PROGETTO, REALIZZAZIONE E COLLAUDO DI UN SISTEMA DI PESATURA GAS PER L ESPERIMENTO EUROPEO Extreme Energy Events

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1 I.T.T. Tito Sarrocchi SIENA A.S. 0-0 CLASSE a ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI PROGETTO, REALIZZAZIONE E COLLAUDO DI UN SISTEMA DI PESATURA GAS PER L ESPERIMENTO EUROPEO Extreme Energy Events Alunni: JACOPO SESTINI GIACOMO NANNINI 0

2 Sommario INTRODUZIONE Motivazioni sulla scelta del progetto... Progetto Extreme Energy Events... Il nostro contributo al progetto... HARDWARE Schema a blocchi... Schema elettrico... 6 Trasduttori di peso... 7 Condizionamento del segnale degli estensimetri (strain gages)... 8 Alimentazione catena di acquisizione... 9 CPU Microcontrollore... 0 Real Time Clock... Display LCD... Connettori lato host (Alimentazione e I C)... Circuiti accessori... Componenti utilizzati... 6 PROTOCOLLO I C... SOFTWARE... COLLAUDO... REALIZZAZIONE PCB... MANUALE DI UTILIZZO... Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

3 Motivazioni sulla scelta del progetto La scelta del progetto è nata da una proposta dell Università di Siena, nell ambito di una collaborazione riguardante un progetto su scala europea denominato EEE. Il Dipartimento di Elettronica del Sarrocchi ha ritenuto valida l iniziativa, in quanto essa potrebbe avere notevoli risvolti al di fuori della scuola soprattutto a livello di ricerca e sperimentazione europea. EXTREME ENERGY EVENTS Extreme Energy Events EEE) è un progetto che mira a capire dove, come e quando nascono i raggi cosmici. Quando un raggio gamma entra nell atmosfera terrestre, scontrandosi con le molecole presenti, dà origine ad uno sciame di particelle molto energetiche che attraversano l atmosfera e colpiscono la Terra. Disponendo di numerosi rivelatori, sparsi sul territorio nazionale e oltre, è possibile correlare i dati ottenuti per determinare il numero di eventi gamma che e la direzione da cui i raggi provengono. In genere si hanno alcune decine di eventi al secondo per ogni rivelatore. Per ottenere tutto ciò vengono installati dei rilevatori MRPC (Multigap Resistive Plate Chamber), come quello visibile in figura. Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

4 Si tratta di strumenti molto sofisticati, benché semplici da realizzare, normalmente assemblati da studenti durante specifici stage presso il CERN di Ginevra, il cui principio di funzionamento può essere così riassunto: i tre piani che si vedono in figura sono costituiti ognuno da due lastre di vetro, separati da un sottilissimo spazio in cui scorre del gas ionizzabile. Sulle due lastre sono presenti due strati metallici mantenuti ad un potenziale di circa 0kV, ognuno dei tre elementi può quindi essere paragonato ad un semplice condensatore piano riempito di gas. Quando una particella dotata di carica elettrica attraversa il gas genera uno sciame di cariche elettriche per il fenomeno della ionizzazione. Queste cariche elettriche si muovono verso le armature del condensatore e ogni loro impatto sugli strati metallici genera un impulso elettrico che viene elaborato per rilevare il passaggio di una particella. Vi è infatti un sistema elettronico più complesso in grado di determinare la coordinata x-y del punto in cui è avvenuto il passaggio della particella. Se i punti sui tre piani risultano allineati l evento viene considerato valido e dalle tre coordinate è possibile individuare la direzione da cui è giunta la particella. IL NOSTRO CONTRIBUTO AL PROGETTO Il problema di cui ci siamo occupati riguarda il monitoraggio della quantità di gas ancora disponibile nelle bombole per poter predisporre la sostituzione della bombola con sufficiente anticipo. Il gas scorre con molta lentezza tra le lastre di vetro e la quantità giornaliere consumata è molto piccola (da 60 a 00 grammi al giorno); le bombole quindi durano diversi mesi, a volte anche un anno. E importante inoltre sapere anche se esso scorre con regolarità. Abbiamo quindi realizzato una scheda che è in grado di acquisire il peso del gas con sufficiente precisione e accuratezza (errore massimo pari a 00g), memorizzandone il valore ad intervalli di tempo regolari (da ora a ore), grazie alla presenza a bordo di un proprio RTC (real time clock). La scheda è in grado di memorizzare le ultime 0 letture, che coprono quindi un arco di tempo Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

5 fino a 0 giorni. Essendo dotata di una interfaccia I C, essa può essere interrogata da un sistema master (host), al quale risponde trasmettendo sul bus i dati memorizzati. La scheda è stata pensata anche per funzionare in maniera autonoma, in quanto è dotata di un display LCD per la visualizzazione di data, ora, peso lordo e tara della bombola. Segnala inoltre con un led rosso lampeggiante la situazione di allarme dovuta al gas che si sta esaurendo oppure dovuta al mancato consumo regolare di gas. Come trasduttore di peso si è usata una bilancia commerciale a cui è stata smontata l elettronica e le cui celle di carico sono state collegate alla nostra scheda secondo una configurazione a ponte di Wheatstone. La scheda di acquisizione dati è stata interamente progettata, realizzata e collaudata nei laboratori del Dipartimento di Elettronica del Sarrocchi. Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

6 SCHEMA A BLOCCHI Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

7 Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA J J PC-RJ PC-IC VIN VIN VIN SCL SDA SDA SCL VIN CONNETTORI IC LATO PC J J6 BILANCIA 6 ICD RB7 RB6 J PC-RJ F FUSE J PC-IC VREF MCLR C6 00u R7 70 J9 TEST C7 70uF -V C7 00u C 00nF C0 7uF P P CATENA DI ACQUISIZIONE STRAIN GAGES R8 0K CIRCUITI ACCESSORI U RS EN DB0 DB DB DB ZERO T T T SCLK LCD RB6 RB7 MCLR CPU MICROCONTROLLORE RG RG VIN- VIN V- INA8 LDV R K D RR RG V VOUT REF LDG R K IC RA0/AN0 RA/AN RA/AN/VREF- RA/AN/VREF RA/T0CKI RA/AN/SS RB0/AN/INT RB/AN0 RB/AN8 RB/AN9/PGM RB/AN RB/AN RB6/PGCLK RB7/PGDAT RE/MCLR/VPP PIC6F886 D LDR V R K D C 00nF C9 0n RC0/TOSO/TCKI RC/TOSI/CCP RC/CCP RC/SCK/SCL RC/SDI/SDA RC/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT OSC/RA7/CLKIN OSC/RA6/CLKOUT VCOND SCLK C8 00u T S VSS VSS VDD U REF0 OUT VREF U T S T S G N D 0 REF_IN VIN SCLK AD789 SDA_INT SCL_INT DATI SCL SDA LDV LDG LDR ST_CONV BUSY VIN VDD CONVST BUSY SDATA RB6 RB7 C 00nF TP VCOND R9 0K V C 0nF V ST_CONV BUSY DATI J8 IC_ADDR R K SDA_INT SCL_INT REAL TIME CLOCK C u C u RV 0K J0 TEST D R K 0 ZERO IC SDA SCL INT R6 7 PCF86 U C C C- C- TIN TIN ROUT GN D VDD ALIMENTAZIONE OSCIN OSCOUT CLKOUT V V- MAXE ROUT RIN 6 C F C pf TOUT TOUT RIN 7 Eseguito da: Y KHz C6 7uF Titolo Progetto C 7uF C8 7uF LCD R K R 0K DISPLAY LCD RV 0K U6 780 VIN OUT G N D U 790 VIN OUT G N D Nannini - Sestini DB Q DB BC7 DB DB0 C 7uF C9 7uF R EN RS V -V C 00nF C0 00nF Gruppo: Bilancia Progetto 0 - BILANCIA SU BUS IC J LCD SCHEMA ELETTRICO COMPLESSIVO SISTEMA DI PESATURA GAS PER L ESPERIMENTO EUROPEO 6 Size A Nome File: Ultima modif ica: Wednesday, May, 0

8 TRASDUTTORI DI PESO BIANCO BIANCO RV 70 ROSSO ROSSO RV 70 R 70 R EMPIRICA. OHM R7 70 BLU J CON BLU BLU BLU R 70 ROSSO ROSSO R 70 RV 70 RV 70 BIANCO BIANCO Per praticità, come trasduttore di peso è stata utilizzata una bilancia facilmente reperibile in commercio, alla quale è stata tolta l elettronica per poterne utilizzare la struttura e i relativi sensori. I trasduttori sono costituiti da celle di carico (strain gages) collegate a ponte di Wheatstone. Ogni cella è formata da una resistenza fissa da 70 Ohm e una variabile, dipendente dal peso. Per problemi di tolleranza il ponte, di per sé, non è equilibrato e quindi abbiamo dovuto aggiungere una resistenza da, Ohm per portare il ponte all equilibrio in assenza di carico sulla bilancia. Il ponte è alimentato con una tensione di.v, molto stabile, opportunamente generata. Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA 7

9 CONDIZIONAMENTO DEL SEGNALE DEGLI STRAIN GAGES J BILANCIA VREF C6 00u C0 7uF P P -V C7 00u CATENA DI ACQUISIZIONE STRAIN GAGES U RG RG VIN- VIN V- INA8 RR RG V VOUT REF C 00nF VREF V U VCOND REF_IN VDD VIN CONVST SCLK BUSY SCLK SDATA C9 0n C8 00u U REF0 OUT AD789 VIN V TP VCOND C 0nF V ST_CONV BUSY DATI Sul connettore J arrivano i segnali degli strain gages, che vengono mandati ad un circuito di condizionamento integrato, l INA8, che è un amplificatore per strumentazione a basso rumore con un elevato CMR, pari a 0 db. Per gestire il guadagno l INA prevede una resistenza collegata fra i pin e 8, scelta in base alla tabella fornita dal costruttore. Il segnale condizionato viene dopo mandato ad un convertitore A/D a bit di risoluzione, che poi comunica il dato convertito al microcontrollore tramite comunicazione seriale. Il C.I. REF0 serve appunto per generare la tensione di riferimento per il convertitore A/D e per il ponte con le celle di carico. Come ADC non è stato usato quello del PIC perché ha una risoluzione di soli 0 bit e per ottenere la precisione richiesta era necessario disporre di un numero maggiore di bit. Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA 8

10 ALIMENTAZIONE DELLA CATENA DI ACQUISIZIONE C u C u 0 U C C C- C- TIN TIN ROUT V V- TOUT TOUT RIN ROUT RIN 6 7 C6 7uF U6 780 VIN OUT C 7uF C8 7uF U 790 VIN OUT C 7uF C9 7uF V -V C 00nF C0 00nF ALIMENTAZIONE MAXE L intera scheda viene alimentata tramite il connettore dell I C collegato all host, sul quale è presente una tensione fissa di V, adatta quindi ad alimentare tutti i circuiti digitali della scheda, ma non la catena di acquisizione dati analogica utilizzata. Nella sezione analogica sono infatti presenti un operazionale a basso rumore INA8, che richiede una alimentazione duale ±V, e un convertitore AD789 che richiede una tensione di riferimento.v ad alta stabilità per poter fornire la risoluzione adeguata. Abbiamo quindi usato un C.I. MAX per generare, a partire dalla tensione V in ingresso (pin6), una tensione duale ±9V (pin e pin6). Questo è possibile grazie alla circuiteria interna a pompa di carica e ai relativi due condensatori da uf (C e C) posti rispettivamente tra i pin e (C,C-) e i pin e (C,C- ). La tensione duale ±9V viene poi stabilizzata a ±V tramite un C.I. 780 (V) e un C.I. 790 (-V). Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA 9

11 IL MICRONTROLLORE RS EN DB0 DB DB DB ZERO T T T SCLK LCD RB6 RB7 MCLR IC RA0/AN0 RA/AN RA/AN/VREF- RA/AN/VREF RA/T0CKI RA/AN/SS RB0/AN/INT RB/AN0 RB/AN8 RB/AN9/PGM RB/AN RB/AN RB6/PGCLK RB7/PGDAT RE/MCLR/VPP PIC6F886 CPU MICROCONTROLLORE RC0/TOSO/TCKI RC/TOSI/CCP RC/CCP RC/SCK/SCL RC/SDI/SDA RC/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT OSC/RA7/CLKIN OSC/RA6/CLKOUT VSS VSS VDD SDA_INT SCL_INT DATI SCL SDA LDV LDG LDR ST_CONV BUSY C 00nF Il microcontrollore usato è un PIC6F886 della Microchip. È stato scelto questo PIC perché: -al suo interno ha già un oscillatore attivabile tramite software e quindi non necessita di quarzo esterno, liberando due ulteriori piedini di I/O -ha un numero di pin giusto per il nostro utilizzo -è un dispositivo già conosciuto in quanto utilizzato più volte in laboratorio e quindi disponibile a magazzino con un costo contenuto. I primi 6 pin del porta, ovvero dall A0 all A, sono usati per gestire il display, mentre l A6 e l A7 sono usati rispettivamente per avviare la conversione dell ADC e per vedere quando la conversione è completata ed il dato è disponibile. Collegati al portb possiamo trovare, nell ordine, un trimmer per tarare la lettura del peso a vuoto, i tasti per gestire il menu, il segnale di clock per la conversione, la retroilluminazione dell LCD e infine, collegati a RB6 e Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA 0

12 RB7, troviamo due jumper per cambiare l indirizzo I C del dispositivo (utilizzati anche per la programmazione e il debug del PIC). Sul portc troviamo il bus I C interno, l ingresso dei dati convertiti dall ADC, il bus I C esterno, e i LED spia. Sull alimentazione del PIC è stato aggiunto un condensatore di filtro da 00nF per eliminare ogni possibile rumore elettrico ad alta frequenza. Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

13 REAL TIME CLOCK L integrato PCF86 è un RTC (Real Time Clock) della Philips, cioè un completo orologio controllabile via I C. E un dispositivo slave che risponde all indirizzo 0x ed è gestito dal PIC su una linea I C interna, non disponibile quindi sui connettori della scheda: in questo caso il PIC si comporta da master. Sulle due linee SDA e SCL del bus è necessario collegare due resistenze da. KOhm di pull-up, in quanto le uscite del driver sono di tipo open collector. Per funzionare ha bisogno di un risonatore da KHz, nel nostro caso a quarzo perché è più stabile e preciso di un RC. Il condensatore da F fa da batteria tampone, serve cioè a non perdere l ora nel caso manchi la corrente anche per un lungo periodo. La resistenza serve per limitare il picco di corrente di carica del condensatore, nel caso fosse completamente scarico al momento dell accensione, e a non far saltare il fusibile. Il PCF86 contiene diversi registri. Il registro 0 e sono di control/status. I registri dal all 8 sono usati per l ora e la data, espressi in secondi, minuti, ore, giorni, giorno della settimana, mese e anno. I registri dal 9 al sono allarmi, che nel nostro caso sono stati disattivati. Informazioni più dettagliate sono reperibili sul data sheet fornito dal costruttore. È stato scelto di utilizzare un real time clock per avere la possibilità di salvare le pesate con l ora e la data in cui sono state effettuate, in modo che l host possa fare una media del consumo. R K SDA_INT SCL_INT REAL TIME CLOCK D R K IC SDA SCL INT R6 7 PCF86 VDD OSCIN OSCOUT CLKOUT C F C pf Y KHz Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

14 DISPLAY LCD LCD R K R 0K DISPLAY LCD RV 0K R DB Q DB BC7 DB DB0 EN RS J LCD E un display LCD alfanumerico, con righe di 6 caratteri ciascuna, utilizzato per visualizzare data, ora, peso lordo e tara della bombola. I primi due pin sono di alimentazione. Il piedino serve per regolare il contrasto e accetta in ingresso una tensione variabile da 0-V; per regolare al meglio il contrasto abbiamo utilizzato un trimmer. Il pin è il register-select signal RS, che dice al controller del display se i dati che gli vengono mandati sono comandi (RS=0) oppure dati (RS=). Il pin è il read/write, cioè indica se i dati sono scritti (R/W=0) o letti (R/W=) dalla Ram interna: nel nostro caso è stato messo fisso a massa, perché non avevamo la necessità di rileggere i dati. Il pin 6 è il piedino di enable (EN) e serve come clock nell invio dati all LCD. I pin dal 7 al rappresentano il bus dati. La comunicazione con il display può avvenire a o 8 bit, nel nostro caso è stato scelta a bit per ragioni di economia nell uso dei pin di I/O digitali disponibili. Gli ultimi due pin servono per la retroilluminazione del display, che viene comandata dal PIC; è stato necessario mettere un transistor in configurazione ON/OFF in quanto l uscita del PIC non è in grado di fornire la corrente necessaria. Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

15 CONNETTORI LATO HOST (ALIMENTAZIONE E I C) J PC-RJ VIN VIN VIN SCL SDA J PC-RJ J PC-IC SDA SCL VIN F FUSE CONNETTORI IC LATO PC J PC-IC J9 TEST C7 70uF Sono quattro connettori utilizzati per la comunicazione I C su cui sono presenti anche le linee di alimentazione provenienti dall host. J e J sono connettori di tipo RJ- a 8 poli, mentre J e J sono semplici connettori molex a pin. I connettori sono tutti doppi per prevedere un entrata e un uscita così da consentire l estensione del bus verso altre periferiche. Il connettore J9 è un semplice test-point che abbiamo usato in fase di collaudo sui segnali SCL e SDA. Il fusibile serve a proteggere la linea di alimentazione proveniente dall host da eventuali sovraccarichi, come ad esempio un cortocircuito accidentale sulla scheda. Il condensatore C7 è stato messo per filtrare l alimentazione. Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

16 CIRCUITI ACCESSORI J6 6 ICD MCLR RB7 RB6 R7 70 R8 0K C 00nF LDV R K D LDG R K D LDR R K D T S T S T S RB6 R9 0K RB7 J8 IC_ADDR RV 0K J0 TEST ZERO CIRCUITI ACCESSORI Il connettore J6 serve per programmare il PIC ed effettuare il debug del software. E il connettore standard a 6 poli usato da Microchip nei suoi sistemi di sviluppo PicKit e ICD. Sono stati previsti LED spia, verde, giallo e rosso, il cui significato è specificato nel manuale di utilizzo. I tre tasti servono per selezionare le voci del menù e impostarne i relativi valori. I due jumper servono a impostare la parte bassa dell indirizzo I C della scheda ed è quindi possibile utilizzare fino a quattro schede sullo stesso bus. Infine abbiamo un trimmer per azzerare il valore acquisito dalla bilancia quando essa è scarica. Non fa parte della catena di acquisizione e interviene solo a livello software. Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

17 COMPONENTI UTILIZZATI Item Quantity Reference Value C F C pf C,C0,C,C,C 00nF C,C uf 6 C6,C8,C9,C,C,C0 7uF 6 C7 70uF 7 C 0nF 8 C6,C7,C8 00uF 9 C9 0nF 0 D N007 D,D,D LED F FUSE IC PIC6F886 IC PCF86 J,J PC-RJ 6 J,J PC-IC 7 J BILANCIA 8 J6 ICD 9 J7 LCD 0 J8 IC_ADDR J9,J0 TEST Q BC7 RG RR RV,RV,R8,R9,R 0K R,R,R K 6 R,R K 7 R6 7 8 R R K 0 R S,S,S TASTO TP TP U MAXE U INA8 U U REF0 7 U AD789 8 U Y KHz Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA 6

18 PIC6F886 Il PIC6F886 è un microcontrollore a 8 pin, con una clock interno o esterna che può arrivare fino a 0MHz. Ha un consumo molto ridotto, dell ordine dei nw in situazione di standby. PIEDINATURA Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA 7

19 INA 8 L INA8 è un amplificatore per strumentazione con basso rumore, che offre un eccellente accuratezza nell amplificazione dei segnali. Il numero degli operazionali al suo interno () e le dimensioni ridotte offrono una versatilità in molti campi, sia in ambito industriale che per applicazioni mediche. Ha un guadagno regolabile tramite una sola resistenza, il cui valore può essere stabilito mediante una tabella riportata sul datasheet. Necessita di un alimentazione duale ed è questo che ci ha indotto usare un MAX. PIEDINATURA PIN/8 Resistenza di regolazione del guadagno PIN Vin - PIN Vin PIN V- PIN Ref out PIN6 Vout PIN7 V Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA 8

20 AD789 L AD789 è un convertitore A/D, ad approssimazioni successive, a bit. Lavora con un alimentazione singola di V ed accetta in ingresso tensioni comprese fra 0V e Vref: nel nostro caso da 0 a. Volt. I dati convertiti vengono trasmessi tramite interfaccia seriale. PIEDINATURA PIN - REF IN: un riferimento esterno deve essere connesso a questo pin per fornire una tensione di riferimento per il processo di conversione. PIN VIN: è il pin analogico a cui deve essere collegata la tensione da convertire. PIN : è il terminale di massa PIN SCLK: un clock esterno deve essere immesso in questo pin per avere in uscita dei dati seriali. PIN SDATA: i dati convertiti vengono trasmessi in forma seriale tramite questo pin. PIN6 BUSY: questo pin indica se l A/D sta effettuando una conversione o se è nello stato di libero. PIN7 CONVST: questo pin serve per avviare il processo di conversione. PIN8 VDD: è il pin di alimentazione dell integrato. Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA 9

21 ESTENSIMETRI (STRAIN GAUGE) Gli estensimetri a filo, detti anche strain gauge, basano il loro funzionamento sull aumento della resistenza di un filo conduttore soggetto a trazione. Questo avviene perché il valore di un resistore, oltre che dalla sua resistività elettrica, dipende anche dalla lunghezza e dalla sezione del conduttore. La relazione è la seguente: Quando il filo viene sottoposto a trazione esso si allunga, causando così sia un aumento del parametro l che una riduzione della sezione S: ambedue le variazioni inducono un aumento della resistenza R. Il filo in genere è disposto a serpentina per aumentare la sensibilità dell estensimetro. Il parametro che individua la sensibilità di un estensimetro è il fattore di gauge, definito dalla seguente relazione: / / Dove, con riferimento ad un certa sollecitazione, si ha: / = variazione relativa della resistenza dell estensimetro / = variazione relativa della lunghezza dell estensimetro. Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA 0

22 PROTOCOLLO I C Il protocollo I C utilizza un bus bidirezionale a due fili, indicati rispettivamente con SDA (Serial Data) e SCL (Serial Clock). Questo protocollo nacque negli anni 80 e fu brevettato dalla Philips per lo scambio di dati fra dispositivi elettronici all interno di uno stesso apparato (p.es. all interno di un televisore). Gli attori principali della comunicazione sono due: il MASTER e lo SLAVE. In genere il MASTER è un microcontrollore e gli SLAVE sono le periferiche esterne come una eeprom o un RTC. Il MASTER gestisce la tempistica e inizia la trasmissione, lo SLAVE gestisce solo le richieste del MASTER a lui indirizzate. Infatti, dato che possono essere collegati più dispositivi allo stesso bus, ad ognuno di loro viene attribuito un indirizzo normalmente a 7 bit che lo identifica. Il MASTER, dato che gestisce lui le temporizzazioni, è l unico a muovere l SCL, mentre l SDA può essere mosso sia dal MASTER che dallo SLAVE a seconda della direzione dei dati. La comunicazione deve sempre iniziare con una condizione di START e finire con una condizione di STOP. È importante sapere anche che il segnale SDA può essere mosso solo quando l SCL è basso; l uniche eccezioni a questa regola sono le condizioni di START e STOP. Dopo la condizione di START il MASTER trasmette sulla linea SDA l indirizzo a 7 bit dello SLAVE con cui vuole comunicare, sia che voglia ricevere dati, sia che li voglia trasmettere. Come ottavo bit viene in genere trasmesso un bit di R/W (=READ)/(0=WRITE). Lo slave, che riconosce il suo indirizzo e si sente chiamato in causa, segnala la sua risposta sul bus dati con un segnale di ACKNOWLEDGE (0=ACK). Ricevuto l ACK il MASTER provvede a trasmettere i dati allo SLAVE oppure a riceverli, a seconda della direzione della comunicazione. In caso di assenza dell ACK (=NACK) il MASTER interrompe la comunicazione e manda un bit di STOP. Esistono due principali tipi di comunicazione tra MASTER e SLAVE Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

23 Il MASTER vuole trasmettere dati allo SLAVE (Write mode) Il master vuole ricevere dati dallo SLAVE (Read mode) WRITE MODE Il master trasmette l indirizzo dello slave a cui vuole trasmettere seguito da uno 0 (write) Il master invia i dati che vuole trasmettere Il master termina la comunicazione In questo caso è lo Slave che genera il segnale A di ACK (0=ACK). Se giunge invece un segnale di NOT ACK (=NAK) il master dovrà generare una condizione di STOP o di REPEATED START. READ MODE Il master trasmette l indirizzo dello slave a cui vuole trasmettere seguito da (read) Lo slave trasmette i dati al master Il master termina il trasferimento In questo caso è il master genera il segnale di ACK dopo aver ricevuto i dati, e quando vuole indicare allo slave che non ha più bisogno di dati genera invece un NAK. Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

24 SOFTWARE Il software del PIC acquisisce i dati convertiti dall A/D e li elabora. A questo punto salva la pesata nella eeprom interna, insieme alla data e all ora in cui è stata effettuata. sul display mostra la data, l ora, il peso lordo e la tara. La data, l ora e la tara sono impostabili tramite i tre tasti sulla scheda. Il software permette inoltre di far comunicare la scheda con altri dispositivi remoti tramite I C. SOFTWARE MAIN // //SOFTWARE PROTOTIPO SCHEDA BILANCIA BETA.0 //NANNINI SESTINI ^TELE 0/0 //TUTTI I DIRITTI RISERVATI // #include <6F886.h> #DEVICE ADC=0 #fuses INTRC_IO,NOWDT,NOPROTECT,DEBUG,NOLVP, PUT #use delay(clock= ) #use ic(master, SDA=PIN_C0, SCL=PIN_C, STREAM=RTC) #use ic(slave, SDA=PIN_C, SCL=PIN_C, STREAM=EXT, ADDRESS=0x, FORCE_HW) #use fast_io(a) #use fast_io(b) #include <Lcd_Function_Bilancia.h> #include <RTC_Function_Bilancia.h> //COSTANTI #define LEDV PIN_C #define LEDG PIN_C6 #define LEDR PIN_C7 #define TASTO PIN_B #define TASTO PIN_B #define TASTO PIN_B #define ADCCLK PIN_B #define ADCDATA #define ADCBUSY #define ADCSOC PIN_C PIN_A6 PIN_A7 #define PREMUTO 0 #define NON_PREMUTO #define EXT_SCL PIN_C #define EXT_SDA PIN_C //VARIABILI int flag_timer0; int T, T, T, Ta, Ta, Ta, Tp, Tp, Tp; int variata_ora, cmd_ic_da_eseguire; int8 mset, deltat, offset, kk; int6 tara=0; int8 conta_int, conta_ciclo; int8 conta, conta, sec_prec; int6 peso[8]; int8 reg[6], nreg; // // VISUALIZZAZIONE HOME LCD // // "GG/MM/AAAA HH:MM" :lampeggianti // "PP,PKgTaraTT,T" // Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

25 // PROTOTIPI void inizializza(void); void leggi_tasti(void); voidrimetti_ora(void); voidrimetti_tara(void); voidrimetti_data(void); void salvalettura(void); void elabora_tasti(void); void esegui_cmd_ic(void); voidvisualizza_su_lcd (void); int8 binbcd(int8 dato); int6 leggi_peso(void); // void main (void) { int8 i; inizializza(); while (TRUE) { while (!flag_timer0); //ciclo 0ms flag_timer0=0; if (((mset==0) (mset==6))) RTC_read(); if (((mset==0) (mset==6))&&((conta_ciclo%)==0)) RTC_read(); if (sec!=sec_prec) { for (i=7; i>0; i--) peso[i]=peso[i-]; peso[0] = leggi_peso(); if (deltat==0) salvalettura(); else { if ((sec==0)&&(min==0)&&((hour%deltat)==0)) salvalettura(); sec_prec=sec; leggi_tasti(); elabora_tasti(); visualizza_su_lcd(); if (cmd_ic_da_eseguire) esegui_cmd_ic(); // void inizializza(void) { setup_oscillator(osc_8mhz); //setta l'oscillatore interno del PIC con frequenza di 8MHz set_tris_a(0b ); set_tris_b(0b00); output_bit(adcclk, 0); output_bit(adcsoc, 0); setup_adc_ports(san) setup_adc(adc_clock_internal); //setta il pin...come analogico setup_timer_0 (RTCC_INTERNAL RTCC_8_BIT RTCC_DIV_6); //inizializza il timer0 enable_interrupts (INT_TIMER0); //abilita interrupt timer0 enable_interrupts (INT_SSP); //abilità interrupt sui pin IC enable_interrupts (GLOBAL); //abilità gli interrupt LCD_Init(); //inizializza LCD RTC_Init(); //iniziallizza RTC output_bit(pin_b, ); //accende retroilluminazio dell' LCD tara=((int6)read_eeprom(8)<<8)read_eeprom(9); //legge la tara dalla eeprom if (tara>99) //se è maggiore di 99 { tara=0; //la mette a 0 write_eeprom(8, 0); //e la scrive nella eeprom Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

26 write_eeprom(9, 0); write_eeprom(9, tara); write_eeprom(8, tara>>8); deltat=0; //setta l'intervallo delle letture a 0 cioè una ogni secondo write_eeprom(7, deltat); //e lo scrive nella eeprom if (deltat>) //se è maggiore di { deltat=0; //la rimette a 0 write_eeprom(7, 0); //e la salva nella eeprom offset = read_eeprom(); //legge l offset del peso dalla eprom conta_ciclo=conta_int=0; mset=0; for (nreg=0; nreg<6; nreg) reg[nreg]=; nreg=0; cmd_ic_da_eseguire=false; // void leggi_tasti(void) { Ta = (input(tasto)); //fa l'input del tasto Ta = (input(tasto)); //fa l'input del tasto Ta = (input(tasto)); //fa l'input del tasto T = (Ta==0 && Tp==); //antirimbalzo tasto T = (Ta==0 && Tp==); //antirimbalzo tasto T = (Ta==0 && Tp==); //antirimbalzo tasto if(t) conta=0; if (Ta==0&&Tp==0) //autorepeat tasto { conta; if (conta>=0) {conta=0; T=TRUE; if(t)conta=0; if(ta==0&&tp==0) //autorepeat tasto { conta; if (conta>=0) {conta=0; T=TRUE; Tp = Ta; Tp = Ta; Tp = Ta; // void elabora_tasti(void) { int dataok; if (T) //se t viene pigato cambia campo menu { switch (mset) { case 0: mset; case : mset; case : mset; case : dataok=; //rimette giorno del mese if ((month==) (month==) (month==6) (month==9)) { if (day>0) {day=0; dataok=0; else if (month==) { if ((year%)==0) {if (day>9) {day=9; dataok=0; else {if (day>8) {day=8; dataok=0; if (dataok) //se va tutto bene scrive nell rtc la data { RTC_Scrivi_registro(, binbcd(day)); RTC_Scrivi_registro(7, binbcd(month)); RTC_Scrivi_registro(8, binbcd(year)); mset=; Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA

27 else mset=; case : mset; case : if (variata_ora) //se l ora è stata rimessa va a scriverla nell rtc { RTC_Scrivi_registro(, binbcd(hour)); RTC_Scrivi_registro(, binbcd(min)); RTC_Scrivi_registro(, 0); variata_ora=false; mset; case 6: write_eeprom(9, tara); //rimette la tara e la salva nella eeprom write_eeprom(8, tara>>8); tara=((int6)read_eeprom(8)<<8)read_eeprom(9); mset=0; if (T) //se viene pigiato incrementa la variabile da rimettere { switch (mset) { case : if (day<) day; else day=; case : if (month<) month; else month=; case : if (year<99) year; else year=0; case : if (hour<) hour; else hour=0; variata_ora=true; case : if (min<9) min; else min=0; variata_ora=true; case 6: if (tara<99) tara; else tara=0; if (T) //se viene pigiato decrement la variabile da rimettere { switch (mset) { case : if (day>) day--; else day=; case : if (month>) month--; else month=; case : if (year>0) year--; else year=99; case : if (hour>0) hour--; else hour=; variata_ora=true; case : if (min>0) min--; else min=9; variata_ora=true; case 6: if (tara>0) tara--; else tara=99; Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA 6

28 // voidvisualizza_su_lcd (void) { int blink_off; //lampeggio cifra da rimettere blink_off = (((conta_ciclo>6)&&(conta_ciclo<0)) (conta_ciclo>6))&&(!t)&&(!t)&&(!t); LCD_Locate(,); if ((mset==)&&blink_off) LCD_Write(" "); else { LCD_Write((day/0)'0'); LCD_Write((day%0)'0'); LCD_Write('/'); if ((mset==)&&blink_off) LCD_Write(" "); else { LCD_Write((month/0)'0'); LCD_Write((month%0)'0'); LCD_Write("/"); if ((mset==)&&blink_off) LCD_Write(" "); else { LCD_Write("0"); LCD_Write((year/0)'0'); LCD_Write((year%0)'0'); LCD_Write(' '); if ((mset==)&&blink_off) LCD_Write(" "); else { LCD_Write((hour/0)'0'); LCD_Write((hour%0)'0'); if (conta_ciclo<) LCD_Write(':'); else LCD_Write(' '); if ((mset==)&&blink_off) LCD_Write(" "); else { LCD_Write((min/0)'0'); LCD_Write((min%0)'0'); LCD_Locate(,); //scrivenell LCD if ((peso[0]/00)>0) LCD_Write((peso[0]/00)'0'); else LCD_Write(' '); LCD_Write(((peso[0]/0)%0)'0'); LCD_Write(','); LCD_Write((peso[0]%0)'0'); LCD_Write("Kg "); LCD_Write(deltaT'0'); LCD_Write("Tara"); //tara=((int6)read_eeprom(8)<<8)read_eeprom(9); if ((mset==6)&&blink_off) LCD_Write(" "); else { if ((tara/00)>0) LCD_Write((tara/00)'0'); else LCD_Write(' '); LCD_Write(((tara/0)%0)'0'); LCD_Write(','); LCD_Write((tara%0)'0'); if (conta_ciclo==) output_high(ledv); //fa un lampeggio ogni secondo else output_low(ledv); // int6 leggi_peso(void) { int6 tmp_peso; Classe A TELECOMUNICAZIONI A.S. 0/ - IIS T. SARROCCHI SIENA 7

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