close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Отчёт по МК

код для вставкиСкачать
Модель светофорного перекрёстка
ВСТУП
Розвиток мікроелектроніки і широке застосування її виробів в
промисловому виробництві, в пристроях і системах управління
різноманітними об'єктами і процесами є в даний час одним з основних
напрямів науково-технічного прогресу.
Використання мікроелектронних засобів у виробах виробничого і
культурно-побутового призначення не лише приводить до підвищення
техніко-економічних показників виробів (вартості, надійності,
споживаної потужності, габаритних розмірів) і дозволяє багато разів
скоротити терміни розробки і відсунути терміни "морального старіння"
виробів, але і додає їм принципово нові споживчі якості (розширені
функціональні можливості, модифікується, адаптивність і так далі).
Мікропроцесори і ОЕВМ – це досить складні пристрої, хоча
діапазон їх використання дуже широкий. Головні переваги
мікропроцесорної техніки – це компактність, економічність,
універсальність невисока вартість, масовість вживання. Завдяки своїм
властивостям мікропроцесори знайшли вживання як в системі управління
космічними польотами, так і в дитячих іграшках; ОЕМ використовуються
для управління побутовими приладами і роботами, верстатами з
числовим програмним управлінням і т. п.
За останні роки в мікроелектроніці бурхливий розвиток отримав
напрям, пов'язаний з випуском однокристальних ОЕМ, які призначені для
"інтелектуалізації" обладнання різного призначення. До теперішнього
часу більше двох третин світового ринку мікропроцесорних засобів
складають саме однокристальні ЕОМ. Розробники ОЕВМ виходили з
того, що не скрізь потрібні всі (максимальні) можливості великих ЕОМ,
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
5
АНКР.
A
Н
064.16
ІС КР 0804 АН0
4
ПЗ
не завжди потрібна велика точність обчислень, великі об'єми пам'яті або
тривале зберігання проміжних результатів. Зате для цілого ряду вживань,
таких, як управління виробничим устаткуванням або науковим
експериментом, необхідно вводити і виводити спеціальні сигнали,
враховувати перебіг часу, реагувати на події, що випадково відбуваються.
У даному курсовому проекті розглядається створення реально
існуючої моделі світлофорного перехрестя. Такі моделі дозволяють
наочно показати інформацію про роботу світлофора, що дозволяє
використовувати їх в демонстраційних і навчальних цілях. Наприклад,
використання моделі світлофорного перехрестя в дитячих саду, школах,
автошколах дозволяє зацікавити і підвищити ефективність вивчення
правил дорожнього руху.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
6
АНКР.
A
Н
064.16
1 О
Г
Л
Я
Д
Л
І
Т
Е
Р
А
Т
УРИ
Для реалізації даного пристрою був обраний мікроконтролер
A
T
Tiny
2313 сімейства AVR
фірми Atmel
. Він має все необхідне для
реалізації нашого завдання: широко поширену систему команд, є
величезний набір періферійних пристроїв, що забезпечують взаємодію
мікроконтролерів цього сімейства з різноманітною цифровою та
аналоговою апаратурою. Також він містить у собі достатню кількість
виходів та має потрібний набір команд для реалізаціі тих функцій, що
потрібні для даного проекту.
У дов
i
днику [1] наведено повний та докладний опис однієї певної
мікросхеми — мікроконтролера A
T
Tiny
2313 сімейства AVR
фірми Atmel
.
Опис побудовано на основі оригинальної технічної документації мікросхеми
та містить опис усіх регістров, типів пам’яті та внутрішніх систем
мікроконтролера.
Ядро AVR має великий набір інструкцій для роботи з 32 регістрами
загального призначення. Усі 32 регістра безпосередньо пов’
язані з
арифметико-логічним пристроєм (
ALU
), який дозволяє виконувати одну
команду для двох разних регістрів за один такт системного генератору. Така
архітектура дозволила досягнути продуктивності у десять разів більшей, ніж
у традиційних мікроконтролерів, збудованих по CISC-технології.
Мікросхема виконана із використанням унікальної високоточної
технології фірми Atmel. Внутрішня флеш-пам’
ять програм може бути
перепрограмована
без витягання мікроконтролера з плати. Об’єднання 8-
разрядного RISC
-процесору з внутрісистемною флєш-пам’яттю на одному
кришталі роблять мікросхему ATTiny2313 потужним засобом, яке забезпечує
досить гнучкі та недорогі рішення багатьох прикладних задач керування.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
7
АНКР.
A
Н
064.16
Мікросхема ATTiny
2313 має
наступні особливості:
—
2 Кбайт системної програмуємої флеш-пам’
яті програм;
—
128 байт EEPROM;
—
128 байт SRAM (
ОЗП
);
—
18 ліній вводу-виводу;
—
32 робочих регістри;
—
однопровідний інтерфейс для внутрісхемної відладки;
—
2 багатофункціональних таймера/лічильника з функцією збігу;
—
підтримка зовнішних та внутрішних переривань;
—
послідовний програмований порт USART;
—
універсальний послідовний інтерфейс із детектором початку передачі;
—
програмований сторожовий таймер із внутрішнім генератором;
—
три програмно змінюємих режима енергозберігання.
Для мікросхеми ATTiny
2313, як і для усіх інших мікросхем серії
AVR
, існує повний набір документації та інструментальних програм:
—
компілятори з мови С;
—
макроасемблери;
—
програмні відладчики та сімулятори;
—
ознайомчи набори.
Використання мови С для програмування мікроконтролерів обраної
серії, команди, структура програми розглянуті у [2], [3].
Деяка інформація щодо виконання курсового проекту наведена
у м
етодичн
их
вказівк
ах
до курсового проектування
[4].
С
т
р
у
кт
у
ра і пра
в
ила о
ф
о
р
м
ленн
я звіту та графічних схем
виконані згідно з
документацієй [
5
]
та п
равила
ми
щодо виконання
електричних схем цифрової обчислювальної техніки
[6], [7].
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
6
АНКР.
A
Н
0
53
.
20
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
8
АНКР.
A
Н
064.16
2 РОЗРОБКА ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
2.1 Загальні відомості
Дана система називається: «
Контролер світлофора
».
Мета даного курсового проекту полягає
в розробці моделі
світлофорного перехрестя на базі однокристального ЕОМ
. Ця модель імітує роботу реально існуючих світлофорів на
перехресті пр. Шевченка – пр. Гагаріна. Працює в реальному часі.
Рис. 2.1 Схема розташування світлофорів на перехресті
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
9
АНКР.
A
Н
064.16
2.2 Призначення
Даний пристрій може бути використаний для демонстрації работи
реального світлофора.
Даний проект в подальшому можна покращувати, розвивати та
налагоджувати для певних потреб.
Мета да
ного проекту навчитися керувати мікроконтролерами та
будувати схему для розробки пристрою. 2.3 Склад та зміст робот по створенню системи
Розробка структурної схеми — розробка загальної схеми пристрою,
яка є основою для подальшої роботи.
Розробка функціональної схеми — більш детальна схема пристрою.
На основі даної схеми можна будувати принципово-електричну схему.
Розробка принципової схеми — відображує детально усі
компоненти пристрою, деталі що використовувались, контакти
м
ікросхем.
Підрахунок вартості даної збірки — після будування схеми
потрібно розрахувати вартості даної системи.
Розробка алгоритму роботи пристрою — щоб виконував певні задачі
необхідно розробити програму, яка буде керувати роботою даного
пристрою.
Розробка коду програми — відповідно алгоритму розробляється код
програми, яка буде керувати пристроєм.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
10
АНКР.
A
Н
064.16
2.4
Порядок контролю та прийому роботи
При перевірці виконаної роботи та захисту її перед керівником,
повинна бути представлена пояснювальна записка разом із схемами та
програмою. Програму треба буде завантажити на готовому пристрої чи
емуляторі та показати її в роботі.
2.
5
Вимоги до розробки документації
Розрахунково-пояснювальна записка до курсового проекту повинна
включати такі розділи:
−
анотація;
−
зміст;
−
вступ;
−
розробка технічного завдання;
−
розробка структурної схеми пристрою;
−
розрахунок та вибір компонентів;
−
розробка програми та реалізація алгоритмів;
−
висновки;
−
перелік використованої літератури;
−
додатки.
Набір документації включає також ряд графічних матеріалів, таких як:
−
функціональна та структурна схеми мікроконтролеру;
−
принципова схема мікроконтролеру;
−
схема алгоритму функціювання мікроконтролеру.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
11
АНКР.
A
Н
064.16
3 ОСНОВНИЙ РОЗДІЛ
3.1 Розрахунок параметрів пристрою
У моделі нашого світлофорного перехрестя використовуються 3
види світлофорів:
¾
пішохідний (
2 секції – червоний і зелений колір);
¾
транспортний (3 секції – червоний, жовтий і зелений кольори);
¾
транспортний з додатковою секцією (4 секці
ї
– червоний, жовтий,
зелений кольори і зелена стрілка повороту наліво).
Всього на перехресті знаходиться 16 світлофорів — з них 8 не
повторюються (4 пішохідних і 4 транспортних: з них три
3-хсекционн
і
і
один
на
4 секції).
Необхідна кількість червоних діодів: Nчер
= К-ть пеш. св. + К-ть трансп. св. Nчер = 8 + 8 = 16 од.
Необхідна кількість жовтих діодів: Nжел = К-ть трансп. св
. Nжел = 8 од.
Необхідна кількість зелених діодів: Nзел = К-ть пеш. св. + К-ть трансп. св. + К-ть св. з доп. Секцією
Nзел = 8 + 8 + 2 = 18 од.
Разом: 42 д
і
ода. З них 21 не дублюється. Також попарно світлофори
1 і 5, 2 і 6, 3 і 7, 4 і 8 - мають збіг при горінні. Тому на для імітації роботи
світлофора необхідно: Nзаг = К-ть зел. + К-ть жов. + К-ть чер. + Зел. стрілка Nзаг
= 4 + 4 + 4 + 1 = 13 виходів портів. Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
1
2
АНКР.
A
Н
064.16
Для того, щоб реалізувати систему ми будемо у певні проміжки
часу запалювати або вимикати потрібні світлодіоди, які будуть імітувати
алгоритм роботи світлофора. У певний момент часу стан світлодіоду
може бути «увімкнутий» або «вимкнутий». Мерехтіння реалізується за
допомогою послідовної зміни станів з інтервалом часу 0,5 сек, тобіж 2
раза за секунду. Для того, щоб запалити необхідний діод, ми подаємо на
вихід порту «1», для того, щоб загасити діод подаємо «0». Для цього у
певні проміжки часу, при яких реальна система змінює стан, ми
записуємо у порт нове значення. Таблиця в
ідповідності портів кольорам світлофора. Порти P
ORT
B
(для світлофорів - 1, 2, 5, 6), PORTD
(для світлофорів – 3, 4, 7, 8).
Таблиця 3.1 Значення виходів портів для світлофорів.
№ порту
№ світл. (колір)
PB
.0
1
чер
, 5
чер
PB
.
1
1
жов
PB
.
2
1
зел, 5 зел
PB
.
3
2
чер, 6 чер
PB
.
4
2 жов
PB
.
5
2 зел, 6 зел
PD
.0
3
чер, 7 чер
PD
.
1
3
жов
PD
.
2
3
зел, 7 зел
PD
.
3
4
чер, 8 чер
PD
.
4
4
жов
PD
.
5
4
зел, 8 зел
PD
.
6
стрілка
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
1
3
АНКР.
A
Н
064.16
Опір струмообмежувального резистора в схемі може бути
визначений із співвідношення:
R
і=(Uвх-Uпад*N)/Iном
де N
– кількість;
Uвх – напруга джерела живлення; Uпад – падіння
напруги на діоді при проходженні через нього прямого струму Iном;
Iном – омінальний робочий струм світлодіода;
Підставимо значення до формули:
R = (5 – 2
) / 0,01
5
= 3
/0,01
5
= 20
0 Ом
Шляхом зміни напруги джерела живлення і опору R і посилювання
допусків на них необхідно забезпечувати, щоб I
номmax
не перевищував
максимально допустимого по паспорту значення I
ном
і щоб I
номmin
забезпечував мінімально допустиму яскравість свічення діоду.
Підрахуємо потужність резистора:
Р = (Uвх-Uпад*N)*Iном
де Р – потужність.
Підставимо значення до формули:
Р = (5 – 2
) * 0,01
5
= 3
*0,01
5
= 0,00
45
Вт
.
3.
2 Розрахунок вартості схеми
Св
ітлодіоди 3мм:
Назва
Колір
Кут
(град.)
λ(нм)
Напруга
(ном.)
GNL-3014HT
Червоний
30
700
2.1
GNL-3014
Y
T
Жовтий
30
585
2.
1
GNL-3014
G
T
Зелений
30
570
2.
2
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
1
4
АНКР.
A
Н
064.16
Св
ітлодіоди 5
мм:
Назва
Колір
Кут
(град.)
λ(нм)
Напруга
(ном.)
GNL-
5
01
3
HT
Червоний
30
700
2.1
GNL-
5
01
3
Y
T
Жовтий
30
585
2.
1
GNL-
5
01
3G
T
Зелений
30
570
2.
2
Вартість та необхідна кількість основних складових пристрою
вказані в таблиці:
Назва
Опис
Вартість
(1шт), грн.
Кількість
GNL-3014xx
Св
ітлодіоди 3мм
1
,4
16
GNL-
5
01
3
xx
Св
ітлодіоди 5
мм
1
,
6
26
GND-5622FS
Семісегментний індікатор
9,5
4
ATtiny2313-20PU
Мікроконтролер 25
2
ULN2803
Транзисторна збірка
6,5
2
L7805
Стабілізатор напруги
3
1
Загальну вартість розраховуємо по формулі:
С = å
c
*
N
,
де c
– вартість одиниці найменування, N
– кількість. Підставимо значення до формули. Загальна вартість:
С = 1,4*16 + 1.6 * 26 + 9.5 * 4 + 25*2 + 6,5*2 + 3 = 168 грн.
Отримали, що вартість у
сієї схеми дорівнює 168 грн.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
1
5
АНКР.
A
Н
064.16
3.
3 Опис структурної схеми контролеру
Після аналізу схеми перехрестя було установлено, що для реалізації
роботи усіх сигналів світлофорів треба 13 портів виходів. Розглянемо
призначення виводів мікроконтролера ATTiny2313:
Рис. 3.1 П
ризначення виводів мікроконтролера ATTiny2313
Нижче
наведено опис виводів, зображених на рис. 3.1.
— Vcc: основна напруга живлення +5
B
; — GND: потенціал загального дроту ("землі");
— P
ORTA
(PA2.
.
PA
0): трьохрозрядний двонаправлений порт вводу-
виводу. Кожна з ліній має можливість підключення внутрішнього
нагрузочного резистору
. Піключення резистору можливе у тому випадку,
коли даний вивод знаходиться у режимі вводу. Вихідний буфер кожної
лінії порта А має симетричний каскад з високою нагрузочную
придатністю. Усі виводі порта А, зокрема своїх основних функцій мають
також альтернативні, таки як функція сбросу RESET
та виводи для
підключення кварцового резонатора X
TAL
1 та XTAL
2.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
16
АНКР.
A
Н
064.16
• P
ORTB
(P
B
7
..
PB
0): вісьмибітний двонаправлений порт, аналогічний
PORTA
. Крім того, виводи цього порту використовуються як лінії
універсального послідовного інтерфейсу, виходи сигналів збігу від
таймерів, входи аналогового компаратору. • P
ORTD
(P
D
6
..
PD
0): семібітний двонаправлений порт, аналогічний
PORTA
. Крім того, виводи цього порту використовуються як вход
зовнішнього тактового сигналу таймера/лічильника, зовнішні
переривання INT1 та INT0, а також для передачі та прийому даних UART.
Таким чином, виход
ів портів мікроконтролеру AVR
ATTiny2313
достатньо для реалізації процессу роботи світлофорів. Однак, наша
модель перехрестя буде також мати семісегментні індикатори, які будуть
відображати залишок часу до наступного перемикання світлофора. Для
цього ми будемо використовувати ще один ідентичний мікроконтролер.
Сінхронізация між ними виконуеться за допомогою внутрішнього
тактового генератору.
Кожен з спарених індикаторів має сім сегментів, що позначаються
латинськими літерами алфавіту
, та два керуючих входи. Якщо на
керуючий вхід поступає логічна одиниця, індикатор зображуе число,
сформіроване комбінацією біт на його сегментах.
Рис. 3.2 Схема підключення виходів індикатора
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
17
АНКР.
A
Н
0
64
.
16
3.4
Розробка
принципової
схеми контролеру
Згідно з технічною документацією, ми не можемо піключити одразу
багато світлодіодів до одного вихода мікроконтролера. Це стосується тієї
причини, що контролер не взмозі керувати ланцюгом с тією силою
струму, що потрібна для живлення світлодіодів. З іншого боку, він не має
необхідної кількості виходів для керування великим числом світлодіодів.
Отже, між контролером та світлодіодами ми будемо
використовувати пристрій, що дозволить комутацію великої сили струму.
Восьмирозрядний формірователь Дарлінгтона (або ULN2803) — це
мікросхема із 8 парами транзисторів. Пара таких мікросхем дозволить
керувати 16 виходами. Цього буде досить для реалізації нашої схеми.
Один з основополягаючих принципів електроніки заключається в
перетворюванні послідовного потока даних у паралельне підключення.
Зокрема, такий підхід доволі широко використовується у комп’
ютерних
мережах.
Рис. 3.
3
Восьмирозрядний формірователь Дарлінгтона
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
18
АНКР.
A
Н
0
64
.
16
3.
5
Опис функціонування програми
Алгоритм роботи пристрою полягає у тому, щоб у певні проміжки
часу запалювати або вимикати потрібні світлодіоди, які будуть імітувати
алгоритм роботи світлофора. У певний момент часу стан світлодіоду
може бути «увімкнутий» або «вимкнутий». Для цього у певні проміжки
часу, при яких реальна система змінює стан, ми записуємо у порт нове
значення.
Керування запаленням світлодіодів реалізовано за допогою
функцій. Для того, щоб запалити необхідний діод, ми подаємо на вихід
порту «1», для того, щоб загасити діод подаємо «0». Приклад однієї з
таких функції наведено нижче.
void _1_5_red(int i)
{
if (i==0)
PORTB.0 = 1;
else if (i==1)
PORTB.0 = 0;
}
Мерехтіння реалізується за допомогою послідовної зміни станів з
інтервалом часу 0,5 сек, тобіж 2 рази за секунду.
for (q = 0; q < 3; ++q) {
PORTB.2 = 0;
delay_ms(500);
PORTB.2 = 1;
delay_ms(500);
}
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
19
АНКР.
A
Н
0
64
.
16
3.
6
Блок-схема алгоритму
начало
Зажигаем красный на 3
, 4
, 7 и 8
Зажигаем зелёный на 1
, 2
, 5 и 6
Задержка 20 сек
Мигаем зелёным на 2 и 6
Зажигаем красный на 2 и 6
Задержка 4 сек
Мигаем зелёным
на 1 и 5
Тушим красный на 3 и 7
Зажигаем зелёный на 3 и 7
Зажигаем стрелку
Задержка 9 сек
Мигаем стрелкой
Зажигаем красный на 1 и 5
Тушим красный на 4 и 8
Зажигаем зелёный на 4 и 8
Задержка 11 сек
Мигаем зелёными на 3
, 4
, 7 и 8
Тушим красный на 1
, 2
, 5 и 6
А
А
B
B
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
20
АНКР.
A
Н
0
64
.
16
ВИСНОВК
И
У курсовому проекті бул
а
розроблен
а
модель реального світлофора
на основі мікроконтролера A
T
Tiny
2313 сімейства AVR
фірми Atmel
.
В ході роботи були створені структурн
а, функціональна та
принципова
електричні схеми. Були заміряні часові діаграми реально
існуючого світлофору на перехресті пр. Шевченка – пр. Гагаріна. По цим
даним були розроблені алгоритми та написана програма на мові C
з
використанням программного продукту
CodeVision
AVR
, яка відтворює
роботу досліджуваного світлофору. При виконанні проекту були отримані навики розробки пристроїв,
використовуючи мікроконтролер, в
икористання мови С для програмування
мікроконтролерів
, а також був закріплений лекційний матеріал по
дисципліні «Мікропроцесори в ІУС».
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
21
АНКР.
A
Н
0
64
.
16
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1. А.В. Белов. Микроконтроллеры AVR в радиолюбительской практике
— СПб.: Наука и техника, 2007. — 339 с.
2
. В. Трамперт. Измерение, управление и регулирование с помощью
AVR микроконтроллеров. — К.: МК-Пресс, 2006. — 200 с.
3. Ю.А. Шпак. Программирование на языке С для AVR и PIC
микроконтроллеров — К.: МК-Пресс, 2006. — 402 с.
4.
Методичні вказівки до курсового проектування з дисципліни
«
Однокриштальні ЕОМ та сигнальні процесори
» для студентів
спеціальності 8.080401.
— Одеса: Наука і техніка, 2004. — 35 с.
5. Д
СТ
У 3008―95. Д
о
ку
м
ен
т
аці
я
. З
в
іти у с
ф
ері н
а
у
ки і т
е
хніки.
С
т
р
у
кт
у
ра і пра
в
ила о
ф
о
р
м
ленн
я
.
6.
ГОСТ 2.708-81 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем
цифровой вычислительной техники.
7.
ГОСТ 2.743-82 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
22
АНКР.
A
Н
0
64
.
16
Автор
Chupa
Chupa14   документов Отправить письмо
Документ
Категория
Информационные технологии
Просмотров
653
Размер файла
388 Кб
Теги
микроэлектроника, attiny2313
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа