Taitaja2002, Imatra Teollisuuselektroniikkatyö Protorakentelu 1 YLEISTÄ 1.1 PROJEKTIN TARKOITUS Tämä projekti on mikrokontrollerilla toteutettu lämpötilan seuranta kortti. Kortti kerää lämpöantureilta tiedot, ja tulostaa ne celsiusasteina näyttöön. Korttiin voidaan liittää maksimissa kolme digitaalista lämpöanturia. Kaikista antureista saadaan tieto näytölle. Anturi ja näytettävä lämpötila valitaan kytkimillä SW1 SW3. Tätä samaa kytkentää voidaan käyttää erilaisiin sovelluksiin. Kytkennän toiminta saadaan muuttumaan uudella ohjelmalla ja erilaisilla antureilla. Tämä työ alkaa kahdella teoriatehtävällä. Ne selkeyttävät ja tukevat projektin suoritusta. Ensimmäisenä käytännön tehtävänä valmistetaan lämpötilan keräyskortti (piirikortti1). Korttiin juotetaan kaikki komponentit kiinni. Samalla tavalla valmistetaan myös näyttökortti (piirikortti 2). Korttien jälkeen tehdään ohjelmointikaapeli. Sitten ohjelmoidaan mikrokontrolleri. Viimeisenä tehtävänä on kortin testaus ja korjaus. Ds1820 Ds1820 MICRO DISPLAY Ds1820 Kuva 1 : Lämpöyksikön lohkokaavio 1
2
1.2 PROJEKTIN KUVAUS Kortin aivoina toimii 8-bitin AVR mikrokontrolleri. Mikrokontrolleri voidaan asentaa korttiin kiinni, ja ohjelmoida. Tähän tehtävään ei tarvita erillistä ohjelmointilaitetta. Ohjelmointikaapeli kytketään kortin liittimen ja PC:n rinnakkaisportin välille (LPT-portti). Näyttönä toimii neljän digitin 7-segmentti LCD-näyttö. Näytön ohjain on ICM7211M. Lämpöantureina käytetään DS1820 antureita. Connector J1 Connector J5 Kuva 2 : Mikrokontrollerikortti (piirilevy 1) 1.3 KÄYTTÖSÄHKÖT Tämä kortti on tarkoitettu liitettäväksi räkkiin. Kortin käyttösähköt on kytketty liittimen J1 nastoihin c15 (+ 12 V) ja a16 (maa). Kortilla olevat piirit käyttävät kuitenkin + 5 V, ja siksi syöttöjännite täytyy reguloida kortille sopivaksi. 3
2 TEHTÄVÄN SUORITUS Tehtävän kokonaistyöaika on 6 h. 2.1 TEHTÄVÄ 1 : REGULATORIN KYTKENTÄ Katso mikrokontrollerikortin kytkentäkaaviota. Kuten huomaat siitä puuttuu regulaattorikytkentä. Piirrä tehtäväpaperille mielestäsi sopiva regulaattorikytkentä. Merkitse siihen myös piirtämiesi komponenttien arvot. 2.2 TEHTÄVÄ 2: LÄMPÖANTUREIDEN KYTKENTÄ DS1820 DS1820 DS1820 GND DQ VDD GND DQ VDD GND DQ VDD PD5 PD4 PD3 J3 AT90S2313 Piirrä yläpuolella olevaan kuvaan, miten lämpöanturit kytketään liitimelle J3. 4
2.3 TEHTÄVÄ 3 : MIKROKONTROLLERIKORTIN KOKOONPANO Katso mikrokontrollerikortin kytkentäkaaviota, piirilevykuvaa ja osaluetteloa. Juota komponentit piirilevylle. Huom. kaikki piirit on tarkoitus kytkeä korttiin IC-kannoilla. Liittimet J2 ja J3 tehdään holkkirimasta. Liittimet J1 ja J2 ovat tyypiltään CM64acR. Pyydä valvojalta suunnittelemasi regulaattori ja oheiskomponentit. Juota myös ne levylle. 2.4 TEHTÄVÄ 4: NÄYTTÖKORTIN KOKOONPANO Katso näyttökortin kytkentäkaaviota, piirilevykuvaa ja osaluetteloa. Juota komponentit piirilevylle. HUOM. Juota näyttökortin liitin (CO 64 FS-C1E) J1 Bottom puolelle. LCD-näyttö kytketään korttiin holkkikannoilla. 2.5 TEHTÄVÄ 5 : OHJELMOINTIKAAPELI Seuraavaksi sinun täytyy tehdä tähän kytkentään sopiva ohjelmointikaapeli. Kaapeli kytketään tietokoneen rinnakkaisporttiin, ja kortilla liitimeen J3. Kuva : 25 napainen uros D-liitin, juotospuolelta katsottuna 11 5 4 2 25 18 RST SCK MISO MOSI GND 5 4 3 2 1 J3 5
2.6 TEHTÄVÄ 6 : LÄMPÖANTURIKAAPELI Lämpöanturit (kolme kappaletta) kytketään 1-wire väylään. Katso tehtävää 2, liitteenä olevaa lämpöanturin DS1820 datasivuja ja C-ohjelma listausta. Tee lämpöanturikaapeli joka liitetään mikrokontrollerikortin liittimeen J2. Lämpöanturikaapelin liitin tehdään holkkikannasta. 2.7 TEHTÄVÄ 7 : KÄYTTÖSÄHKÖT Juota verolevylle liitin CO 64 FS-C1E. Juota riittävän pitkät johdot nastoihin c15 (+ 12 V) ja a16 (maa). Käyttösähköt (+12 V) syötetään erillisestä jännitelähteestä. 6
3 OHJELMOINTI JA TESTAUS 3.1 TEHTÄVÄ 8 : OHJELMOINTI Ohjelmointiasetukset Valitse Settings -> Programmer Tarkista, että AVR Chip Programmer Type: on Dontronics Seuraavaksi ohjelmoidaan mikrokontrolleri.. 1. Press the Tools tab and then the Chip Programmer. 7
2. You can set the Chip type AT90S2313. 3. Press the File tab and Load FLASH. 8
4. Select the File lcd4lam1.rom and double click it. 5. Press the tab Program and FLASH. 9
3.2 TESTAUS Mikrokontrollerin ohjelmoinnin jälkeen voit laittaa näyttökortin ja käyttösähköjen syöttökortin paikoilleen. Liitä myös lämpöanturikaapeli liittimeen. Näyttöön pitäisi tulla lämpötila. Jos ei tule, siirry seuraavaan kohtaan vian paikannus. Jos näyttöön tulee lämpötila, niin jatka silti testausta siirtymällä seuraavaan tehtävään. 4 VIAN PAIKANNUS 4.1 TEHTÄVÄ 9 : KORJAA VIRHE Suunnittelija on tehnyt virheen piirikortin prototyyppiä suunniteltaessa. Kytkimet eivät toimi halutulla tavalla. Ongelma on piirikortissa, se ei ole ohjelmassa. Yritä paikallistaa vika kytkennästä. Korjaa vika, ja testaa kytkimien toiminta. Katso tarkkaan C-kielen ohjelmasta miten kytkimien pitäisi toimia. Korjattuasi vika/viat tee korjaustoimista raportti tälle paperille. 10
5 LIITTEET 5.1 MIKROKONTROLLERIKORTIN OSALUETTELO 5.2 NÄYTTÖKORTIN OSALUETTELO 5.3 MIKROKONTROLLERIKORTIN PIIRIKAAVIO 5.4 NÄYTTÖKORTIN PIIRIKAAVIO 5.5 MIKROKONTROLLERIKORTIN PIIRILEVYN LAYOUT 5.6 NÄYTTÖKORTIN PIIRILEVYN LAYOUT 5.7 C-OHJELMA 5.8 AT90S2313 DATASIVUT 5.9 ICM7211 DATASIVUT 5.10 DS1820 DIGITAALISEN LÄMPÖANTURIN DATASIVUT 5.11 BS170 DATASIVUT 11
Taitaja2002, teollisuuselektroniikkatyö Arvioinnin perusteet Suorituksessa arvioidaan seuraavat seikat: 1. Regulaattorin kytkentä 5 pistettä 2. Antureiden kytkentä 5 3. Kontrollerikortin juotokset 10 3.1 Osien asennus 5 3.2 Kortin ulkonäkö 5 4. Näyttökortin juotokset 5 4.1 Osien asennus 5 4.2 Kortin ulkonäkö 5 5. Ohjelmointikaapeli 5 6. Lämpöanturikaapeli 5 7. Käyttösähköt 5 8. Ohjelmointi 5 9. Vian korjaus 5 YHTEENSÄ Huom! Juotosten arvioinnissa 10-portainen asteikko: 70 pistettä Perfect = 10 points Täydellinen Very good = 9 points Erittäin hyvä Good = 8 points Hyvä Rather good = 7 points Kohtalaisen hyvä Sufficient = 6 points Tyydyttävä Medium = 5 points Keskitasoinen Weak = 4 points Heikko Insufficient = 3 points Epätyydyttävä Very bad = 2 points Erittäin huono Zero = 1 point Nolla 12
TEOARIATEHTÄVÄT Kilpailijan nimi: 1. Regulaattorin kytkentä : Katso mikrokontrollerin kytkentäkaaviota. Siitä puuttuu jännitteen regulointi. Piirrä tähän paperille kuva regulaattorikytkennästä, ja merkitse siihen myös komponenttien arvot. Pyydä valvojalta haluamasi komponentit. 13
2. Lämpöantureiden kytkentä Piirrä alla olevaan kuvaan, miten lämpöanturit kytketään kaapelilla liittimelle J3. Katso C- ohjelmaa, ja lämpöanturin datasivuja. 5.12 DS1820 DS1820 DS1820 GND DQ VDD GND DQ VDD GND DQ VDD PD5 PD4 PD3 3. Vian korjaus AT90S2313 J3 Kirjoita tähän raportti vian korjaamisesta. 14
ARVIOINTIKAAVAKE, 17.1.2002, Taitaja2002, teollisuuselektroniikkatyö Kilpailijan nimi: Arviointikohde Pisterajat Pisteet Huomioita työn aikana 1. Regulaattorin kytkentä 0-5 2. Antureiden kytkentä 0-5 3. Kontrollerikortin juotokset 0-10 3.1. Osien asennus 0-5 3.2. Kortin ulkonäkö(liitimet) 0-5 4. Näyttökortin juotokset 0-5 4.1. Osien asennus 0-5 4.2. Osien ulkonäkö 0-5 5. Ohjelmointikaapeli 0-5 6. Lämpöanturikaapeli 0-5 7. Käyttösähköt 0-5 8. Ohjelmointi 0-5 9. Vian korjaus 0-5 YHEENSÄ 70 pistettä Lopulliset pisteet: Tuomarin allekirjoitus: 15