Facoltà di Ingegneria Corso di Studi in Ingegneria Informatica Elaborato finale in Misure per l’automazione e la produzione industriale Progetto e implementazione di un voltmetro a doppia rampa su PIC18F4620 in ambiente Proteus Anno Accademico 2012/2013 Relatore: Prof.Rosario Schiano Lo Moriello Candidato: Anna Pasciucco matr. N46000755
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Facoltà di Ingegneria Corso di Studi in Ingegneria Informatica Elaborato finale in Misure per l’automazione e la produzione industriale
Progetto e implementazione di un voltmetro a doppia rampa su PIC18F4620 in ambiente Proteus
Anno Accademico 2012/2013 Relatore: Prof.Rosario Schiano Lo Moriello Candidato: Anna Pasciucco matr. N46000755
III
Indice
Introduzione 5
Capitolo 1. Descrizione teorica del progetto 6
1.1 Introduzione 6
1.2 Elementi utilizzati 6
1.2.1 Voltmetro doppia rampa 7
1.2.2 Proteus 7 Professional 9
1.2.3 MPLAB IDE 10
1.3 Microchip PIC18F4620 11
Capitolo 2. Realizzazione e implementazione 12
2.1 Dispositivi 12
2.2 Circuito 14
2.3 Codice 16
2.3.1 LCD.C 17
2.3.2 TIMER.C 21
2.3.3 COMPARATOR.C 23
2.3.4 USART.C 24
2.3.5 FUNCTION.C 26
2.3.6 MAIN.C 28
Capitolo 3. Simulazione 32
3.1 Scelta dei parametri,casi d’uso,osservazioni 32
Conclusioni 39
Sviluppi futuri 40
Bibliografia 41
IV
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Introduzione
La strumentazione digitale rappresenta sempre più la base della nostra vita
quotidiana . Infatti si è sempre più soliti farne uso senza prestarne reale attenzione.
Basti pensare a come, spesso, il semplice display della sveglia sia preferito al
vecchio orologio analogico in termini di precisione e affidabilità . Le principali
differenze tra strumentazione analogica e numerica, dunque , sono dettate in termini
di:
- velocità nella lettura dei risultati;
- affidabilità;
- precisione;
- indipendenza dal posizionamento dello strumento;
- possibilità di interfacciare lo strumento con elaboratori;
Allo stesso modo l’evoluzione tecnologica ha portato a miglioramenti anche nel
campo scientifico ; infatti l’oggetto di tale tesi è rappresentato dalla progettazione e
implementazione di un voltmetro doppia rampa digitale. Dunque , nei passi
successivi si vorrà prestare attenzione alla realizzazione e configurazione di tale
strumento basato su PIC18F4620.
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Capitolo 1
Descrizione teorica del progetto
1.1 Introduzione
Il voltmetro doppia rampa ricade nella categoria dei Digital Conversione ( DC ) basato
sulla conversione tensione tempo. Il valore del misurando è caratterizzato, dunque, in
maniera indiretta attraverso il valore della tensione di riferimento e dei tempi di RunUp e
RunDown. Esso è un voltmetro numerico il quale misura tensioni continue. I modelli
digitale di tale strumento vedono un notevole successo poiché riescono a garantire
contemporaneamente costi contenuti e prestazioni elevate.
1.2 Elementi utilizzati
Al fine di realizzare tale progetto si vuole richiamare la conoscenza teorica del
funzionamento del voltmetro a doppia rampa, utilizzare un ambiente grafico per lo
sviluppo circuitale e di dispositivi con relativa configurazione per l’implementazione del
codice.
A livello pratico, si vorrà porre l’attenzione sugli aspetti implementativi del sistema
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piuttosto che su quelli circuitali.
1.2.1 Voltmetro doppia rampa
Il voltmetro doppia rampa nasce come evoluzione del
voltmetro a semplice integrazione. Quest’ultimo è un
convertitore tensione–frequenza il quale principio di
funzionamento dipende fortemente dalla scelta del
valore delle resistenze e dei condensatori. In particolare,
quando l’uscita dell’integratore raggiunge il valore di
soglia, il comparatore genera un segnale che abilita le
generazione di un impulso. L’unico vantaggio di tale
tipo di convertitore è rappresentato dal fatto che il
valore del misurando è
dipendente dalla misura della
frequenza, anche se dipende
dall’incertezza dell’oscillatore.
Altra difficoltà nasce nel
generare un impulso di area
accurata
In questo ambito vede la sua migliore
realizzazione il voltmetro doppia
rampa nel quale viene minimizzato il
grado di incertezza legato alle costanti R
Figura 1.1: Voltmetro a semplice
integrazione
Figura 1.2:Voltmetro doppia rampa
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e C poiché non influiscono sulla conversione tensione-tempo; vengono altresì ridotti gli
errori effettuando la conversione su variabili temporali. Gli elementi circuitali salienti
sono rappresentati da:
Commutatore : esso , in base al comando inviato dal circuito di controllo , sceglie se
integrare la tensione incognita o la tensione di riferimento.
Integratore : composta da un amplificatore operazionale con ingresso non invertente
posto a massa e ingresso invertente posto in parallelo con un condensatore.
Comparatore: effettua il confronto tra la tensione di uscita dell’amplificatore e il valore di
soglia a potenziale nullo.
Contatore numerico: esso valuta il tempo impiegato per la carica e la scarica del
condensatore.
In oltre ricordiamo come la tensione incognita sia una tensione continua e positiva, la
scelta operata porta allo studio dell’andamento temporale del segnale sul semiasse
negativo delle ascisse; mentre la tensioni di riferimento, anche essa continua, è scelta con
valore opposto al misurando.
Ora si voglia discutere il comportamento del circuito.
Inizialmente il commutatore sceglie come tensione da integrare quella incognita per un
tempo definito di RunUp, durante il quale inizia ad accumularsi la carica sulle facce del
condensatore. Il tempo di carica può essere variato da terminale al fine di alterare il
risultato della misurazione. All’istante immediatamente successivo allo scadere del tempo
di RunUp, il commutatore viene pilotato affinché venga integrata la tensione di
riferimento: si genera il segnale SOC, start of count. Parimenti, viene valutato il tempo di
RunDown; esso coincide con l’intervallo temporale in cui la tensione di uscita
dell’integratore raggiunge il valore di tensione nullo: si genera il segnale EOC, end of
count. Allo stesso istante, il commutatore viene nuovamente pilotato: la misurazione
riparte selezionando come tensione da integrare quella incognita, poiché essa è effettua
ciclicamente.
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1.2.2 Proteus 7 Professional
L’implementazione circuitale del voltmetro doppia
rampa è stata realizzata facendo usa di un ambiente
grafico quale Proteus 7 Professional, prodotto da
Labcenter Electronics . Esso permette di creare
virtualmente il layout del circuito mediante l’uso di microcontrollori e di poterne testare
subito il corretto funzionamento.
Tale applicazione include la possibilità di usare diversi dispositivi: misuratori,
convertitori, microcontrollori, LCD, display, generatori, keypad e qualsivoglia congegno
per la corretta implementazione del progetto.
Esso , graficamente , dispone :
Finestra di editing, all’interno della quale è possibile svolgere il lavoro interconnettendo i
dispositivi interessati;
Finestra panoramica, dalla quale è possibile avere un quadro completo dello schema;
dando la possibilità all’utente di inquadrare in maniera immediata l’area di lavoro
interessata;
Barra dei menù. Essa rappresenta il cuore del sistema: permette di accedere alla diverse
Figura 1.3: Proteus 7 Professional
Figura 1.4: Finestra di editing,finestra panoramica e barra dei menù.
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librerie in concordanza con la scelta del dispositivo.
L’applicazione, qual’ora, non si abbia fatto uso di dispositovi che necessitano di
configurazioni attraverso programmi esterni permette di vedere il comportamento del
circuito attraverso l’apposito menù posto in basso a sinistra (Figura1.5).
Figura 1.5:Tasti per gestire la dinamica del progetto
1.2.3 MPLAB IDE
MPLAB IDE è un ambiente di sviluppo
(IDE) particolarmente notevole poiché
permette di essere collegato
direttamente al prototipo su cui è
montato il PIC. Infatti ha una libreria
interna che permette la configurazione
di diverse tipologie di Microchip.
Dunque MPLAB viene a rappresentare
una sorte di collante tra la
modellazione hardware e software nella
creazione, progettazione e implementazione di sistemi che usano microcontrollori.
L’interfaccia grafica, caratterizzata da una notevole semplicità d’uso, permette di tener
tracci dei file di cui è composto il programma e del rispettivo codice C/C++.
Dunque in tale progetto il ruolo di MPLAB è stato di fungere da compilatore per generare
il file eseguibile da associare al PIC18F4620, poiché Proteus è utilizzato in maniera
integrata all’interno di MPLAB.
Figura 1.6: MPLAB IDE
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