Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С

Пак Дэниэл Дж.

7.3. Цифровой вольтметр 

7.3.1. Описание проекта 

Для этого проекта мы должны разработать цифровой вольтметр (ЦВ), способный измерять входной аналоговый сигнал в диапазоне от +10 до –10 В. Измеряемое напряжение, отображается на ЖК дисплее, число знакомест которого позволяет отображать числа от 0 до 100.

Диапазон входных измеряемых напряжений для модуля аналого-цифрового преобразования ATD МК 68HC12 составляет 0…5 В. Чтобы измерить входное напряжение в более широком диапазоне, необходим внешний интерфейс.

Поэтому мы преобразуем входной сигнал ±10 В в сигнал, лежащий в диапазоне от 0 до 5 В. 

7.3.2. Системы 68HC12 используемые в проекте 

Для реализации проекта мы должны будем использовать следующие модули в составе МК 68HC12, внешние устройства и программы управления:

• Модуль ATD в составе МК 68HC12;

• Символьный ЖК индикатор;

• Интерфейс преобразователя диапазона входного сигнала;

• Алгоритм преобразования измеряемого напряжения в ASCII код для отображения на ЖК индикаторе.

Прежде чем разрабатывать программное обеспечение, рассмотрим некоторые аппаратные решения.

7.3.3. Расчет интерфейса модуля ATD

В разделе 5.9 мы описали, как подключить аналоговое устройство ввода данных к МК 68HC12, использовав методику расчета интерфейса преобразователя. Мы можем применить этот материал для разработки устройства, изменяющего диапазон входного напряжения от исходного ±10 В до диапазона от 0 до 5 В, совместимого с подсистемой аналого-цифрового преобразования для 68HC12.

Структурная схема согласующего устройства приводится на рис. 7.13. Это устройство должно сформировать напряжение 5 В на входе АЦП микроконтроллера, когда на вход вольтметра подается 10 В, и 0 В на входе АЦП при напряжении в –10 В на входе вольтметра. Чтобы выполнить такое преобразование, входной сигнал должен быть умножен на масштабирующий коэффициент, и, кроме того, должно быть создано напряжение смещения. В нашей схеме операцию масштабирования выполняет блок K, и его выходной сигнал суммируется с сигналом смещения B.

Рис. 7.13. К расчету согласующего устройства

По рассмотренной ранее методике составим два уравнения с двумя неизвестными, чтобы описать работу интерфейса преобразователя нашего проекта:

V2_max = V2_min * K + B

V1_max = V1_min * K + B

Нетрудно установить, что V1_min = –10 В, а V2_min = + 10 В, в то время как V1_max = 0 В, и V2_max = 5 В. Подставим эти значения в нашу систему уравнений:

5 = 10 * K + В

0 = (–10) * K + В

В результате решения системы получим масштабный множитель K = 0.25, и напряжение смещения B = 2.5 В. Cоздадим схему на ОУ с коэффициентом передачи 0.25, и добавим напряжение смещения в 2.5 В.

При работе вольтметра после преобразования входного напряжения встроенным в МК АЦП, мы должны выполнить пересчет кода оцифровки, чтобы получить фактически измеренное входное напряжение

для вывода его на дисплей. Эта операция выполняется с помощью программного обеспечения.

7.3.4. Структура программы и блок-схема алгоритма

Мы приводили структуру программы и блок-схему алгоритма для каждого из рассматриваемых проектов. Для этого проекта мы оставляем разработку структуры и блок схемы читателю в качестве домашней работы (задание 17).

7.3.5. Программа управления

/********************************************************************/

/* Имя файла: voltmeter2.с */

/* Это программа для реализации простого вольтметра на базе АЦП, */

/* встроенного в МК HC12. Приведенный программный код выполняет */

/*одно преобразование и затем программа может вручную */

/* перезапускаться пользователем для измерения другого напряжения */

/********************************************************************/

#include <912b32.h>

#include <stdio.h>

void delay_100us(void);

void ADC_convert(void);

void delay_5ms(void);

void main(void) {

 asm(" .area vectors (abs)\n" /*код инициализации вектора reset B32 */

" .org 0xFFF8\n"

" .word 0x8000, 0x8000, 0x8000, 0x8000\n"

" .text");

 initialize_LCD; /*инициализация ЖК дисплея */

 ATDCTL2 = 0x80; /*подача питания на АЦП, разрешение прерываний */

 delay_5ms; /*ожидание входа АЦП в рабочий режим */

 ATDCTL3 = 0x00;

 ATDCTL4 = 0x01; /*8-разрядный результат, время выборки 2 АЦП */

/*clk, коэффициент деления 4 */

 ADC_convert; /*АЦП преобразование */

}

/********************************************************************/

/* void ADC_convert(void): функция, осуществляющая одно преообразо- */

/* вание и сохраняющая доступ пользователя к нему. Затем функция */

/* преобразует текущий результат в цифровое значение. Таким образом */

/* каждое отдельное число может быть выделено, преобразовано в ASCII*/

/* код и выведено на ЖКД */

void ADC_convert {

 unsigned int sumadr;