Ftkl-arbeit ____brosowitsch gerald_________5hnb 1996/97
FTKL-Projektarbeit
Dokumentation: Aufgabenstellung war die Messung des Luftdrucks,
wobei das vom Sensor erhaltene Signal temperaturkompensiert werden
sollte. Die dazu notwendige Temperatur, wurde dabei über den
I2C-Bus erhalten. Der ermittelte Wert des aktuellen Luftdrucks, sowie
die Werte für den je aufgetretenen maximalen bzw. minimalen Druck,
sollten über den I2C-Bus auf 3 4-stelligen 7-Segment LED Anzeigen
dargestellt werden. Das erste Problem, war die Temperaturkompensation,
wobei man aus den erhaltenen Datenblättern das Verhalten des
Drucksensors (MPX 700) bei verschiedenen Temperaturen feststellen
konnte. In diesem Diagramm war der Verlauf der ausgegebenen Spannung
über dem steigenden Luftdruck dargestellt.
Man erkannte außerdem, daß der Drucksensor in einem Temperaturbereich
von -40°C bis +125°C einsetzbar war. Da der gesamte Temperaturbereich
ausgenützt werden sollte, aber nur die Steigungen der Kennlinien
von -40°C, +25°C und 125°C gegeben waren, war es nötig
sich in Hinsicht auf die Programmierung einen Korrektur-faktor zu
errechnen. Dazu war es nötig die Steigungen der drei gegebenen
Kennlinien zu berechnen, wozu man die Länge der Spannungsänderung
ins Verhältnis mit der Länge der Druckänderung brachte.
In den Datenblättern wird sehr oft mit der Einheit PSI gerechnet,
und nicht wie üblich mit der allgemein gebräuchlicheren
Einheit Pascal. Am Rande sei noch die Umrechnung erwähnt, sie
beträgt: 1.0 kPa = 0.
145 PSI k... Steigung der Kennlinie Dx..Wert
der Spannungsänderung in mV Dy.
.Wert der Druckänderung in PSI bzw. kPa Es ergab sich
für: +25°C: -40°C:
+125°C: - eine Steigung von: k = 30mV / 50 PSI =
0.5 mV/PSI k = 0,75 mV/PSI k = 0.43 mV/PSI Weiters
wurde die maximale Temperaturänderung berechnet: DT =
Tmax -Tmin = 125°C - (-40°C) = 165°C
Die maximale Änderung der Steigung betrug damit: Dk =
kmax - kmin = 0,75 - 0,43 = 0,32 mV/PSI kmax..
. Steigung bei -40°C kmin.... Steigung bei +125°C
Bringt man nun diese beiden Werte ins Verhältnis, so erhält
man den Korrekturfaktor Will man nun z.
B. die Steigung der Kennlinie bei +35°C ermitteln, so berechnet
sich diese nach: k35 = k25 - 10. kkorr = 0,5 -10. 0,0019 = 0,481
mV/PSI Demnach würde die Steigung der Kennlinie bei 35°C
etwa 0,481 mV/PSI betragen. Diese Überlegungen ermöglichen
erst die später kommende Programmierung. Nachfolgend
wurde jedoch die Peripherie rund um den Druckmeßsensor behandelt,
wobei dieser nur Spannungen von 0 bis 100mV ausgeben kann, und so
für eine sinnvolle Messung mit dem ADC nicht in Frage kommt.
(Mögliche Messung mit ADC von 0- 5V ) Die Schluß-folgerung
war einen nichtinvertierenden Verstärker zu verwenden, der den
oben erwähnten Spannungsbereich abdeckt, ihn dabei jedoch um
den Faktor 50 verstärkt. Um letzteren Schritt zu gewährleisten,
wurde deshalb nachfolgende Dimensionierung durchgeführt:
Verstärkerschaltung: V = 50 -> 49. R1
= R2 R1 = 49 kW, R2 = 1kW Da es keinen 49k Widerstand
gibt, dieser Wert für das Erreichen einer Verstärkung von
50 aber in diesem Fall wichtig ist, wurde die Schaltung mit einem
47k Widerstand und einem 2k2 Widerstand in Serie dazu versehen. Ganz
wichtig für die Funktion der Schaltung, waren die Filterkondensatoren
gegen GND sowohl bei der + Versorgung, als auch bei der - Ver-sorgung
des OPV’s, da ansonsten Störungen auftraten. Die Größe
der Kondensatoren wurde mit 33n angenommen. Ein weiteres Problem stellte
die Signalverarbeitung des Sensors dar, da dieses sich aus zwei Signalen,
dem vom + Output und dem vom - Output, zusammensetzte.
Daher war es nötig eine Subtraktion der beiden Signale durchzuführen,
um das gewünschte Sensorsignal zu er-halten. Hierfür wurde
eine Subtraktionsschaltung verwendet, die mittels zweier OPV’s
arbeeitete. Die Beschaltung der OPV’s erfolgte einheitlich mit
10k, da die Verstärkung von 50 sowieseo schon von der vorher
besprochenen Schaltung übernommen wurde. Subtrahierschaltung:
Die Subtrahierschaltung funktionierte wie erwartet und lieferte
die gewünschte Sensorspannung im Bereich von 0-100mV. Direkt
an diese Schaltung, wurde die Verstärkerschaltung angeschlossen,
sodaß man an deren Ausgang wie gefordert die 0-5Volt erhielt,
welche für die Messung mittels ADC benötigt wurde.
Die Referenzspannung für den ADC (5,12V) erhält man über
den mP-Kit, da die Ausgangs-spannung des Drucksensors aber von seiner
Versorgespannung abhängt, war es nötig einen eigenen Referenzspannungsregler
für 3 Volt in die Meßschaltung aufzunehmen.
Der Sensor war zwar von +3V - +6V Versorgespannung zu betreiben, doch
waren die dargestellten Kennlinien im Datenblatt für drei Volt
ausgelegt, da dies die typische Versorgespannung war. Der Referenzspannungsregler
sollte nun ausgehend von den 10 Volt Versorgespannung, die 3 Volt
für die den Drucksensor liefern. Dabei wurden im wesentlichen
die Daten des Referenz-spannungsreglers vom Kitt übernommen,
die einzige Ausnahme stellte der Wert des Potentiometers dar, welcher
von 10k auf 50k vergrößert wurde.
Schaltung des Referenzspannungsreglers: Diese Anforderungen
an die Peripherie zur Messung mit dem Drucksensor wurden gestellt,
und konnten auch bewerkstelligt werden. Weitere Anforderungen
an die Pheripherie, wurden durch die benötigte Ausgabe über
I2C-Bus gestellt, welche über 3 4-stellige 7-Segment Anzeigen
erfolgen sollte. Diese Anzeigen müssen jede für sich von
einem Treiberbaustein namens IDSAA1064 gesteuert werden.
Daher wurden für die Messung 3 Bausteine der Serie SAA1064 benötigt
und 6 Bausteine der Serie LB-5310, welche jeweils in sich zwei BCD7
Segmente vereinigen. Das System des SAA1064 beruht darauf, daß
über die SCL, SDA Pins Signale über I2C-Bus an den Baustein
geliefert werden. Der Baustein selbst kann die Signale für je
zwei BCD7-Anzeigen auf einmal über die MUX- Pins steuern, wobei
die zwei Transistoren, von den Signalen die von den MUX-Pins kommen
durchgeschalten werden. Da wie gesagt eine Anzeige für
Minimal-, Maximal- und Normalwert vorhanden sein sollte, war es nötig
dem Baustein über den Adresspin eine eigene Adresse zuzuordnen
damit er nacher vom I2C-Bus auch angesprochen werden konnte. Dafür
gab es mehre Möglichkeiten nämlich die Plusversorgung, sprich
+5 Volt, was einer Adresse von 76h für das Lesen und 77h für
das Beschreiben vom Baustein entspricht. Analog kann für die
Spannungen: Adr(lesen) Adr(schreiben)
VEE 70h 71h
3/8 VCC 72h 73h
5/8 VCC 74h 75h
VCC 76h 77h Für
die Schaltung wurden daher die Adresspins der einzelnen Bausteine
mit VCC, 3/8 VCC und VEE beschalten.
Um das Verhältnis 3/8 VCC zu realisieren, war es nötig einen
Spannungsteiler mit dem Widerständen 330E zu 820E aufzubauen
und an ihm die 3/8 VCC Spannung abzu-nehmen. Eine eigene Beschaltung
der einzelnen Segmente der BCD7 Anzeige mit Vorwiderständen,
konnte entfallen. Für diese Schaltung, wurde als Test ein eigenes
Programm geschrieben, welches einen bestimmten Wert auf der Anzeige
erscheinen lassen sollte. Dieses Programm wurde nachher in das Hauptprogramm
eingefügt. Die Spannungsversorgung des SAA1064 betrug +5V bzw.
GND, welche wieder über einen Filterkondensator vom Wert 33n
‘entstört’ wurde.
Außerdem war es nötig einen externen Kondensator vom Wert
3n3 an den Pin Cext anzuschließen um eine Funktion zu erreichen.
Testprogramm zur Wertdarstellung über die 7-Segmentanzeigen:
$include (80c552.def) ok bit 07h save data 31h anz_byte
data 32h sla_adr data 34h zd data 35h org 8000h JMP
INIT org 802Bh MOV save,A MOV a,s1sta RR
A RR A MOV DPTR,#TABELLE JMP @A+DPTR org 8100h ;
* * * * * * * * * * ; * INITALISIERUNG * ; * * * * * * * *
* * INIT: SETB ES1 ; Serielles Interrupt-Enable
setzen SETB EA ; Generelles Interrupt-Enable SETB Ex0
SETB IT0 ; Flankentriggerung SETB P1.6 SETB P1.7
CLR ok MOV zd,#04h MOV anz_byte,#06h MOV R0,#51h
MOV @R0,#32h INC R0 MOV @R0,#31h INC R0
MOV @R0,#32h INC R0 MOV @R0,#39h MOV S1CON,#01000111b ;
75kHz, Enable LCALL SETDISPLAY MAIN: JMP MAIN ;
* * * * * * * * * * * * * * ; * DARSTELLUNG AUF DISPLAY
* ; * * * * * * * * * * * * * * SETDISPLAY:
MOV sla_adr,#076h ;Display - Adresse fr Schreiben MOV
R0,#04Fh MOV @R0,#00h ;Instruction Byte INC R0 ;50h
MOV @R0,#01000111b ;Control Register Initialisieren INC
R0 UMSETZUNG: MOV A,@R0
CJNE A,#30h,w1 MOV @R0,#00111111b ;0
JMP wend w1: CJNE A,#31h,w2 MOV @R0,#00110000b ;1
JMP wend w2: CJNE A,#32h,w3 MOV @R0,#01101101b ;2
JMP wend w3: CJNE A,#33h,w4 MOV @R0,#01111001b ;3
JMP wend w4: CJNE A,#34h,w5 MOV @R0,#01110010b ;4
JMP wend w5: CJNE A,#35h,w6 MOV @R0,#01011011b ;5
JMP wend w6: CJNE A,#36h,w7 MOV @R0,#01011111b ;6
JMP wend w7: CJNE A,#37h,w8 MOV @R0,#00110001b ;7
JMP wend w8: CJNE A,#38h,w9 MOV @R0,#01111111b ;8
JMP wend w9: MOV @R0,#01111011b ;9
JMP wend wend: INC R0 DJNZ zd,long
MOV zd,#04h MOV R0,#04Fh SETB
sta ; Start WARTE: JNB ok,WARTE CLR ok RET long: LJMP UMSETZUNG
; * * * * * * ; * TABELLE * ; * * *
* * * TABELLE: AJMP stat_00 AJMP stat_08 AJMP stat_10 AJMP
stat_18 AJMP stat_20 AJMP stat_28 AJMP stat_30 AJMP stat_38 ;
* * * * * * ; * I2C-BUS * ; * * * * * * stat_00:
JMP i2c_end stat_08: MOV S1DAT,sla_adr CLR sta CLR SI CLR sto JMP
i2c_end stat_10: JMP i2c_end stat_18: ; SLA+W transmitted, ACK received
MOV S1DAT,@R0 ; 1. Datenbyte @R0 CLR sta CLR SI CLR sto JMP i2c_end
stat_20: ; SLA+W transmitted, NOT ACK received clr sta setb sto clr
si JMP i2c_end stat_28: ; S1DAT transmitted, ACK received send: DJNZ
anz_byte,WEITER CLR STA CLR SI SETB sto SETB
ok JMP i2c_end WEITER: INC R0 MOV S1DAT,@R0 CLR sta CLR SI
JMP i2c_end stat_30: ; S1DAT transmitted, NOT ACK received CLR
sta CLR si SETB sto SETB ok JMP i2c_end
stat_38: JMP i2c_end i2c_end: MOV A,save RETI END Da die Schaltung
durch den Aufbau auf Laborsteckbrett nicht richtig funktionierte,
wurde sie auf Lochrasterplatte mit Hilfe von Lötzinn und Fädelstift
erneut aufgebaut.
Durch diesen Aufbau waren keine Wackelkontakte mehr möglich,
und der Wert, der im Programm eingestellt wurde, konnte ohne weitere
Probleme auf der Anzeige ausgegeben werden. Aufbau des Hauptprogramms:
$include (80c552.def) ; * * * * * * * * * * * * * *
* ; * DEFINITION DER VARIABLEN * ; * * * * * * * *
* * * * * * * S1 data 30h S2 data 31h out code 273ch
; * * * * * * * * * * * ; * INTERRUPTVEKTOREN
* ; * * * * * * * * * * * org 8000h LJMP INIT
org 8053h LJMP MESSUNG org 8100h ;
* * * * * * * * * * ; * INITIALISIERUNG * ; * *
* * * * * * * * INIT: MOV A,#00h ; MOV
B,#00h ; MOV S1,#00h ; Variablen und Akku 0 setzen MOV
S2,#00h ; MOV S3,#00h ; MOV IEN0,#0C0h ;EA
, EAD im Interrupt-Enable-Register 0 setzen MOV ADCON,#08h ;MUX
auf Eingang 0 und ADC setzen HAUPT: JMP HAUPT
; * * * * * * * * * * * ; * MESSUNG ÜBER ADC
* ; * * * * * * * * * * * MESSUNG: MOV a,#'
' LCALL 273ch MOV a,#' ' LCALL 273ch ; MOV a,#'
' ; LCALL 273ch ; MOV a,#' ' ; LCALL 273ch
MOV R6,#00h ;Register R6 0 setzen MOV R7,#00h ;Register
R7 0 setzen ;Umwandlungen Temperaturkompensation MOV A,ADCH ;ADCH
auslesen LCALL hex_byte_out MOV A,#'*' LCALL char_out
MOV B,#03h ;Wert 3 ins B-Register schreiben DIV AB ;ADCH
durch 3 dividieren MOV s1,A ;ADCH/3 in S1 speichern
MOV A,B ;Rest der Division in Akku schreiben MOV B,#38h
MUL AB ;Divisionsrest mit 56d (38h) multiplizieren MOV s2,B ;Divisionsrest*56,
šberlauf in S2 abspeichern MOV A,s1 MOV B,#0EH ;ADCH/3
mit 14d (0Eh) multiplizieren MUL AB MOV R6,B ;den
Multiplikationsüberlauf in R6 abspeichern MOV R0,s2
ADD A,R0 ;Divisionsrest*56 Überlauf + ADCH/3*14
MOV R7,A CLR C SUBB A,#0E0h ;Subtraktion
von R7 233d (E9h) MOV R7,A ;Ergebnis wird in das R7
Register geschrieben JC ERSTE ;gibt es einen Überlauf
- in ERSTE springen JNC AUS ;gibt es keinen Überlauf
- in AUSGABE springen ERSTE: MOV A,R6 ;R6 in
AKKU laden SUBB A,#01h ;von R6 ein šberlaufbit abziehen
MOV R6,A ;in R6 zurückschreiben AUS: MOV A,R6
LCALL Hex_Byte_Out MOV A,R7 LCALL Hex_Byte_Out
LCALL DOUT LCALL CLRSCR
MOV ADCON,#08h RETI ; * * * * * * *
* * * * * * * * * * * * * * ; * UMWANDLUNG VON HEXADEZIMAL
IN DEZIMAL * ; * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
$include (out1.inc) ; * * * * * * * * * * * *
* * * ; * LÖSCHUNG DES BILDSCHIRMES * ;
* * * * * * * * * * * * * * * CLRSCR: MOV a,#1Bh LCALL
273ch MOV a,#5Bh LCALL 273ch MOV a,#48h LCALL 273ch
MOV a,#1Bh LCALL 273ch MOV a,#5Bh LCALL 273ch MOV
a,#4Ah LCALL 273ch RET END
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