Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Сыктывкарский государственный университет»

Институт точных наук и информационных технологий

Кафедра радиофизики и электроники

Курсовая работа Система сбора данных на микроконтроллере aTtiny13a

Научный руководитель, к.т.н.

_____________Е.Н.Карпушов

Исполнитель, студент 140 гр.

______________Д.О.Квочкин

Сыктывкар 2012

Оглавление

Введение 3

Глава 1. Автономная система сбора данных 4

1.1. Роль компьютера 4

1.2. Роль интерфейсных устройств 4

1.3. Роль программного обеспечения 5

Глава 2. АЦП микроконтроллера ATmega8L 6

2.1. Основные характеристики 6

2.2. Принцип работы 7

Глава 3. Спектральный анализ сигналов 8

3.1. Быстрое преобразование Фурье 8

3.2. Обобщение метода БПФ 11

3.3. Метод сортировки 13

Глава 4. Реализация системы сбора данных 14

4.1. Плата сбора данных 14

4.2. Схема сопряжения микроконтроллер-компьютер 20

4.3. Программное обеспечение персонального компьютера 21

Заключение 23

Литература 24

Приложение 1. 25

Введение

Измерение расстояния между двумя точками всегда оставалось актуальной проблемой. Развитие электроники и вычислительной техники позволило человеку упростить и ускорить расчёт своих глобальных координат, относительного смещения, скорости и т.п. Так, в настоящее время практически любой вид транспорта оснащён бортовой системой сбора данных. Подобные системы различаются лишь точностью производимых расчётов и детальностью предоставляемой информации. Они, как правило, строятся с использованием бесконтактных датчиков (элемент Холла, оптрон), которые переводят вращательное движение колеса (ротора) в серию импульсов, анализ которой даёт компьютеру представление о пройденном расстоянии, направлении движения, скорости и пр.

Эта идея была связана с простотой реализации подобных систем сбора данных на микроконтроллерах фирмы AVR. Целью настоящей курсовой работы является проектирование, изготовление и калибровка автономного бортового компьютера на микроконтроллере ATtiny13A для измерения пройденного пути.

Глава 1. Автономная система сбора данных

Задачи автоматизации или измерения можно разделить на два уровня: нижний и верхний. Они отличаются сложностью аппаратной и программной составляющих. Задачами автоматизации на нижнем уровне занимаются PLC-устройства (программируемые логические контроллеры). Условно эти контроллеры состоят из трёх частей: системы ввода данных для сбора аналоговых или цифровых сигналов с датчиков или переключателей, процессора для выполнения программ и обеспечения сетевыми функциями и системы вывода управляющих сигналов для управления машинами или переключателями [14]. Задачи верхнего уровня (обычно обработка, анализ, хранение) требуют гораздо больше вычислительных мощностей и решаются уже на персональных компьютерах или суперкомпьютерах. Здесь интерес представляет уже не структура аппаратной части, а методы обработки сигналов, заложенные в программном обеспечении.

1.1. Роль компьютера

Компьютер (обычно IBM-совместимый, настольный или портативный) как центральный орган системы сбора данных выполняет, прежде всего, функции интерфейса «человек-объект измерения». Экран любого монитора даёт гораздо больше возможностей для индикации, чем экран осциллографа, и, разумеется, экран монитора значительно больше, чем дисплей мультиметра. Клавиатура и особенно мышь удобнее в работе, чем кнопки, а принтер – даже простейший – предоставляет неоценимые возможности для выводов результатов на бумагу. Кроме того, любой ПК, пусть даже очень «древний» обладает достаточной вычислительной мощностью, необходимой для применения различных видов обработки результатов измерений: нормирование (приведение шкалы), линеаризацию, временную привязку, вычисление статистических показателей и т.д. Наконец, дисковый накопитель будет очень удобен для накопления больших объёмов данных с целью их последующей обработки, архивирования или передачи по линиям связи [4].