Файл: Пояснительная записка к курсовому проекту по мдк 02. 01.rtf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 28
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Свердловской области
государственное автономное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
Свердловской области
«Уральский радиотехнический колледж им. А.С. Попова»
Электронный таймер фиксированных интервалов
Пояснительная записка к курсовому проекту по МДК 02.01
1. Разработка схемы электрической структурной
К проектируемому устройству электронный таймер фиксированных интервалов, в соответствии с техническим заданием, предъявляются следующие требования:
время выдержки 5,10,15,20,25,30 минут;
дискрет 1 минута;
индицировать установку времени;
по окончании времени выдержки формировать звуковой сигнал.
Таймеры предназначены, для формирования временных интервалов. Обычно пользователь устанавливает необходимый ему временной интервал (время выдержки таймера), а за тем таймер уменьшает это время с дискретом одна минута. Об окончании времени выдержки таймер должен информировать пользователя.
Таймер должен формировать временные интервалы одна секунда, одна минута, для этой цели можно использовать таймеры микроконтроллера. Для хранения временных интервалов 5, 10, 15, 20, 25, 30 минут необходима память. Для этих целей можно использовать оперативную память микроконтроллера или постоянную память данных микроконтроллера. Выбранное пользователем время выдержки, необходимо уменьшить и проверять, не стало ли оно равно нулю. Микропроцессор микроконтроллера способен выполнять арифметические операции и операции сравнения, под управлением программы. Порты ввода, вывода микроконтроллера позволяют подключать к нему различные устройства.
Использование микроконтроллера позволяет минимизировать аппаратную часть электронного таймера фиксированных интервалов.
Работа любой микропроцессорной системы должна синхронизироваться, поэтому необходим блок синхронизации. Период сигнала, формируемый блоком синхронизации, определяет такт микроконтроллера. электрический микроконтроллер резонатор транзистор
В соответствии с техническим заданием для проектирования таймер должен формировать фиксированные интервалы 5, 10, 15, 20, 25, 30 минут. Пользователь должен иметь возможность выбора одного из временных интервалов, для этих целей используется блок выбора времени выдержки.
Пользователь может не находится рядом с электронным таймером, для того, чтобы уведомить пользователя об окончании времени выдержки таймера, необходим блок звуковой сигнализации, который по окончанию времени выдержки будет формировать звуковой сигнал.
Для информирования пользователя об установленном времени выдержки, а так же об оставшемся до окончания времени выдержки таймера, используется цифровое табло.
Функции микроконтроллера:
управление блоком звуковой сигнализации;
управление цифровым табло;
взаимодействие с блоком выбора времени выдержки;
формирование временных интервалов;
хранение фиксированных интервалов.
Схема электрическая структурная электронного таймера фиксированных интервалов изображена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1- Схема электрическая структурная электронного таймера фиксированных интервалов
. Выбор элементной базы
.1 Описание микроконтроллера ATmega16
Наиболее подходящим является микроконтроллер ATmega16. В таблице 2.1 приведены параметры данного микроконтроллера.
Таблица 2.1 - Электрические параметра ATmega16
| Параметр | Значение |
| Напряжение питания Vcc, В | 4,5…5,5 |
| Максимальный ток потребления в рабочем режиме, мА | 15 |
| Максимальная тактовая частота, МГц | 16 |
| Максимальное выходное напряжение низкого уровня на линиях портов ввода/вывода, В | 0,7 |
| Минимальное выходное напряжение высокого уровня на линиях портов ввода/вывода, В | 4,2 |
| Рабочая температура, ºС | -55…+125 |
| Температура хранения, ºС | -65…+150 |
| Максимальный ток линии ввода/вывода, мА | 40 |
| Максимальный ток по выводам Vcc и GND, мА | 200 |
| Сопротивление подтягивающего резистора в цепи сброса RRST, кОм | 30…60 |
.1.1 Память микроконтроллера
Реализована гарвардская архитектура, что означает, что адресные пространства памяти программ и памяти данных разделены.
Память программ - постоянная flash память объемом 8Кслов. Разрядность ячейки 16 бит. Диапазон адресов 00000 - 01FFF. Рассчитана минимум на 10000 циклов стирания/записи. Память программ логически разделена на 2 секции:
Секция прикладной программы(0000-1F7F);
Секция загрузки(1F80-1FFF).
Секция загрузки нужна для программы загрузчика. Из этой секции программа может осуществлять изменения в памяти программ, может модифицировать собственный код и удалять себя из памяти, также может изменять область прикладной программы, этот режим называется самопрограмированием.
Если этот режим не используется, то прикладная программа может располагаться в области загрузчика
Память данных - это оперативная память, которая разделена на 3 части:
Регистровая память(0000-005F);
Статическое ОЗУ(0060-045F);
Энергонезависимая память.
Регистровая память содержит 32 регистра общего назначения(R0-R31), служебные регистры ввода/вывода(RWW), служебные регистры, регистры управления периферийными устройствами и т.д.
Статическое ОЗУ(SRAM) используется для хранения переменных. Объем 1Кбайт. Ячейкам SRAM можно присваивать имена директивой .equ
Энергонезависимая память(EEPROM). Объем 512 байт. Эта память располагается в отдельном адресном пространстве. Доступ к ней осуществляется с помощью определенныхRWW. Предназначена для долговременного хранения различной информации, которая может изменяться в процессе функционирования готовой системы.
.1.2 Микропроцессор
Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Служит для выполнения логических и арифметических операций. Арифметические операции: ‘+’, ’-’, ’·’. К логическим операциям относят: дизъюнкция, конъюнкция, инверсия и исключающее ИЛИ.
. Разработка схемы электрической принципиальной
.1 Разработка схемы электрической принципиальной блока синхронизации
Электронный таймер фиксированных интервалов предназначен для отсчёта фиксированных интервалов времени (минуты, секунды) и формирования звуковых сигналов по окончанию времени выдержки. Для обеспечения точного формирования временных интервалов следует использовать кварцевый генератор. Выбирается частота синхронизации микроконтроллера 4 МГц. Выбирается кварцевый резонатор HC-49S, технические параметры которого приведены в таблице 3.1[1].
Таблица 3.1 - Технические параметры кварцевого резонатора
| Параметр | Значение |
| Резонансная частота, МГц | 4 |
| Точность настройки dF/Fх10-6 | ±30 |
| Температурный коэффициент, Ктх10-6 | 30 |
| Нагрузочная емкость, пФ | 32 |
| Рабочая температура, С | -20...70 |
Кварцевый резонатор подключаем к выводам XTAL1 и XTAL2 микроконтроллера. Для увеличения стабильности работы генератора подключаются два конденсатора C3 и C4 между выводом резонатора и общим проводом источника питания. Емкость конденсаторов 22 пФ [2]. Выбираются конденсаторы C3,C4 К10-17A-М47-22пФ ±10% Режимы работы кварцевого генератора, изображены в таблице 3.2 [3].
Таблица 3.2 - Режимы работы кварцевого резонатора
| CKOPT | CKSEL 3…1 | Примерный диапазон частот МГц |
| 1 | 101 | 0,4 - 0,9 |
| 1 | 110 | 0,9 - 1,0 |
| 1 | 111 | 3…8 |
| 0 | 101,110,111 | >1,0 |
В конфигурационные ячейки CKSEL 3…1, для выбора режима работы “кварцевый генератор” загружается код 111, т.к. частота 4МГц принадлежит диапазону 3-8 МГц.
Для того чтобы размах колебаний на выходе был меньше напряжения питания и, для уменьшения потребляемого тока микроконтроллера конфигурационная ячейка CKOPT устанавливается в состояние 1.
Схема электрическая принципиальная блока синхронизации ZQ1, C3, C4 РК 09.02.03.343 19 Э3.
.2 Разработка схемы электрической принципиальной цифрового табло
Цифровое табло визуально информирует пользователя об окончании времени выдержки, и об установленном времени выдержки.
Для отображения оставшегося времени выдержки, используется 2 знакоместа, так как максимальное формируемое число 30. Для этого используется полупроводниковый индикатор, так как устройство может использоваться в недоступных местах и необходим хороший угол обзора и яркость свечения, по этому не подходит жидкокристаллический индикатор.
Если нужна индикация с несколькими цифровыми разрядами, приходится использовать динамическое управление. Динамическое управление индикаторами, экономит линии портов микроконтроллера и позволяет снизить ток потребления. Индикация цифр осуществляется поочерёдно, за счёт управления соответствующими разрядами порта, используемыми для выбора знакоместа. Для нормального функционирования индикатора микроконтроллер должен обеспечить достаточную частоту переключения знакоместа, которая должна быть незаметна для глаз человека (не менее 40 Гц) [4].
Выбирается индикатор DC56-11EWA, который имеет стандартную яркость (с увеличенным углом излучения), его технические параметры приведены в таблице 3.3 [5].
Таблица 3.3 - Технические параметры индикатора DC56-11EWA
| Параметр | Значение |
| Цвет свечения | Красный |
| Длина волны, нм | 625 |
| Максимальная сила света при прямом токе 10мА, мКд | 8 |
| Количество сегментов | 7 |
| Количество разрядов | 2 |
| Схема включения | общий катод |
| Высота знака, мм | 14,2 |
| Максимальное прямое напряжение, В | 2,5 |
| Максимальное обратное напряжение, В | 5 |
| Максимальный прямой ток, мА | 30 |
| Максимальный импульсный прямой ток, мА | 160 |
| Рабочая температура, С | -40…85 |
| Производитель | Kingbright |
Ток, протекающий через сегмент индикатора 10мА, не превышает максимальный вытекающий ток микроконтроллера 40мА, поэтому, сегменты индикатора A-G подключаются к линиям микроконтроллера PB0-PB6 через резисторы R10-R16. Резисторы ограничивают ток сегмента и линии микроконтроллера. Рассчитывается максимальный ток, протекающий через общий катод индикатора HG1.
Максимальный ток общего катода, протекающий при свечении 7 сегментов
(3.1)где
- прямой ток сегмента индикатора;n - количество сегментов;
- максимальный ток, протекающий при свечении 7 сегментов.
Максимальный ток 70 мА, протекающий через общий катод индикатора HG1 превышает максимальный втекающий ток линии микроконтроллера 40 мА. Необходимо использовать усилитель тока - транзисторный ключ. Выбирается транзистор, у которого ток коллектора не менее 70мА, напряжение коллектор-эмиттер не менее напряжения питания схемы +5В. Выбирается транзистор КТ315В, его технические параметры приведены в таблице 3.4 [6].