UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA
UNIDAD IZTAPALAPA
DIVISIÓN CBI
MAYO DEL 2003, MÉXICO D.F.
SISTEMA INTELIGENTE DE CONTROL VEHICULAR
S.I.C.V.
PRESENTAN:
Germán Carlos Cavazos Echagaray
Matricula: 85325411 Rubén Rivera Martínez Matricula:
Carrera: Ingeniería en Electrónica Área de Concentración: Computación
Para obtener el grado de Licenciatura ASESOR:
Agradecemos profundamente al Dr. Alberto Soria López su entusiasmo y apoyo para la realización de este proyecto.
ÍNDICE
CAPITULO CONTENIDO PAGINA
I INTRODUCCIÓN • Objetivo 05 • Viabilidad de desarrollo 06 • Definición 06 • Funciones 07 • Unidades 07 • Fuentes de información 07
• Entrada y salida de datos 09
• Presentación de la información 09 • Análisis y diseño del sistema 11 • Diagrama de flujo de información 12
II HARDWARE DEL SISTEMA
• Micro controlador Intel 8031 13
• Alimentación 13
• Reloj del sistema 14
• Memoria 14
• Registros de funciones especiales (SFRs) 15 • Registros del programa (tabla) 16
• Configuración de los SFRs 17
• Los SFRs en los procesos 20
II.I INTERERFASES • distancia 26 • análisis odométrico 28 • velocidad 35 • combustible 39 • batería eléctrica 44
• alarma contra robo 46
• tacómetro 52
II.II UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO
• Diagramas de la UCP 55
III PROGRAMA SICV (versión prototipo) 63
IV CONCLUSIONES 85
V BIBLIOGRAFÍA 89
CAPITULO I INTRODUCCIÓN
En la actualidad, es común que los automóviles de lujo cuenten con sistemas electrónicos incorporados, que representan una mayor comodidad, seguridad y eficiencia. Debido a los precios de los vehículos de lujo, los costos de operación, los de aseguramiento, el mantenimiento, las refacciones, etc., los automóviles económicos, tienen mayor demanda en el mercado y el diseño de SICV pretende satisfacer las necesidades de este tipo de vehículos.
No es fácil encontrar en el mercado, un sistema similar que se integre en autos compactos y que permita al usuario optimizar los recursos de su automóvil. Se requiere que el sistema proteja la integridad física de los vehículos y que ayuden a mejorar el rendimiento.
Se puede ver la importancia, de contar con un sistema que este diseñado especialmente para vehículos de bajo costo, y que cuente con las siguientes ventajas:
1. Económico y de instalación sencilla 2. Requiera de mantenimiento mínimo 3. ocupe poco espacio
4. Proteja la integridad física del automóvil mediante una alarma contra robo.
5. Alerte de niveles bajos de combustible, niveles críticos de voltaje en la batería y de un alto régimen de trabajo del motor mediante un sistema tacométrico.
6. Tenga bajo consumo de energía y permita optimizar los recursos de gasolina y aceite. 7. Calcule información de distancia recorrida.
8. Calcule el rendimiento de combustible en km/l.
9. Informe la distancia que puede viajar con la cantidad de combustible remanente en el deposito.
SISTEMAS COMERCIALES
En agencias de venta y servicio CHRYSLER, CHEVROLET y FORD, se puede encontrar que muchos de los automóviles no cuentan con computadora de viaje, y que sólo algunos modelos cuentan con una computadora instalada de fábrica. Las computadoras de viaje existentes en las diferentes marcas de vehículos cuentan con las mismas funciones y se puede pensar que es el mismo sistema el que se encuentra instalado en estos.
Los precios de estos automóviles son superiores a los $100,000.00, dependiendo de la presentación y las características de cada auto. Estas marcas de vehículos coincidieron en el hecho de que esta computadora de viaje no se tiene en existencia como refacción ni se conoce formalmente su precio, pues no se vende por separado. Esta computadora de viaje no es compatible con los automóviles en los que no este instalada de fabrica y por lo tanto no es posible instalarla en cualquier tipo de auto.
Presentamos las características de la computadora de viaje, las funciones que realiza el sistema son las mismas para todos los autos mencionados y es conveniente notar que estos automóviles cuentan con un "Centro de mensajes" instalado en el tablero frontal y que ofrece al usuario las siguientes funciones:
CENTRO DE MENSAJES
1. FALTA LIQUIDO LAVA PARABRISAS: Un símbolo se ilumina cuando la cantidad de liquido en el recipiente es menor de 1/4 de su capacidad.
2. PUERTA ABIERTA: Avisa al conductor que alguna puerta no esta completamente cerrada. 3. CAJUELA ABIERTA: Avisa al conductor que la cajuela no esta completamente cerrada.
4. LÁMPARA FUNDIDA: El centro de mensajes contiene tres mensajes que alertan al conductor si alguna de las lámparas delanteras, traseras o "stop" se encuentra fundida, los mensajes que se iluminan son:
a. HEAD LAMP OUT: Lámpara delantera (Faro) fundida b. TAIL LAMP OUT: Lámpara trasera (Calavera) fundida
Ninguna de estas funciones requieren de un sistema inteligente y funcionan mediante sensores que encienden o apagan el indicador respectivo en el centro de mensajes de acuerdo a la ocurrencia de cada uno de estos sucesos. Así mismo este vehículo tiene instalado un sistema denominado "Computadora de viaje" la cual ofrece las siguientes funciones:
INICIO: Cuando se pone en marcha el motor, la carátula de la computadora de viaje mostrara una de las cinco funciones disponibles.
FUNCIÓN DESCRIPCIÓN
(información obtenida del manual de usuario)
ODO El odómetro, mide la distancia recorrida desde la ultima vez que se realizo la operación de reinicio "reset" y tiene un máximo de 999.9 km. Cuando alcanza el máximo automáticamente cambia a cero. Para cambiar a cero se debe realizar la operación de reset.
Ejemplo: 180.6 Km. ODO
ECO 0.0 Esta función indica el promedio de litros consumidos por kilómetro recorrido desde la ultima vez que se realizo la operación de reset. Esta se actualiza y se muestra cada 16 segundos. Para volver a cero se realiza la operación de reset.
Ejemplo: 16.5 AVG ECO l./km.
ECO 0 Esta función indica el rendimiento actual de litros por cada 100 km. El rendimiento esta basado en el consumo de combustible de los últimos segundos de manejo, este será actualizado y mostrado cada dos segundos. Esta operación no cuenta con operación de reset.
Ejemplo: 15.4 l./100 Km. ECO
DTE Esta función indica un estimado de kilómetros o millas que se pueden recorrer con el combustible remanente en el vehículo. La distancia es calculada multiplicando la cantidad de combustible remanente por el rendimiento proyectado en la función anterior. Esta predicción cambiara a mayor o menor distancia dependiendo del cambio de los factores involucrados. Ejemplo: 34.5 Km. DTE
ET Esta función nos indica el tiempo de manejo. Este tiempo es acumulable es decir, cuando se apaga el motor el reloj se para y cuando se reinicia la marcha el reloj continúa. Esta función indica un máximo de 99 horas y 59 minutos. Para la primera hora el tiempo será dado en minutos y segundos. Para volver a cero se realizara la operación de reset.
Ejemplo: 3:42 ET
Esta computadora de viaje cuenta con tres botones denominados:
1. Botón Paso (STEP): Selecciona una de las cinco funciones de viaje; si se requiere cambiar de función se debe oprimir otra vez el botón.
2. Botón "US/M": Selecciona el sistema de unidades entre el sistema ingles y el sistema métrico decimal.
3. Reset: Presionando los botones "STEP" y "US/M" simultáneamente, regresara a cero cualquiera de las tres funciones que se pueden reiniciar que este seleccionada.
No es fácil encontrar en el mercado, empresas que diseñen y fabriquen este tipo de sistemas, todos los sistemas que se encuentran instalados en los automóviles de lujo, son importados y son instalados de fabrica. Estas consideraciones, abren la posibilidad de introducir en el mercado, un sistema electrónico que pueda venderse por separado y que abra mas alternativas de administración y control automotriz.
FUNCIONES DEL SISTEMA:
1. odómetro (distancia recorrida) 2. velocímetro (velocidad) 3. medidor de combustible 4. nivel de voltaje de batería 5. alarma contra robo 6. tacómetro
7. ECO - rendimiento de combustible.
8. DTE - distancia a recorrer con el combustible remanente.
VIABILIDAD DE DESARROLLO
Actualmente se cuenta con dispositivos electrónicos de alta integración, como microprocesadores, micro controladores, sensores, etc. El micro controlador Intel 8031 de la familia 8051, tiene grandes ventajas como son: su arquitectura interna sencilla y eficiente, el amplio código ensamblador que maneja la versatilidad de los puertos internos y de su puerto de comunicación, su capacidad de direccionamiento de memoria interna y externa etc. y aunque tiene algunas limitaciones estas no son obstáculo para esta aplicación. Actualmente se cuenta con una gran cantidad de dispositivos, sensores, que generan señales eléctricas a partir de temperatura, movimiento, luz, etc. Estos son precisos, confiables y adicionalmente, se cuenta con la tecnología y las herramientas de desarrollo requeridos, como son: ensambladores, grabadores de memorias EPROM e instrumentos de medición.
El objetivo de este proyecto consiste en: Diseñar, implementar y probar el correcto funcionamiento del sistema en versión prototipo, alambrado con hilo metálico delgado en bases para circuitos integrados.
El diseño y ensamblado del sistema en placa de circuito impreso así como la presentación comercial del sistema, no son el objetivo principal en esta etapa del proyecto.
DEFINICIÓN:
SICV es un sistema electrónico de aplicación automotriz, que cuenta con un conjunto de interfases que reciben información de las diferentes partes funcionales del automóvil, esta información es analizada y una vez que es procesada por la Unidad Central de Procesamiento, se presentan los resultados para que el usuario conozca las condiciones del automóvil. SICV se puede dividir en tres grandes etapas funcionales:
Primera etapa: Conjunto de interfases que reciben señales del chicote de rodamiento, del flotador de combustible, de la batería, de la carrocería y del distribuidor del automóvil. Como respuesta, generan señales eléctricas controladas que identifican la situación funcional de cada una de estas partes del automóvil.
Segunda etapa: La Unidad Central de Procesamiento, (UCP) recibe las señales de respuesta generadas por la primer etapa, las procesa, realiza las operaciones necesarias para obtener la información requerida y entrega resultados a la tercer etapa.
Tercera etapa: Presenta los resultados obtenidos en un arreglo de displays. Incluye las señales de alarma para los niveles críticos así como las señales (audio - visuales) de la alarma contra robo.
El sistema funciona mediante un programa grabado en memoria ROM, que ejecuta los procesos requeridos para cada función.
FUNCIONES:
FUNCIÓN DESCRIPCIÓN ODO Indica distancia recorrida y tiene una lectura máxima de 999.9 km.
Al llegar al máximo, cambiara a cero automáticamente. Cada vuelta completa del odómetro (999.9 Km.) se registra y se contabiliza. Se puede limpiar los registros de distancia y consultar el numero de vueltas completas del odómetro
VEL Indica velocidad del vehículo en kilómetros por hora [km/h]. No tiene función, reset, de reinicio.
COM Indica volumen del deposito que es ocupado por combustible (%). 100% indica tanque lleno, 0% indica tanque vacío. No tiene función, reset, de reinicio.
BAT Mide los niveles de voltaje suministrados por la batería eléctrica. Alerta al usuario de niveles críticos. No tiene función, reset, de reinicio.
ACR Controla el acceso y el uso del vehículo, mediante acciones preventivas y/o defensivas. Se deshabilita por contraseña.
DTE Calcula la distancia que se puede recorrer, con el combustible remanente en el deposito. Presenta la información en kilómetros [km]
ECO Calcula la distancia recorrida, por cada litro de combustible consumido. La lectura se expresa en kilómetros por litro [km/l].
TAC Indica el régimen de giro del motor, (tacómetro) expresado en revoluciones por minuto (R.P.M.). Se presenta mediante una barra de leds. Esta función no es controlada por micro controlador.
UNIDADES:
El sistema maneja únicamente el sistema métrico decimal M.K.S. (metro, kilogramo y segundo) y unidades múltiplos y submúltiplos de estas:
• kilómetro • kilómetro / hora • litros
• volts
• kilómetros / litro
• revoluciones por minuto.
FUENTES DE INFORMACIÓN:
CHICOTE ODOMETRICO:
Es un cable metálico flexible y altamente resistente, esta conectado mecánicamente por un extremo al sistema de rodamiento del automóvil, se encuentra forrado por un material sintético de alta resistencia. El chicote gira a la misma frecuencia de la llanta y proporciona información que permite calcular la distancia recorrida, así como la velocidad del automóvil. Esto se logra por la relación 1:1 existente entre la rotación del chicote y de la llanta, con esto, se obtiene la información del numero de giros realizados por la llanta. El chicote se conecta mecánicamente al Impulsor del sistema y este, alimenta a las interfases correspondientes.
FLOTADOR DE COMBUSTIBLE:
Es un dispositivo que cambia de posición en función a la cantidad de combustible presente en el deposito, el cambio de posición genera cambios de resistencia eléctrica en la resistencia variable que forma parte del flotador. Es decir, ofrece una resistencia eléctrica, inversamente proporcional a la cantidad de combustible presente en el vehículo.
BATERIA ELÉCTRICA:
La batería suministra la energía eléctrica necesaria para el automóvil y es uno de los dispositivos mas importantes para el funcionamiento del automóvil, así como de la mayoría de los accesorios de este, como son: La radio, el aire acondicionado, las luces internas, los cuartos y faros. Aun mas, en el momento del encendido del automóvil, la batería es importantemente solicitada. Por esto, es importante que la batería se encuentre en buen estado.
La interfase de batería adquiere el voltaje que genera la batería, lo regula y lo entrega a la UCP para su procesamiento, análisis y presentación de resultados.
DISTRIBUIDOR:
Es la fuente de información que nos permite conocer el régimen de giro expresado en revoluciones por minuto (R.P.M.) a que esta sometido el motor. La señal generada por el distribuidor es básicamente un tren de pulsos eléctricos. La señal es filtrada y procesada por la interfase de tacómetro para presentar el régimen de giro del automóvil con rangos normales y críticos de frecuencia.
CARROCERÍA Y PUNTOS DE ACCESO:
La carrocería, puertas, cofre y cajuela son fuentes de información que permiten detectar accesos no autorizados y activar la ACR, mediante sensores electromagnéticos de apertura en los puntos de acceso, así como sensores de movimiento en la carrocería.
Fuentes de información vs funciones SICV
FUNCIÓN FUENTES DE INFORMACIÓN INFORMACIÓN GENERADA
ODO Chicote y teclado Distancia recorrida [km]. Reset
VEL Chicote Velocidad [km/h]
COM Flotador de combustible Volumen ocupado (%)
BAT Batería eléctrica Condición eléctrica de la batería
ACR sensores de apertura, movimiento y teclado acciones preventivas y/o defensivas
ECO datos de ODO y de COM Rendimiento de combustible [km/l]
DTE datos de ECO y COM Distancia que puede alcanzar con el combustible
remanente en el deposito. [km]
ENTRADA Y SALIDA DE DATOS:
La versión prototipo, cuenta con un teclado de 25 teclas: (0,1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, ESC y reset) con este, el usuario selecciona la función deseada, obtiene información actualizada, controla la ACR, o reinicia los registros del sistema. En una versión posterior, podrá simplificarse el teclado con la finalidad de reducir hardware y con ello costos y espacio. El menú de funciones y la información, se presenta mediante caracteres alfanuméricos representados por 16 displays de 7 segmentos.
PRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN
La información se presenta en un arreglo de dieciséis displays, y la información relativa a cada uno de los parámetros procesados cuenta con un espacio de presentación, al cual denominamos "área de lectura". Cada área de lectura cuenta con el numero de dígitos alfanuméricos necesario para el desplegado total de la información correspondiente, cada área de lectura se implemento en base a las características de la información que presentara al usuario.
AREAS DE LECTURA DEL TABLERO DE DESPLIEGUE
Distribución básica:
DF DE DD DC DB DA D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 v 1 1 0 c 0 7 0 d 1 5 0
Velocidad [Km./h] Combustible [%] Odómetro [Km.] VELOCIDAD:
El área de lectura de velocidad consta de tres dígitos, los cuales permiten la representación de un rango numérico que va de 000 a 200 kilómetros por hora.
COMBUSTIBLE:
La cantidad de combustible presente en el deposito, se presenta con tres dígitos, los cuales presentan numéricamente el porcentaje promedio del volumen ocupado por combustible en el tanque del automóvil. El rango de despliegue será de 000 a 100 %. Cuando el deposito este totalmente vacío, la lectura será "000" y cuando este se encuentre totalmente lleno la lectura será "100".
ODOMETRO:
La distancia es presentada mediante tres dígitos que permiten la presentación de 000 a un máximo de 999 kilómetros. La lectura 000 será presentada al realizarse la operación de reset de ODO con la función F6 o cuando el sistema sobrepase los 999.9 kilómetros. Esta información se actualiza cada kilómetro
Cuando el voltaje de la batería sea adecuado no se presentara señal alguna. Las señales de nivel critico "LO" y "HI" se mostraran cuando el nivel de voltaje de la batería este por debajo del nivel mínimo requerido o al detectarse un nivel excesivo de voltaje.
FUNCIÓN ESPECIAL DTE
Calcula la distancia en kilómetros que se puede recorrer con la cantidad de combustible presente en el deposito. Los datos presentados por esta función tendrán un rango de 000 a 999 km. En la implementación del área de lectura en tres dígitos para el desplegado de los valores relativos a esta función se tomaron en cuenta los siguientes criterios:
• Los automóviles para los que esta diseñado el sistema cuentan con depósitos de combustible de volúmenes de 20, 40 o 60 litros.
• La distancia que puede recorrer un vehículo depende directamente del volumen de combustible que puede almacenar su deposito y del rendimiento de combustible en Kilómetros por litro. Es decir: Distancia [km.] = Cantidad de combustible [lt] x Rendimiento [km./lt]
• Considerando un deposito de combustible con capacidad de 20 litros, para que el automóvil pueda recorrer 999 kilómetros, se requiere que este tenga un rendimiento de: 999/20 = 49.95 km./lt. Para depósitos de combustible de 40 y 60 litros se requiere un rendimiento de 24.97 y de 16.65 km./lt. respectivamente; Tomando en cuenta los rendimientos reales de combustible que presentan los automóviles actuales, estas cifras no son alcanzadas aun en las mejores condiciones del automóvil y en las mejores condiciones de manejo.
• Por ejemplo, para un automóvil con tanque de 60 litros y un consumo de 14 km/l se podrá recorrer una distancia máxima de 840 km.
FUNCIÓN ESPECIAL ECO
Define el rendimiento del automóvil con relación al numero de kilómetros recorridos por cada litro de combustible. Este valor aun en las mejores condiciones, difícilmente alcanzara un rendimiento real de 15 kilómetros/litro. Esta área de lectura consta de dos dígitos numéricos. Por ejemplo la lectura 12 Implica que las condiciones del vehículo en ese momento han permitido recorrer 12 kilómetros por cada litro de combustible.
ANÁLISIS Y DISEÑO DEL SISTEMA:
Las señales que son recibidas y procesadas por la UCP son las siguientes: • código del perímetro de llanta
• pulsos de giro de llanta • señal de voltaje de velocidad • señal de voltaje de combustible • señal de voltaje de batería • código del teclado
• señales de la ACR (alarma contra robo) Las respuestas generadas son:
• Información general: distancia recorrida, velocidad, régimen de giro del motor, cantidad remanente de combustible y estado de la batería eléctrica.
• Niveles críticos y funciones especiales: nivel critico de combustible, estado anormal de carga de la batería eléctrica, ECO y DTE)
• Respuestas preventivas y/o defensivas: Alarmas contra robo y bloqueo de arranque del automóvil.
DIAGRAMA DE FLUJO:
Las señales que conforman la información administrada por el sistema son: ¾ tacómetro
¾ microswitch codificador del perímetro de llanta ¾ interfases de o velocidad o distancia o combustible o batería ¾ teclado
¾ alarma contra robo.
El tacómetro no es procesado por la UCP y se presenta en una barra calibrada de leds. El microswitch codificador, permite configurar el tamaño de los neumáticos del automóvil. Las interfases de velocidad, distancia, combustible y batería generan las señales correspondientes a cada uno de estos aspectos.
El teclado recibe las instrucciones y solicitudes del usuario y la alarma contra robo, monitorea el estado del vehículo y realiza las acciones correspondientes en caso necesario.
DIAGRAMA
Interfase de Tacómetro
micro switch/Perímetro llanta
Interfase de Velocidad
Interfase de Distancia
Interfase de combustible
Interfase de Batería
Teclado
Interfase de Alarma Contra robo
Información general Información de niveles críticos
Respuestas contra robo
UCP Información General: ¾ Tacómetro [r.p.m.] ¾ Velocidad [km/h] ¾ Odómetro [km] ¾ Nivel de combustible [%] ¾ Nivel de batería [ok] ¾ Funciones especiales: o ECO [km/l] o DTE [km] Información de niveles críticos: ¾ Tacómetro (alto)
¾ Nivel de combustible (bajo) ¾ Nivel de batería (bajo, alto)
Respuestas contra robo:
¾ Preventivas ¾ Defensivas
CAPITULO II
HARDWARE DEL SISTEMA EL MICROCONTROLADOR 8031
El microcontrolador 8031 es uno de los miembros de la familia MCS-51 de Intel. Esta familia fue diseñada para usarse en aplicaciones de tiempo real, control industrial y en periféricos de computadora.
El 8031 puede direccionar 64 kbytes de memoria de programa externa, además de 64 kbytes de memoria de datos externa. Además, el 8031, cuenta con:
128 bytes de memoria de datos interna, y una parte de ella, se puede direccionar por bit. Una área de 128 bytes de memoria interna asignada para los, SFRs, registros de funciones especiales. Hasta el momento, solo se pueden usar 21 de ellos, pues los demás se han reservado para expansiones futuras.
Una unidad de procesamiento central, Cuatro puertos programables de entrada / salida (32 líneas en total). Algunos de ellos se usan para el manejo de la memoria externa.
¾ 2 timers/contadores de 16 bits cada uno. ¾ 1 puerto serial
¾ circuiteria interna para el oscilador del reloj
¾ 4 bancos de registros (cada banco de 8 registros) localizados en la memoria de datos interna.
¾ 5 líneas de interrupción (dos de fuentes externas y 3 de fuentes internas: dos de los timers 0 y 1 y otra del puerto serial con dos niveles de prioridad).
ALIMENTACIÓN:
El sistema cuenta con dos niveles de alimentación de corriente directa, un nivel esta dedicado a la alimentación de la UCP y de dispositivos que requieren niveles de alimentación TTL, (+ 5v), el otro nivel, es de +12v dedicado a la alimentación de detectores, medidores e interfases, así como a la alimentación de dispositivos de la ACR.
Es importante que los datos cargados en memoria RAM se conserven y que la ACR se mantenga alimentada, por esto, la alimentación de la RAM y de la ACR es constante. La alimentación eléctrica de las interfases y de la UCP esta regulada por circuitos electrónicos basados en transistores de potencia y reguladores integrados de la familia LM78XX tal y como se muestra en los diagramas eléctricos del sistema.
SWITCH DE CODIFICACIÓN DE LLANTAS
La información que define la dimensión de la llanta, se genera mediante un microswitch de 8 interruptores (8 bits), con el, se define el código binario correspondiente al diámetro externo de las llantas.
El microswitch se conecta mediante un buffer con estado de alta impedancia al puerto P1 del microcontrolador 8031, se habilita con el vector de direcciones 2800H-2FFFH y se deshabilita con cualquier otra dirección. La palabra dispuesta en el microswitch con rango 00000000B (0D) a 11111111B (255D) corresponde al código correspondiente del diámetro externo de la llanta. Por disposición de Hardware el código implementado será en orden inverso, es decir: 11110101 en los interruptores 1 al 8 respectivamente.
El sistema fue diseñado para poder soportar llantas de diferentes perímetros, sin que se requiera de ajustes costosos. Se pueden configurar hasta 255 (11111111B) llantas de diferentes dimensiones, lo cual implicara ajustes de software en el sistema. Sin embargo, lo importante es que exista la posibilidad de ampliar el numero de opciones para el sistema.
RELOJ DEL SISTEMA
La señal del reloj interno se genera mediante un cristal de 12 MHz (f =12 MHz), y como el periodo "T" es el inverso de la frecuencia:
T= 1/f= 1/(12 MHz) T = 8.33x10-8 s
Un ciclo de maquina (CM) es igual a 12 periodos de oscilador y por lo tanto: 1 CM = 12T = 12 * (8.33x10-8):
1 CM = 1 µs
Un ciclo de maquina es de 1 µs y por lo tanto la frecuencia en ciclos de maquina es: f = 1/1x10-6 = 1 MHz.
Ejemplo: El sistema usa un, C.A.D, convertido analógico/digital. que tiene como tiempo máximo de conversión 116 µs y si se tienen las siguientes instrucciones:
MNEMÓNICO CICLOS DE MAQUINA
NOP 1 NOP 1
INC R0 1
CJNE 2
TOTAL 5
(5 CICLOS DE MAQUINA) * (23 ITERACIONES) = 115 µs
Este tiempo sumado a dos instrucciones NOP es tiempo suficiente para que el CAD termine de convertir.
MEMORIA
SICV cuenta con una estructura bien definida de memoria y de registros de almacenamiento de información:
Memoria ROM: en donde se almacena el programa del sistema, las constantes y valores de registro.
Memoria RAM: Almacena las variables, datos y resultados obtenidos en los procesos.
Registros propios del microcontrolador que permiten almacenar y controlar la información requerida durante la ejecución del programa y la configuración de sus diferentes modos de operación.
MEMORIA RAM INTERNA:
El CI 8031 cuenta con memoria RAM interna de 128 localidades de 8 bits cada una es decir, cuenta con 128 bytes (128x8) bits, con direcciones: 00d a 127d, 00H a 07FH
MEMORIA RAM EXTERNA:
El sistema utiliza una memoria RAM estática (CI 6116) de 2,048 localidades de 8 bits, es decir tenemos 2 kilo Bytes (2k x 8 bits), con direcciones de memoria que van de la dirección 00d, (00H) a 2047d, (07FFH). En la memoria RAM se almacena la información que requiere ser accesada y actualizada de manera constante, así como los datos introducidos por el usuario. Físicamente la memoria RAM externa de
MEMORIA ROM EXTERNA:
El microprocesador 8031 no cuenta con memoria ROM interna por lo cual se implemento una memoria ROM externa lo suficientemente grande para almacenar el programa SICV.
Esta implementada mediante un EPROM CI 2764 de 8,192 localidades de memoria de 8 bits cada una de ellas es decir tiene una memoria de 8 kilobytes. La memoria esta mapeada físicamente en las direcciones: 0000d a 8191d, (0000H a 1FFFH). La memoria ROM almacena el programa, los datos, vectores de interrupciones y las constantes que requiere el sistema durante su proceso.
REGISTROS DE FUNCIONES ESPECIALES:
Adicionalmente a la memoria interna y externa, el 8031 cuenta con 21 registros de funciones especiales (SFRs). Una diferencia importante entre la memoria interna y los SFRs es que los 128 bytes internos se pueden accesar de manera directa (MOV data addr) o indirecta (MOV @Ri), mientras que los SFR`s solo pueden ser direccionados en forma directa. Los 128 bytes de RAM interna están divididos en tres áreas que son:
1. Banco de registros 0-3: Direcciones 00H a 1FH (32 bytes). Después del reset el banco que se usa por default es el 0, aun que se puede seleccionar otro banco por software. Cada uno de los bancos contiene 8 registros, los cuales están numerados del 0 al 7. La ejecución del reset inicializa el stack pointer en la localidad 07H y el stack coincidirá con el segundo banco de registros por lo tanto, si se desea usar mas de un banco de registros hay que inicializar el stack pointer en una localidad superior.
2. Área direccionable por bit, esta se encuentra de la dirección 20H a la 2FH con un total de 16 bytes. Cada uno de los 128 bits de esta área puede ser direccionado directamente (0-7FH), en ensamblador se puede hacer referencia a estos bits de dos maneras: Mediante sus direcciones directas (0 - 7FH) y la otra es con referencia a sus bytes (20H-2FH). De esta manera los bits 0 - 7 pueden referirse como los bits 20.0-20.7 o el bit 8 como el 21.0 y así sucesivamente. Cada uno de los 16 bytes de esta área también puede ser direccionado como byte.
3. Área multiusos: Se encuentra entre los bytes 30H-7FH y puede usarse como área de datos del usuario o cualquier otro uso.
Los SFRs (special function registers) conque cuenta el 8031 son:
REGISTRO DIRECCIÓN DESCRIPCIÓN
ACC 0E0H Es el registro acumulador. Es el registro mas usado en el juego de instrucciones.
B 0F0H El registro B se usa durante las operaciones de manipulación y división. Para otras instrucciones puede ser usado como un registro mas
PSW 0D0H (Program Status Word) Contiene información del status del programa
SP 81H (stack pointer) Es un registro de ocho bits. Se incrementa antes de meter datos en la pila, ya sea por instrucciones PUSH o CALL. El stack o pila, puede residir en cualquier lugar de la memoria de datos interna. Después de un reset, el SP se inicializa con un valor 07H, lo que hace que el stack comience en la localidad 08H
DPTR 83H y 82H (data pointer) El registro DPTR esta formado de un byte alto (DPH) y uno bajo (DPL). Su función es guardar una dirección de 16 bytes
P0-P3 80H, 90H, 0A0H, 0B0H
(puertos 0 a 3) Latches de los puertos de “entrada / salida” 0 a 3
SBUF 99H (búfer de transmisión y recepción) Búfer de transmisión y de recepción
(TH0, TL0),
REGISTROS DE PROGRAMA Mapa de registros:
MAPA DE DIRECCIONES DE MEMORIA SICV
78 ODODECEN 79 ODOUNIDA 7A DECEUNID 7B PERIMETR 7C ODOVUELT 7D ODOALTO 7E ODOMEDIO 7F ODOBAJO
70 VVELOCID 71 VCOMBUST 72 73 74 75 76 77 ODOCENTE
68 RGTRCVE0 69 RGTRCVE1 6A RGTRCVE2 6B RGTRCVE3 6C DATO 6D TECLA 6E CONTCLAV 6F FALLOCVE
60 DF 61 DFV 62 63 64 65 66 67 FALLOTEC 58 D7 59 D8 5A D9 5B DA 5C DB 5D DC 5E DD 5F DE 50 D0V 51 D0 52 D1 53 D2 54 D3 55 D4 56 D5 57 D6 48 VELOCIDA 49 VD1 4A VR1 4B VD2 4C VR2 4D TPV1 4E TPV2 4F TPV3 40 41 42 43 44 45 46 47 38 39 3A 3B 3C 3D 3E 3F 30 31 32 33 34 35 36 37 28 29 2A 2B 2C 2D 2E 2F SP
20 ACRFLAG 21 REGVISIT 22 ODOFLAG 23 24 25 26 27
18 19 1A 1B INTTIM1 1C 1D 1E 1F
10 11 12 INTTEC 13 INTTECLA 14 15 16 17
8 9 0A INTODO 0B INTODOPU 0C 0D 0E 0F
0 1 2 3 INTEXT0 4 5 6 7
Localidades de memoria que almacenan variables, constantes, direcciones de registros de control, interrupciones, y resultados que
se presentan en displays alfanuméricos
CONFIGURACIÓN DE LOS SFRs:
Los SFRs, son configurados para satisfacer cada una de las funciones que ejecutara el sistema, por lo cual, se presenta en primer lugar la descripción general de los SFRs, y la configuración correspondiente para la ejecución del sistema.
TCON: 00000000= 00H Registro de control Timer/Counter. Direccionable por bit
ODOMETRO TECLADO ALARMA CONTRA ROBO
TCON.7 TCON.6 TCON.5 TCON.4 TCON.3 TCON.2 TCON.1 TCON.0
TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0
0 0 0 0 0 0 0 0 Timer 1 bandera de sobre flujo Timer/counter 1: 1 inicia, 0 se detiene Timer/cntr 0, bandera de sobre flujo Timer/counter 0: 1 inicia, 0 se detiene Int.Ext.1 controlada por hardware Int.Ext.1, 1 define disparo por flanco de bajada, 0 define disparo por nivel bajo
Int.Ext.0 controlada por Hardware
Int.Ext.0, 1 define disparo por flanco de
bajada, 0 define disparo por nivel bajo
TMOD: 00110110= 36H Registro de control de modo de Timer/Counter. No direccionable por bit
ODOMETRO
TIMER 1 TIMER 0
TMOD.7 (MSB) TMOD.6 TMOD.5 TMOD.4 TMOD.3 TMOD.2 TMOD.1 TMOD.0
(LSB) GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 0 0 1 1 0 1 1 0 Cuando TRx (en TCON) esta en 1 y GATE=1 el Timer/Counter 1 correrá solo mientras la terminal INT1 este en 1 (Control por hardware). Cuando GATE = 0, el TIMER/COUNTER correrá solo mientras TR1 = 1 (control por software) Selector de Timer/Counter, 0=Timer toma como entrada el reloj del sistema, 1=Counter, toma como entrada la terminal de entrada T1
bit selector
de modo bit selector de modo Cuando TRx (en TCON) esta en 1 y GATE =1 el Timer/Counter 0 correrá solo mientras la terminal INT0 este en 1 (Control por hardware). Cuando GATE = 0, el TIMER/COUNTE R correrá solo mientras TR0 = 1 (control por software) Selector de Timer/Counter, 0=Timer toma como entrada el reloj del sistema, 1=Counter, toma como entrada la terminal de entrada T0
Bit selector
de modo bit selector de modo
M1 M0 MODO DE OPERACIÓN DESCRIPCIÓN
0 0 0 Timer de 13 bits
0 1 1 Timer/counter de 16 bits
1 0 2 Timer/counter con auto recarga de 8 bits
1 1 3 (Timer0):
TL0 funciona como Timer/counter de 8 bits controlado por los bits de control del Timer 0. TH0 funciona como Timer de 8 bits y es controlado por los bits de control del Timer1
SCON: 00000000= 00H Registro de control del puerto serial (No usado)
SCON.7 SCON.6 SCON.5 SCON.4 SCON.3 SCON.2 SCON.1 SCON.0
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R1 0 0 0 0 0 0 0 0 Especifica modo de puerto serial Ver nota 1 Especifica modo de puerto serial Ver nota 1 Habilita la característica de comunicación en multiproceso en modos 2 y 3. En modo 2 o 3, si SM2 esta en 1, entonces R1 no será activado si el noveno bit del dato (RB8) es 0. En modo 1, si SM2=1 entonces, R1 no será activado si no es recibido un bit de parada valido. En modo 0, SM2 debe ser 0. Habilita la recepción serial. Se pone en uno por software para habilitar la recepción y se pone en cero por software para deshabilitarla Es el 9º bit de dato que será transmitido en modos 2 y 3. Puesto en uno o en cero por software como se desee. En modos 2 y 3 es el 9º bit de
datos, que fue recibido. En
modo 1, si SM2=0, RB8
es el bit de parada que fue
recibido. En modo 0 RB8 no es usado. Es la bandera de interrupción de transmisión. Puesta en uno por hardware al final del tiempo del 8º bit en modo 0, o al principio del bit de parada en los otros modos, en cualquier transmisión serial. Debe ser puesto en cero por software. Es la bandera de interrupción de recepción. Puesta en uno por hardware al final de tiempo del 8º bit en modo 0 o a la mitad del tiempo del bit de parada en los otros modos, en cualquier recepción serial (ver excepción en SM2). Debe ser puesta en cero por software. Nota 1:
SM0 SM1 MODO DESCRIPCIÓN RANGO DE FRECUENCIA
0 0 0 Registro de corrimiento f.osc/12
0 1 1 UART de 8 bits Variable
1 0 2 UART de 9 bits f.osc/64 o f.osc/32
1 1 3 UART de 9 bits Variable
PCON: 00000000= 00H Registro de control de potencia (No usado)
PCON.7 PCON.6 PCON.5 PCON.4 PCON.3 PCON.2 PCON.1 PCON.0
SMOD - - - GF1 GF0 PD IDL 0 0 0 0 0 0 0 0 Bit de doble velocidad en baudios. Cuando esta en 1, y el Timer 1 es usado para generar el rango de baudios, y el puerto serial es usado en modos 1, 2 o 3.
Reservado Reservado Reservado Bit bandera de propósito general Bit bandera de propósito general Bit de apagado de potencia. Poniendo este bit en uno, se activa la operación de apagado de potencia. Bit de modo de espera inactiva. Poniendo este bit en uno, se activa el modo de espera inactiva.
PSW: 00000000= 00H Program status Word. Direccionable por bit
PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0
CY AC F0 RS1 RS0 OV - P
0 0 0 0 0 0 0 0
Bandera de
acarreo Bandera auxiliar de acarreo Bandera 0 disponible al usuario para uso general Bit selector de banco de registros bit 1 Bit selector de banco de registros bit 0 Bandera de
sobre flujo No implementado Bandera de paridad, puesto en 1 o 0 por Hardware cada ciclo de instrucción para indicar si el numero de bits 1 es par o impar en el acumulador
IE: 10000110= 86H Registro de habilitación de interrupciones. Direccionable por bit
TECLADO ODOMETRO ALARMA
CONTRA ROBO
IE.7 IE.6 IE.5 IE.4 IE.3 IE.2 IE.1 IE.0
EA - ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0
1 0 0 0 0 1 1 0
Deshabilita todas las interrupciones, si EA=0 ninguna interrupción será atendida, sí EA=1 cada Interrupción se controlara por separado limpiando o poniendo en 1 su bit habilitador.
No
implementado Habilita- deshabilita sobre flujo del Timer 2 (solo para el 8052) Habilita- deshabilita la interrupción del puerto serial Habilita- deshabilita la interrupción de sobre flujo del Timer 1 Habilita- deshabilita la interrupción Externa 1 Habilita– deshabilita la interrupción de sobre flujo del Timer 0
Habilita– deshabilita la interrupción Externa 0
Si el bit es 0, la interrupción correspondiente es deshabilitada, si es 1 se habilita.
IP: 00000100= 06H Registro de prioridad de interrupción. Direccionable por bit.
TECLADO ODOMETRO ALARMA CONTRA
ROBO
IP.7 IP.6 IP.5 IP.4 IP.3 IP.2 IP.1 IP.0
- - PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX0
0 0 0 0 0 1 1 0
No
implementado No implementado Define nivel de prioridad Timer 2 (solo 8052) Define nivel de prioridad de puerto serial Define nivel de prioridad de int. de Timer 1 Define nivel de prioridad de int. Externa 1 Define nivel de prioridad de int. De Timer 0 Define nivel de prioridad de int. externa 0
LOS SFR`S EN LOS PROCESOS CONFIGURACIÓN DE INICIACIÓN
TCON: 00000000 = 00H Registro de control Timer/Counter. Direccionable por bit
ODOMETRO TECLADO ALARMA CONTRA ROBO
TCON.7 TCON.6 TCON.5 TCON.4 TCON.3 TCON.2 TCON.1 TCON.0
TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0
0 0 0 0 0 0 0 0 Timer 1
bandera de sobre flujo
Timer/counter 1
se detiene Timer 0 bandera de sobre flujo
Timer/counter 0
se detiene controlada Int.Ext.1 por hardware
Int.Ext.1, define disparo por nivel bajo
Int.Ext.0 controlada por Hardware
Int.Ext.0, define disparo por nivel
bajo
TMOD: 00110110= 36H Registro de control de modo de Timer/Counter. No direccionable por bit
ODOMETRO
TIMER 1 TIMER 0
TMOD.7 (MSB)
TMOD.6 TMOD.5 TMOD.4 TMOD.3 TMOD.2 TMOD.1 TMOD.0
(LSB) GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 0 0 1 1 0 1 1 0 GATE = 0, el TIMER/COUNTER correrá solo mientras TR1 = 1 (control por software) Selector de Timer/Counter, 0=Timer toma como entrada el reloj del sistema.
Modo 3 Timer 1 timer/counter 1 detenido GATE = 0, el Timer/Counter correrá solo mientras TR0=1 (control por software) Selector de Timer/Counter, 1=Counter, toma como entrada el pin de entrada T0
Modo 2. TL0 es un contador de 8 bits con auto recarga, al presentarse sobre flujo en TL0, se pone en uno la bandera TF0 y también TL0 se recarga con el valor contenido en TH0.
SCON: 00000000= 00H Registro de control del puerto serial (No usado)
SCON.7 SCON.6 SCON.5 SCON.4 SCON.3 SCON.2 SCON.1 SCON.0
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R1 0 0 0 0 0 0 0 0 Registro de corrimiento f.osc/12 En modo 0, SM2 debe ser 0. Se pone en cero por software para deshabilitar la recepción serial. Es el 9º bit de dato que será transmitido en modos 2 y 3. Puesto en uno o en cero por software como se desee. En modo 0 RB8 no es usado. Bandera de interrupción de transmisión. Debe ser puesto en cero por software. Es la bandera de interrupción de recepción. Debe ser puesta en cero por software.
PCON: 00000000= 00H Registro de control de potencia (No usado)
PCON.7 PCON.6 PCON.5 PCON.4 PCON.3 PCON.2 PCON.1 PCON.0
SMOD - - - GF1 GF0 PD IDL
0 0 0 0 0 0 0 0
Bit de doble velocidad de baudios.
Reservado Reservado Reservado Bit bandera de propósito general Bit bandera de propósito general Bit de apagado de potencia. Se inactiva la operación de apagado de potencia. Bit de modo de espera inactiva. Se inactiva el modo de espera inactiva.
PSW: 00000000= 00H Program status Word. Direccionable por bit
PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0
CY AC F0 RS1 RS0 OV - P
0 0 0 0 0 0 0 0
Bandera de
acarreo Bandera auxiliar de acarreo Bandera 0 disponible al usuario para uso general Bit selector de banco de registros bit 1 Bit selector de banco de registros bit 0 Bandera de
sobre flujo No implementado Bandera de paridad, puesto en 1 o 0 por Hardware cada ciclo de instrucción para indicar si el numero de bits 1 es par o impar en el acumulador
IE: 00000000= 00H Registro de habilitación de interrupciones. Direccionable por bit
IE.7 IE.6 IE.5 IE.4 IE.3 IE.2 IE.1 IE.0
EA - ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0
0 0 0 0 0 0 0 0
Deshabilita todas las interrupciones, si EA=0 ninguna interrupción será atendida.
No implementado Deshabilita sobre flujo del Timer 2 (solo para el 8052) Deshabilita la interrupción del puerto serial Deshabilita la interrupción de sobre flujo del Timer 1 Deshabilita la interrupción Externa 1 Deshabilita la interrupción de sobre flujo del Timer 0
Deshabilita la interrupción Externa 0
IP: 00000110= 06H Registro de prioridad de interrupción. Direccionable por bit.
TECLADO ODOMETRO ALARMA
CONTRA ROBO
IP.7 IP.6 IP.5 IP.4 IP.3 IP.2 IP.1 IP.0
0 0 0 0 0 1 1 0
No
implementado No implementado PT2 Define nivel de prioridad Timer 2 (solo 8052) PS Define nivel de prioridad. puerto serial. PT1 Define nivel de prioridad de int. Timer 1 PX1 Define nivel de prioridad de int. Externa 1. (Teclado) PT0 Define nivel de prioridad de int. Timer 0. (odómetro) PX0 Define nivel de prioridad de int. externa 0 SP = #07H
RESUMEN DE CONFIGURACIÓN DE INICIACIÓN
TCON 00H Timer/Counter 1 off; Timer/Counter 0 off; Disparos por nivel bajo
TMOD 36H Timer 1 detenido; Timer 0 Controlado por software; Modo contador; modo operativo 2 SCON 00H Puerto serial no habilitado
PCON 00H Control de potencia no habilitado PSW 00H Se inicializa
IE 00H Deshabilita toda interrupción
IP 06H Alta prioridad en la interrupción de teclado (int. Ext. 1) y de odómetro(Timer 0) SP 07H Inicializa con valor predeterminado
CONFIGURACIÓN DE LOS SFR`S PARA EL ODOMETRO
TCON: 00010000= 10H Registro de control Timer/Counter. Direccionable por bit
ODOMETRO TECLADO ALARMA CONTRA ROBO
TCON.7 TCON.6 TCON.5 TCON.4 TCON.3 TCON.2 TCON.1 TCON.0
TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0
0 0 0 1 0 0 0 0 Timer 1
bandera de sobre flujo
Timer/counter 1
se detiene bandera de Timer 0 sobre flujo
Timer/counter 0
se inicia. controlada Int.Ext.1 por hardware
Int.Ext.1, define disparo por nivel
bajo.
Int.Ext.0 controlada por Hardware
Int.Ext.0, define disparo por nivel
bajo
TMOD: 00110110= 36H Registro de control de modo de Timer/Counter. No direccionable por bit
ODOMETRO
TIMER 1 TIMER 0
TMOD.7 (MSB) TMOD.6 TMOD.5 TMOD.4 TMOD.3 TMOD.2 TMOD.1 TMOD.0
(LSB) GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 0 0 1 1 0 1 1 0 GATE = 0, el TIMER/COUNTER correrá solo mientras TR1 = 1 (control por software) Selector de Timer/Counter, Timer toma como entrada el reloj del sistema. Modo 3: Timer 1 detenido. El TIMER/COUNTER correrá solo mientras TR0 = 1 (control por software) Selector de Timer/Counter: Counter, toma como entrada el pin de entrada T0
Modo 2. TL0 es un contador de 8 bits con auto recarga, al presentarse sobre flujo en TL0, se pone en uno la bandera TF0 y también TL0 se recarga con el valor contenido en TH0.
SCON: 00000000= 00H Registro de control del puerto serial (No usado)
SCON.7 SCON.6 SCON.5 SCON.4 SCON.3 SCON.2 SCON.1 SCON.0
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R1 0 0 0 0 0 0 0 0 f.osc/12 En modo 0, SM2 debe ser 0. Habilita la recepción serial. se pone en cero por software para deshabilitarla Es el 9º bit de dato que será transmitido
en modos 2 y 3. Puesto en uno o en
cero por software como se desee. En modo 0 RB8 no es usado. Es la bandera de interrupción de transmisión. Debe ser puesto en cero por software. Es la bandera de interrupción de recepción. Debe ser puesta en cero por software.
PCON: 00000000= 00H Registro de control de potencia (No usado)
PCON.7 PCON.6 PCON.5 PCON.4 PCON.3 PCON.2 PCON.1 PCON.0
SMOD - - - GF1 GF0 PD IDL
0 0 0 0 0 0 0 0
Bit de doble velocidad de baudios. Cuando esta en 1, y el Timer 1 es usado para generar el rango de baudios, y el
puerto serial es usado en modos 1, 2 o 3.
Reservado Reservado Reservado Bit bandera de propósito general Bit bandera de propósito general Bit de apagado de potencia. Poniendo este bit en uno, se activa la operación de apagado de potencia. Bit de modo de espera inactiva. Poniendo este bit en uno, se activa
el modo de espera inactiva.
PSW: 00000000= 00H Program status Word. Direccionable por bit PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0 CY AC F0 RS1 RS0 OV - P 0 0 0 0 0 0 0 0 Bandera de acarreo Bandera auxiliar de acarreo Bandera 0 disponible al usuario para uso general
Banco de registros 0 Bandera de sobre flujo
No implementado
Bandera de paridad, puesto en 1 o 0 por Hardware cada ciclo de instrucción para indicar si el numero
de bits 1 es par o impar en el acumulador
IE: 10000110= 86H Registro de habilitación de interrupciones. Direccionable por bit
TECLADO ODOMETRO ALARMA
CONTRA ROBO
IE.7 IE.6 IE.5 IE.4 IE.3 IE.2 IE.1 IE.0
EA - ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0
1 0 0 0 0 1 1 0
Cada Interrupción se controlara por separado limpiando o poniendo en 1 su bit habilitador.
No
implementado solo para el 8052 Deshabilita la interrupción del puerto serial. Deshabilita la interrupción de sobre flujo del Timer 1. Habilita la interrupción Externa 1 (teclado) Habilita la interrupción de sobre flujo del Timer 0
(odómetro)
Deshabilita la interrupción Externa 0
IP: 00000110= 06H Registro de prioridad de interrupción. Direccionable por bit.
TECLADO ODOMETRO ALARMA
CONTRA ROBO
IP.7 IP.6 IP.5 IP.4 IP.3 IP.2 IP.1 IP.0
- - PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX0 0 0 0 0 0 1 1 0 No implementado No implementado Define nivel de prioridad Timer 2 (solo 8052). Define nivel de prioridad de puerto serial. Define nivel de prioridad de int. de Timer 1. Define nivel de prioridad de int. externa 1. Define nivel de prioridad de int. De Timer 0. Define nivel de prioridad de int. externa 0. SP = #07H
RESUMEN DE CONFIGURACIÓN PARA ODOMETRO
TCON 10H Se inicia Timer/Counter 0
TMOD 36H Se detiene Timer 1; Control del Timer 0 por software, entrada por T0, Modo 2: 8 bits con auto recarga SCON 00H No se usa
PCON 00H No se usa PSW 00H No se usa
IE 86H Se habilitan interrupciones, se habilita la int. Ext. 1 (Teclado), habilita int. De sobre flujo del Timer 0 (odómetro) IP 06H Prioridad de int. Ext. 1 (teclado) y Timer 0 (odómetro)
CONFIGURACIÓN DE LOS SFR´S PARA LA ALARMA CONTRA ROBO
TCON: 00010000= 10H Registro de control Timer/Counter. Direccionable por bit
ODOMETRO TECLADO ALARMA CONTRA ROBO
TCON.7 TCON.6 TCON.5 TCON.4 TCON.3 TCON.2 TCON.1 TCON.0
TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0
0 0 0 1 0 0 0 0 Timer 1
bandera de sobre flujo
Timer/counter 1
se detiene bandera de Timer 0 sobre flujo
Timer/counter 0
se inicia. controlada Int.Ext.1 por hardware
Int.Ext.1, define disparo por nivel
bajo.
Int.Ext.0 controlada por Hardware
Int.Ext.0, define disparo por nivel
bajo
TMOD: 00110110= 36H Registro de control de modo de Timer/Counter. No direccionable por bit
ODOMETRO
TIMER 1 TIMER 0
TMOD.7 (MSB) TMOD.6 TMOD.5 TMOD.4 TMOD.3 TMOD.2 TMOD.1 TMOD.0
(LSB) GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 0 0 1 1 0 1 1 0 GATE = 0, el TIMER/COUNTER correrá solo mientras TR1 = 1 (control por software) Selector de Timer/Counter, Timer toma como entrada el reloj del sistema. Modo 3: Timer 1 detenido. El TIMER/COUNTER correrá solo mientras TR0 = 1 (control por software) Selector de Timer/Counter: Counter, toma como entrada el pin de entrada T0
Modo 2. TL0 es un contador de 8 bits con auto recarga, al presentarse sobre flujo en TL0, se pone en uno la bandera TF0 y también TL0 se recarga con el valor contenido en TH0.
SCON: 00000000= 00H Registro de control del puerto serial (No usado)
SCON.7 SCON.6 SCON.5 SCON.4 SCON.3 SCON.2 SCON.1 SCON.0
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R1 0 0 0 0 0 0 0 0 f.osc/12 En modo 0, SM2 debe ser 0. Habilita la recepción serial. se pone en cero por software para deshabilitarla Es el 9º bit de dato que será transmitido
en modos 2 y 3. Puesto en uno o en
cero por software como se desee. En modo 0 RB8 no es usado. Es la bandera de interrupción de transmisión. Debe ser puesto en cero por software. Es la bandera de interrupción de recepción. Debe ser puesta en cero por software.
PCON: 00000000= 00H Registro de control de potencia (No usado)
PCON.7 PCON.6 PCON.5 PCON.4 PCON.3 PCON.2 PCON.1 PCON.0
SMOD - - - GF1 GF0 PD IDL
0 0 0 0 0 0 0 0
Bit de doble velocidad de baudios. Cuando esta en 1, y el Timer 1 es usado para generar el rango de baudios, y el
puerto serial es usado en modos 1, 2 o 3.
Reservado Reservado Reservado Bit bandera de propósito general Bit bandera de propósito general Bit de apagado de potencia. Poniendo este bit en uno, se activa la operación de apagado de potencia. Bit de modo de espera inactiva. Poniendo este bit en uno, se activa
el modo de espera inactiva.
PSW: 00000000= 00H Program status Word. Direccionable por bit
PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0
CY AC F0 RS1 RS0 OV - P
0 0 0 0 0 0 0 0
Bandera de
acarreo auxiliar de Bandera acarreo
Bandera 0 disponible al usuario para uso general
Banco de registros 0 Bandera de
sobre flujo implementado No Bandera de paridad, puesto en 1 o 0 por Hardware cada ciclo de instrucción para indicar si el numero
de bits 1 es par o impar en el acumulador
IE: 10000111= 87H Registro de habilitación de interrupciones. Direccionable por bit
TECLADO ODOMETRO ALARMA
CONTRA ROBO
IE.7 IE.6 IE.5 IE.4 IE.3 IE.2 IE.1 IE.0
EA - ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0
1 0 0 0 0 1 1 1
Cada Interrupción se controlara por separado limpiando o poniendo en 1 su bit habilitador. No implementado solo para el 8052 Deshabilita la interrupción del puerto serial. Deshabilita la interrupción de sobre flujo del Timer 1. Habilita la interrupción Externa 1 (teclado) Habilita la interrupción de sobre flujo del Timer 0
(odómetro)
Habilita la interrupción Externa 0
IP: 00000111= 07H Registro de prioridad de interrupción. Direccionable por bit.
TECLADO ODOMETRO ALARMA
CONTRA ROBO
IP.7 IP.6 IP.5 IP.4 IP.3 IP.2 IP.1 IP.0
- - PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX0
0 0 0 0 0 1 1 1
No
implementado No implementado Define nivel de prioridad Timer 2 (solo 8052). Define nivel de prioridad de puerto serial. Define nivel de prioridad de int. de Timer 1. Define nivel de prioridad de int. externa 1. Define nivel de prioridad de int. De Timer 0. Define nivel de prioridad de int. externa 0. SP = #07H
RESUMEN DE CONFIGURACIÓN PARA LA ALARMA CONTRA ROBO
TCON 10H Se inicia Timer/Counter 0
TMOD 36H Se detiene Timer 1; Control del Timer 0 por software, entrada por T0, Modo 2: 8 bits con auto recarga SCON 00H No se usa
PCON 00H No se usa PSW 00H No se usa
IE 87H Se habilitan interrupciones, se habilita la int. Ext. 1 (Teclado), habilita int. De sobre flujo del Timer 0 (odómetro) y de int. Ext. 0 (ACR)
IP 07H Prioridad de int. Ext. 1 (teclado), Timer 0 (odómetro) e int. Ext 0 (A.C.R. ) SP 07H Inicializa con valor predeterminado
II.I INTERFASES
Las interfases del sistema, son circuitos electrónicos especializados que adquieren las señales de cada una de las fuentes de información, una vez que las señales son procesadas, alimentan a la U.C.P. mediante un Convertidor Analógico Digital (C.A.D.). La información es analizada por el sistema, para presentar los resultados obtenidos.
Por la naturaleza hostil del medio y la alta sensibilidad de la UCP a descargas eléctricas no controladas, las señales generadas en las fuentes de información, se filtran, se regulan y se ajustan para eliminar picos, ruido y sobrecargas de voltaje que pudieran dañar al sistema o alterar su funcionamiento normal.
INTERFASE DE DISTANCIA (odómetro) CONSIDERACIONES INICIALES
PARÁMETROS DE LAS LLANTAS:
R1: Distancia entre el eje y cualquier punto periférico (radio) R2: Distancia entre el eje y la periferia del RIN metálico R3 : Ancho de la cara lateral del neumático
Con estos parámetros tenemos las siguientes relaciones: R1= R2+ R3
El perímetro P de la llanta se define por las siguientes relaciones: P = 2 * pi * R1
P = 2 * pi * (R2+R3)
R2 se mantiene constante, sin embargo hay que mencionar que R3 varia debido a que el neumático es deformado por factores externos como son el peso del automóvil, la irregularidad del terreno, el desgaste normal por uso de los neumáticos, un inflado a diferentes presiones en las llantas, desbalanceo o una mala alineación. Todos estos factores, provocan que el perímetro de medición P, sea una función dependiente de "n" variables, es decir:
P= 2* pi*(R2+ f(n)).
Algunas de estas variables son impredecibles e incontrolables, ¿que es mas impredecible o incontrolable que la temperatura del asfalto, la irregularidad de caminos de terracería, empedrados o la presencia de un bache que cause una desalineación?. Podemos decir que un sistema de medición de distancia perfecto, tendrá que considerar y contrarrestar las incertidumbres causadas por estos factores.
Consideramos que las características del material, los parámetros de resistencia, el diseño y las técnicas usadas en la fabricación de los neumáticos modernos, permiten considerar que el neumático es mínimamente deformable. Para este análisis, f(n) se considera una constante. La función f(n) por su complejidad se reserva como objeto de un análisis formal que no será tratado en este proyecto.
INTERFASES 1.- Interfase de distancia 2.- Interfase de velocidad 3.- Interfase de combustible 4.- Interfase de batería 5.- A.C.R. 6.- Tacómetro
Considerando la función: f(n)=R2+ R3 como una constante y definiendo como perímetro de medición a la función:
P = 2 * pi * R1
Un giro completo de llanta equivale al perímetro p que al multiplicarse por el numero de giros completos n da como resultado la distancia recorrida D.
D = p * n
PRINCIPIO OPERATIVO
El sistema utiliza un dispositivo mecánico conocido como "impulsor" el cual, es fabricado y vendido en México. Este cuenta con una conexión para el chicote como fuente de información y con dos cables de salida.
Por cada giro completo del chicote, el impulsor cierra dos veces un interruptor interno, generando dos pulsos lógicos bajos por cada giro completo de la llanta, estos pulsos excitan al bloque conformado por dos multivibradores monoestables de la familia TTL encapsulados en un circuito integrado 74123, que apoyados en circuiteria externa generan dos pulsos controlados de 1.4 ms de duración por cada pulso lógico generado por el impulsor. Así, se generan cuatro pulsos lógicos bajos por cada giro completo de los neumáticos.
Al rodar las llantas con una frecuencia f, el impulsor genera pulsos con frecuencia 2f, estos pulsos excitan al arreglo lógico, el cual genera una señal con frecuencia 4f. Estos pulsos excitan al contador del microcontrolador. Cuatro pulsos generados por la interfase de distancia, representan un giro completo y esto significa que la frecuencia de giro de la llanta es multiplicada por cuatro en la interfase de distancia.
Hay que considerar que la distancia que recorre un vehículo con neumáticos deportivos de radio pequeño es menor que la distancia que recorre un automóvil con neumáticos de radio mayor, al completar ambos autos el mismo numero de giros completos de los neumáticos. La frecuencia angular dependerá del radio de la llanta, pues a menor radio se tendrá una mayor frecuencia para una velocidad dada.
impulsor chicote Llanta Interfase de distancia UCP f 2f 4f
ANÁLISIS ODOMETRICO
La distancia que recorre el vehículo, se obtiene bajo las siguientes consideraciones:
¾ El producto del número de giros realizados por una llanta, y su longitud perimetral, es una aproximación razonable a la distancia recorrida por el vehículo.
¾ El odómetro, maneja dos niveles de información:
o Primero, registra las distancias entre 0 y 999 km, [00H a 3E7H km] o Segundo, cuenta con un registro distancias entre 1000 y 100,000 km.
¾ El sistema cuenta con un microswitch que permite la codificación del perímetro de las llantas.
¾ El diámetro externo de las llantas, puede medir entre 0.57658 m (576.58 mm) y 0.75006 m (750.06 mm) y con ello, el perímetro puede medir entre: 1.81 m y 2.35 m
Distancia = numero de giros * perímetro
Numero de giros = pulsos/4
perímetro = 2π * radio perímetro = π * diámetro Sustituyendo: D = distancia p = pulsos d = diámetro
Conociendo el diámetro de las llantas, se requiere conocer el numero de giros (y de pulsos) que se deberán completar para que el automóvil recorra un kilómetro. Despejando la variable pulsos de la función (Ec: odo_ 01) tenemos:
Así:
Ejercicio Nº 1:
Considerando llantas de diámetro externo igual a 632.46 mm, (perímetro de 1.986931 m). Para que se cumpla un kilómetro de recorrido se deben cumplir:
pulsos = 4 * D / π * diámetro
pulsos = (4 * 1000) / (π * 0.63246m) = 2,013.1542 pulsos
Giros = (pulsos / 4) = (2,013.1542 pulsos / 4) = 503.28 giros
Así, el recorrido de un kilómetro, consiste en el conteo de 2013 pulsos o 503 giros completos de las llantas del automóvil.
pulsos = (4 * Distancia)/(π * diámetro) (Ec: odo_ 02)
p = 4 * D/π * d
PULSOS VS DIÁMETRO EXTERNO DE LLANTAS
La siguiente tabla, presenta los valores de diferentes llantas marca Goodyear™, y el numero de pulsos y de giros requeridos para que se recorra un kilómetro. Para mayor referencia consultar el apéndice de Análisis de llantas.
LLANTA 1000 m DIMENSIÓN DIÁMETRO EXTERNO
(mm) PULSOS GIROS P195/50R15 576.58 2,208.26 552.07 P185/60R14 578.00 2,202.84 550.71 P255/60R15 585.80 2,173.51 543.38 P185/70R13 590.00 2,158.03 539.51 P185/65R14 596.00 2,136.31 534.08 P195/50R16 601.98 2,115.09 528.77 P185/60R15 602.99 2,111.54 527.89 P185/60R15 603.00 2,111.51 527.88 P195/65R14 607.06 2,097.39 524.35 205/50R16 612.14 2,079.98 520.00 P195/60R15 614.68 2,071.39 517.85 195/60R15 615.00 2,070.31 517.58 P185/70R14 615.90 2,067.28 516.82 P205/60R15 624.84 2,037.70 509.43 205/60R15 627.00 2,030.69 507.67 P205/55R16 629.92 2,021.27 505.32 205/55R16 632.00 2,014.62 503.65 205/55R16 632.46 2,013.15 503.29 195/65R15 635.00 2,005.10 501.28 P235/60R14 637.54 1,997.11 499.28 205/65R15 645.16 1,973.53 493.38 P215/50R17 647.95 1,965.03 491.26 P225/55R16 654.00 1,946.85 486.71 225/60R16 676.00 1,883.49 470.87 225/55R17 680.00 1,872.41 468.10 P235/60R16 685.80 1,856.58 464.14 P225/70R15 697.00 1,826.74 456.69 215/65R16 697.99 1,824.15 456.04 P235/70R16 736.09 1,729.73 432.43 255/65R16 737.90 1,725.49 431.37 245/70R16 750.06 1,697.52 424.38
CODIFICACIÓN DE LLANTAS
El sistema cuenta con un micro switch integrado, cuya función consiste en suministrar el código correspondiente a las llantas que tiene instaladas el vehículo. Cada llanta cuenta con un código que varia de acuerdo a su diámetro externo. Para mayor referencia consultar el apéndice de Análisis de llantas, o la base de datos adjunta llantas.mdb.
Dimensión Diámetro Código Código binario
P195/50R15 576.58 1 00000001 P185/60R14 578.00 2 00000010 P255/60R15 585.80 3 00000011 P195/60R14 590.00 4 00000100 P185/65R14 596.00 5 00000101 P195/50R16 601.98 6 00000110 P185/60R15 602.99 7 00000111 P185/60R15 603.00 8 00001000 P205/55R15 607.06 9 00001001 205/50R16 612.14 10 00001010 P195/60R15 614.68 11 00001011 P195/60R15 615.00 12 00001100 P185/70R14 615.90 13 00001101 P205/60R15 624.84 14 00001110 205/60R15 627.00 15 00001111 P205/55R16 629.92 16 00010000 205/55R16 632.00 17 00010001 P195/65R15 632.46 18 00010010 195/65R15 635.00 19 00010011 P235/60R14 637.54 20 00010100 P205/65R15 645.16 21 00010101 P215/50R17 647.95 22 00010110 P225/55R16 654.00 23 00010111 P225/60R16 676.00 24 00011000 225/55R17 680.00 25 00011001 P235/60R16 685.80 26 00011010 P225/70R15 697.00 27 00011011 215/65R16 697.99 28 00011100 P235/70R16 736.09 29 00011101 255/65R16 737.90 30 00011110 245/70R16 750.06 31 00011111
CONTEO DE PULSOS
Para calcular la distancia recorrida por el vehículo, consideramos que un kilómetro es la distancia básica para el sistema, es decir, el sistema mide la distancia recorrida por el automóvil, cada mil metros.
Como ya se comento, cada giro de la llanta y del chicote de rodamiento, se refleja cuatro pulsos generados por la interfase de distancia. Estos pulsos son registrados por la UCP y son contabilizados por el registro contador del microcontrolador.
El contador utilizado para este proceso, es el registro Timer Counter 0 del 8031 y el pin utilizado es el T0 (pin 14). TL0 se configura como contador de 8 bits (0 a FFH), con auto recarga y al presentarse sobre flujo en TL0, se pone en uno la bandera TF0 y TL0 se recarga con el valor contenido en TH0.
El numero de pulsos que se deben completar por cada kilómetro recorrido, dependerá del diámetro externo de llanta.
Así, para medir un kilómetro de distancia recorrida, solo se requiere contar el numero de pulsos correspondientes a esta distancia, para un diámetro de llantas especifico.
Ejemplo:
Para un automóvil con llantas de diámetro externo de 632.46 mm, un kilómetro de distancia lo recorrerá al cumplirse: diámetro externo = 0.63246 m
diametro
Perimetro
=
π
*
m
Perimetro
=
1
.
986931
Dividiendo 1000 m entre el perímetro de la llanta, tenemos:
Perimetro
giros
=
1000
÷
2887403
.
503
=
giros
1549
.
2013
=
pulsos
El conteo de pulsos se realizara de la siguiente manera:
Sabemos que se deben realizar 503.28 giros completos de las llantas, y por lo tanto, 2013.15 pulsos para alcanzar un kilómetro.
El conteo se realizara mediante la multiplicación del numero de atenciones a interrupción por sobre flujo del registro y el numero adecuado de iteraciones. El resultado será una aproximación, debido a que en esta versión, no se realizara ningún proceso que maneje decimales.
Por ejemplo: Para un diámetro externo de 632.46 mm, se requieren 503.28 giros, 2013.15 pulsos. Considerando que no se manejaran valores decimales, se redondea al valor inmediato superior: 2014 pulsos.
Es decir, realizando esta operación sin manejo de números con punto flotante, llegamos a una aproximación del numero de pulsos requeridos para poder medir una distancia recorrida de un kilómetro.
Ejemplo:
056
.
8
250
2014
023
.
8
251
2014
992
.
7
252
2014
96
.
7
253
2014
92
.
7
254
2014
89
.
7
255
2014
=
÷
=
÷
=
÷
=
÷
=
÷
=
÷
Calculando la distancia de un kilómetro mediante la multiplicación de: 252 * 8 = 2016 pulsos y con esta aproximación, en realidad de estará midiendo una distancia:
d
pulsos
D
×
×
=
π
4
( ) (
m
)
m
km
D
0
.
63246
1001
.
41
1
4
2016
×
×
=
≈
=
π
La siguiente tabla presenta los valores correspondientes a utilizar por el sistema para cada diámetro externo de las llantas mas comunes:
Presenta el número de identificación del fabricante (Dimensión), su diámetro exterior en milímetros y en metros, la distancia base de medición odométrica, el perímetro correspondiente de la llanta, el número de giros requeridos para completar la distancia base, el número de pulsos requeridos y su valor redondeado (VR), el factor multiplicativo 1, su valor redondeado (VR) y el factor multiplicativo 2, y finalmente los pulsos por contabilizar para definir la distancia base recorrida de un kilómetro.
SICV
ANÁLISIS DE PULSOS PARA DIFERENTES DIÁMETROS EXTERNOS
DIÁMETRO EXT. DIÁMETRO DISTANCIA PERÍMETRO GIROS PULSOS PULSOS FM1 FM1 FM2 PPC DIMENSIÓN [mm] [m] [m] [m] /[km] /[km] VR VR pulsos P195/50R15 576.58 0.57658 1000 1.8114 552.07 2,208.26 2209 9.016 9.00 245 2,205 P185/60R14 578.00 0.57800 1000 1.8158 550.71 2,202.84 2203 9.029 9.00 244 2,196 P255/60R15 585.80 0.58580 1000 1.8403 543.38 2,173.51 2174 9.021 9.00 241 2,169 P185/70R13 590.00 0.59000 1000 1.8535 539.51 2,158.03 2159 9.033 9.00 239 2,151 P185/65R14 596.00 0.59600 1000 1.8724 534.08 2,136.31 2137 9.017 9.00 237 2,133 P195/50R16 601.98 0.60198 1000 1.8912 528.77 2,115.09 2116 9.004 9.00 235 2,115 P185/60R15 602.99 0.60299 1000 1.8943 527.89 2,111.54 2112 9.026 9.00 234 2,106 P185/60R15 603.00 0.60300 1000 1.8944 527.88 2,111.51 2112 9.026 9.00 234 2,106 P195/65R14 607.06 0.60706 1000 1.9071 524.35 2,097.39 2098 9.004 9.00 233 2,097 205/50R16 612.14 0.61214 1000 1.9231 520.00 2,079.98 2080 9.004 9.00 231 2,079 P195/60R15 614.68 0.61468 1000 1.9311 517.85 2,071.39 2072 9.009 9.00 230 2,070 195/60R15 615.00 0.61500 1000 1.9321 517.58 2,070.31 2071 9.004 9.00 230 2,070 P185/70R14 615.90 0.61590 1000 1.9349 516.82 2,067.28 2068 8.991 9.00 230 2,070 P205/60R15 624.84 0.62484 1000 1.9630 509.43 2,037.70 2038 7.992 8.00 255 2,040 205/60R15 627.00 0.62700 1000 1.9698 507.67 2,030.69 2031 7.996 8.00 254 2,032 P205/55R16 629.92 0.62992 1000 1.9790 505.32 2,021.27 2022 7.992 8.00 253 2,024 205/55R16 632.00 0.63200 1000 1.9855 503.65 2,014.62 2015 7.996 8.00 252 2,016 205/55R16 632.46 0.63246 1000 1.9869 503.29 2,013.15 2014 7.992 8.00 252 2,016 195/65R15 635.00 0.63500 1000 1.9949 501.28 2,005.10 2006 7.992 8.00 251 2,008 P235/60R14 637.54 0.63754 1000 2.0029 499.28 1,997.11 1998 7.992 8.00 250 2,000 205/65R15 645.16 0.64516 1000 2.0268 493.38 1,973.53 1974 7.992 8.00 247 1,976 P215/50R17 647.95 0.64795 1000 2.0356 491.26 1,965.03 1966 7.992 8.00 246 1,968 P225/55R16 654.00 0.65400 1000 2.0546 486.71 1,946.85 1947 8.012 8.00 243 1,944 225/60R16 676.00 0.67600 1000 2.1237 470.87 1,883.49 1884 8.017 8.00 235 1,880 225/55R17 680.00 0.68000 1000 2.1363 468.10 1,872.41 1873 8.004 8.00 234 1,872 P235/60R16 685.80 0.68580 1000 2.1545 464.14 1,856.58 1857 8.004 8.00 232 1,856 P225/70R15 697.00 0.69700 1000 2.1897 456.69 1,826.74 1827 8.013 8.00 228 1,824
