Устройство для определения цвета зубов

    Монтируется на тринокуляр для передачи изображения  в компьютер через порт USB (2.0);

     ЦП  используется для формирования подсветки  под разными углами, то есть он управляет  светодиодами Д1 и Д2. А также ЦП необходим для приема и обработки  данных с ВК демонстрации результатов  обработки на устройстве отображения.

     Измерительное устройство (ИУ) необходимо для преобразования и обработки сигналов.  Интерфейс (И) - совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы. Отображающее устройство (ОУ) – дисплей индикации результатов измерений.

 
 

 

5. Разработка  функциональной схемы

 

      Рис.8. Функциональная схема устройства для определения цвета зубов

        Видеокамера, предназначена для формирования изображения исследуемого объекта и передачи цифрового значения отображенных пикселей в виде сигнала в формате RGB  по USB интерфейсу.

    В измерительное устройство входят: преобразователь, микропроцессор (МК), источник питания. Преобразователь необходим для преобразования сигналов интерфейса USB  в формат интерфейса RS232. МК предназначен для выполнения арифметической и логической обработки информации. Интерфейс (И) - совокупность средств и методов взаимодействия между элементами системы. ОУ – жидко кристаллический дисплей.

 
 
 
 
 
 
 

6. Разработка, расчет и составление  принципиальной схемы

 

    Опираясь  на разработанную функциональную схему  произведем разработку схемы электрической  принципиальной.

      Главной управляющей частью устройства для  определения цвета зубов является микроконтроллер DD2. Выберем миниатюрную микросхему фирмы Texas Instruments MSP430F449. Микроконтроллер предназначен для комбинированной обработки сигналов, его отличительные особенности:

• Низкое напряжение питания: 1.8 В …3.6В
• Очень малая потребляемая мощность:
• Активный режим : 280 мкА (1МГц, 2.2В)
• Дежурный режим : 1.1 мкА
• Режим выключения (поддержание ОЗУ): 0.1 мкА
• Пять режимов снижения энергопотребления
• Выход из дежурного режима за 6 мкс
• 16-разрядная RISC-архитектура, время выполнения инструкции 125 нс
• 12-разрядный АЦП со встроенным источником опорного напряжения, устройством выборки хранения и функцией автоматического преобразования
• 16-разрядный таймер с тремя * и семью ** регистрами захвата фронтов/сравнения с мертвой  зоной: Timer B
• 16-разрядный таймер с тремя регистрами захвата фронтов/сравнения: Timer A
• Встроенный компаратор
• Встроенный последовательный внутрисхемный программатор; не требуется дополнительное напряжение для программирования; программируемые биты защиты программы
• Встроенный драйвер ЖКИ с до 160 сегментами
• температурный диапазон: от −40 до +85 °C

Рисунок 9. – Расположение выводов микроконтроллера MSP430F449IPZ

    Микроконтроллеры  с ультранизкой потребляемой мощностью  семейства MSP430 содержат 16-бит RISC-процессорное ядро обработки смешанного сигнала  и различные наборы периферийных устройств, обеспечивающих выполнение требований конкретных приложений. Микропроцессоры  семейства представляют собой систему  на кристалле, предназначенную для  измерительных систем с батарейным питанием, их основное назначение - анализ аналоговых и дискретных сигналов и  управление исполнительными устройствами. Гибкий генератор с цифровым управлением  позволяет переходить из состояния  ожидания в высокопроизводительный активный режим обработки сигнала менее чем за 6 мкс. 
        Самым высоким уровнем интеграции аналоговых устройств в сочетании с наименьшим в промышленности энергопотреблением отличаются микросхемы серий MSP430F43x/MSP430F44x, представляющие собой завершенную систему на кристалле со встроенной flash-памятью[2]. 
Flash-микроконтроллер MSP430F449, входящий в серию, характеризуется самой низкой потребляемой энергией для решений система на кристалле и предназначен для реализации встроенных средств сбора и отображения данных в индустриальных приложениях. Микросхема MSP430F449 содержит высокопроизводительный микроконтроллер (200 Квыборок/с), 12-бит АЦП и драйвер ЖК-дисплея. 16-бит RISC-процессор позволяет реализовывать новые приложения с минимальным увеличением размера кода. В состав микросхемы входят также flash-память программ и данных емкостью 60 Кбайт и 256 байт, соответственно, и ОЗУ емкостью 2 Кбайт.            

    Программируемая в системе flash-память программ позволяет  вносить изменения в код "в  последнюю минуту" и модернизировать  устройство в условиях эксплуатации. Потребляемый ток микросхемы не превышает 1 мкА (в "спящем" режиме), что и  обеспечивает экономию ресурса батарее[5].

                     Рис.10. Блок-схема микроконтроллера

Программа для микропроцессора  Texas Instruments MSP430F449 на языке Ассемблер

Main Code

;*******************************************************************************************

; MSP430F449 Demo - SPI Communication with DAC7811 SPI function Using HPA449 v1.1

;

; Assembled with IAR Embedded Workbench for MSP430 Kickstart

;

; Author: Jojo Parguian

; HPA/DAP

; Company: Texas Instruments, Inc.

;

; Used:

; HPA449 V1.1

; DAC7811 EVM Rev A

;*******************************************************************************************

#include "msp430x44x.h" // Standard Equations

#include "DAC7811.h" // DAC Equations

#include "legal.asm"

#include "readme.asm"

;---------------------------------------------------------------------------

; 12-bit Unipolar Sine Lookup table with 255 steps

;---------------------------------------------------------------------------

ORG 01000h

;---------------------------------------------------------------------------

Sin_tab DW 2048,2098,2148,2199,2249,2299,2349,2398,2448,2497,2546,2594,2643,2690,2738,2785

DW 2832,2878,2924,2969,3013,3057,3101,3144,3186,3227,3268,3308,3347,3386,3423,3460

DW 3496,3531,3565,3599,3631,3663,3693,3722,3751,3778,3805,3830,3854,3877,3899,3920

DW 3940,3959,3976,3993,4008,4022,4035,4046,4057,4066,4074,4081,4086,4090,4093,4094

DW 4095,4094,4093,4090,4086,4081,4074,4066,4057,4046,4035,4022,4008,3993,3976,3959

DW 3940,3920,3899,3877,3854,3830,3805,3778,3751,3722,3693,3663,3631,3599,3565,3531

DW 3496,3460,3423,3386,3347,3308,3268,3227,3186,3144,3101,3057,3013,2969,2924,2878

DW 2832,2785,2738,2690,2643,2594,2546,2497,2448,2398,2349,2299,2249,2199,2148,2098

DW 2048,1998,1948,1897,1847,1797,1747,1698,1648,1599,1550,1502,1453,1406,1358,1311

DW 1264,1218,1172,1127,1083,1039,995,952,910,869,828,788,749,710,673,636,600

DW 565,531,497,465,433,403,374,345,318,291,266,242,219,197,176,156,137,120,103

DW 88,74,61,50,39,30,22,15,10,6,2,1,0,1,2,6,10,15,22,30,39,50,61,74,88,103,120

DW 137,156,176,197,219,242,266,291,318,345,374,403,433,465,497,531,565,600,636

DW 673,710,749,788,828,869,910,952,995,1039,1083,1127,1172,1218,1264,1311

DW 1358,1406,1453,1502,1550,1599,1648,1698,1747,1797,1847,1897,1948,1998

;------------------------------------------------------------------------------

ORG 0F000h

;------------------------------------------------------------------------------

;************************************************************************

;Program Code

;************************************************************************

RSEG CODE

;************************************************************************

RESET mov.w #0A00h,SP ; Initialize stack-pointer

call #Init_Sys ; Initialize system

clr.w R6

Write_Data

mov.w #0FFh,R6

mov.w #0,R5

Again

mov.w Sin_tab(R5),DATASPI

and.w #0FFFh,DATASPI

add.w #1000h,DATASPI

swpb DATASPI ; MSB first

bic.b #FSb, &P1OUT

mov.b DATASPI,&U1TXBUF

WaitXMTb0 bit.b #UTXIFG1, &IFG2 ; TXBUF1 ready?

jnc WaitXMTb0

swpb DATASPI ; LSB next

mov.b DATASPI,&U1TXBUF

WaitXMTb1 bit.b #UTXIFG1, &IFG2 ; TXBUF1 ready?

jnc WaitXMTb1

incd.w R5

sub.w #1,R6

nop

bis.b #FSb, &P1OUT

and.w #0FFh,R6

jnz Again

jmp Write_Data

;************************************************************************

Init_Sys; Modules and Controls Registers set-up subroutine

;************************************************************************

StopWDT mov.w #WDTPW+WDTHOLD,&WDTCTL ; Stop Watchdog Timer

SetupFLL2 bis.b #FN_4,&SCFI0 ; x2 DCO, 8MHz nominal DCO

bis.b #DCOPLUS+XCAP14PF,&FLL_CTL0 ; DCO+, configure load caps

mov.b #121,&SCFQCTL ;(121+1) x 2 x 32768 = 7.99

SetupPorts

; Port 1

bis.b #FSb, &P1DIR

bis.b #FSb, &P1OUT

; Port 4

bis.b #SPIb,&P4SEL ; P4.3,4,5 SPI option sele

SetupSPI1

bis.b #USPIE1,&ME2 ; Enable SPI TX/RX

mov.b #CHAR+SYNC+MM+SWRST,&U1CTL ; 8-bit SPI Master

bis.b #SSEL0+SSEL1+STC,&U1TCTL ; 3-pin SPI mode, SMCLK

mov.b #002h,&U1BR0 ; CKPL+CKPH gives SCLK idle high

mov.b #000h,&U1BR1 ; sampled on the falling edge of

mov.b #000h,&U1MCTL ; CKPL gives SCLK idle high and d

bis.b #USPIE1,&ME2 ; sampled on the rising edge of S

bic.b #SWRST, &U1CTL ; CKPH gives SCLK idle low and da

; sampled on the rising edge of S

ret

;********************************************************************************

COMMON INTVEC ; MSP430x44x Interrupt vectors

;********************************************************************************

ORG RESET_VECTOR

RESET_VEC DW RESET ; POR, ext. Reset, Watchdog

END

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    После того, как выбран микроконтроллер, можно  выбрать элементы, которые будут  входить в устройство индикации, которым является жидкокристаллический дисплей. Можно применить дисплей ITH-E0803SRNP (HG1), имеющий три семисегментных знакоместа, а также знакоместо для спецсимволов. При этом индикатор отличается малым потреблением энергии и большим сроком службы. По габаритам он нам также вполне подходит.

    Что бы преобразовать интерфейс USB, который получается от видеокамеры, в интерфейс RS232. Эту задачу у нас выполняет мост DD1. Выберем микросхему компании Silicon Laboratories Inc CP2103-GM.  Кроме простоты схемы, данный адаптер      обладает   замечательным преимуществом    – он   не требует разработки   драйверов. контроллеры USB-UART CP2103 обладают минимальным набором внешних компонент и обеспечивают полноскоростной мост между портом USB и последовательным портом UART для подключения к интерфейсу RS-232. CP2103 содержит 1024byte встроенной EEPROM-памяти для хранения служебной информации.

    Преимущества:

• Минимум компонентов обвязки
• USB2.0 совместимость, полноскоростной  (12 Мб/с)
• 1024 байт памяти EEPROM
• Скорость, программируемая пользователем
• Поддержка всех модемных интерфейсных сигналов
• Скорость передачи данных UART: 300 б/с…1 Мб/с
• Индустриальный температурный диапазон: -40…85°С
• Встроенный кварцевый тактовый генератор

    Прилагаемый к CP2103 пакет программного обеспечения содержит виртуальные драйверы COM-порта, поддерживающие эффективную работу микросхемы практически во всех современных операционных системах: Windows 98 SE/Me/2000/XP, MAC OS-9, MAC OS-X и Linux версии 2.40 и выше.

 

 
 

Рис.9. внешний вид CP2103-GM

 

    Линейные стабилизаторы  DA1 и DA2 выбираем микросхемы LD1085V, фирмы  STMicroelectronics. У них переменное выходное напряжение. Исходя из рисунка 10 произведем расчет резисторов R1-R4.  Расчетрезисторов производим по формуле 6.1:

   

   

 
 
 
 
 

Рис.10. –  Электрическая схема LD1085V

     Исходя  из формулы 1 и схемы электрической  принципиальной (приложение А) произведем расчет резисторов: R1 = 120Ом, V_REF = 1,5 В, V₀ = 3,3В.