1.5 Принцип роботи uart.
UART можна розділити на приймач (Receiver) і передавач (Transmitter). До складу UART входять: тактовий генератор зв'язку (бодрейт-генератор), керуючі регістри, статусні регістри, буфери та зсувні регістри приймача і передавача. Бодрейт-генератор задає тактову частоту прийомопередавача для даної швидкості зв'язку. Керуючі регістри задають режим роботи послідовного порту та його переривань. У статусному регістрі встановлюються прапори по різним подіям. У буфер приймача потрапляє прийнятий символ, в буфер передавача поміщають передається. Зсувний регістр передавача - це обойма, з якої в послідовний порт вистрілюються біти передаваного символу (кадру). Зсувний регістр приймача по біту накопичує прийняті з порту біти. За різним подіям встановлюються прапори і генеруються переривання (завершення прийому / відправки кадру, звільнення буфера, різні помилки).
UART - повнодуплексний інтерфейс, тобто приймач і передавач можуть працювати одночасно, незалежно один від одного. За кожним з них закріплений порт - одна ніжка контролера. Порт приймача позначають RX, передавача - TX. Послідовною установкою рівнів на цих портах відносно загального проводу ("землі") і передається інформація. За замовчуванням передавач встановлює на лінії одиничний рівень. Передача починається посилкою біти з нульовим рівнем (старт-біта), потім йдуть біти даних молодшим бітом вперед (низький рівень - "0", високий рівень - "1"), завершується посилка передачею одного або двох бітів з одиничним рівнем (стоп-бітів ).
Рисунок 5 - Електричний сигнал кадру посилки виглядає так.
Перед початком зв'язку між двома пристроями необхідно налаштувати їх прийомопередавачі на однакову швидкість зв'язку і формат кадру.
Швидкість зв'язку або бодрейт (baudrate) вимірюється в бодах - число переданих біт в секунду (включаючи старт і стоп-біти). Задається ця швидкість в бодрейт-генераторі діленням системної частоти на задається коефіцієнт. Типовий діапазон швидкостей: 2400 ... 115200 бод.
Формат кадру визначає число стоп-бітів (1 або 2), число біт даних (8 або 9), а також призначення дев'ятий біта даних. Все це залежить від типу контролера.
Приймач і передавач тактується, як правило, з 16-кратної частотою щодо бодрейта. Це потрібно для семплювання сигналу. Приймач, піймавши падаючий фронт старт-біта, відраховує кілька тактів і наступні три такти зчитує (семплюются) порт RX. Це як раз середина старт-біта. Якщо більшість значень семплів - "0", старт-біт вважається таким, що відбувся, інакше приймач приймає його за шум і чекає наступного падаючого фронту. Після вдалого визначення старт-біта, приймач точно також семплюются серединки бітів даних і по більшості семплів вважає біт "0" або "1", записуючи їх у зсувний регістр. Стоп-біти теж семплюются, і якщо рівень стоп-біта не "1" - UART визначає помилку кадру і встановлює відповідний прапорець у регістрі.
Рисунок 6 – Момент відправки старт-біта
Оскільки бодрейт встановлюється діленням системної частоти, при перенесенні програми на пристрій з іншим кварцовим резонатором, необхідно змінити відповідні настройки UART.
Висновок:
Для реалізації завдання підходять тільки датчики, а не готові пристрої. Оскільки готові пристрої є частиною вимірювальної системи.
2 РОЗРОБКА СТРУКТУРИ СИСТЕМИ І ОПИС ПОСТАВЛЕНОГО ЗАВДАННЯ
2.1 Опис поставленого завдання.
Метою роботи є розробка інформаційно-упраляющого комплексу для вивчення упруго-диформаційних властивостей гірських порід неправильної форми з використанням стандартного пресового устаткування.
Технічні дані і характеристики:
- Діапазон вімірювань, мм 0 .. 10;
- Максимальна нелінійність, мкм 2,5;
- Дозвіл, мкм 1;
- Основна похибка вімірювання, мкм ± 0,5
- Частота вімірів (встановлюється програмно), Гц 1 .. 3000
- Тип інтефейсу RS-232;
Умови експлуатації:
- Температура експлуатації, ° C +5 .. +35;
- Відносна вологість Повітря, 298 ± 3К (25 ± 3 ° С),% не більше 65 + -15
- Атмосферне лещата, кПа (мм.рт.ст.) 87.8 до 119,7
(Від 660 до 900)
- Частота жівільної Мережі, 50 ± 0,5 Гц, В, від 187 до 242
- Напруг живиться Мережі змінного Струму, В, при частоті:
50 Гц 220 ± 20%
- Атмосферне Тиск до 60 кПа
Область застосування.
Дослідження в області руйнування зразків (гірна І будівельна промісловість)
2.2 Структурна схема та принципи роботи системи.
Для створення інфолрмаціонно-керуючого комплексу з використанням страндартних пресів запропонована наступна структурна схема яка представляла на рисунку 7.
Рисунок 7 - Вимірювально-інформаційний комплекс управління пресом і збору інформації
Інформаційно-керуючий комплекс має 2 системи:
- систему цифрового керування пресом (тиск, швидкість, навантаження), яка в даному дипломному проекті не розглядається;
- інформаційно-вимірювальну.
Зразок вугілля або породи, правильної чи неправильної форми затискається між двома соосно-уставноленими кульовими іденторами. На нерухомій плиті встановлюються датчики лінійного переміщення, контролюючі зміни деформації зразка за трьома основними осях X, Y, Z і однією додатковою. Крім того існує канал, який контролює тиск (навантаження) при деформації зразка.
Датчиками контролю деформації з метою здешевлення загальної вартості системи зразків було запропоновано систему, яка складається з часового індикатора - рисунок 8 і абсолютного кутового енкодера переміщення AS5040, магніт якого закріплюється на стрілці спеціальної обоймі годинного індикатора рисунок 9.
Рисунок 8 - часовий індикатор
Характеристики:
• 360 ° абсолютний кругової магнітний енкодер;
• 10, 9, 8, 7-біт програмоване дозвіл;
• Програмування нульової позиції;
• Швидкодія - до 10000 об / хв;
• Інтерфейси: циф. SSI, A / B, ШІМ, UVW сигнали для безколекторного двигуна;
• Детектор помилки позиціонування магніту;
• Програмування "нульової" позиції;
• Функція "кнопки";
• Напруга живлення +3,3 В або +5 В;
• Температура експлуатації -40 ° C ... +125 ° C;
• Корпус TSSOP16.
Рисунок 9 - Абсолютний кутовий енкодер переміщення AS5040, магніт якого закріплюється на стрілці спеціальної обоймі годинного індикатора.
3 РОЗРОБКА МІКРОКОНТРОЛЕРНОГО БЛОКУ СИСТЕМИ
3.1 Структрная схема апаратного блоку системи.
Для виконання завдань поданих технічним завданням було прийнято рішення розробити блок управління і Збора інформації даних на основі мікроконртроллера, а саме - збір інформації з абсолютних енкодеров.
3.1.1 Критерії вибору мікроконтролера.
Основні критерії вибору мікроконтролера представлені нижче в порядку значимості:
- Придатність для прикладної системи. Чи може вона бути зроблена на однокристальним мікроконтролері або її можна реалізувати на основі будь-якої спеціалізованої мікросхеми?
- Чи має мікроконтроллер необхідне число контактів / портів введення / виведення, тому що у разі їх недостатності він не зможе виконати роботу, а в разі надлишку ціна буде занадто високою?
- Чи має він всі необхідні периферійні пристрої, такі як послідовні порти вводу / виводу, RAM, ROM, EEPROM.
- Чи має він інші периферійні пристрої, які не потрібні в системі?
- Чи забезпечує ядро процесора необхідну продуктивність, тобто обчислювальну потужність, що дозволяє обробляти системні запити протягом всього життя системи на обраному прикладному мовою.
Даним критеріям найкраще відповідає мікроконтроллер ATmega8 в корпусі DIP 28, для навісного монтажу. У порівнянні з аналогічними мікроконтролера, ATmega8 має найвищу тактову частоту в 16Мгц. Вартість менше ніж у аналогічних мікроконтролерів в керамічних корпусах і корпусах для поверхневого монтажу, дефіцитним не є. Фірма-виробник «Atmel» добре себе зарекомендувала на ринку, має хорошу репутацію, підтримку клієнтів і постійно оновлює асортимент.