых импульсов отрицательной полярности, переключение триггеров счетчика происходит по спадам входных импульсов; входы XI - Х32 позволяют управлять выдачей отрицательных выходных импульсов, совпадающих по времени с входными, на выход Z. На рис. 7.7 в качестве примера показано, какие импульсы выделяются на выходе Z при подаче лог. 1 на входы:

Х32 (диаграмма Х32), Х16 (диаграмма Х16) и Х8 (диаграмма Х8). В этих случаях на выходе Z выделяется соответственно 32, 16 или 8 равномерно расположенных импульсов. Если же одновременно подать лог. 1 на несколько входов, например, на Х32 и Х8, то, как показано на диаграмме Z, на выходе Z выделится 40 импульсов, но расположенных неравномерно. В общем случае число импульсов N на выходе Z за период счета составит

N = 32 х Х32 + 16 х Х16 + 8 х Х8 + 4 х  Х4 + 2 х Х2 + X1, где X1-Х32 принимают значения  соответственно 1 или 0 в зависимости  от того, подана или нет лог. 1 на соответствующий вход.

На выходе Р выделяется отрицательный импульс, фронт которого совпадает со спадом 63-го тактового импульса, спад - со спадом 64-го. Этот импульс может использоваться при каскадном соединении интегральных микросхем К155ИЕ8. Вход S - вход стробирования, при подаче на него лог. 1 выдача импульсов на выходе Z прекращается.

 

5.6. Цифровой компоратор

Микросхема К561ИП2 ( MC14585A ) — цифровой компаратор. Компаратор К561ИП2, представленный на рис. 7.8, сравнивает два четырехразрядных числа и имеет три выхода QА<В, QA>B и QA=D, отображающие неравенство или равенство двоичных или двоично-десятичных слов. Восемь входов микросхемы используются для приема входных слов АО — А3 и ВО — В3. Три входа А>В, А<В и А=В используются при нарашивании числа разрядов устройства сравнения. Если применяется только один корпус К561ИП2 ( MC14585A ), навход А=В следует подать напряжение высокого уровня, а на входы А>В, А<В — низкого. 

Рис. 7.8. Графическое представление микросхемы К561ИП2

В таблице 7.2 представлены технические требования микросхемы

Количество разрядов	4
Тип выхода	>,=,<
Напряжение питания	3-15 В
Ток потребления	0,7 мА
Температура окружающей среды	-45...+85оС
Корпус микросхемы	238.16-1

Рассмотрим функциональную схему двенадцатнразрядного устройства сравнения двух чисел. Здесь входы данных трех микросхем К561ИП2 образуют параллельные шины данных. Входы и выходы микросхемы «равенства — неравенства» соединены последовательно. Время задержки сигнала в первой К561ИП2 не превышает 250 нс, в каждой последующей 200 нс.

Рис.7.9. Последовательное соединение микросхем К561ИП2

5.7. Микроконтроллер PIC16f877A

Для своего проекта я выбрала микроконтроллер PIC16f877A фирмы Microchip Technology представленный на рисунке, назначение выводов указаны в таблице.

Рис.7.10. Микроконтроллер PIC16f877A

Микроконтроллеры семейства PIC имеют очень эффективную систему команд, состоящую всего из 35 инструкций. Все инструкции выполняются за один цикл, за исключением условных переходов и команд, изменяющих программный счетчик, которые выполняются за 2 цикла. Один цикл выполнения инструкции состоит из 4 периодов тактовой частоты. Таким образом, при частоте 4 МГц, время выполнения инструкции составляет 1 мксек. Каждая инструкция состоит из 14 бит, делящихся на код операции и операнд (возможна манипуляция   с регистрами, ячейками памяти и непосредственными данными).

Высокая скорость выполнения команд в PIC достигается за счет использования двухшинной Гарвардской архитектуры вместо традиционной одношинной Фон - Неймановской. Гарвардская архитектура основывается на наборе регистров с разделенными шинами и адресным пространством для команд и для данных. Набор регистров означает, что все программные объекты, такие как порты ввода/вывода, ячейки памяти, представляют собой физически реализованные аппаратные регистры.

RA0 – RA5	Порт A	8 – битный  квазидвунаправленный  порт ввода/вывода
RB0 – RB7	Порт B
RC0 – RC7	Порт C
RD0 – RD7	Порт D
RE0 – RE2	Порт E
MCLR	Сброс	Низкий уровень   на этом входе генерирует сигнал сброса для   контроллеров PIC16C6X.  Нарастание  питающего напряжения включает встроенную выдержку на запуск генератора, которая удерживает кристалл в режиме сброса около 18 мс.  Этот вход должен быть напрямую, или через резистор, подключен к  Vdd.
OSC1/CLKIN	Генератор (вход)	Для типов "XT","HS","LP": вход для (вход)   кварцевого или керамического резонатора,   или вход внешней тактовой частоты. Для типа   "RC": точка подключения внешней RC цепочки.
OSC2/CLKOUT	Генератор (выход)	Для типов "XT","HS","LP": выход кварцевого   или керамического резонатора. Нельзя  подключать любую другую нагрузку к этому   выходу. Оставляется свободным, если   используется внешний тактовый генератор.  Для типа "RC": на этом выходе присутствует сигнал "CLKOUT", его частота составляет  1/4 Fosc1.
Vdd	Напряжение питания
Vss	Общий (земля)

 

Рассмотрим основные характеристики микроконтроллера PIC16f877A:

Высокопроизводительный RISC-процессор:

• 14 битовые команды
• 8 - битовые данные
• Вход внешних прерываний
• 8-уровневый аппаратный стек
• Прямой, косвенный и относительный режимы адресации для данных и инструкций

 

Периферия:

• 22 линий ввода/вывода с индивидуальным контролем направления
• Сильноточные схемы портов ввода/вывода:
• 25 мА макс. вытек. ток
• 25 мА макс. втек. ток
• Timer0: 8-разрядный таймер/счетчик
• Timer1: 16-разрядный таймер/счетчик
• Timer2: 8-разрядный таймер/счетчик
• 2 ШИМ модуля
• Последовательные интерфейсы
• 3-проводный SPI
• I2C Master и Slave режимы
• USART (с поддержкой адреса)
• 5 каналов 10-битного АЦП
• 2 аналоговых компаратора
• Интегрированный программируемый источник опорного напряжения

 

Особенности микроконтроллера:

• Сброс при включении питания (POR)
• Таймер включения питания (PWRT) и таймер запуска генератора (OST)
• Сброс по снижению напряжения питания (BOR)
• Сторожевой таймер (WDT) с собственным встроенным RC-генератором для повышения надежности работы
• Режим экономии энергии (SLEEP)
• Выбор источника тактового сигнала
• Возможность самопрограммирования
• Программируемая защита кода
• 1000 циклов записи/стирания FLASH памяти программы
• 100 000 циклов записи/стирания памяти данных ЭСППЗУ
• Период хранения данных ЭСППЗУ > 40 лет

 

Технология КМОП:

• Экономичная, высокоскоростная технология КМОП
• Широкий рабочий диапазон напряжений питания - от 2,0В до 5,5В
• Промышленный и расширенный температурный диапазоны
• Низкое потребление энергии

 

5.8. ЖК-дисплей DV16100

Алфавитно-цифровые ЖК-модули представляют собой недорогое и удобное решение, позволяющее сэкономить время и ресурсы при разработке новых изделий, при этом обеспечивают отображение большого объема информации при хорошей различимости и низком энергопотреблении. Возможность оснащения ЖК-модулей задней подсветкой позволяет эксплуатировать их в условиях с пониженной или нулевой освещенностью, а исполнение с расширенным диапазоном температур (-20°С...+70°С) в сложных эксплуатационных условиях, в том числе в переносной, полевой и даже, иногда, в бортовой аппаратуре.

Для своего проекта я выбрала жидкокристаллический индикатор DV16100 от Data Vision на основе контроллера типа HD44780 фирмы Hitachi рис. 7.11. Этот индикатор представляет собой печатную плату, на которую смонтирован ЖК-дисплей, контроллер и необходимые электронные компоненты.

Рис. 7.11. ЖК-дисплей DV16100

Рассматриваемые индикаторы на основе HD44780 позволяют использовать различные режимы ввода в них информации и её просмотра. Они формируют изображение не только цифр, но и букв латинского и русского алфавита. У данного индикатора есть 14 выводов, их назначение указано в таблице 7.3.

Вывод	Обозначение	Назначение
1	GND	«Земля»
2	Vcc	Положительное напряжение питания
3	Contrast	Регулировка контрастности
4	R/S	Команда/Выбор регистра
5	R/W	Чтение/Запись
6	E	Тактовые импульсы
7 – 14	Data	Данные

Таблица 7.3

Запись информации происходит в параллельном коде по фронту тактовых импульсов E.

Для моего проекта не требуется считывать данные с дисплея, поэтому на бит R/S можно подать потенциал «земли». Программное приложение просто ожидает в течение некоторого интервала времени, длительность которого гарантирует завершения очередной команды (4,1 мс – команды стирания, перевод дисплея (курсора) в исходное состояние и 160 мкс – все остальные команды).

DV16100 – однострочный индикатор, отображающий в строке 16 символов. Внутри индикатора  есть 80 ячеек памяти.  При помощи команд, мы можем в любую из этих ячеек занести любое 8-битное число. Каждому числу однозначно соответствует один символ.

Подающееся на дисплей напряжение управления контрастом обычно регулируется с помощью потенциометра, который выполняет функцию делителя напряжения. Изменяя положение движка резистора можно задать любое напряжение от 0 до Vcc.

Для работы с дисплеем будем работать в режиме 4 линий данных (DB4-DB7). Для инициализации 4-разрядного режима необходимо:

1. Ждать не менее 15 мс после включения питания.
2. Записать в ЖКИ команду 0x03 и ждать 5 мс, пока она не выполнится.
3. Опять записать в ЖКИ команду 0x03 и ждать 160 мкс.
4. В третий раз подать команду 0x03 и ждать 160 мкс (или пока не сбросится флаг занятости).
5. Установить режимы:

• подать команду 0x02 для установки курсора в начальную позицию;

• подать команду 0x028 для выбора 4-битного режима, после чего все последующие команды и данные будут передаваться в два приема;
• установить число строк и размер символов;
• подать команду 0x00/0x08 (то есть команду 0x008), чтобы выключить экран;
• подать команду 0x00/0x01 (то есть команду 0x001), чтобы стереть изображение па экране;
• установить направление смешения курсора/экрана;
• подать команду включения экрана и, если необходимо, курсора.

 

5.9 Логические элементы

Микросхема КМ155ЛП5 содержит по четыре двухвходовых элемента «Или». Корпус К155ЛП5 типа 201.14-2, масса не более 1 г и у КМ155ЛП5 типа 201.14-8, масса не более 2,2 г. Условное графическое обозначение приведено на рисунке 7.11, а основные электрические параметры в таблице 7.3.

 
1,2,4,5,9,10,12,13 - входы; 
3,6,8,11 - выходы; 
7 - общий; 
14 - напряжение питания;  

 

 

Рис. 7.12. Условное графическое обозначение микросхемы КМ155ЛП5

Таблица 7.4. Основные электрические параметры

1	Номинальное напряжение питания	5 В   5 %
2	Выходное напряжение низкого уровня	не более 0,4 В
3	Выходное напряжение высокого уровня	не менее 2,4 В
4	Напряжение на антизвонном диоде	не менее -1,5 В
5	Входной ток низкого уровня	не более -1,6 мА
6	Входной ток высокого уровня	не более 0,04 мА
7	Входной пробивной ток	не более 1 мА
8	Ток потребления	не более 50 мА
9	Ток короткого замыкания	-18...-55 мА
10	Потребляемая статическая мощность на один логический элемент	не более 65,6 мВт
11	Время задержки распространения при включении	не более 30 нс
12	Максимальное время фронта и спада входного ипульса	150 нс