Разработка универсальной микропроцессорной системы сбора сигналов с заданными параметрами - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника дипломная работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Разработка универсальной микропроцессорной системы сбора сигналов с заданными параметрами

Процесс производства стали, способы детектирования шлака. Обзор периферийных устройств контроллера, определение режимов их работы. Разработка программного обеспечения для модуля, позволяющего применять данную плату для любой системы детектирования шлака.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА»
Разработка универсальной микропроцессорной системы сбора сигналов с заданными параметрами
Тема: Разработка универсальной микропроцессорной системы сбора сигналов с заданными параметрами
1) результаты прохождения преддипломной практики;
2) техническое задание на разработку универсальной микропроцессорной системы сбора данных;
3) структурные схемы известных систем детектирования шлака в струе металла;
4) техническая документация на контроллеры STM32F2xx;
Перечень вопросов, подлежащих разработке в дипломном проекте:
1) анализ функциональных возможностей платы TE-STM32F207;
2) разработка программного обеспечения для настройки периферии контроллера STM32F207;
3) применение известного TCP стека для реализации технического задания.
1) элементы системы детектирования шлака на конвертере;
2) элементы системы детектирования шлака на МНЛЗ;
3) вид чувствительного элемента вибрационной системы детектирования шлака;
4) внешний вид модуля TE-STM32F207;
5) архитектура микроконтроллера STM32F207;
6) характеристики модуля TE-STM32F207;
7) алгоритм работы микроконтроллера;
8) листинг программы настройки выводов общего назначения;
9) листинг программы настройки АЦП;
10) листинг программы настройки ПДП;
11) листинг программы настройки таймера.
Данн ый дипломный проект, темой которого является разработка универсальной микропроцессорной системы сбора сигналов, включает в себя страницы. В проекте приведено рисунков и таблиц, слайдов. При разработке было использовано литературных источников.
Микроконтроллер, вывод общего назначения, состояния сигналов, аналогово-цифровой преобразователь, прямой доступ к памяти, таймер, UDP, прерывание, Ethernet.
Целью проекта является разработка универсальной микропроцессорной системы сбора сигналов со следующими характеристиками: 8 каналов, частота опроса 10 кГц, Ethernet интерфейс, микроконтроллер STM32F207.
В первой главе рассмотрен в общем виде процесс производства стали, описаны известные способы детектирования шлака, выполнен анализ поставленной задачи, определена возможность её реализации и перечень работ, необходимых для её выполнения.
Во второй главе рассмотрены характеристики периферийных устройств контроллера и определены режимы их работы, необходимые для выполнения технического задания. Разработано программное обеспечение для модуля TE-STM32F207, основанном на микроконтроллере STM32F207VGT6, позволяющее применять данную плату для любой системы детектирования шлака, описанной в данной работе.
В третье главе рассмотрены нормы безопасности необходимые к соблюдению при проектировании и реализации данного проекта.
В четвертой главе был произведен анализ технико-экономических показателей и обоснование экономической целесообразности принятых в проекте решений.
1. Оценка существующих методов автоматического определения проникновения шлака в струю металла, для определения параметров системы.
2. Оценка микроконтроллера, предоставленного для реализации данной системы.
3. Разработка алгоритма, обеспечивающего работу микропроцессора в соответствии с определенными параметрами.
4. Написание программного обеспечения по составленному алгоритму.
5. Подготовка краткого руководства по эксплуатации и настройке конечного устройства.
Роль шлаков в процессе производства стали исключительно велика. Шлаковый режим, определяемый количеством и составами шлака, оказывает большое влияние на качество готовой стали, стойкость футеровки и производительность сталеплавильного агрегата. Шлак образуется в результате окисления составляющих части шихты, из оксидов футеровки печи, флюсов и руды. По свойствам шлакообразующие компоненты можно разделить на кислотные (SiO2; P2O5; TiO2; и др.), основные (CaO; MgO; FeO; MnO и др.) и амфотерные (Al2O3; Fe2O3; Cr2O3; и др.) оксиды. Важнейшими компонентами шлака, оказывающими основное влияние на его свойства, являются оксиды SiO2 и CaO.
Шлак выполняет несколько важных функций в процессе выплавки стали:
1. Связывает все оксиды (кроме СО), образующиеся в процессе окисления примесей чугуна. Удаление таких примесей, как кремний, фосфор и сера, происходит только после их окисления и обязательного перехода в виде оксидов из металла в шлак. В связи с этим шлак должен быть надлежащим образом подготовлен для усвоения и удержания оксидов примесей;
2. Во многих сталеплавильных процессах служит передатчиком кислорода из печной атмосферы к жидкому металлу;
3. В мартеновских и дуговых сталеплавильных печах через шлак происходит передача тепла металлу;
4. Защищает металл от насыщения газами, содержащимися в атмосфере печи.
Изменяя состав шлака, можно отчищать металл от таких вредных примесей, как фосфор и сера, а также регулировать по ходу плавки содержание в металле марганца, хрома и некоторых других элементов.
Для того, чтобы шлак мог успешно выполнять свои функции, он должен в различные периоды сталеплавильного процесса иметь определенный химический состав и необходимую текучесть (величина обратная вязкости). Эти условия достигаются использованием в качестве шихтовых материалов плавки расчетных количеств шлакообразующих -- известняка, извести, плавикового шпата, боксита и других.
Одной из проблем на пути повышения качества производимого продукта, является проблема обнаружения шлака в струе металла, переливаемого из одной емкости в другую (из конвертора или печь-ковша в сталь-ковш, из сталь-ковша в промковш, из промковша в кристаллизатор).
В качестве примера, можно привести влияние шлака, попадающего из конвертера в сталь ковш на основные показатели качества процесса:
· Толстый слой шлака на поверхности металла вызывает образование твердой корки, которая мешает проведению дополнительных операций по обработке (разогреву) металла в сталь-ковше;
· Высокий уровень FeO и MnO в шлаке приводит к высокому общему содержанию кислорода в стали. Неустойчивые оксиды в шлаке реагируют с алюминиевыми и другими добавками, что приводит к обеднению сплава
· Большое количество алюминия, требующееся из-за наличия оксидов, приводит к образованию включений оксида алюминия (Al2O3), которые засоряют выходной канал и шиберный затвор сталь-ковша;
· Фосфор, находящийся в шлаке, попадает в сталь во время подготовки (разогрева) сталь-ковша и ухудшает свойства стали;
· Находящийся в шлаке оксид железа (FeO) реагирует с огнеупорными материалами и разрушает их.
Шлак, попадающий в промковш на МНЛЗ (машина непрерывного литья заготовок) влияет на показатели качества аналогично конвертерному. Исходя из этого, можно сказать, что уменьшение количества шлака, пропущенного через выпускное отверстие ковша, может существенно сократить издержки производства и улучшить качество металла.
В большинстве случаев обнаружение шлака в струе металла происходит визуально оператором, контролирующим процесс. Так, например, при переливе металла из конвертора в сталь-ковш оператор, управляющий сливом конвертера, наблюдает за струей металла и по изменению ее цвета, а также по изменению шума, создаваемого падающей струей, судит о проникновении шлака и поворачивает конвертер в исходное, вертикальное положение. Результат в данном случае сильно зависит от квалификации оператора, и зачастую условия процесса (марка шлака и др.) не позволяют точно определить момент проникновения шлака даже опытному оператору.
Существуют несколько методов автоматического определения проникновения шлака в струю металла. Наиболее широко применяются электромагнитный, вибрационный и инфракрасный метод.
Электромагнитный метод предполагает установку в зоне струи металла чувствительного элемента, состоящего из одной или нескольких обмоток. Обмотка возбуждения создает электромагнитное поле и при изменениях в струе металла, связанные с проникновением в нее шлака, происходят изменения параметров поля, которые фиксируются измерительной обмоткой. Основным недостатком данного метода является необходимость располагать чувствительный элемент в горячей зоне (особенно в конверторе), что накладывает на него специальные требования. В настоящее время эта проблема решена при использовании специальных жаропрочных материалов. По данным фирмы Amepa за последние 10 лет системы обнаружения шлака, построенные с применением электромагнитного метода, установлены на 58 конвертерах, 7 электропечах и 1758 сталь-ковшах.
Применение инфракрасного метода возможно лишь при открытом течении струи (как в конвертере). Чувствительная камера воспринимает излучение струи в инфракрасном волновом диапазоне и по изменению этого излучения можно судить о проникновении в струю шлака. Измерения по этому методу требовательны к чистоте воздушного пространства между камерой и струей металла, что довольно трудно обеспечить.
Электромагнитный способ детектирования шлака является наиболее эффективным и поэтому наиболее часто применяется.
Основные преимущества электромагнитного метода состоят в следующем:
· высокая точность и быстродействие измерений;
· независимость измерений от акустических и визуальных помех;
· работа, как при открытой, так и при закрытой разливочной трубой струе металла
ь измерение сигнала содержания шлака в струе металла;
ь выдача звукового сигнала при появлении в струе шлака;
ь измерение угла наклона конвертера при сливе металла;
ь автоматическая диагностика работы системы;
На рисунке 1 представлено расположение оборудования системы детектирования шлака на конвертере: 1 - датчик шлака (два чувствительных элемента), 2 - кросс-блок с датчиком угла наклона конвертера, 3 - устройство обработки сигналов, 4 - пульт оператора, 5 - станция технологического мониторинга.
Рисунок 1 - Структура системы детектирования шлака
На рисунке 1 показано размещение датчика шлака и электронного оборудования системы на конвертере. Чувствительные элементы датчика шлака, встроенные в футеровочные кирпичи располагаются в летке конвертера. Кабель соединения датчика шлака с электронным оборудованием прокладывается по опорному кольцу конвертера и выводится через цапфу. На выходном конце цапфы конвертера установлен кросс-блок со встроенным датчиком угла наклона конвертера. В помещении поста оператора конвертера расположено электронное оборудование и пульт оператора. В помещении автоматики располагается станция технологического мониторинга, которая предназначена для питания, настройки системы и записи технологических архивов.
На рисунке 2 представлена схема размещения двух чувствительных элементов в летке конвертера. 1 - чувствительные элементы, 2 - кольца выпускного канала, 3 - футеровочный материал, 4 - броня летки, 5 - дно летки.
Рисунок 2 - Схема размещения чувствительных элементов в летке конвертера
Датчик шлака состоит из двух одинаковых чувствительных элементов. На один из них подается переменное напряжение для создания электромагнитного поля в области струи металла. Струя металла влияет на величину и форму этого поля. При попадании в струю металла шлака, параметры электромагнитного поля меняются. Эти изменения фиксирует второй чувствительный элемент, сигнал которого усиливается, преобразуется в цифровую форму и обрабатывается в электронном блоке. В начале слива металла система автоматически производит калибровку сигнала по величине струи металла. Полученный после обработки и калибровки сигнал равен 0 % при отсутствии в струе шлака и равен 100 % в момент, когда в струе отсутствует сталь. При превышении сигнала установленного уровня «отсечки» на пульте оператора включается звуковая и визуальная сигнализация. Регулировкой уровня «отсечки» можно добиться срабатывания звукового сигнала при различном требуемом содержании шлака в струе металла.
Также существует разновидность электромагнитной системы детектирования, когда струя металла является непосредственно сердечником катушки.
Структура такой системы показана на рисунке 4: 1 - чувствительный элемент с термостойким кабелем, 2 - соединитель, 3 - технологический пульт, 4 - блок усиления сигналов, 5 - блок обработки сигналов и рабочая станция.
Рисунок 4 - Расположение элементов системы на машине непрерывного литья заготовок
Чувствительный элемент (ЧЭ) системы выполнен в виде кольца, устанавливаемого в блок шиберного затвора сталь-ковша или в днище корпуса сталь-ковша. ЧЭ создает электромагнитное поле и измеряет вторичное поле вихревых токов. При появлении в струе металла шлака вторичное электромагнитное поле изменяется. Изменение сигнала фиксируется измерительной системой. При превышении установленного порога включается звуковой сигнал и подается управляющий сигнал на закрытие затвора сталь-ковша.
1.5 Описание вибрационной системы детектирования шлака
Вибрационный метод основан на измерении вибраций, которые возникают при течении струи металла. Этот метод применяется при сливе металла из сталь-ковша в промковш. Чувствительный элемент устанавливается на манипулятор разливочного стакана, для определения вибраций сливаемого металла. И на опору для определения фоновых вибраций. Метал, при прохождении разливочного стакана создает вибрационную картину, отличную от шлака. После чего оператору подается сигнал для принятия решения об окончания слива.
На рисунке 5 изображен вид чувствительного элемента датчика шлака, устанавливаемого на манипулятор разливочного стакана.
Данный метод, как и электромагнитный, нуждается в системе сбора сигналов, удовлетворяющей определенным параметрам.
Количеств каналов для аналогового сигнала - 8. Так как нужно отслеживать возбуждение передающей катушки, возбуждение приемной катушки, угол поворота конвертера, положение затвора сталь-ковша для электромагнитного метода. Вибрацию на манипуляторе разливочного стакана, фоновую вибрацию, угол поворота конвертера, положение затвора сталь-ковша для вибрационного метода.
Частота опроса аналоговых каналов - 10 кГц, для получения качественной картины оцифрованного сигнала.
Возможность передачи данных через Ethernet по UDP протоколу со скоростью 10/100 мбит/с.
Возможность быстрой замены в случае выхода из строя, способность работать в условия производства, малая цена и габариты конечного устройства.
Микроконтроллеры STM32 выполнены на основе ядра Cortex, которое подключено к Flash памяти по отдельной шине инструкций. Шина данных и системная шина Cortex подключены к матрице высокоскоростных шин AHB. Внутреннее статическое ОЗУ подключено напрямую к матрице шин AHB, с которой также связан блок ПДП. Подключение встроенных УВВ распределено между двумя шинами APB. Каждая из шин связана с матрицей шин AHB посредством шинных преобразователей. Матрица шин AHB синхронизируется той же частотой, что и ядро Cortex. Однако, у шин AHB имеются отдельные предделители и, поэтому, в целях снижения энергопотребления их можно синхронизировать более низкими частотами. В качестве шинных мастеров могут выступать, как ЦПУ Cortex, так и блок ПДП. Благодаря свойственной матрице шин параллелизму, необходимость в арбитраже возникает только в случае попыток одновременного доступа обеих мастеров к статическому ОЗУ, шине APB1 или APB2. Тем не менее шинный арбитр гарантированно предоставляет 2/3 времени доступа для блока ПДП и 1/3 для ЦПУ Cortex.
УВВ общего назначения микроконтроллеров STM32 состоят из портов ввода-вывода (ПВВ) общего назначения, контроллера внешних прерываний, аналогово-цифровых преобразователей, таймеров общего назначения, расширенного таймера и часов реального времени с энергонезависимыми (за счет резервирования питания) регистрами и входом обнаружения вмешательства.
У микроконтроллера STM32 предусмотрено до 80 двунаправленных линий ввода-вывода. Все линии ввода-вывода разделены на 5 портов по 16 линий ввода-вывода в каждой.
Данные порты называются A…E и совместимы с напряжением 5В. Многие из внешних выводов могут выполнять альтернативную функцию линии ввода-вывода, например, модуля УСАПП или I2C. Кроме того, 16 входных линий встроенного блока внешних прерываний могут быть соединены с любыми из портов ввода-вывода.
В микроконтроллере STM32 два аналогово-цифровых преобразователя. АЦП питаются отдельным напряжением, которое в зависимости типа корпуса может находиться в пределах 2.4…3.6 В. Источник опорного напряжения АЦП соединен либо с напряжением питания АЦП, либо со специальными внешними выводами. АЦП характеризуется 12-битной разрешающей способностью и частотой преобразования 1МГц. У него имеется до 18 мультиплексированных каналов, 16 из которых можно использовать для измерения внешних сигналов. Оставшиеся два канала связаны со встроенным датчиком температуры и внутренним ИОН.
У микроконтроллера STM32 имеется четыре блока таймеров. Таймер 1 - расширенный таймер, остальные таймеры являются таймерами общего назначения. Все таймеры выполнены по общей архитектуре, а расширенный таймер отличается лишь добавлением специальных аппаратных блоков.
Все блоки таймеров выполнены на основе 16-битного перезагружаемого счетчика, который синхронизируется с выхода 16-битного предделителя. Перезагружаемое значение хранится в отдельном регистре. Счет может быть прямой, обратный или двунаправленный (сначала прямой до определенного значения, а затем обратный). Вход синхронизации счетчика можно связать с одним из восьми различных источников. В их число входят: специальный сигнал синхронизации, производный от сигнала главной системной синхронизации; выходной сигнал синхронизации одного из других таймеров или внешний сигнал синхронизации, связанный с выводами захвата/сравнения.
Помимо составляющего основу таймера счетчика, в каждый блок таймера также входит четырехканальный блок захвата/сравнения. Данный блок выполняет, как стандартные функции захвата и сравнения, так и ряд специальных функций. Каждый из таймеров может генерировать прерывания и поддерживает ПДП.
2.2 Описание алгоритма работы микроконтроллера
Рисунок 8 - Блок-схема алгоритма работы микроконтроллера
Рисунок 8 - Блок-схема алгоритма работы микроконтроллера
Для обеспечения требуемой частоты опроса аналоговых каналов в 10 кГц, соответствующим образом настраивается таймер. По переполнению счетчика таймера срабатывает прерывание, по которому запускается преобразование соответствующих каналов регулярной группы АЦП. Полученные значения последовательно записываются в буфер данных при помощи заранее сконфигурированного блока ПДП. После окончания преобразования регулярной группы срабатывает прерывание, по которому инкрементируется счетчик прерываний. По достижении счетчика прерываний значения 80 происходит его обнуление и формирование и отправка UDP пакета на соответствующий адрес.
Если порт настроен на ввод данных, возможны следующие режимы:
Также предусмотрена возможность подключения подтягивающего резистора.
Если порт настроен на вывод данных, то необходимо задать:
Максимальное быстродействие может иметь следующие значения: 2, 10, 50 MHz.
· двухтактный выход общего назначения;
· выход с открытым стоком общего назначения;
· двухтактный выход с альтернативной функцией;
· выход с альтернативной функцией с открытым стоком.
Два последних режима используются, когда вывод используется каким-то периферийным устройством (например, выход USARTа).
Выход общего назначения симметричен. Логическая единица и ноль на выходе могут дать примерно одинаковый ток. А выход с открытым стоком предполагает, что на нем может появиться только «земля», когда транзистор выходного каскада вывода будет открыт. А чтобы на выходе была единица, необходим подтягивающий резистор. Благодаря этому можно объединять несколько выходов в одну точку.
Функциональная схема выводов общего назначения представлена на рисунке 9.
Рисунок 9 - Функциональная схема вывода общего назначения
Если вывод порта сконфигурирован как выход общего назначения, используются транзисторы P-MOS и N-MOS. Если на выходе нужна единица -- открывается транзистор P-MOS, если нужен ноль - N-MOS.
Если порт сконфигурирован как выход с открытым стоком, верхний транзистор не используется.
На схеме показаны резисторы, позволяющие подтянуть вывод, сконфигурированный как вход, к плюсу питания или земле.
Важный элемент -- защитные диоды. Они защищают контроллер от перенапряжений на входе. Этот узел является обычным для микроконтроллеров, но для микроконтроллеров данной серии есть одна особенность. Дело в том, что для них напряжение питания составляет 3.3 вольта. Но большинство устройств питаются от 5 вольт. Если соединить выход такого устройства со входом контроллера, 5 вольт с выхода устройства через защитный диод попадут на питание контроллера. Чтобы исключить такую проблему предусмотрены выводы двух типов: обычные, на которые можно подавать уровень не более напряжения питания контроллера, и выводы толерантные (терпимые) к 5 вольтам. В документации эти выводы обозначены буквами FT.
· GPIOx_CRL, GPIOx_CRH - задают режимы работы каждого бита порта;
· GPIOx_IDR - регистр, позволяющий читать физическое состояние выводов порта x;
· GPIOx_ODR -- позволяет записать данные непосредственно в порт;
· GPIOx_BSRR -- для сброса и установки отдельных битов порта;
· GPIOx_BRR -- для сброса битов порта;
· GPIOx_LCKR -- для блокировки выбранной конфигурации
где х -- это имя порта (A,B,C,D,E,F или G).
Рассмотрим подробнее особенности каждого регистра.
GPIOx_CRL, GPIOx_CRH - 32-х разрядные регистры, задающие режим работы каждого вывода порта.
Структура регистра GPIOx_CRL представлена на рисунке 10.
Рисунок 10 - Структура регистра GPIOx_CRL
Структура регистра GPIOx_CRH представлена на рисунке 11.
Рисунок 11 - Структура регистра GPIOx_CRH
Для того, чтобы задать режим одного вывода, необходимо четыре разряда. Так как порт имеет 16 разрядов, для конфигурации порта необходимо 64 разряда. Регистры микроконтроллера имею разрядность равную 32, поэтому для всего порта необходимо два конфигурационных регистра - GPIOx_CRL и GPIOx_CRH.
Регистр GPIOx_CRL конфигурирует первую половину выводов порта (разряды 0…7).
Регистр GPIOx_CRH конфигурирует вторую половину выводов порта (разряды 8…15).
Для конфигурирования одного вывода порта необходимо 4 разряда.
Назначение этих разрядов следующее:
· биты 0,1 (MODE) определяют направление вывода и скорость обмена в режиме выхода;
· биты 2,3 (CNF) задают конфигурацию выходного каскада.
Разряды MODE могут иметь следующее значение:
· MODE [1,0]=00 -- вывод сконфигурирован как вход;
· MODE [1,0]=01 -- вывод сконфигурирован как выход, максимальная скорость переключения -- 10 MHz;
· MODE [1,0]=10 -- вывод сконфигурирован как выход, максимальная скорость переключения -- 2 MHz;
· MODE [1,0]=11 -- вывод сконфигурирован как выход, максимальная скорость переключения -- 50 MHz;
Если вывод сконфигурирован как вход, назначение разрядов CNF следующее:
· CNF[1,0]=01 -- цифровой вход в третьем состоянии;
· CNF[1,0]=10 -- цифровой вход с подтягивающим резистором ;
Если вывод сконфигурирован как выход, назначение разрядов CNF следующее:
· CNF[1,0]=00 -- двухтактный выход общего назначения;
· CNF[1,0]=01 -- выход общего назначения с открытым стоком;
· CNF[1,0]=10 -- двухтактный выход с альтернативной функцией;
· CNF[1,0]=11 -- выход с альтернативной функцией с открытым стоком
Он предназначен для чтения физического состояния порта. Этот регистр имеет 16 разрядов, каждый из которых соответствует выводу порта. Прочитав этот регистр, можем проанализировать состояние любого вывода порта.
Регистр GPIOx_ODR предназначен для непосредственной записи в порт. Он также 16-ти разрядный.
Следующий регистр - GPIOx_BSRR. Он предназначен для атомарного управления выходами. Его структура представлена на рисунке 12.
Рисунок 12 - Структура регистра GPIOx_BSRR
Как видно, этот регистр 32-х разрядный. Первые 16 разрядов используются для установки выходов порта, а старшие 16 разрядов -- для сброса, т.е. можно манипулировать отдельными разрядами порта.
Если записать «1» в разряд BS0, вывод №0 порта будет установлен. Если записать «1» в разряд BR0, вывод №0 порта будет сброшен. Приоритет имеет BSx.
Регистр GPIOx_BRR предназначен для работы с отдельными битами порта. Но он 16-ти разрядный, и предназначен только для сброса выводов порта. Регистр GPIOx_LCKR предназначен для блокировки выбранной конфигурации. Его структура представлена на рисунке 13.
Рисунок 13 - Структура регистра GPIOx_BSRR
Чтобы защитить настройку выбранного разряда порта, необходимо установить соответствующий бит LCK. Сразу после этого выполнить последовательную запись в разряд LCKK 1 -- 0 -- 1.
1. Подаем тактирование на порт А. Для этого устанавливанием бит IOPAEN регистра APB2ENR в «1».
RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;
2. Задаем режим работы соответствующих портов как аналоговый вход. Для этого устанавливаем биты MODEх[1:0] и CNFх[1:0] регистра CRL в «0».
· 12-ти разрядная разрешающая способность;
· 18 каналов, из которых 16 -- внешние;
· возможность задавать время преобразования индивидуально для каждого канала (8 дискретных значений);
· возможность задания одиночного или непрерывного преобразования;
· запуск преобразования от внешнего источника;
Структурная схема аналогово-цифрового преобразователя представлена на рисунке 14.
Analog MUX -- это селектор каналов. АЦП имеет 18 каналов (входов). 16 каналов - это выводы микроконтроллера, на которые подается измеряемый сигнал. Еще два канала задействованы под внутренние сигналы: один для подачи внутреннего образцового напряжения, второй для подключения датчика температуры, который расположен на кристалле.
Injected channels (инжектированные каналы) и Regular channels (регулярные каналы). Это две разновидности опроса каналов. Если нужно опрашивать несколько каналов, создается их список, и АЦП измеряет напряжение на каждом канале из этого списка последовательно друг за другом. К примеру, нужно измерять напряжение в такой последовательности: канал №2 - канал № 5 -- канал №1 - канал №1 - канал № 9. Эта последовательность записывается в специальный регистр, после чего запускается процесс преобразования. В результате все каналы будут последовательно опрошены.
Рисунок 14 - Функциональная схема аналогово-цифрового преобразователя
Не имеет значение порядок следования каналов, также один канал может опрашиваться несколько раз.
Количество измерений в группе регулярных каналов может достигать 16. Возможно непрерывное измерение выбранных каналов (по окончанию измерения автоматически запустится новый цикл).
Максимальное количество измерений в группе инжектированных каналов равно четырем. Если запустить измерение инжектированных каналов, то измерение регулярных каналов будет приостановлено. Затем будет выполнено измерение заданных инжектированных каналов и вновь восстановлено измерение каналов регулярной группы.
Например необходимо измерять постоянно напряжение на четырех выводах. Для этого нужно включить эти каналы в регулярную группу и запустить преобразование. АЦП последовательно их опросит, в нужный момент сгенерируется прерывание, данные сохраняются и обрабатываются. Однако если возникла необходимость измерить температуру кристалла , то чтобы не нарушать измерение в регулярном канале, запускаем инжектированный. На время работа регулярного канала автоматически будет приостановлена, а по окончанию измерения инжектированной группы автоматически восстановлена.
В нижней части схемы мы видим источники, которые могут запускать процесс преобразования отдельно для регулярной и инжектированной группы каналов. Это могут быть сигналы от таймеров, внешний сигнал или два специальных разряда управляющих регистров, установив которые можно программно запустить преобразование в регулярной или инжектированной группе.
Оконный компаратор (Analog watchdog) имеет в своем составе два регистра.
В один регистр заносится нижний уровень сигнала, во второй - верхний уровень. Также задается номер канала, к которому нужно подключить компаратор. Если измеряемое напряжение заданного канала выйдет за указанные границы, то будет установлен соответствующий флаг, и сгенерирован запрос на прерывание.
Оконный компаратор может быть весьма полезным.
Допустим, необходимо контролировать температуру контроллера чтобы он не перегрелся. Для этого периодически измеряем уровень сигнала от датчика температуры. Если он превысил какой-то порог, предпринимаем определенные действия - можно снизить тактовую частоту, или отключить некоторые устройства, или вообще уйти в спячку . Но для этого необходимо отвлекать процессор от выполнения основной программы для анализа температуры. А это время и лишний программный код.
Если использовать оконный компаратор, от этого можно избавиться.
Выполнить инициализацию компаратора - задать пороговые уровни, включить этот канал в список регулярных каналов и разрешить прерывание от него.
Если уровень выйдет за заданный предел, сработает компаратор, будет вызвана функция-обработчик в которой нужно принять решение что делать дальше. И не надо периодически анализировать уровень сигнала.
На схеме видно, что прерывание от АЦП могут генерировать три сигнала: конец преобразования регулярной группы, конец преобразования инжектированной группы и сигнал от оконного компаратора.
Сохранение результата преобразования
Для каждого из инжектированных каналов предусмотрен свой регистр данных, в котором сохраняется результат.
Для результатов преобразования регулярных каналов регистр один.
· Результат преобразования сохраняется в регистре ADC_DR
· Генерируется прерывание, если установлен разряд EOCIE
· Результат преобразования сохраняется в регистре ADC_DRJ1
· Генерируется прерывание, если установлен разряд JEOCIE
В этом режиме АЦП начинает следующее преобразование, как только закончится первое.
Этот режим стартует от внешнего источника или при установке разряда ADON регистра ADC_CR2, при этом разряд CONT регистра ADC_CR2 должен быть равен единице.
После каждого преобразования выполняется:
· Результат преобразования сохраняется в регистре ADC_DR
· Генерируется прерывание, если установлен разряд EOCIE
· Результат
Разработка универсальной микропроцессорной системы сбора сигналов с заданными параметрами дипломная работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Контрольная Работа По Теме Обособленные Члены Предложения
Курсовая Работа На Тему Оценка Рыночной Стоимости Объектов Интелектуальной Собственности
Реферат: Метод моделирования в химии
Отчет по практике по теме Схемы автоматического повторного включения
Упрощенные Процедуры Банкротства Курсовая
Реферат Мартос Федор Романович Биография
Отчет по практике по теме Потребительское кредитование в ОАО 'Альфа-Банк'
Курсовая Работа Требования
Дипломная Работа На Тему Использование Персональных Компьютеров На Уроках Изобразительного Искусства
Источник Информации В Реферате
Курсовая работа по теме Организація охорони праці на досліджуваному підприємстві
Конституционное Регулирование Прав И Свобод Человека Реферат
Реферат: Конспект лекций по микропроцессорной технике
Реферат: Южная Корея. Скачать бесплатно и без регистрации
Дипломная работа: Комплексный историко-правовой анализ адвокатуры в СССР в период действия положения об адвокатуре СССР 1939 года
Мой Город Шымкент Эссе
Курсовая работа по теме Экономико-статистический анализ внешней торговли Италии за 2007–2022 годы
Курсовая работа: Дисконтированная стоимость и оценка будущих доходов
Примеры Сочинения Описания Внешности Человека 7 Класс
Реферат: Албанская Православная Церковь
Становлення української інтелігенції - История и исторические личности реферат
Учет на предприятии - Бухгалтерский учет и аудит отчет по практике
Бухгалтерский учет и анализ расчетов по оплате труда - Бухгалтерский учет и аудит дипломная работа