ФИЛИАЛ МОСКОВСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ АКАДЕМИИ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

В Г. УГЛИЧ
Кафедра «
ТОЧНЫЕ ПРРИБОРЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ

СИСТЕМЫ
»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

«Микропроцессорная измерительная техника»

на тему : «Проектирование системы сбора данных»

Студент Алещенко Д. А.	Шифр 96207
Вариант 1	преподаватель Канаев С.А.

Подпись студента	Подпись преподавателя
Дата 2.06.2000	Дата

 г. Углич 2000 г.


СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ	3
2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ	4
3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ. ОБОБЩЕННЫЙ АЛГОРИТМ РАБОТЫ	5
4. РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 4.1 Выбор микропроцессорного комплекта 4.1.1 Аппаратное сопряжение ПК и микроконтроллера             4.1.2 Выбор кварцевого резонатора             4.1.3 Выбор с корости приема/передачи по RS-232             4 .1.4 Разработка формата принимаемых и передаваемых данных по RS-232 4 .2 Выбор буфера RS-232 ………………………………………………………………. 4.3 Выбор АЦП.        4.3.1 Расчет погрешности вносимой АЦП. 4.4 Выбор сторожевого таймера. 4.5 Выбор интегральной микросхемы операционного усилителя        4.5.1 Расчет погрешностей от нормирующего усилителя 4.6 Выбор и расчет внешних элементов гальванической развязки	7 7 7 8 8 9 9 10 11 12 12 14 16
5 . АПРОКСИМАЦИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНОГО ДАТЧИКА 5.1 Оценка погрешности от аппроксимации	18 19
6 . ВЫБОР ФОРМАТА ДАННЫХ 6.1 Оценка погрешности от перевода коэффициентов	20 20
7. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ	21
8. РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОШНОСТИ ОСНОВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ СХЕМЫ	22
ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1 Приложение 2 Приложение 3 Приложение 4 Приложение 5	23 24 25 26 27
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ	34

1. ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время проектированию измерительных систем уделяется много времени. Делается большой акцент на применение в этих системах электронно-цифровых приборов. Высокая скорость измерения параметров, удобная форма представления информации, гибкий интерфейс, сравнительно небольшая погрешность измерения по сравнению с механическими и электромеханическими средствами измерения все эти и многие другие преимущества делаю данную систему перспективной в развитии и в дальнейшем использовании во многих отраслях производства.

Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно-технического прогресса.

Использование микроконтроллеров в изделиях не только приводит к повышению технико-экономических показателей (надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров), но и позволяет сократить время разработки изделий и делает их модифицируемыми, адаптивными, а также позволяет уменьшить их стоимость. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение высоких показателей эффективности при низкой стоимости.

Системы сбора данных в наши дни сделали большой шаг в вперед и в плотную приблизились к использованию совершенных электронных технологий. Сейчас, многие системы сбора данных состоящие из аналогового коммутатора, усилителя выборки-хранения, АЦП, стали размещать на одной интегральной микросхеме, что сравнительно повлияло на скорость обработки данных, удобство в использовании, и конечно же на их стоимость.




2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Требуется спроектировать систему сбора данных предназначенную для сбора и первичной обработки информации поступающей с четырех датчиков давления и датчика контроля за давлением.

Основные характеристики:

Количество каналов подключения датчиков давления	4
Количество линейных датчиков статическая характеристика диапазон измеряемого давления собственная погрешность измерения	3 U(p)=a0p+b  a0=0.1428 b=-0.71 5..50 КПа 0.1%
Количество нелинейных датчиков статическая характеристика диапазон измеряемого давления собственная погрешность измерения	1 U(p)=a0p+a1p2+a2p3+b a0=0.998, a1=0.003 a2=-0.001 b=-2.5 0.01..5 Мпа 0.1%
Максимальная погрешность одного канала не более	0.5%
Количество развязанных оптоизолированных входов для подключения датчика контроля за давлением Активный уровень Выходное напряжение логического нуля Выходное напряжение логической единицы Максимальный выходной ток логического нуля мА логической единицы мА	1 1 уровень ТТЛШ уровень ТТЛШ 2.5 1.2
Режим измерения давления	Статический
Базовая микро-ЭВМ	89С51 фирмы Atmel

3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ. ОБОБЩЕННЫЙ АЛГОРИТМ РАБОТЫ


Структурная схема системы сбора данных представлена на рис.1

Обобщенная структурная схема системы сбора данных.



ДД1,ДД2,ДД3 – линейные датчики давления,

ДД4- нелинейный датчик давления,

ДКД1, ДКД2 – датчики контроля за давлением

AD7890 – АЦП, УВХ, ИОН, аналоговый коммутатор,

98С51 – микро-ЭВМ,

WDT –сторожевой таймер.

Рисунок 1.

Датчики давления преобразовывают измеренное давление в электрический сигнал.

Нормирующие усилители преобразовывают выходное напряжение с датчиков давления к входному напряжению АЦП.

AD7890 (далее АЦП) служит для того чтобы, переключать требуемый канал коммутатора, преобразовать аналоговую величину напряжения в соответствующий ей двоичный цифровой код.

Однокристальная микро-ЭВМ предназначена для того чтобы:

·        производить расчет - Р(код) по известной статической характеристике датчика давления;

·        передавать рассчитанное давление по последовательному интерфейсу RS-232 в ПК.

Буфер последовательного интерфейса RS-232 введен в схему, для того чтобы преобразовывать логические уровни между ПК и микро-ЭВМ и микро-ЭВМ и ПК.

Т.К. работа системы производится в автономном режиме и она не предусмотрена для работы с оператором, то в состав системы дополнительно вводится интегральная микросхема сторожевого таймера, предназначенная для вывода микро-ЭВМ из состояния зависания и ее сбросе при включении питания.

Временная диаграмма работы сторожевого таймера представлена на листе 2 графической части.

Блок схема обобщенного алгоритма работы представлена в приложении 4.

При включении питания микро-ЭВМ 89С51 реализует подпрограмму инициализации (1. инициализация УАПП, 2. установка приоритета прерываний, 7. разрешение прерываний). По запросу от ПК «Считать измеренное давление с датчика N» (где N – номер датчика давления), МП последовательно выдает с линии 1 порта 1(Р1.1), байт данных (в котором 1-ый, 2-ой и 3-ий биты указывают на выбор канала мультиплексора) на вход АЦП — DATA IN. Прием каждого бита этого байта происходит по фронту импульсов сигнала поступающего на вход SCLK от МП с линии 2 порта 1 (Р 1.2). Передача этого байта стробируется сигналом (низкий уровень), поступающего на вход  от МП с линии 4 порта 1 (см. графическую часть лист 2) Приняв байт информации АЦП производит переключение требуемого канала. После этого МП выдает отрицательный импульс на вывод с линии 7 порта 1 и по положительному переходу этого импульса начинается процесс преобразования напряжение в двоичный код, которое поступает от датчика давления – N. По истечении 5.9 mс (время преобразования ) АЦП готов к последовательной передачи полученного 12-ти разрядного двоичного кода. Процесс передачи данных от АЦП к МП производится при стробировании сигнала (низкий уровень), поступающего с линии 5 порта 1 на вывод (см. графическую часть лист 2). Формат посылки состоит из 15-ти бит (первые три бита несут за собой номер включенного текущего канала, а остальные 12 бит двоичный код ). Приняв двоичный код, МП путем математических вычислений(см. п.5) находит зависимость Р(код) и посылает в ПК по последовательному интерфейсу RS-232 полученное значение давления P. На этом цикл работы системы заканчивается.


4. РАЗРАБОТКА И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

4.1 Выбор микропроцессорного комплекта

В соответствии с заданием ядром системы послужила однокристальная микро-ЭВМ 89С51 фирмы Atmel.

Основные характеристики однокристальной микро-ЭВМ 89С51:

• Совместима с однокристальной микро-ЭВМ серии MCS-51™

• 4Kb  ре-программируемой флешь памяти

–        допустимо: 1000 циклов Записи/Стирания

• Рабочий диапазон частоты синхронизации : от 0 Гц до 24 МГц

• 128 x 8-бит встроенного ОЗУ

• 32 программируемых I/O линии

• Два 16-разрядных таймер/счетчика

• Семь источников внешних прерываний

• Программируемый УАПП

• Возможность включения режима пониженного энергопотребления

4.1.1 Аппаратное сопряжение ПК и микроконтроллера


Для решения задачи сопряжения ПК и микроконтроллера было решено использовать интерфейс RS-232C.

Последовательный порт используется в качестве универсального асинхронного приемопередатчика (УАПП) с фиксированной или переменной скоростью последовательного обмена информацией и возможностью дуплексного включения.

Последовательный интерфейс микроконтроллера МК-51 может работать в следующих четырех режимах:

·         Режим 0.                    Информация передается и принимается через вход RxD приемника (вывод P3.0). Через выход передатчика TxD (вывод P3.1) выдаются импульсы синхронизации, стробирующие каждый передаваемый или принимаемый бит информации. Формат посылки – 8 бит. Частота приема и передачи – тактовая частота микроконтроллера.

·         Режим 1.                    Информация передается через выход передатчика TxD, а принимается через вход приемника RxD. Формат посылки – 10 бит: старт-бит (ноль), восемь бит данных, программируемый девятый бит и стоп-бит (единица). Частота приема и передачи задается таймером/счетчиком 1.

·         Режим 2.                    Информация передается через выход передатчика TxD, а принимается через вход приемника RxD. Формат посылки – 11 бит: старт-бит (ноль), восемь бит данных, программируемый девятый бит и 2 стоп-бита (единицы). Передаваемый девятый бит данных принимает значение бита ТВ8 из регистра специальных функций SCON. Бит ТВ8 в регистре  SCON может быть программно установлен в «0» или в «1», или в него, к примеру, можно поместить значение бита Р из регистра PSW для повышения достоверности принимаемой информации (контроль по паритету). При приеме девятый бит данных принятой посылки поступает в бит RB8 регистра SCON. Частота приема и передачи в режиме 2 задается программно и может быть равна тактовой частоте микроконтроллера деленной на 32 или на 64.

·         Режим 3.                    Режим 3 полностью идентичен режиму 2 за исключением частоты приема и передачи, которая в режиме 3 задается таймером/счетчиком 1.

Для реализации обмена информацией между ПК и микроконтроллером наиболее удобным является режим 2, т.к. для работы в этом режиме не требуется таймер/счетчик. Этот режим полностью удовлетворяет предъявленным требованиям.
            4.1.2 Выбор кварцевого резонатора

Для работы МП необходим кварцевый резонатор который подключается к выводам XTAL1 и  XTAL2 (см. графическую часть курсового проекта, лист 1)

Рабочая частота кварцевого резонатора непосредственно связана со скоростью работы УАПП, мы выбираем из п.1 f_рез=11.059 МГц

            4.1.3 Выбор с
корости приема/передачи по
RS-232

Скорость приема/передачи, т.е. частота работы универсального асинхронного приемопередатчика (УАПП) в режиме 2 зависит от значения управляющего бита SMOD в регистре специальных функций.

Частота передачи определяется выражением:

f=(2^SMOD/64)f_рез.

Иными словами, при SMOD=0 частота передачи равна (1/64)f_рез, а при SMOD=1 равна (1/32)f_рез.

Исходя из вышеизложенного, выберем частоту приема данных при SMOD=1. Если f_рез=11,059 МГц, тогда частота приема данных  будет 19,2 КБод.

Другие значения частот кварца могут быть выбраны из таблиц в п.1 и п.2.

4.1.4 Разработка формата принимаемых и передаваемых данных

по
RS-232

Формат принимаемых и передаваемых данных почти полностью описан режимом 2 работы последовательного интерфейса.

Формат должен состоять из 11 бит:

·         стартовый бит – ноль;

·         восемь бит данных;

·         девятый бит – контроль по паритету, для повышения достоверности принимаемой информации;

·         два стоповых бита – единицы.
4
.2
Выбор буфера
RS-232

Обмен данными между ПК и микроконтроллером будет производиться по последовательному интерфейсу RS-232. Т.к. стандартный уровень сигналов RS-232 - -12 В и +12 В, а стандартный уровень сигналов асинхронного интерфейса микроконтроллера 89С51 – +5 В необходимо обеспечить согласование уровней между RS-232 и 89С51. Преобразование напряжения будет производить цифровая интегральная микросхема ADM 202E. Выбор данной микросхемы был произведен исходя из ТЗ (техническое задание). Основные характеристики цифровой интегральной микросхемы ADM 202E приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Основные характеристики цифровой интегральной микросхемы ADM 202E

Параметр	Минимальный	Максимальный	Единица измерения
Напряжение питания	4.5	5.5	В
Нижний входной лог. порог		0.8	В
Высокий входной лог. порог	2.4		В
RS-232 приемник
Входное допустимое напр.	-30	+30	В
Входной нижний парог	0.4		В
Входной высокий парог		2.4	В
		Продолжение таблицы 3
RS-232 передатчик
Выходной размах напр.	-+5		В
Сопр. Выхода передатчика	300		Ом
Температурный диапазон	-40	+85	°C

Функциональная блок-схема интегральной микросхемы ADM 202E представлена на рис.2

Функциональная блок-схема интегральной микросхемы ADM 202E



Рисунок. 2

4.3 Выбор АЦП.

В качестве аналого-цифрового преобразователя послужила интегральная микросхема фирмы Analog Devices – AD7890-2. Выбор данной микросхемы был произведен исходя из ТЗ

Основные характеристики:

• 12-разрядный АЦП, время преобразования 5.9 мкс

• Восемь входных аналоговых каналов

• Входной диапазон :

от 0 В до +2.5 В

• Раздельный доступ к мультиплексору и к АЦП

• Встроенный источник опорного напряжения +2.5 В (возможно подключение внешнего.)

• Высокая скорость, «гибкость», последовательный интерфейс

• Низкая потребляемая мощность (50 мВт максимум)

• Режим пониженного энергопотребления  (75 мкВт).

Функциональная блок-схема интегральной микросхемы AD 7890-2 представлена на рис.3
Функциональная блок-схема интегральной микросхемы AD 7890-2



Рисунок 3

       4
.3.1 Расчет погрешности вносимой АЦП.

Аналого-цифровой преобразователь вносит следующие виды погрешностей:

·         нелинейности (погрешность нелинейности- это максимальное отклонение линеаризованной реальной характеристики преобразования от прямой линии, проходящей через крайние точки этой характеристики преобразования АЦП.);

·         дифференциальной нелинейности(погрешность дифференциальной  нелинейности-  это  отклонение фактической разности уровней (входного сигнала АЦП), соответствующим двум соседним переключениям кода, от идеального значения этой разности, равной 1 МЗР. Для идеального АЦП разница уровней между соседними переключениями кода в точности равна 1 МЗР.);

·         погрешность полной шкалы (погрешность полной шкалы- это отклонение уровня входного сигнала, соответствующего последнему переключению кода от идеального значения, после того как была откорректирована погрешность биполярного нуля.);

В табл. 4 приведены погрешности взятые из каталога, на интегральную микросхему AD7890 фирмы Analog Devices

Таблица 4

Основный погрешности интегральной микросхемы
AD7890

Вид погрешности	Значение	%
Интегральная нелинейность	±1 МЗР	0.0244
Дифференциальная нелинейность	±1 МЗР	0.0244
Полной шкалы	±2.5 МЗР	0.061
Общая ( D АЦП )		0,1098

4.4 Выбор сторожевого таймера.

Т.к. работа системы происходит в автономном режиме и не предусматривает работу оператора с ней, то для случая зависания микро-ЭВМ в схему системы сбора данных добавляется интегральная микросхема MAX690AMJA – сторожевой таймер. Выполняющая две основные функции: выведение МП из состояния зависания и сброс МП при включении питания.

Основные характеристики интегральной микросхемы МАХ690AMJA:

• Время сброса: 200 мС

• Рабочий диапазон напряжения питания: от 1 до 5.5 В

• Ток потребления: 200 мкА

• температурный диапазон эксплуатации: от –55 до +125 °C.
4.5 Выбор интегральной микросхемы операционного усилителя

Нормирующий усилитель выполнен на аналоговой микросхеме OP-27А (операционный усилитель), исполненной в восьми контактном DIP-корпусе. Основные хар-ки операционного усилителя OP-27A приведены в табл.5.
Таблица 5

Основные характеристики аналоговой микросхемы ОР-27А

Напряжение питания (UПИТ)В:	V+	V-
	22	-22
Напряжение смещения (UСМ)мкВ:	25 макс.
Ток смешения (IСМ)нА	±40 макс.
Ток сдвига (IСДВ)нА	35 макс.
Коэффициент озлобления синфазного сигнала (КООС)	501190 макс. (144 Дб)
Коэффициент усиления при разомкнутой обратной связи	1800000

В систему сбора данных входят три линейных и один нелинейный датчики давления. Выходной диапазон напряжения нелинейного датчика давления составляет -2.5..+2.5, в входной диапазон АЦП – 0..+2.5. Согласовать уровни напряжения выхода датчика давления и входа АЦП можно с помощью схемы представленной на рис. 4. Данная схема состоит из: операционного усилителя – DA1, повторителя напряжения – DA2, схемы смещения – R1 и R2, схемы защиты – VD1 и VD2.. Для того чтобы не нагружать источник опорного напряжения[1] в состав схемы нормирующего усилителя вводится повторитель напряжения. Данная схема вносит в ССД погрешность.
Нормирующий усилитель



R1,R2 – 4
0 КОм,

R3 – 2
0 КОм.

VD1, VD2 – схема защиты

Рисунок 4

       4
.
5.1
Расчет погрешностей нормирующего усилителя

Суммарная погрешность нормирующего усилителя складывается из погрешности напряжения смещения (D_Uсм), погрешности тока сдвига (D_Iсдв), погрешности обратного тока диодов (В схеме защиты используются диоды марки 1N914A с обратным током утечки I_{Д ОБР.}=25 нА. Рассмотрим худший случай, когда I_{Д ОБР.}== 2*I_{Д ОБР.}) (D_{Iд обр.}), погрешности КООС (D_КООС), погрешности разброса параметров сопротивлений от номинального значения (D_{R1 R2 MAX}).

Оценка погрешности от напряжения смещения (D_Uсм)

D_Uсм= Uсм*Ку

где Ку – коэффициент усиления (в нашем случае Ку=1)

D_Uсм=25 мкВ

D_Uсм%=

D_Uсм%=0.001 %

Оценка погрешности от обратного тока диодов (D_{Iд обр} )

U_+д= I_{Д ОБР.}*R2

U_+д=0.002

D_{Iд обр}= U_+д*Ку

D_{Iд обр}=2 мВ

D_{Iд обр%}=

D_{Iд обр%}=0.0016

Оценка погрешности от КООС (D_КООС)

,

где Кд – коэффициент усиления дифференциального сигнала (Кд=1);

       К_С – коэффициент усиления синфазного сигнала

К_С=1/501190

К_С=1.96*10^-6

D_КООС=U_{ВХ СИН MAX}*K_C,

где U_{ВХ СИН MAX} – синфазное максимальное входное напряжение (U_{ВХ СИН MAX}=2.5 В).

D_КООС=2.5*1.996*10^-6

D_КООС=7.7 мкВ

D_КООС%=

D_КООС%=0.0003

Оценка погрешности от тока сдвига (D_Iсдв)

U₊=I_СДВ*R2

где U₊ - см. рис.4

U₊= 0.7 мкВ

D_Iсдв= U₊*Ку

D_Iсдв=0.7 мкВ

D_Iсдв%=

D_Iсдв%=0.00004%

Оценка погрешности вносимой разбросам сопротивлений R1 и R2 от их номинального значения.

Для того чтобы уменьшить погрешность выбираем сопротивления с отклонениями от номинального значения ± 0.05%

R1_MIN= 39,996 Ом

R2_MAX=40,004 Ом

Ток протекаемый через R1 и R2 будет



И тогда общая погрешность нормирующего усилителя будет равна

D_НУ=((D_R1R1max+D_Iсдв+D_КООС+D_{Iд обр}+D_Uсм)/Ку)*100

DНУ=0.0277778 %

(1)

4.6 Выбор и расчет внешних элементов гальванической развязки

В качестве элементов гальванической развязки используется цифровая микросхема 249ЛП5 - оптоэлектронный переключатель на основе диодных оптопар выполненных в металлостеклянном корпусе. основные характеристики цифровой микросхемы 249ЛП5 приведены в табл. 5.

Таблица 5

Основные характеристики цифровой микросхемы 249ЛП5

Электрические параметры
Входное напряжение при IВХ=15 мА	не более 1.7 В
Выходное напряжение в состоянии логического нуля	0.4 В
Выходное напряжение в состоянии логической единицы	2.4
Предельные эксплутационные данные
Входной постоянный ток	12 мА
Входной импульсный ток	15 мА
Напряжение питания	5(±0.5) В
Диапазон рабочих температур	-60…+85 °С

Принципиальная схема подключения элемента гальванической развязки в соответствии с ТЗ приведена на рис. 5
Схема включения элемента гальванической развязки


VT1- КТ3102Г(h_21Э=100),

R2, VT1 –схема усиления входного тока,

Рисунок 5

Выходной ток ДКД усиливается с помощью транзистора VT1 т.к. максимальный выходной ток датчика контроля за давлением меньше, чем входной ток элемента гальвано развязки.

Значения сопротивления R1 можно рассчитать по следующей формуле



при I_Д=5 мА, а значение сопротивления R2 будет равно



где U_{БЭ VT1} – напряжение насыщения на переходе база - эмиттер транзистора VT1;U_{ВХ_МIN} – минимальное входное напряжение (2.4 В - уровень ТТЛШ);

       I_Б – ток протекающий через базу VT1



где I_К – ток протекающий через коллектор VT1 (I_К= I_Д)




5
. АПРОКСИМАЦИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНОГО ДАТЧИКА

Уравнение аппроксимированного участка статической характеристики нелинейного датчика выглядит следующим образом:

U (p) = a*p + b,

(2)

где a и b – коэффициенты, представленные в форме чисел с фиксированной точкой.

С АЦП приходит 12-ти разрядный код в диапазоне 0..4095,что соответствует диапазону входных напряжений  0 ...+2.5 В.

Разрешающую способность по напряжению можно рассчитать как:

U = код*МЗР(Младший Значащий Разряд)

(3)

где МЗР = 

            где       U_{ВХ MAX} – максимальное входное напряжение подаваемое на вход АЦП;

                        U_{ВХ MIN} – минимальное входное напряжение подаваемое на вход




Выразив p из (2) и приняв во внимание (3), формула нахождения давления от напряжения примет следующий вид:

(3)

Для уменьшения погрешности аппроксимации статическая характеристика нелинейного датчика давления делится на 4 равных отрезка и находятся коэффициенты a и b (см. табл.6) для уравнения вида p(код)=a*код+b описывающего каждый из этих отрезков.
Таблица 6

Таблица переведенных коэффициентов

№ участка	a10	b10	a16	b16
1	0.001203	0.010377	0.004edf	0.02a8
2	0.001206	0.007413	0.004f03	0.01e5
3	0.001219	-0.02094	0.004fe5	0.055c
4	0.001245	-0.101148	0.005197	0.19e4

Аппроксимация статической характеристики нелинейного датчика давления  была произведена с помощью программы MATHCAD 8.0 (см п.5)
5.1 Оценка погрешности аппроксимации

Оценка этой погрешности была произведена на программе MATHCAD 8.0 (см п.4), и она составляет D_АПР=0.093 %




6
. ВЫБОР ФОРМАТА ДАННЫХ


В курсовом проекте выбран формат чисел с фиксированной точкой.

Для коэффициентов a выделяется три байта под дробную часть и один байт под целую часть, а для b два байта под дробную часть и один байт под целую часть Для кода достаточно двух байт, а для результата три байта под целую и два байта под дробную части соответственно.

6.1 Оценка погрешности от перевода коэффициентов


В соответствии с выбранным форматом данных данную погрешность можно найти так:

D_{пер.коэф}=Dk*код+Db=2^-24*4096-2^-16

Dпер.коэф = 0.044 %

(4)

7. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТЕЙ

При расчетах в курсовой работе мы оценили погрешности возникающие от АЦП, аппроксимации, нормирующего усилителя и других. Суммарная погрешность всей ССД равняется сумме найденных погрешностей, то есть:

D_СУМ=D_АЦП+D_НУ+D_АПР+D_{пер.коэф}

где D_АЦП – погрешность вносимая от АЦП (см табл.4);

D_НУ - погрешность от нормирующего усилителя (см. ф.(1));

D_АПР - погрешность от аппроксимации(см.п.4);

D_{пер.коэф} - погрешность от перевода коэффициентов (см. 4)

D_СУМ=0,1098+??+0.093+0.044


8. РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОШНОСТИ ОСНОВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ СХЕМЫ

Примерную потребляемую мощность можно найти по формуле



где Р_МП – мощность потребляемая МП(Р_МП=0,1 Вт);

       Р_АЦП - мощность потребляемая АЦП(Р_АЦП=0.0050 Вт);

       Р_WDT - мощность потребляемая сторожевым таймером (Р_WDT=0.001);

       P_БУФ - мощность потребляемая буфером порта RS-232 (P_БУФ=0.01);

       P_ОУ - мощность потребляемая операционным усилителем (P_ОУ=0.09);






ПРИЛОЖЕНИЯ

Подпрограмма инициализации

                                    MOV SCON,#10010000b ; устанавливается второй режим УАПП

                                    SETB 87h,1 ;SMOD=1

                                    MOV IP,#00010000b ;высокий уровень приоритета прерывания у приема передатчика

                                    MOV IE,#10010000b ; разрешаем прерывания
Подпрограмма записи 12-ти бит в управляющий регистр AD7890
SETB P1.2 ;Устанавливаем линию SCLK

SETB P1.4; Устанавливаем линию TFS

MOV R1,0Ch ; организовываем счетчик переданных бит (12)

MOV A,R0 ; загружаем а аккумулятор передаваемые биты

MET0:  RRC A ; проталкиваем во флаг С передаваемый бит

MOV P1.1,C ; выставляем передаваемый бит на Р1.1

ACALL DELAY ;ожидаем

CPL P1.2 ;инверсия Р1.2

ACALL DELAY ;ожидаем

CPL P1.2 ; инверсия Р1.2

DJNZ R2,MET0

CPL P1.4
Подпрограмма

задержки на 0.00
6
сек.

DELAY:           MOV R0,C8h

MET1:              NOP

                                    DJNZ R0,MET1

                                    RET

Подпрограмма

задержки на
0.6
сек.

DELAY2:         MOV R0,Ah

`                       MOV R1,Ah

MET1:  NOP

MET2:  NOP

                        DJNZ R1,MET2

                        DJNZ R0,MET1

                        RET
Подпрограмма

работы с
WDT
ACALL DELAY2 ;ожидаем

                        CPL P1.6

ACALL DELAY2 ;ожидаем

                        CPL P1.6
Подпрограмма чтения 15-ти бит с линии DATA OUT AD7890
SETB P1.2 ;Устанавливаем линию SCLK

SETB P1.3; Устанавливаем линию RFS

MOV R2,08h ; организовываем счетчик принятых бит в аккумулятор (если R2=0 – аккумулятор полный

ACALL DELAY ;ожидаем

CPL P1.2 ;инверсия Р1.2

ACALL DELAY ;ожидаем

CPL P1.2 ;инверсия Р1.2

MET0:  MOV C,P1.0 ; принимаем бит на Р1.0 и отправляем его во флаг

RLC A ; достаем из флага С принятый бит

DEC R2

JZ MET2 ; если байт принят R2=0

MOV R3,A ; тогда занесем из А в R3 принятый байт

CLR A ;         и обнулим аккумулятор, если не принят то -

MET2:  ACALL DELAY ;ожидаем

CPL P1.2 ; инверсия Р1.2

ACALL DELAY ;ожидаем

DJNZ R2,MET0

MOV R2,07h ;приняли первые восемь бит, теперь приймем еще семь

CPL P1.2 ;инверсия Р1.2

MET3: MOV C,P1.0 ; принимаем бит на Р1.0 и отправляем его во флаг

RLC A ; достаем из флага С принятый бит

DEC R2

JZ MET4

MOV R4,A

CLR A

MET4:  ACALL DELAY ;ожидаем

CPL P1.2 ; инверсия Р1.2

ACALL DELAY ;ожидаем

DJNZ R2,MET3 ;ну вот, и  все готово младшая часть посылки находится (8 бит) в R3, а старшая (7 бит) в R4

CPL P1.4

                        ;
Подпрограмма выбора коэффициентов нелинейного датчика

    MOV DPL,00h

                MOV DPH,04h

                MOV A,#00001100b

                ANL A,R0

                RL A

                RL A

                CLR 0D4H

                CLR 0D3H

                MOV R0,#0AH

                MOV R1,#04H

M1:             MOV A,#06H

                MOVC A,@A+DPTR

                MOV @R0,A

                INC R6

                INC R0

                DJNZ R1,M1

                END

;
Подпрограмма умножения двух байт (регистры R0, R1 - 1-ый банк) на три (регистры
;
R2, R3, R4 - 1-ый банк ), результат помещается в R3, R4, R5, R6, R7 - 0-ой
;
банк.

                        MOV R4,#0h

                        MOV R5,#0h

                        MOV R6,#0h

                        MOV R7,#0h

                        MOV R3,#0h

                        MOV R0,#10h

me1:                 SETB 0D3h

                        CLR 0D4h

                        MOV A,R0

                        RRC A

                        MOV R0,A

                        MOV A,R1

                        RRC A

                        MOV R1,A

                        JNC me2

                        MOV A,R4

                        ADD A,5h

                        MOV 5h,A

                        MOV A,R3

                        ADDC A,4h

                        MOV 4h,A

                        MOV A,R2

                        ADDC A,3h

                        MOV 3h,A

me2:                 CLR 0D4h

                        CLR 0D3h

                        MOV A,R4

                        RRC A

                        MOV R4,A

                        MOV A,R5

                        RRC A

                        MOV R5,A

                        MOV A,R6

                        RRC A

                        MOV R6,A

                        MOV A,R7

                        RRC A

                        MOV R7,A

                        DJNZ r0,MET1

;
Подпрограмма сложения пяти байт(R3, R4, R5, R6, R7 - 0-ой банк.

;
) с двумя (R
2(0Dh)
,R
3(0Eh)
-
0
-ый банк), результат помещается в R3
(13h)
,
;
R4
(14h)
, R5
(15h)
, R6
(16h)
, R7
(17h)
- 2-ой банк.

            CLR 0D3H ;

            CLR 0D4H  ;

            MOV A,R5

            ADD A,R3

            MOV 12H,A

            MOV A,R4

            ADDC A,R2

            MOV 11H,A

            JNC M1

            MOV A,#01

            ADD A,11H

            MOV 11H,A

            JNC M1

            MOV A,#01H

            ADD A,10H

            MOV 10H,A

            MOV 14h,0Ch

            MOV 13h,0Bh

M1:      CLR 0D3H

            SETB 0D4H

            END

Подпрограмма передачи пяти байт находящихся в
R3 R4 R5 R6 R7.

;Выбор второго банка

            SETB 0D4h

            CLR 0D3h

;Передача первого байта данных

            MOV     A,R7

            MOV     C,P    ;Р - бит четности аккумулятора

            MOV     TB8,C

            MOV     SBUF,A

            MOV     IE,#10010000b  ;Выставляется приоритет прерываний

            NOP

            NOP

            NOP

;Передача 2 байта данных

            MOV     A,R6

            MOV     C,P

            MOV     TB8,C

            MOV     SBUF,A

            MOV     IE,#10010000b

            NOP

            NOP

            NOP

;Передача 3 байта данных

            MOV     A,R5

            MOV     C,P

            MOV     TB8,C

            MOV     SBUF,A

            MOV     IE,#10010000b

            NOP

            NOP

            NOP

;Передача 4 байта данных

            MOV     A,R4

            MOV     C,P

            MOV     TB8,C

            MOV     SBUF,A

            MOV     IE,#10010000b

            NOP

            NOP

            NOP

;Передача 5 байта данных

            MOV     A,R3

            MOV     C,P

            MOV     TB8,C

            MOV     SBUF,A

            MOV     IE,#10010000b

            END
                                                                                                                                                                                                                                                                                                
8.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Каталог по интегральным микросхемам фирмы ANALOG DEVICES за 1996 год.

---