Авиационные приборы и информационно-вычислительные комплексы

Адрес микросхемыDA1 может приниматьдва значения (без бита чтения / записи) в зависимости от состояния вывода 9 AD0:68H, если AD0 соединен с общим проводом;69H, если на AD0 подан потенциал лог. 1.В нашем случае вывод 9 AD0 соединен с общим проводом, используем первый вариант.Для индикации результатов измерения используем четырехразрядный семисегментный индикатор [5] с включением светодиодов по схеме «общий катод» X1.Рис. 12 - Четырехразрядный семисегментный индикатор FYQ-5642AXИндикация динамическая. Выбор активного разряда выполняется с помощью транзисторных ключей VT1 – VT4.Управление зажиганием сегментов производится непосредственно выводами микропроцессора, через токоограничительные резисторы R1 – R8.Величину сопротивления, необходимую для обеспечения заданного тока, определяем по формуле [6], где – падение напряжения эмиттер-коллектор открытого транзистора; – падение напряжения на открытом p-n переходе светодиода.Принимаем , подставляем найденные значения в исходное выражениеПринимаем ближайшее значение из стандартного ряда номиналов Е243.2 Алгоритм работывычислителя3.2.1 Главный циклПри подаче питания после окончания процесса сброса вычислитель стартует с адреса 0000Н и выполняет инициализацию управляющих регистров. Настраиваем порты ввода – вывода:PC0 – PC3 на вывод (управление ключами выбора активного разряда индикатора);PB0 – PB7 на вывод (управление зажиганием сегментов индикатора);PC4 – PC5 отдаем в распоряжение интерфейса SMBUS (I2C).Настраиваем таймер T0 (шестнадцать бит с перезагрузкой) на циклическую работу с переполнением раз в 10 мс. Разрешаем прерывание от таймера T0, разрешаем прерывания вообще.Далее необходимо по последовательному каналу настроить работу акселерометра (MPU), инициализировать его управляющие регистры.Из множества управляющих регистров MPU [7] нам понадобятся следующие (табл. 1).Таблица 1. Значения, заносимые в регистры MPU при инициализацииАдрес (НЕХ)Адрес (DEC)Наименование регистраСтатусЗаносимое значение1A26CONFIGR/W00000101b1C28ACCEL_CONFIGR/W00000000bЭтим действием мы разрешаем работу каналов акселерометра, выбираем диапазон измерения ускорения ±2g.Далее начинается главный цикл основной программы.Загружаем из MPY значения ускорений по осям Y и Z. Для этого по последовательной шине обращаемся к соответствующим регистрам MPU (табл. 2).Таблица 2. Регистры с результатами измерений MPUАдрес (НЕХ)Адрес (DEC)Наименование регистраСтатусСодержимое3D61ACCEL_YOUT_HRРазряды [15:8]3E62ACCEL_YOUT_LRРазряды [7:0]3F63ACCEL_ZOUT_HRРазряды [15:8]4064ACCEL_ZOUT_LRРазряды [7:0]Производим вычисление угла наклона платформы по расчетной формуле (11), выведенной на основании математической модели, представленной в подразделе 2.2 Пояснительной записки.(11), где:Далее, полученное в результате расчета значение необходимо разложить на разряды. Визуализация результатов измерения производится с помощью4-х разрядного семисегментного индикатора (табл. 3).Таблица 3. Распределение выводимой информации по разрядам индикатора.РазрядНаименованиецелочисленнойпеременнойВыводимая информацияПримечаниеDIG1DIG1_1Знак числа «-» или « »Крайний левыйDIG2DIG2_1Десятки градусовDIG3DIG3_1Единицы градусовDIG4DIG4_1Десятые доли градусаКрайний правыйРаспределение числа по разрядам производим согласно следующим выражениямДля расчетов используем промежуточную целочисленную переменную DIG. Умножаем вещественное число градусов на 10 и переводим в целочисленное, отбросив его дробную часть.Далее поразрядно:Для разряда DIG4 (десятые доли градуса)Для разряда DIG3 (единицы градусов)Для разряда DIG3 (единицы градусов)Однако, для вывода информации на 7-ми сегментный индикатор этого недостаточно. Для получения изображения цифр (рис. 13) необходимо перекодировать информацию согласно таблице 4 (функция A=ZG(B).Рис. 13 – Расположение сегментов 7-ми сегментного индикатораТаблица 4. Знакогенератор для 7-ми сегментного индикатора (соединение светодиодов с «общим катодом»)Символ(аргумент функции)СегментыЧисло (возвращаемое значение)gfedcba001111117FH1000011006H21011011BBH310011119FH41100110C6H51101101DDH61111101FDH7000011107H81111111FFH91101111DFH-100000080HПусто000000000HВводим четыре дополнительных целочисленных переменных и заполняем их значениями, полученными при перекодировке:Разряд десятые доли градусаРазряд единицы градусов перекодируем, добавляем свечение сегмента десятичной точкиРазряд десятки градусовДля разряда знака числа:Если , в иных случаях Делаем задержку 1с, возвращаемся в начало главного цикла.3.2.2 Подпрограмма обработки вектора прерывания по таймеру Т0При инициализации регистров процессора таймер Т0 был запрограммирован на циклической переполнение с периодом 10 мс с генерацией прерывания.На подпрограмму обработки вектора прерывания по таймеру 0 возложена функция динамической индикации.В целочисленной переменной К хранится номер активного разряда в текущий момент времени. Начальное значение переменной при старте К=3.Далее, каждый раз при входе в подпрограмму обработки прерывания, проверяем значение переменной К:Если К=3значение выводим в порт PB;открываем ключ VT1:;уменьшаем значение .Если К=2значение выводим в порт PB;открываем ключ VT2:;уменьшаем значение .Если К=1значение выводим в порт PB;открываем ключ VT3: ;уменьшаем значение .Если К=0значение выводим в порт PB;открываем ключ VT4: ;присваиваем значение .Выполнив последовательность действий, соответствующую значению К при входе в подпрограмму, завершаем выполнение подпрограммы, возвращаем управление в основную программу.ЗаключениеВ результате выполнения работы усвоены основы иполучены навыки проектирования электронных измерительных устройств с применением инновационных средств измерения физических величин.Решены следующие задачи:Произведен выбор первичного преобразователя: интегральный шестиосный гироскоп – акселерометр MPU-6050.Построена функциональная схема измерительного устройства с применением выбранного первичного преобразователя, вычислителя, дисплея на цифровых 7ми сегментных знакосинтезирующих индикаторах.Приведена математическая модель и составлены расчетные выражения для расчета угла наклона платформы.Разработана принципиальная схема устройства.Составлен алгоритм работы вычислителя.Список литературы1. Воротников С.А. Информационные устройства робототехнических систем / С.А Воротников // Учеб.пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 384 с.; (Робототехника / под ред. С.Л. Зенкевича, А.С. Ющенко). – ISBN 5-7038-2207-6 2. http://podvi.ru/elektrotexnika/vrashhayushhiesya-transformatoryprincip-dejstviyaustrojstvoprimenenie.html3. Жданкин, В. Поворотные шифраторы. Основные типы и некоторые особенности применения / В. Жданкин // Компоненты и технологии. – 2001. - №8. – С. 90-96. 4. https://www.invensense.com/wp-content/uploads/2015/02/MPU-6000-Datasheet1.pdf5.Васерин Н. Н., Дадерко Н. К., Прокофьев Г. А. Применение полупроводниковых индикаторов, "Энергоатомиздат", 1991 г.6. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. М. Изд. дом "Додэка", 2007 г.7. https://www.invensense.com/wp-content/uploads/2015/02/MPU-6000-Register-Map1.pdfПриложение 1. Схема электрическая функциональнаяПриложение 2. Схема электрическая принципиальнаяПриложение 3. Перечень элементовОбозначениеНаименованиеК-воПрим.МикросхемыDA1MPU-60501DA2LM117-3.31DD1ATmega81ТранзисторыVT1 – VT4BC5474Резисторы МЛТ ГОСТ 7113-77R1-R8МЛТ-0,25-200 Ом ± 10%8R9-R14МЛТ-0,25-2,2к ± 10%6КонденсаторыC1КМ5Б Н90-10нФ ± 10%1C2КМ5Б Н90-2,2нФ ± 10%1C3, С4КМ5Б Н90-100нФ ± 10%2C5К50-35-30В-220мкФ ± 10%1ИндикаторыX1FYQ-5642AX1Приложение 4. Алгоритм работы вычислителя