FTKL-Projektarbeit. x k... Steigung der Kennlinie. x..wert der Spannungsänderung in mv y..wert der Druckänderung in PSI bzw.

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1 FTKL-Projektarbeit Gerald 1996/97 Brosowitsch 5HNB Dokumentation: Aufgabenstellung war die Messung des Luftdrucks, wobei das vom Sensor erhaltene Signal temperaturkompensiert werden sollte. Die dazu notwendige Temperatur, wurde dabei über den I 2 C-Bus erhalten. Der ermittelte Wert des aktuellen Luftdrucks, sowie die Werte für den je aufgetretenen maximalen bzw. minimalen Druck, sollten über den I 2 C-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 = PSI k x = y k... Steigung der Kennlinie x..wert der Spannungsänderung in mv y..wert der Druckänderung in PSI bzw. kpa Es ergab sich für: +25 C: +125 C: -40 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: T = T max -T min = 125 C - (-40 C) = 165 C

2 Die maximale Änderung der Steigung betrug damit: k = k max - k min = 0,75-0,43 = 0,32 mv/psi k max... Steigung bei -40 C k min... Steigung bei +125 C Bringt man nun diese beiden Werte ins Verhältnis, so erhält man den Korrekturfaktor k 032, kkorr = = = 0, 0019 T 165 Will man nun z.b. die Steigung der Kennlinie bei +35 C ermitteln, so berechnet sich diese nach: k 35 = k k korr = 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:

3 V Ue R2 = = + Ua R1 1 V = 50 -> 49. R 1 = R 2 R1 = 49 kω, R2 = 1kΩ 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:

4 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 µp-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:

5 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 I 2 C-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) V EE 70h 71h 3/8 V CC 72h 73h 5/8 V CC 74h 75h V CC 76h 77h Für die Schaltung wurden daher die Adresspins der einzelnen Bausteine mit V CC, 3/8 V CC und V EE beschalten. Um das Verhältnis 3/8 V CC zu realisieren, war es nötig einen Spannungsteiler mit dem Widerständen 330E zu 820E aufzubauen und an ihm die 3/8 V CC Spannung abzu-nehmen. Eine eigene Beschaltung der einzelnen Segmente der

6 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 MOV RR A RR A MOV JMP save,a a,s1sta 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

7 INC R0 INC R0 INC R0 MOV S1CON,# b ; 75kHz, Enable LCALL SETDISPLAY MAIN: JMP MAIN ; * * * * * * * * * * * * * * ; * DARSTELLUNG AUF DISPLAY * ; * * * * * * * * * * * * * * SETDISPLAY: UMSETZUNG: MOV sla_adr,#076h ;Display - Adresse fr Schreiben MOV R0,#04Fh ;Instruction Byte INC R0 ;50h ;Control Register Initialisieren INC R0 MOV A,@R0 CJNE A,#30h,w1 ;0 w1: CJNE A,#31h,w2 ;1 w2: CJNE A,#32h,w3 ;2 w3: CJNE A,#33h,w4 ;3 w4: CJNE A,#34h,w5 ;4 w5: CJNE A,#35h,w6 ;5 w6: CJNE A,#36h,w7 ;6

8 w7: CJNE A,#37h,w8 ;7 w8: CJNE A,#38h,w9 w9: ;8 ;9 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: stat_08:

9 MOV S1DAT,sla_adr CLR sta CLR SI CLR sto stat_10: JMP i2c_end stat_18: ; SLA+W transmitted, ACK received MOV S1DAT,@R0 ; 1. CLR sta CLR SI CLR sto stat_20: clr sta setb sto clr si ; SLA+W transmitted, NOT ACK received stat_28: ; S1DAT transmitted, ACK received send: DJNZ anz_byte,weiter CLR STA CLR SI SETB sto SETB ok WEITER: INC R0 MOV S1DAT,@R0 CLR sta CLR SI stat_30: ; S1DAT transmitted, NOT ACK received CLR sta CLR si SETB sto SETB ok stat_38:

10 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 ;

11 HAUPT: MOV IEN0,#0C0h ;EA, EAD im Interrupt-Enable-Register 0 setzen MOV ADCON,#08h ;MUX auf Eingang 0 und ADC setzen JMP HAUPT ; * * * * * * * * * * * ; * MESSUNG ÜBER ADC * ; * * * * * * * * * * * MESSUNG: MOV a,#' ' MOV a,#' ' ; MOV a,#' ' ; ; MOV a,#' ' ; MOV R6,#00h MOV R7,#00h ;Register R6 0 setzen ;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 MUL AB MOV R6,B MOV R0,s2 ADD A,R0 MOV R7,A ;ADCH/3 mit 14d (0Eh) multiplizieren ;den Multiplikationsüberlauf in R6 abspeichern ;Divisionsrest*56 Überlauf + ADCH/3*14 CLR C

12 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 SUBB A,#01h MOV R6,A ;R6 in AKKU laden ;von R6 ein šberlaufbit abziehen ;in R6 zurückschreiben AUS: MOV A,R6 LCALL MOV A,R7 LCALL LCALL Hex_Byte_Out Hex_Byte_Out DOUT LCALL CLRSCR MOV ADCON,#08h RETI ; * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ; * UMWANDLUNG VON HEXADEZIMAL IN DEZIMAL * ; * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * $include (out1.inc) ; * * * * * * * * * * * * * * * ; * LÖSCHUNG DES BILDSCHIRMES * ; * * * * * * * * * * * * * * * CLRSCR: MOV a,#1bh MOV a,#5bh MOV a,#48h MOV a,#1bh MOV a,#5bh MOV a,#4ah RET

13 END