close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Stroka - Poyasnitelnaya zapiska KVT Moya versia

код для вставкиСкачать
 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления"
Факультет Электротехнический
Кафедра Электронные вычислительные системы
Допущен к защите:
Заведующий кафедрой
_______________ / Д.Ш. Ширапов /
"_____"________________2013 г.
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
(ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ)
Д.2602.0.01.01.012/020 ПЗ
Специальность 230101 "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети"
на тему Модернизация информационного табло "Бегущая строка".
Исполнители: студенты очной формы обучения группы 628-1 Бурдейный Анатолий Петрович________ / _______________/
Юсупов Максим Александрович________ / _______________/
Руководитель работы ______________ / Чимитов Д.Н. /
Консультанты:
- экономический раздел ______________ / Ябжанова С.Б. /
- безопасность жизнедеятельности __________ / Мадыев А.П. /
Нормоконтролёр ______________ / Мадыев А.П. /
Рецензент ______________/_ Мадыев А.П. /
Улан-Удэ, 2013 год.
ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ
Факультет Электротехнический
Кафедра Электронные вычислительные системы
ЗАДАНИЕУтверждаю:
Зав. кафедрой ____________
(подпись)
_________ Д.Ш. Ширапов
(дата)
по подготовке выпускной квалификационной работы (ВКР)
в форме дипломного проекта (ДП)
специальность 230101 "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети"
студентам _Бурдейному Анатолию Петровичу, Юсупову Максиму Александровичу
1. Тема ВКР Модернизация информационного табло "Бегущая строка"._
(утверждена приказом по ВСГУТУ от _________ № __________)
2. Срок сдачи студентом законченной ВКР:20 июня 2013 г.
3. Исходные данные к ВКР:
4. Перечень подлежащих разработке в ВКР вопросов или краткое содержание ВКР:
4.1 Системотехнический раздел:
Постановка задачи проектирования
Построение и анализ теоретической модели устройства
Построение структурной схемы модели
4.2 Проектно-конструкторский раздел:
Разработка функциональной схемы
Разработка принципиальной схемы
Разработка печатной платы и конструкции устройства
4.3 Эксплуатационный раздел:
Порядок обслуживания устройства
Характерные неисправности и способы их устранения
4.4 Организационно-экономический раздел:
Расчет себестоимости аппаратных средств
Расчет себестоимости программных средств
4.5 Экология и безопасность жизнедеятельности
Способы защиты от поражения электрическим током
Техника безопасности при обслуживании устройства
4.6 Защита и безопасность информации
Методы и средства обеспечения защиты программ от
несанкционированного доступа
5 Перечень графического материала:
5.1 Бегущая строка. Схема функциональная.
5.2 Блок управления. Схема принципиальная.
5.3 Светодиодный модуль. Схема принципиальная.
5.4 Блок управления. Чертеж печатной платы.
5.5 Блок управления. Сборочный чертеж.
5.6 Программное обеспечение микроЭВМ
5.7 Алгоритм вывода строки
5.8 Алгоритм работы датчиков температуры DS1820
5.9 Датчик температуры DS1820. Всего 9 листов формата А1.
6. Консультанты по ВКР: Консультант по организационно-экономическому разделу:
________________________/_________С.Б. Ябжанова___________/
ПодписьИ.О.Фамилия
Консультант по разделу безопасности жизнедеятельности:
________________________/__________Мадыев А.П.____________/
ПодписьИ.О.Фамилия
Должность, место работы ст. преп. кафедры ЭВС
7. Дата выдачи задания 14.03.2013
Руководитель __________________ ___________
(подпись) (И.О.Фамилия)
Задание принял к исполнению
студент _______________________ Бурдейный А.П.
студент _______________________ Юсупов М.А.
(подпись) (И.О.Фамилия)
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ7
РАЗДЕЛ 1 СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКИЙ9
1.1 Обзор источников информации10
1.2 Анализ процесса отображения информационного табло.15
1.3 Разработка функциональной схемы17
1.4 Разработка общего алгоритма вывода строки19
1.4 Разработка общего алгоритма вывода строки19
1.5 Выбор микроконтроллера...........................................................................20
1.6 Анализ неисправностей устройства..............................................................22
1.7 Выводы....................................................................................................22
РАЗДЕЛ 2 ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ23
2.1 Выбор элементной базы24
2.2 Разработка принципиальной схемы устройства32
2.3 Разработка алгоритма работы микроЭВМ.33
2.4 Разработка исходных текстов программ микро-ЭВМ39
2.5 Разработка программы для ПК40
2.6 Разработка печатной платы устройства45
2.7 Выводы57
РАЗДЕЛ 3 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ59
3.1 Технические данные об изделии60
3.2 Функциональный состав60
3.3 Описание принципиальной схемы62
3.4 Описание работы устройства64
3.5 Общие указания по эксплуатации64
3.6 Указания мер безопасности65
3.7 Подготовка изделия к работе65
3.8 Характерные неисправности и методы их устранения66
3.9 Техническое обслуживание66
3.10 Предложение по дальнейшей модернизации...............................................68
РАЗДЕЛ 4 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ68
4.1 Расчет себестоимости аппаратных средств69
4.2 Расчет затрат на оплату труда сотрудника70
4.3 Расчет затрат на электроэнергию71
4.4 Расчет затрат на изготовление технической документации72
4.5 Расчет себестоимости разработки программного обеспечения73
РАЗДЕЛ 5 ЗАЩИТА И БЕЗОПАСНОСТЬ ИНФОРМАЦИИ78
РАЗДЕЛ 6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ84
6.1 Способы защиты от поражения электрическим током85
6.2 Требования к персоналу, обслуживающему ПЭВМ и устройство86
6.3 Техника безопасности при обслуживании ПЭВМ и устройства87
6.4 Методы и средства обеспечения безопасности жизнедеятельности при работе с электроустановками88
Заключение91
Список использованных источников92
ПРИЛОЖЕНИЕ А93
ПРИЛОЖЕНИЕ Б96
ПРИЛОЖЕНИЕ В 99
АННОТАЦИЯ
МОДЕРНИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ТАБЛО "БЕГУЩАЯ СТРОКА".
БУРДЕЙНЫЙ А.П, ЮСУПОВ М.А.
Дипломный проект. ЭлФ ВСГУТУ, 2013. 99 с., 5 рис.,15 табл., 11 источников, 3 прил., 9 л. чертежей ф. А1.
Проектируемое изделие представляет собой аппаратно-программный комплекс, предназначенный для отображения текстовой информации в виде бегущей строки, а также информации о текущей дате, времени, температуре наружного воздуха.
В состав устройства входят: светодиодная матрица, блок управления на основе высокопроизводительной однокристальной микро-ЭВМ, датчик температуры наружного воздуха, блок питания. Блок управления содержит микроконтроллер, микросхему памяти текстовой информации, 4-х кнопочную клавиатуру, адаптер интерфейса RS-232, однопроводной интерфейс, блок силовых ключей, сдвиговый регистр. Блок управления построен с использованием микроконтроллера ATmega32L. Он управляет ключами строк, выдает данные в сдвиговый регистр для формирования изображения на матрице. Информация для вывода на экран хранится в энергонезависимой внешней Flash-памяти. Для ее подключения к контроллеру используется интерфейс SPI. Цифровой датчик температуры подключается по однопроводному интерфейсу напрямую к одному из портов ввода-вывода микроЭВМ. Запись текста, настройка времени, даты, параметров устройства производится с помощью ПК, который подключается с использованием USB адаптера интерфейса RS-232. Конструктивно устройство представляет собой коробку, закрытую с одной стороны прозрачным органическим стеклом. Под ним располагается светодиодная матрица, образованная отдельными модулями. Каждый модуль несет 64 светодиода. Между модулями сигналы строк объединяются короткими паянными перемычками; сигналы столбцов подаются на каждый модуль собственным шлейфом от блока управления. Блок управления крепится на задней стенке устройства. На боковой поверхности устройства располагаются разъемы питания, подключения ПК, датчика температуры, а также 4 кнопки управления. Программа работы микроЭВМ, написанная на ассемблере, формирует изображение на светодиодной матрице, ведет учет текущего времени суток, производит считывание данных с датчика температуры, обеспечивает связь с ПК и интерфейс с пользователем. студент _____________ _________ Бурдейный А.П.
студент ______________ _________ Юсупов М.А.
(Дата) (Подпись) (И.О.Фамилия)
ВВЕДЕНИЕ
Бегущая строка используется для передачи различной рекламной и справочной информации, как на улице, так и в общественных местах: в супермаркетах, выставочных центрах, банках, офисах, концертных и спортивных залах, учебных учреждениях. Использование бегущей строки в транспорте повышает эффективность рекламных объявлений для определенной целевой аудитории. Текстовая реклама в виде плакатов и вывесок смотрится не так эффектно и не так броско. Бегущая строка сразу же обращает на себя внимание своей динамичностью, яркостью и доступному изложению информации. К тому же не следует менять плакаты для рекламы разной продукции или разного рода оповещений. Нужно всего лишь запрограммировать бегущую строку на отображение другого текста, что легко делается посредством компьютера.
Цель данного дипломного проекта - модернизировать существующее устрой-ство бегущей строки, используемое на кафедре ЭВС ВСГУТУ. Разработанное выпу-скниками ВУЗа ранее, оно содержит в себе как положительные стороны, так и недос-татки. Положенный в основу схемы модульный принцип построения дает возмож-ность доработки устройства, расширения его функциональных возможностей, повы-шения качественных характеристик. В то же время, ширина существующего табло невелика, что уменьшает читаемость текста, его информативность. Настройка и про-граммирование бегущей строки производится только с ПК по интерфейсу RS-232, что в ряде случаев делает неудобным пользование строкой. Добавлены четырех модулей светодиодов, что увеличивает ее длину до 112 столбцов. На панели устанавливаются дополнительные 2 кнопки подстройки текущего времени и даты. Для соедения информационного табло с ПК используется USB адаптер интерфейса RS-232. Добавляется поддержка стандартной клавиатуры PC AT с разъемом PS2, с помощью которой можно запрограммировать все параметры табло, а главное - изменить текст бегущей строки. Кроме текста и времени, на табло выводится температура, которая измеряется внешним датчиком. Этот датчик может быть установлен в помещении или на улице. При такой большой ширине табло уже необходима поддержка широких шрифтов, с размером символов 8 х 8 точек. Начертание любого символа может быть запрограммировано пользователем. Сложность модернизации дипломного проэкта заключается в том что данный проект был ранее модернезирован, в следствие этого было отсутствие конкретногоописания устройства (Бегущая строка) ,а так же отсутствие полноценной прошивки микроконтроллера. Модернизация данного устройства заключается в добавление 2 кнопок регулирования скорости движения информации, также установлен в корпус блок питания, исправлена принципиальная схема, существенно откорректирована прошивка микроконтроллера. В пояснительной записке описывается полный цикл разработки устройства бегущей строки, от подробного анализа проблемы и постановки технического задания до проектирования и изготовления опытного образца. Системотехнический раздел описывает требования, предъявляемые к устройству, основные моменты его функционирования, а также общую схему построения устройства. В проектно-конструкторском разделе приведены функциональная и принципиальная схемы устройства, их подробное описание, расчет, алгоритмы функционирования. В Эксплуатационном разделе описываются технические характеристики изделия, его принцип работы, инструкция по эксплуатации, возможные неисправности устройства и способы их поиска и устранения.
Организационно-экономический раздел содержит расчет стоимости проектирования, изготовления и эксплуатации. В разделе Защиты и безопасности информации приводятся методы обеспечения сохранности данных, представляющих коммерческий интерес, защиты информации от несанкционированного доступа. Раздел безопасности жизнедеятельности описывает правила техники безопасности при эксплуатации данного изделия, требования к персоналу, обслуживающему разрабатываемый прибор, а также средства и способы защиты от воздействия неблагоприятных факторов. В Заключении проводится обобщение всей проделанной работе, описание полученных результатов и выводы, сделанные после каждого этапа проектирования. РАЗДЕЛ 1 СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКИЙ 1.1 Обзор источников информации
Посредством сети Интернет были найдены несколько отечественных фирм-производителей графических и текстовых табло.
Научно Производственное Предприятие "Электронное табло" (www.eltablo.ru)
Эта фирма производит табло в различных исполнениях (офисные, уличные), с некоторыми дополнительными опциями. Большой выбор встроенных спецэффектов: движение сверху, снизу, справа, слева, мгновенное, плавное, появление по точкам, различные варианты шторок, появление по буквам, паузы, регулировка скоростей движения информации и эффектов появления, возможность переключения шрифтов (в том числе загружаемых пользователем), автоматическая центровка выводимой информации и др. В составе табло имеются встроенные часы-календарь и энергонезависимая память которые сохраняют ход времени и введенную информацию при отключении табло от сети. При установке в табло датчика температуры табло может самостоятельно измерять температуру окружающего воздуха и выводить ее в сообщении. Табло "Бегущая строка" управляется с помощью IBM совместимой клавиатуры, поставляемой в комплекте, или с помощью компьютера через последовательный порт. В составе программного обеспечения (стандартно поставляемого) для табло имеются встроенный программный эмулятор, позволяющий посмотреть как набранный ролик будет показан на табло со 100% достоверностью.
Программа планировщик загрузок позволяет загружать различные блоки информации в определенные моменты времени (организовывать вывод сообщений типа "Наш магазин закроется через 5 минут..."). В программе реализован макроязык команд, с помощью которого возможно организовать работу табло в соответствии с требуемыми задачами. Типовыми задачами являются демонстрация рекламных роликов в соответствии с заданной тарификацией (в определенное время) и учетом количества показов, организация информационной поддержки различных мероприятий, соревнований, вывод различной информации рекламного характера и др.
Программа редактор и загрузчик шрифтов позволяет создавать и редактировать в дополнение к стандартным пользовательские шрифты, позволяя без особых затруднений выводить на табло собственные шрифты, фирменные знаки и логотипы.
Для использования внутри помещений (офисные)
* Элемент индикации: светодиоды диаметром 5 мм, яркость 80 мКд * Цвет индикации: красный, зеленый, желтый * Корпус: анодированный алюминий, толщина 60 мм * Угол обзора: 60 град. Таблица 1
Модель таблоОписаниеЦена, руб.РБС-080-128x8bВысота символа: 80 мм
Разрешение: 128x8 точек
Кол-во символов на экране: 16-21
Расстояние видимости: 30 м
Размеры: 1350x150x60 мм18750РБС-080-192x8bВысота символа: 80 мм
Разрешение: 128x8 точек
Кол-во символов на экране: 24-32
Расстояние видимости: 30 м
Размеры: 2000x150x60 мм25750РБС-120-128x8bВысота символа: 120 мм
Разрешение: 128x8 точек
Кол-во символов на экране: 16-21
Расстояние видимости: 50 м
Размеры: 2000x180x60 мм20350РБС-120-192x8bВысота символа: 120 мм
Разрешение: 128x8 точек
Кол-во символов на экране: 24-32
Расстояние видимости: 50 м
Размеры: 3000x180x60 мм28550
Общество с Ограниченной Отвественостью "Электроникс групп"
Компания занимается продажей, монтажом и настройкой всех основных видов табло. В зависимости от модели, электронное табло бегущая строка может иметь разрешение по вертикали 8 и 16 точек. Табло бегущая строка с разрешением по вертикали в 16 пикселей стоят дороже, но они имеют несколько серьезных преимуществ:
* большее расстояние видимости; * информация может выводиться в две строки; * помимо букв можно использовать различные графические фигуры. Весь ассортимент информационных табло бегущая строка разделяется на три основные группы: для помещений, транспорта и уличного использования. Каждая группа имеет свои особенности, например, корпуса уличных табло герметизируются, а табло для транспорта способны питаться от низковольтной сети. В комплекте с каждой электронной бегущей строкой поставляется пакет программного обеспечения, которое позволяет наиболее полно использовать богатый функционал оборудования. Любое такое табло может выполнять функции часов-календаря. Информация о точном времени при отключении электронной бегущей строки сохраняется в энергонезависимом участке памяти. Дополнительно информационная строка может комплектоваться датчиками для измерения температуры воздуха, атмосферного давления, относительной влажности воздуха и радиационного фона. Все эти параметры среды также выводятся на экран с нужной заказчику периодичностью и в необходимом порядке. Для создания динамичных и запоминающихся объявлений на табло бегущая строка можно использовать не только буквы и цифры, но также и различные спецэффекты. В составе поставляемого нами программного обеспечения находится эмулятор, который позволяет предварительно посмотреть, как то или иное объявление будет выглядеть на табло. С помощью наших табло вы сможете расписать задачи по выведению различных блоков информации в нужное время. Программное обеспечение позволяет подгружать пользовательские шрифты, знаки и логотипы, что дает еще больше возможностей для отображения ваших текстовых сообщений. Информационное табло работает автономно, прокручивая ранее заложенную в нее информацию. Управление табло бегущая строка может осуществляться несколькими способами:
* посредством персонального компьютера через СОМ-порт; * через USB-интерфейс; * через интерфейсы RS-422 и RS-485 (при подключении к одной линии нескольких табло); * посредством дистанционного пульта на ИК лучах; * по сети GSM и GPRS; * Ethernet и WI-FI. Таблица 2 СТРОКИ ОФИСНЫЕ (цена для красного и зеленого цвета)ГабаритыВысота символаКол-во символовРазрешение, пикселейЯркостьРасстояние видимостиЦенаПримечание725х140х75 мм80 мм8-1064х81,5 Кддо 30 м14 9701070х140х75 мм80 мм12-1696х81,5 Кддо 30 м17 4701100х190х75 мм120 мм8-1064х81,5 Кддо 50 м16 1651410х140х75 мм80 мм16-21128х81,5 Кддо 30 м19 7901625х190х75 мм120 мм12-1696х81,5 Кддо 50 м18 0501710х260х90 мм200 мм8-1064х81,5 Кддо 80 м36 0304 диода в пикселе1755х140х75 мм80 мм20-26160х81,5 Кддо 30 м23 5602095х140х75 мм80 мм24-32192х81,5 Кддо 30 м24 4302150х190х75 мм120 мм16-21128х81,5 Кддо 50 м22 1102540х400х130 мм300 мм8-1064х81,5 Кддо 140 м48 7907 диодов в пикселе2550х260х90 мм200 мм12-1696х81,5 Кддо 80 м47 1854 диода в пикселе2700х220х90 мм120 мм20-26160х81,5 Кддо 50 м26 4603220х220х90 мм120 мм24-32192х81,5 Кддо 30 м30 6703380х270х90 мм200 мм16-21128х81,5 Кддо 80 м62 1004 диода в пикселеУправление: компьютер (программа-загрузчик информации в табло - в комплекте поставки), подключение через COM-порт компьютера, интерфейс связи RS232 (кабель связи с ПК - 15м минимум)Дополнительные опции: отображение текущей даты и времени; установка датчиков температуры, давления и др.; двустороннее исполнение табло; увеличение длины сетевого кабеля / кабеля связи; преобразователь интерфейса USB-RS232; интерфейс связи RS-485 Общество с Ограниченной Отвественостью "ДИАН"
Эта компания специализируется исключительно на табло типа бегущей строки. В ее модельном ряду всего 10 типов, отличающихся высотой табло и разрешением экрана, а также исполнением - уличным и для помещений.
По желанию заказчика бегущая строка выполняется в различных конфигурациях определяющих высоту текста, яркость свечения, цвет, длину строки. В качестве внутреннего стандарта инженерами ООО "ДИАН" принята бегущая строка со структурой экрана 8 х 128 (8 точек по вертикали на 128 точек по горизонтали). При такой конфигурации бегущей строки одновременно выводится 21 символ узким шрифтом или 16 широким шрифтом. ООО "ДИАН" разработало и выпускает бегущие строки с высотой символа 95, 130, 200, 280, 340 и 680 мм. Этот модельный ряд бегущих строк обеспечивает качественное восприятие информации на расстояниях с 1-2 метров (строка DIS-60) и до 210-240 метров (строка DIS-680). Управление бегущей строкой осуществляется при помощи стандартной компьютерной клавиатуры (при этом расстояние от строки до клавиатуры не должно превышать 25 метров!), либо компьютера. Бегущая строка управляемая от компьютера значительно проще в управлении. При этом длина интерфейсного кабеля увеличивается до 150 м., а используя специальные преобразователи возможно увеличить длину интерфейса до 1000 м. Если прокладка управляющего кабеля затруднена или невозможна для загрузки информации в бегущую строку используются беспроводная передача данных Wi-Fi, GPRS, существующие локальные сети Ethernet. Управление бегущей строкой с компьютера даёт возможность сохранять набранные тексты и оперативно загружать заранее подготовленную информацию. Управляющая программа оснащена эмулятором бегущей строки позволяющим, не загружая текст в бегущую строку, контролировать правильность вводимой информации, проводить отладку различных эффектов вывода текстовых сообщений. Табло бегущая строка не восприимчиво к температурным перепадам и атмосферным осадкам. Бегущая строка сохраняет работоспособность в широком диапазоне температур, от -40° до +55° по Цельсию. Гарантия на изделие 12 месяцев. Срок службы 5 лет.
Информационная строка DIS-95r
* Габаритные размеры: 1500 х 170 х 90 * Напряжение питания: 220 В (+/-10%), 50 Гц * Потребляемая мощность: 60 Ватт * Режим работы: непрерывный * Структура строки: 8 х 128 * Высота символа: 95 мм * Яркость светодиода: 500 мКд * Количество шрифтов: 2 (узкий, широкий) * Количество алфавитов: 2 (латинский, кириллица) * Количество символов в строке: 16 широким шрифтом / 21 узким шрифтом * Общее количество вводимых символов текста: 24 000 * Управление: Компьютерная клавиатура (длина интерфейса до 25 м); Компьютер (ос Windows 2000/ХР, наличие СОМ порта) * Интерфейс передачи данных: RS 232 (RS 485 по договорённости, длина интерфейса RS 232 до 150м, RS 485 до 1000 м) Стандартный комплект поставки: * Информационная строка * Клавиатура управления / программное обеспечение * Интерфейсный кабель 10м * Элементы крепления * Инструкция по эксплуатации Стоимость стандартной комплектации: 23 800 рублей 1.2 Анализ процесса отображения информационного табло.
Существует большое количество устройств бегущей строки, отличающихся по своим параметрам: размерность матрицы, ее яркость, угол обзора, поддержка графических изображений, цветность и пр. Для выбора конкретных характеристик изделия необходимо прежде всего определить технические требования к бегущей строке, которые в значительной мере зависят от места установки, от предполагаемого информационного содержания, целевой аудитории. Рассмотрим основные параметры, по которым производят выбор и исполнение бегущей строки.
Цветность. Существуют три больших класса: монохромные (одного цвета свечения), многоцветные и полноцветные. В монохромных табло следует только понять и выбрать, какой цвет предпочтителен. В основном используется 3 цвета - красный, зеленый, желтый. Под полноцветным табло понимаются изделия с воспроизведением всей гаммы цветов (до 16,7 миллионов цветов), многоцветные табло воспроизводят ограниченное количество цветов (от 3 до 65536).
Яркость. Для табло наружного размещения, или предназначенных для работы в помещении, но в условиях прямого уличного освещения (например, витрина) используются светоизлучающие источники яркого типа. Так, для нормального наблюдения картинки на табло в ярких лучах летнего солнца необходимы источники света с силой 1,2...3 канделы. ( Для ориентировки - 1 кандела по силе света соответствует примерно лампочке мощностью 1 Вт.) В помещениях можно использовать источники света значительно менее мощные. Как правило, достаточно 30...150 милликандел. Качество цветопередачи и яркость свечения определяются типом и количеством светодиодов каждого цвета, входящих в состав одного кластера. Наиболее высокая яркость свечения и естественная передача цветов достигается при использовании в составе кластеров высокоэффективных светодиодов Pure-Green (525 нм), Ultra-Red(660 нм), Blue (470 нм).
Изображение. Для воспроизведения текста необходимо иметь как минимум 7 строк, чтобы воспроизвести символы размером 5 х 7 точек. По горизонтали число точек может быть произвольным, однако слишком короткая бегущая строка имеет плохую читаемость, а слишком длинная - высокую стоимость. Поэтому выбор размерности матрицы - это всегда компромисс между стоимостью и желанием заказчика. Большее число строк позволяет использовать красивые шрифты со сложным начертанием символов, наклонные, жирные и т.д., а также использовать символы разного размера. Это придает тексту большую привлекательность и эффективность. Практический предел - 16 строк. Пылевлагозащищенность. При установке бегущей строки в помещении исключается прямое попадание воды, ветра с пылью, поэтому защита от этих факторов в виде герметичных уплотнений не нужна. На улице под открытом небом или под козырьком корпус устройства должен полностью исключать попадание внутрь посторонних предметов, влаги. Немаловажным является вопрос защиты от вандализма. Усложнение конструкции, ее упрочнение, герметизация повышают стоимость бегущей строки, но эти меры полностью оправданы.
Спецэффекты.
Самая простая бегущая строка - это устройство, которое циклически отображает один и тот же текст (и только текст) с неизменной скоростью и интервалом. Этот тип табло давно никто не выпускает; технический прогресс позволяет практически беспредельно усложнять и совершенствовать бегущую строку, добавляя в ней все новые и новые функции: вывод текста по всем направлениям, специальные эффекты вывода текста, запланированный вывод, автоматическая смена яркости, ее градация по всему изображению, отображение дополнительной информации (времени, температуры, давления и пр.), поддержка нескольких шрифтов, цветовое выделение, раскраска текста и т.д. Причем на стоимость изделия это влияния не оказывает. Программирование.
Практически все модели могут программироваться как с помощью обычной PC-совместимой клавиатуры, так и с помощью ПК. Подключение осуществляется через интерфейс RS-232. Некоторые фирмы предлагают возможность подключения бегущей строки через WiFi, Ethernet или другим "экзотическим" способом, н-р, через GSM-модем. Это также удобно для табло, удаленных на значительное расстояние, но повышает стоимость конечного продукта. 1.3 Разработка функциональной схемы
Функциональная схема устройства приведена на листе 1 графического приложения. Светодиодная матрица представляет собой набор из светодиодов, соединенных по строкам и столбцам в 2 группы. Аноды светодиодов образуют строковые сигналы управления, а катоды - сигналы столбцов. Из-за большого числа светодиодов вся матрица разделена на 2 подматрицы, сигналы строк в которых управляются от независимых ключей - усилителей тока. Усилители столбцов представляют собой нижние ключи, которые подключаются к сдвиговому регистру. В регистр информация загружается в последовательном коде от микроконтроллера, который управляет всем устройством. Верхними ключами строк контроллер управляет непосредственно с выходов своих 8-битных портов. Текст, выводимый бегущей строкой, а также все параметры этого текста, спецэффекты, хранятся в специальной энергонезависимой flash-памяти, с которой контроллер связан по интерфейсу SPI. Настройка работы бегущей строки, запись текста, параметров осуществляются с ПК через USB адаптер интерфейса RS-232. Для его поддержки в устройстве предусмотрен специальный адаптер, который преобразует сигналы ТТЛ-уровня в сигналы стандарта RS-232 и обратно. Стандартный COM-порт ПК имеет всего 8 сигналов, из которых используется всего 2: TxD - передача данных и RxD - прием данных. Обмен данными осуществляется в полудуплексном режиме, по протоколу Modbus ASCII. Датчик температуры представляет собой интегральную микросхему типа DS1820 производства фирмы Dallas. Данные выдаются в цифровом виде, по специальному однопроводному интерфейсу 1-Wire(r). Этот уникальный интерфейс позволяет передавать команды и данные в обоих направлениях всего по одному проводу, а также запитывать сам датчик от этого же провода. Разумеется, для подключения датчика требуется также "земляной" провод. Более того, специальная система адресации и связанных с этим команд позволяет посадить на общую шину неограниченное число датчиков, благодаря наличию у каждого датчика уникального, неповторяющегося, 64-битного адреса, записываемого при их производстве. В данном устройстве подключение нескольких датчиков не требуется, поэтому эта возможность не используется. Корректность передаваемых по интерфейсу информации проверяется специальным 8-битным циклическим кодом CRC8. Описание интерфейса 1-Wire(r) и его системы команд приведено в Приложении А.
Как было сказано, для настройки параметров табло, коррекции времени используется ПК. Для большего удобства работы с панелью на ее боковой стенке устанавливаются 2 кнопки, подключаемые напрямую к микроконтроллеру. Они позволяют с помощью простой последовательности шагов подстроить текущее время без использования ПК. Питание табло осуществляется от внешнего источника постоянного тока, который представляет собой сетевой адаптер с выходным напряжением +6..9В и током до 1 А. Стабилизатор +5В вырабатывает напряжение, необходимое для работы цифровых микросхем. Для питания светодиодной матрицы используется дополнительный регулируемый стабилизатор пониженного напряжения, к выходу которого подключаются ключи строк и столбцов. Это позволяет исключить использование токоограничительных резисторов в цепях столбцов и повысить яркость изображения за счет быстрого переключения между строками. Вместе с резисторами светодиоды создавали бы RC-цепь с ограниченным временем нарастания тока, что при динамической развертке изображения крайне нежелательно. Последовательное подключение стабилизаторов +5В и питания светодиодов распределяет тепловую нагрузку на оба стабилизатора, снижая их нагрев от выделяемой мощности до безопасного уровня. 1.4 Разработка общего алгоритма вывода строки
Отображаемая на табло информация о состоянии каждого светодиода хранится в ОЗУ, в специальной области, которую назовем видеопамятью. Управление светодиодами - отдельная сложная задача, которой подчинена практически вся схема устройства. Она использует видеопамять как входной массив данных, и отображает состояние этой памяти на матрицу светодиодов. Заполнением видеопамяти необходимыми значениями занимается другая функция, которая в принципе отвечает за работу бегущей строки. Бегущая строка представляет собой текст, движущийся справа налево с заданной скоростью. По достижении конца текста вывод строки прекращается. Текст бегущей строки хранится в энергонезависимой FLASH-памяти, с которой контроллер связывается по SPI-интерфейсу. Предельный размер строки составляет 6912 символов; оставшаяся из 8 Кбайт память используется как ПЗУ знакогенератора, т.е. для хранения растрового шрифта. Фактическая длина строки хранится в специальном параметре, который записывается в память EEPROM контроллера. Во FLASH-памяти текст записан в обычном виде, в ASCII-кодировке. При выводе очередного символа на экран из памяти считывается его код. Затем с помощью функции знакогенератора определяется начертание символа, состоящее из 5 байт. После этого последовательно, друг за другом с определенной скоростью, в видеопамять сдвигаются эти 5 байтов, после которых идет пустой байт (0x00), служащий разделителем между символами. Когда весь символ появится на экране, из памяти будет считан код следующего символа и т.д. до конца текста. Таким образом становится понятно, что для работы алгоритма вывода бегущей строки достаточно иметь всего 2 счетчика: счетчик текущего номера (адреса) символа в строке, и счетчик номера столбца при сдвиге изображения этого символа. Перед каждым запуском строки оба счетчика инициализируются, т.е. обнуляются. Увеличение счетчика текущего символа происходит только после того, как будут сдвинуты все 6 байт изображения предыдущего символа. По достижении конца текста вывод символов прекращается, однако сдвиг изображения продолжается до тех пор, пока за левым краем экрана не исчезнет последний символ строки. Это реализуется проверкой соответствующих условий. В сильно упрощенном виде весь процесс показан на листе 9 Графического приложения. На самом деле, при выводе бегущей строки участвуют сразу несколько параллельных задач, таких как обслуживание прерывания от системного таймера, отсчитывающего интервалы времени 1 мс, и задача подсчета интервала сдвига изображения на 1 столбец влево, и др. 1.5 Выбор микроконтроллера.
В настоящее время существует множество самых разнообразных типов микроЭВМ, называемых микроконтроллерами, отличающихся быстродействием, объемом оперативной и постоянной памяти программ, данных, системой команд, функциональными возможностями и пр. Немаловажным обстоятельством является удобство в использовании ОМЭВМ для разработчика. Для выбора конкретного типа необходимо подсчитать минимальное число выводов, а также определить необходимые встроенные аппаратные средства для поддержки работы других элементов. Светодиодная матрица.(6 линий)
Матрица образуется объединением светодиодов в 8 строк и 112 столбцов. Сигналы управления столбцов формируются в сдвиговом регистре, данные в который в последовательном коде передаются с контроллера. Для этого нужно всего 2 линии: данных и тактирования. Для заполнения информации всей строки потребуется всего 112 тактов. Во время сдвига все светодиоды панели должны быть погашены, т.е. после гашения очередной строки и включением следующей выдерживается вынужденная пауза, длительность которой зависит от производительности контроллера и эффективности программного кода, отвечающего за заполнение регистра. В любой момент времени в табло может быть включена только одна строка, или ни одной. Всего строк 8, поэтому можно применить один дешифратор с 3 входами и 8 выходами. Двоичный код на входах определяет активную строку; для полного выключения всех строк на дешифратор с контроллера должен поступать еще один сигнал разрешения/запрета. Итого имеем 2 линии для сдвигового регистраную т строкуыходами. но применить один дешифратор 3 х 8 строка, или ни одной. и 4 линии дешифратора строк, т.е. всего 6 линий.
Клавиатура(2 линии)
Для подстройки текущего времени табло достаточно иметь 2 кнопки. При нажатии на одну кнопку активируется режим подстройки времени. Далее при повторном ее нажатии осуществляется переход от часов к минутам, от минут к секундам. При этом подстраиваемое значение мигает. Нажатие второй кнопки циклически изменяет значение параметра. После установки секунд нажатие первой кнопки выводит из данного режима. Flash-память.(4 линии)
Эта ИМС подключается к контроллеру по SPI-интерфейсу, имеющему всего 4 линии: MOSI, MISO, SCK, CS. Адаптер сопряжения RS-232(2 линии)
Сам адаптер сопряжения ничего не требует, однако чтобы он работал, требуется собственно наличие этого интерфейса у микроконтроллера. Для него выделяются две линии: TxD, RxD. Датчик температуры(1 линия)
Связь с ним осуществляется по однопроводному интерфейсу, данные передаются в обе стороны. Протокол передачи относительно медленный, и для нормальной работы системы требуется использование системы прерываний, как на передачу, так и на прием информации. Поэтому должна быть использована линия внешнего запроса на прерывание. При передаче данных она работает как обычная линия программного вывода; при приеме - смена уровня сигнала на входе должна вызывать соответствующий запрос на прерывание. Итого требуется 15 линий ввода-вывода, а также интерфейсы SPI, UART, таймеры подсчета текущего времени, регенерации изображения, и обслуживания датчика температуры. Не менее высокие требования к оперативной памяти. Буферы приема и передачи пакетов протокола Modbus требуют каждый по 40 байтов. "Видеопамять", т.е. хранение состояния каждого светодиода, требует 8*112 бит = 112 байт плюс 8 байт для сдвига - 120 байт. Однопроводный интерфейс вместе с датчиком температуры требует минимум 20 байтов. Внешняя Flash-память текста осуществляет запись информации постранично, по 32 байта. Для ее обслуживания в оперативной памяти также выделяется буфер соответствующего размера. Плюс дополнительные многочисленные байтовые и двухбайтовые переменные, такие как указатели, счетчики, временные переменные, приводят к необходимости иметь более 256 байт ОЗУ. Текст и параметры бегущей строки хранятся во внешней Flash-памяти. Но есть отдельная группа параметров, которая касается работы непосредственно аппаратной части устройства, н-р, режим работы, корректоры почасового и суточного хода часов, и пр. Эти параметры должны сохраняться в энергонезависимой перепрограммируемой памяти контроллера, т.н. EEPROM. Их немного, поэтому достаточно будет минимального объема, который предоставляет программисту в распоряжение семейство AVR.
1.6 Анализ неисправностей устроиства
Отсутствие блока питания, не корректная работа датчика температуры, разрыв паики на платах 1.7 Выводы
В данном разделе нами было определено что достаточно источники света с силой 30...150 милликандел,т.к информационное табло находится в помнщении. Питание табло осуществляется от внешнего источника постоянного тока, который представляет собой сетевой адаптер с выходным напряжением +6..9В и током до 1 А. Стабилизатор +5В вырабатывает напряжение, необходимое для работы цифровых микросхем. Для питания светодиодной матрицы используется дополнительный регулируемый стабилизатор пониженного напряжения, к выходу которого подключаются ключи строк и столбцов.
И требования к микроконтроллеру имеют следующий вид:
- объем постоянной памяти более 7 Кб;
- объем оперативной памяти более 256 байт;
- наличие памяти EEPROM;
- интерфейс SPI;
- интерфейс UART(RS-232);
- 3 независимых таймера;
- минимум 10 линий ввода-вывода;
РАЗДЕЛ 2 ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ 2.1 Выбор элементной базы
Для успешного построения устройства нам необходимо выбрать тип микроЭВМ, светодиодов, микросхем стабилизаторов и адаптера RS-232, ключевых элементов и пр., т.е. всех составляющих схемы разрабатываемого устройства. Микроконтроллер.
В современных микроЭВМ применяются следующие архитектуры процессоров:
* RISC (Reduce Instruction Set Commands) - архитектура с сокращенным набором команд;
* CISC (Complex Instruction Set Commands) - традиционная архитектура с расширенным набором команд;
* ARM (Advanced RISC-machine) - усовершенствованная RISC архитектура.
Главная задача RISC архитектуры - обеспечение наивысшей производительности процессора. Её отличительными чёртами является: * малое число команд процессора (несколько десятков); * каждая команда выполняется за минимальное время (1-2 машинных цикла, такта). * максимально возможное число регистров общего назначения процессора (несколько тысяч); * увеличенная разрядность процессора (12,14,16 бит). Современная RISC архитектура включает, как правило, только последние 3 пункта, т.к. за счет повышенной плотности компоновки БИС стало возможным реализовать большое количество команд. CISC архитектура применяется в основном в больших микропроцессорных комплектах, высокопроизводительных ЭВМ. Для реализации нашего устройства достаточно будет использовать простой контроллер с RISC архитектурой, имеющего развитые средства разработки, отладки программ и записи их в память микросхемы. Отбрасывая ОМЭВМ, предназначенные для работы с аналоговыми сигналами (DSP), для выполнения большого объема вычислений, получаем всего несколько семейств микроконтроллеров, доступных широкой массе потребителей: Microchip PIC, Atmel AVR, Intel MCS'51, Motorola 68HC05, и пр. Они отличаются в основном системой команд и производительностью. Рисунок 1 показывает сравнительную производительность микроконтроллеров этих семейств.
Рисунок 1 - Сравнительная характеристика некоторых микропроцессорных платформ
То, что одно семейство, имеющее короткое время исполнения команд, например, AVR, эффективнее другого, с более "длинными" командами, например MCS'51, однозначно утверждать нельзя. AVR-семейство представляет собой чистую RISC-архитектуру, программы для микроконтроллеров этого типа достаточно длинные, объемные, т.к. все операции проводятся через РОНы. У микроконтроллеров семейства PIC система команд урезанная, и состоит всего из 33 команд. Хотя они исполняются достаточно быстро, общая производительность низка. Примерно то же самое относится к семейству HC05. Однокристальные микроЭВМ семейства C'51 пользуются спросом и уважением разработчиков всего мира, в первую очередь за эффективную систему команд, дающую хорошую производительность системы в целом, не смотря на длинный командный цикл. Сравнивая два противоположных в этом плане семейства AVR и C'51, в конечном итоге их производительности примерно равны: за одно и то же время они делают одну и ту же "работу". Немаловажным обстоятельством является удобство в использовании ОМЭВМ для разработчика. Стандартные МК фирмы Intel имели внутреннюю память программ с УФ-стиранием, либо с масочным ПЗУ, что сильно сдерживало их использование в "домашних" условиях. Фирма ATMEL разработала полный аналог этих МК, с добавлением такой функции, как ISP - программирование в системе: для перезаписи программы в контроллер требуются считанные секунды. AVR-семейство контроллеров продолжает развиваться и по сей день, обеспечивая разработчика широким набором встроенной периферии. В сравнении с семейством MCS'51 оно более удобно в использовании, т.к. в AVR каждый модуль - таймер, счетчик, интерфейс UART, SPI и др., независим друг от друга. В 51-х контроллерах этого не скажешь: таймеры и интерфейсы так или иначе взаимосвязаны. Для нашего устройства с большой нагрузкой на ПО, где необходимо осуществлять подсчет текущего времени суток, динамически формировать изображение на матрице, выдерживать строгие временные интервалы для поддержки однопроводного интерфейса - и все с разной частотой и периодичностью, AVR подходит более всего.
Набор AVR-микроконтроллеров достаточно широк. Для выбора конкретного типа необходимо подсчитать минимальное число выводов, а также определить необходимые встроенные аппаратные средства для поддержки работы других элементов. В таблице 3 приведены некоторые типы AVR-микроконтроллеров. Они отличаются набором периферии, объемом внутренней памяти программ и данных, числом доступных портов ввода-вывода, корпусами, быстродействием, напряжением питания и пр. Излишние функциональные возможности нежелательны, т.к. это увеличивает стоимость контроллера; их недостаток, наоборот, приведет к невозможности выполнения поставленной задачи. Чтобы правильно выбрать тип контроллера, необходимо иметь представление о программе, выполняемой на нем, и ее задачах. Она потребует достаточно много места: один протокол Modbus только в "чистом" виде, т.е. только процедуры приема и отправки байтов, кодирования/декодирования пакетов, занимают около 1 Кб (modbus.asm). Обработка команд, поступающих с ПК, также потребует около 1 Кб постоянной памяти (command.asm). Обеспечение работы однопроводного интерфейса и обслуживание датчика температуры занимает примерно 1,5 Кб (ds18x.asm). Обработчики прерываний от системных таймеров и связанные с ними процедуры займут около 2 Кб. Основной модуль программы займет еще примерно 2 Кб. Получается, объем только постоянной памяти программ должен быть не менее 7 Кбайт. Таблица 3 - Микроконтроллеры семейства AVR.
AVR (r)FLASH (KB)EEPROM (Bytes)RAM (Bytes) With 32 RegisterInstructionsI/O pinsInterruptsExt InterruptsSPIUARTTWIHardware Multiplier8-bit timer16-bit timerPWMWatchdog TimerRTC TimerAnalog Comp10-bit A/D ChannelsOn Chip RC-OscillatorBrown Out DetectorIn System ProgrammingSelf Program MemoryVcc(V)Clock Speed (MHz)PackagesATtiny11L1-3290641(+5)----1--Y-Y-Y-Y-2.7-5.50-28-pin DIP, SOICATtiny111-3290641(+5)----1--Y-Y-Y-Y-4.0-5.50-68-pin DIP, SOICATtiny12V1643290651(+5)----1--Y-Y-YYY-1.8-5.50-18-pin DIP, SOICATtiny12L1643290651(+5)----1--Y-Y-YYY-2.7-5.50-48-pin DIP, SOICATtiny121643290651(+5)----1--Y-Y-YYY-4.0-5.50-88-pin DIP, SOICATtiny15L1643290681(+5)----2-1Y-Y4YYY-2.7-5.51.68-pin DIP, SOICATtiny26L2128128+3211816111(+8)111-2-4Y-Y11YYY-2.7-5.50-820-pin DIP, SOIC32-pin MLFATtiny262128128+3211816111(+8)111-2-4Y-Y11YYY-4.5-5.50-1620-pin DIP, SOIC32-pin MLFATtiny28V2-32902051(+8)----1--Y-Y-Y-Y-1.8-5.50-128-pin DIP32-pin TQFP, MLFATtiny28L2-32902051(+8)----1--Y-Y-Y-Y-2.7-5.50-428-pin DIP32-pin TQFP, MLFAT90S120016432891531----1--Y-Y-Y-Y-2.7-6.00-420-pin DIP, SOIC, SSOPAT90S120016432891531----1--Y-Y-Y-Y-4.0-6.00-1220-pin DIP, SOIC, SSOPAT90S23132128128+3212015102-1--111Y-Y---Y-2.7-6.00-420-pin DIP, SOICAT90S23132128128+3212015102-1--111Y-Y---Y-4.0-6.00-1020-pin DIP, SOICAT90LS23232128128+32120321----1--Y-----Y-2.7-6.00-48-pin DIP, SOICAT90S23232128128+32120321----1--Y-----Y-4.0-6.00-108-pin DIP, SOICAT90LS23432128128+32120521----1--Y---Y-Y-2.7-6.00-18-pin DIP, SOICAT90LS23432128128+32120521----1--Y---Y-Y-2.7-6.00-48-pin DIP, SOICAT90S23432128128+32120521----1--Y---Y-Y-4.0-6.00-108-pin DIP, SOICAT90LS44334256128+321202014211--111Y-Y6-YY-2.7-6.00-428-pin DIP32-pin TQFPAT90S44334256128+321202014211--111Y-Y6-YY-4.0-6.00-828-pin DIP32-pin TQFPAT90S85158512512-321303212211--112Y-Y---Y-2.7-6.00-440-pin DIP44-pin PLCC, TQFPAT90S85158512512-321303212211--112Y-Y---Y-4.0-6.00-840-pin DIP44-pin PLCC, TQFPAT90LS85358512512-321303216211--213YYY8--Y-2.7-6.00-440-pin DIP44-pin PLCC, TQFPAT90S85358512512-321303216211--213YYY8--Y-4.0-6.00-840-pin DIP44-pin PLCC, TQFPATmega8L85121K+3213023182111Y213YYY4+2YYYY2.7-5.50-828-pin DIP6+232-pin MLF, TQFPATmega885121K+3213023182111Y213YYY4+2YYYY4.5-5.50-1628-pin DIP6+232-pin MLF, TQFPATmega8535L8512512-3213032203111Y214YYY8YYYY2.7-5.50-840-pin DIP44-pin TQFP, MLFATmega85358512512-3213032203111Y214YYY8YYYY4.5-5.50-1640-pin DIP44-pin TQFP, MLFATmega8515L8512512+3213035163111Y112Y-Y-YYYY2.7-5.50-840-pin DIP44-pin TQFP, MLGATmega85158512512+3213035163111Y112Y-Y-YYYY4.5-5.50-1640-pin DIP44-pin TQFP, MLGATmega161L165121K+321303520312-Y214YYY--YYY2.7-5.50-440-pin DIP44-pin TQFPATmega161165121K+321303520312-Y214YYY--YYY4.0-5.50-840-pin DIP44-pin TQFPATmega162V165121K+3213035203(+16)121Y226YYY-YYYY1.8-3.60-140-pin DIP44-pin TQFP, MLFATmega162L165121K+3213035203(+16)121Y226YYY-YYYY2.7-5.50-840-pin DIP44-pin TQFP, MLFATmega162165121K+3213035203(+16)121Y226YYY-YYYY4.5-5.50-1640-pin DIP44-pin TQFP, MLFATmega163L165121K+3213032172111Y213YYY8YYYY2.7-5.50-440-pin DIP44-pin TQFPATmega163165121K+3213032172111Y213YYY8YYYY4.0-5.50-840-pin DIP44-pin TQFPATmega16L165121K+3213032203111Y214YYY8YYYY2.7-5.50-840-pin DIP44-pin TQFP, MLFATmega16165121K+3213032203111Y214YYY8YYYY4.5-5.50-1640-pin DIP44-pin TQFP, MLFATmega323L321K2K+3213032193111Y214YYY8YYYY2.7-5.50-440-pin DIP44-pin TQFPATmega323321K2K+3213032193111Y214YYY8YYYY4.0-5.50-840-pin DIP44-pin TQFPATmega32L321K2K+3213032203111Y214YYY8YYYY2.7-5.50-840-pin DIP44-pin TQFP, MLFATmega32321K2K+3213032203111Y214YYY8YYYY4.5-5.50-1640-pin DIP44-pin TQFP, MLFATmega64L642K4K+3213353348121Y226+2YYY8YYYY2.7-5.50-864-pin TQFP, MLFATmega64642K4K+3213353348121Y226+2YYY8YYYY4.5-5.50-1664-pin TQFP, MLFATmega169V165121K+3213954221(+16)111Y214YYY8YYYY1.8-3.60-164-pin TQFP, MLFATmega169L165121K+3213954221(+16)111Y214YYY8YYYY2.7-3.60-464-pin TQFP, MLFATmega103L1284K4K+321214816811--214YYY8--Y-2.7-3.60-464-pin TQFPATmega1031284K4K+321214816811--214YYY8--Y-4.0-5.50-664-pin TQFPATmega128L1284K4K+3213353348121Y226+2YYY8YYYY2.7-5.50-864-pin TQFP, MLFATmega1281284K4K+3213353348121Y226+2YYY8YYYY4.5-5.50-1664-pin TQFP, MLF Всем требованиям рассмотренных в разделе 1.5 удовлетворяет микросхема ATmega32L (см. Приложение Б). Следует отметить, что она имеет четыре 8-битных порта, поэтому избыточное число выводов можно использовать, исключив, н-р, дешифратор строк. Эту задачу возлагаем теперь на ПО. Адаптер интерфейса RS-232.
Для построения адаптера интерфейса RS-232 фирма MAXIM выпустила ряд микросхем, отличающихся числом линий связи и электрическими параметрами. В настоящее время существуют их более дешевые аналоги пр-ва других фирм, например, ADM, STM.
При выборе той или иной ИМС необходимо руководствоваться следующими соображениями:
1. Должно быть минимально необходимое число линий;
2. Корпус типа DIP для монтажа на плату 3 класса точности;
3. Однополярное напряжение питания.
Вообще, из представленных в таблице 4 ИМС подойдет любая, т.к. связь с ПК будет осуществляться по протоколу Modbus, а он требует только двух линий передачи данных. Выберем те, которые имеют минимальное число выводов, т.е в корпусе DIP-16. Всем критериям удовлетворяют только 2 типа: MAX202 и MAX232. Неудивительно, что именно эти ИМС пользуются наибольшей популярностью у разработчиков и встречаются наиболее часто в различных любительских и профессиональных схемах. Адаптер переходник с интерфейса RS-232 на USB интерфейс.
Основные характеристики:
Производитель - Orient Hero International Ltd
Модель - USS-101
Параметры производительности:
Скорость передачи данных - 1 Мбит/сек
Прочие характеристики:
Длина кабеля - 0.8 метра
Прочее:
Со стороны COM порта для крепежа используются винты
Таблица 4 - Микросхемы преобразователей RS-232
Датчик температуры
При выборе типа датчиков температуры использовалась таблица 5.
Таблица 5 - Параметры распространенных датчиков температуры
В сравнении с датчиками серии ds1820 фирмы Dallas они проигрывают в точности и удобстве подключения. Можно, конечно, использовать термозависимые сопротивления типа ТСМ, ТСП и др., но это требует использования АЦП, схем согласования, и дополнительной программной обработки первичных результатов. Датчики фирмы Dallas имеют отличную точность (0,5°С), требуют всего 2 провода (земляной и сигнальный), выдают данные в цифровом виде. Конечно, связь по однопроводному интерфейсу без использования аппаратной поддержки требует более сложного программного обеспечения, но из-за относительной медлительности интерфейса и за счет использования в связи с этим системы прерываний нагрузка на процессор получается минимальной. Прочие элементы.
Цифровые микросхемы регистров, дешифраторов можно использовать любые из ТТЛ, ТТЛШ, КМОП-логики, серий 555, 1533, 1554.
Резисторы с допуском 5-10% - типа МЛТ, С2-23 соответствующей мощности; конденсаторы: электролитические К50-35 или импортные аналоги VISHAY, JAMICON и др., в цепях питания для подавления помех К10-17б. Остальные элементы - по назначению, с подходящими конструктивными, технологическими, электрическими параметрами.
2.2 Разработка принципиальной схемы устройства
Принципиальная схема устройства представлена на листе 2 Графического приложения. Практически все элементы схемы установлены в соответствии с технической документацией на микросхемы. Расчету подлежит только блок ключевых элементов.
Блок силовых ключей собран на транзисторах VT1 - VT16 типа КТ816А. Максимальный ток IКЭ = 1 А, напряжение UКЭ = 25В. Резисторы R4 - R19 ограничивают ток базы при подаче на вход канала напряжения лог. "0". Минимальный ток базы, необходимый для насыщения транзистора, равен:
Сопротивление токоограничивающего резистора равно:
По ряду E24 выбираем сопротивление резистора 470 Ом. Остальные элементы схемы устанавливаются в соответствии с технической документацией на соответствующие ИМС, и расчета не требуют. 2.3 Разработка алгоритма работы микроЭВМ.
Алгоритм работы микроЭВМ должен обеспечивать следующие функции:
- заполнение сдвигового регистра столбцов данными, соответствующими текущей строке;
- поочередное включение строк светодиодной матрицы при динамическом формировании изображения;
- формирование изображения на матрице в соответствии с текущем режимом работы;
- чтение Flash-памяти при отображении текста бегущей строки;
- учет текущего времени суток и автоматическая коррекция хода часов;
- поддержка однопроводного интерфейса;
- периодическое считывание показаний температурного датчика;
- обеспечение связи с ПК по интерфейсу RS-232, по протоколу Modbus;
- выполнение команд, прием и выдача данных на ПК;
- обслуживание дополнительных кнопок подстройки часов.
Это глобальные задачи, каждая из которых решается независимо друг от друга. Каждая из них включает в себя множество подзадач, сложных и простых, из которых складывается работа микроЭВМ в целом. Рассмотрим принцип динамического формирования изображения на светодиодной матрице, управляемой сигналами строк (аноды) и столбцов (катоды). Формирование изображения и вывод его на дисплей - две разные задачи, которые стыкуются между собой с помощью буфера в оперативной памяти - т.н. видеопамяти. Она представляет собой просто область ОЗУ, в которой каждый бит определяет состояние соответствующего ему светодиода. Первая задача - формирование изображения - отвечает за заполнение этой видеопамяти определенными значениями; вторая задача - вывод на дисплей - считывает эту видеопамять и управляет светодиодами. Поскольку доступ к информации осуществляется побайтно, т.е. группами по 8 бит, а число строк в разрабатываемом устройстве также равно 8, то само собой напрашивается решение представлять состояние каждого столбца в виде отдельного байта, где их число равно общему числу столбцов. Таким образом, чтобы сдвинуть "бегущий" текст на одну позицию влево, достаточно информацию, хранимую в видеопамяти, сдвинуть на один байт в сторону "левого" байта. Шрифт текста бегущей строки представляет собой символы размером 5 х 7 точек. Исключение составляют некоторые большие символы, такие как русская заглавная буква "Д" и др., где требуется 8 строк. Каждый символ текста на матрице занимает 5 столбцов; расстояние между символами одинарное, в один столбец. Изображение каждого символа хранится в энергонезависимой памяти, в специально отведенной для этих целей области, называемой знакогенератором. Каждый символ занимает 5 байт; таким образом требуется 5 х 256 = 1280 байтов. Текст бегущей строки выводится справа налево; от старших байтов видеопамяти в сторону младших. Поэтому когда символ уже находится в пределах матрицы, обращения к знакогенератору не происходит: его изображение с определенной скоростью перемещается по видеопамяти, пока не выйдет совсем. Чтение знакогенератора требуется, чтобы "ввести" символ в рабочее поле. Это делается следующим образом. На самом деле видеопамять имеет несколько большую длину, как раз на ширину символа. Невидимые столбцы (5 шт) располагаются справа от матрицы, т.е. они занимают самые старшие 5 байт видеопамяти. При сдвиге изображения на один столбец влево они также участвуют в работе, но остаются невидимыми. Через каждые 6 сдвигов, когда эта область будет пуста, происходит обращение к памяти текста. Для этого организуется специальный счетчик, который указывает на текущую позицию символа в тексте. Его размерность равна слову, т.е. 2 байтам. Перед запуском бегущей строки этот счетчик (другими словами: "бегунок", позиция курсора, указатель и пр.) инициализируется, т.е. указывает на самый первый символ текста. Считанный ASCII-код символа затем умножается на 5, чтобы получить начальный адрес в памяти знакогенератора, где находится его изображение. Считанные 5 байтов знакогенератора копируются в старшие 5 байтов видеопамяти, заполняя опустевшее место самого правого, невидимого символа. Когда достигается граница текста, что проверяется простым сравнением счетчика текущей позиции с длиной текста, заполнение отключается - при сдвиге видеопамяти она заполняется нулями. Немного по-другому происходит формирование изображения при выводе текущего времени суток и температуры. Время представляется в формате ЧЧ:ММ:СС. Учет текущего времени осуществляется в процедуре прерывания от системного таймера, который настроен точно на частоту 1 Гц. Самому устройству "знать" время нет необходимости, поэтому в памяти время хранится в виде, оптимальном для процедуры формирования изображения. Всего выделяется 6 байт: 2 для значений часа, 2 - для минут и 2 - для секунд. 2 байта нужны для раздельного хранения значений единиц и десятков. При отображении времени и температуры изображение статично, т.е. не сдвигается ни в какую сторону. Позиция каждого символа на матрице определена заранее и не меняется. Для заполнения видеопамяти изображением времени и температуры используется всего одна отдельная процедура. Она последовательно символ за символом "печатает" текст на изображении. Примерное изображение приведено на рисунке 2. Рисунок 1 - Вывод текущего времени и температуры.
Первым обрабатывается счетчик десятков часов. Значение десятков часов (на рис.2 оно равно 1), представленное в двоичном коде 0x0116, преобразуется в ASCII-код 0x31 путем простого прибавления числа 0x30 (см. таблицу ASCII-кодов). Затем это значение используется как адрес при обращении к ПЗУ знакогенератора, где считываются 5 байтов изображения. Эти значения копируются в область видеопамяти, начиная с 12-ого байта. Так на дисплее появляется изображение цифры "1". Далее обрабатывается счетчик единиц часов. После этого в байтах с адресами 24 и 25 записывается значение 0x36 - это изображение двоеточия, разделяющего минуты от часов. И так далее. Аналогично выводится температура, но здесь требуется преобразование форматов. Датчик температуры типа DS1820 выдает значение в своем, специфическом формате.
Рисунок 2 - Формат представления температуры датчика DS18B20.
Как видно, значение содержит дробную часть, а целая часть разделена между двумя байтами. Чтобы корректно отобразить температуру на дисплее, это значение преобразуется таким образом, чтобы целая и дробная части располагались в разных байтах. Кроме того, отрицательные значения должны быть преобразованы в положительные, с запоминанием знака, т.к. датчики серии DS18 выдают их в дополнительном коде. Только после этого двоичный код преобразуется в двоично-десятичный, состоящий из трех разрядов - байтов. Печать этих байтов осуществляется аналогично выводу времени. Преобразование в двоично-десятичный код, в особенности дробной части числа, будет рассмотрено в следующей главе. В зависимости от знака, на дисплей перед температурой выводится символ "+" или "-".
Работа бегущей строки зависит от двух параметров: скорость сдвига информации и интервал между окончанием текста и его повторным запуском. Когда текст не выводится, на дисплее отображаются время и температура. По окончании паузы вновь запускается вывод текста. Теперь о непосредственном выводе изображения. Для этого используется таймер, работающий с периодом 400 Гц. Каждые 2,5 мс вызывается процедура, которая включает очередную строку светодиодов. Т.к. строк 8, то регенерация всего изображения будет происходить за 20 мс, т.е. с частотой 50 Гц. Эту частоту можно изменить, установив соответствующий параметр. Перед включением следующей строки предыдущая гасится. Затем в цикле, который выполняется с запретом любых прерываний для скорейшего завершения, из видеопамяти последовательно считываются байты. Из них выделяется только один бит, соответствующий текущей строке. Младший бит соответствует верхней строке, старший - нижней. Этими битами заполняется сдвиговый регистр, после чего строка включается. Это осуществляется подачей на анодный строковый сигнал напряжения питания светодиодной матрицы. Столбцовые ключи коммутируют катоды светодиодов на "землю". Получается, формирование изображения на светодиодной матрице намного проще, чем заполнить видеопамять правильными значениями. Одна из задач микроконтроллера - работа с внешней Flash-памятью. Ее подключение осуществляется по SPI-интерфейсу, а обмен данными выполняется по командам. Таблица 6 - Система команд Flash-памяти AT25640.
Имя командыКод командыОписаниеWREN0000 X110Разрешение записиWRDI0000 X100Запрет записиRDSR0000 X101Чтение регистра состоянияWRSR0000 X001Запись регистра состоянияREAD0000 X011Чтение данныхWRITE0000 X010Запись данных Работа с микросхемой начинается с выдачи активного сигнала CS, после которого она готова к обмену информацией по SPI-интерфейсу. Первым байтом всегда идет код команды. После этого передаются данные. При чтении или записи данных на микросхему передается еще и адрес, который достаточно послать один раз за обращение. После этого счетчик адреса будет автоматически увеличиваться на 1 при каждом считывании байта. Довольно сложной задачей является поддержка работы однопроводного интерфейса. Он достаточно медленный, а одно обращение к датчику температуры занимает минимум 5 мс. Поэтому для приема и выдачи битов используется прерывание от вспомогательного таймера. Кроме того, обмен данными осуществляется по специальному протоколу, которого также нужно придерживаться. Линейным программированием здесь хороших результатов не добьешься, т.к. помимо обслуживания датчика, микроконтроллер выполняет целый ряд других, не менее важных задач. Выходом из положения стало использование принципа "автоматного" программирования. Программный код, отвечающий за обслуживание однопроводного интерфейса, разбит на отдельные блоки, называемые состояниями. Микроконтроллер в части касающейся может быть только в одном состоянии, т.е. периодически выполняет один и тот же блок. Переходы между состояниями зависят от разных условий, что и дало название автоматного программирования по аналогии с автоматами на жесткой логике в схемотехнике. Кроме этого, используются некоторые специальные приемы, облегчающие программирование и значительно сокращающие время на обслуживание. Рассмотрим задачу подключения к ПК через последовательный интерфейс RS-232. Связь осуществляется по протоколу Modbus. С использованием этого протокола информация передается группами, называемыми пакетами. Существуют две разновидности Modbus, отличающиеся способом кодирования байтов: Modbus RTU и Modbus ASCII. В RTU-режиме каждый байт передается как есть. Появление ошибок определяется циклическим избыточным кодом CRC. Достоинством этой схемы является более высокая скорость передачи по сравнению с ASCII-режимом, но требует большей вычислительной мощности от ЭВМ из-за использования CRC-кода. В ASCII-режиме каждый байт передается двумя ASCII-кодами шестнадцатеричного представления. Обнаружение ошибок обеспечивается линейным циклическим кодом LRC, который представляет собой простую сумму всех байт пакета (за исключением первого и последнего) без учета переноса. Каждый пакет состоит из полей:
1. Признак начала пакета - символ ":" (только в ASCII-режиме)
2. Адрес устройства
3. Код функции
4. Адрес
5. Данные
6. Контрольная сумма
7. Признак конца пакета - символы CRLF (только в ASCII-режиме).
Хотя в RTU-режиме фактическая скорость передачи информации выше почти в 2 раза, режим ASCII предпочтительнее использовать в микроконтроллерных устройствах. Это обусловлено его простотой, большей надежностью, лучшей синхронизацией, более легким исполнением на ассемблере, хотя, конечно, кодирование каждого байта в виде двух кодов и декодирование на приеме значительно усложняют процедуры приема-отправки сообщений. В остальном ASCII-режим предпочтительнее. Главное правило протокола - на любой пакет, посланный одним устройством (запрос), должен придти ответный пакет (подтверждение). Если ответа не последовало в течении определенного времени тайм-аута, пакет считается потерянным, и передача повторяется. Принимающее устройство, обнаруживая ошибку в данных, уничтожает принятую часть пакета и ответа не формирует. Данное требование обусловлено полудуплексным режимом передачи информации. 2.4 Разработка исходных текстов программ микро-ЭВМ
В нашем устройстве были использован микроконтроллер фирмы ATMEL, который имеет развитые средства поддержки, разработки и отладки. К ним относится среда проектирования программ для AVR микроконтроллеров, называемая AVR Studio ver. 4.12 SP3. Это чрезвычайно удобная среда проектирования предназначена для написания ассемблерных и Си-программ для МК, и их отладки. Программирование осуществляется по интерфейсу RS-232 с помощью программатора AVRISP. Исходный текст ассемблерной программы для микроЭВМ приведен в Приложении В. На каждое действие в программе даны комментарии, облегчающие понимание программы. Широко используются макросы, значительно сокращающие объем текста, что повышает читаемость программы. Вся программа разбита на модули, каждый из которых предназначен для решения своей задачи:
* main.avr- главный модуль программы
* macros.avr- набор макросов
* ds18x.avr- модуль работы с датчиками серии DS18x
* command.avr- описание команд работы с ПК
* modbus.avr- обслуживание протокола modbus
* math.avr- набор математических процедур
При разработке программы были решены некоторые необычные, сложные задачи, например, перевод дробной части числа из двоичного формата в десятичный. Эта процедура находится в модуле math.avr. Простой перевод из двоичного в двоично-десятичный формат даст неправильный результат. К примеру, число 0x01 для целой части означает число, равное 1. При дробном представлении двоичный код 0x01 равен 2-8=0,00390625. Это есть вес младшего разряда. Соответственно, вес старшего разряда равен 0,5. Нам такое большое число цифр после запятой не нужно - достаточно четырех, из которых впоследствии можно использовать любое из них. Таким образом, двоичный код, например, 0x80 должен дать цифру 5000, представленную в двоично-десятичном формате. Но сначала нам надо преобразовать дробное представление хотя бы в обычное двоичное. Это осуществляется в цикле, который повторяется 8 раз - по числу дробных разрядов. Если в текущем разряде стоит "1", то его вес прибавляется к общей сумме, которая перед запуском цикла обнуляется. Вес старшего разряда равен 5000 (500 для трех разрядов, 50 тыс. для пяти разрядного числа и т.д.). При переходе к следующему, более младшему разряду, текущий вес понижается в 2 раза. Деление на 2 заменяется простой операцией побитного сдвига вправо. Есть другой способ - просто умножить двоичное представление дробного числа на 5000 и откинуть младший байт. Но это потребует 16-битной операции умножения, т.е. 16 тактов вместо 8. В остальном работа программы понятна из комментариев, данных почти в каждой строке. 2.5 Разработка программы для ПК
Для программирования бегущей строки используется персональный компьютер. Связь с ПК осуществляется через USB адаптер подключаемый к COM-порту устройства, по интерфейсу RS-232. Программа обслуживания бегущей строки разработана в среде Delphi 6.0. Она содержит всего 2 формы: основную и редактор шрифта. В основной форме пользователь может прописать текст бегущей строки, задать скорость ее движения и интервал между повторами. Кроме того, предоставляется возможность синхронизации с панелью, когда ее изображение копируется на экран ПК. В этом режиме можно увидеть в удаленном режиме, что именно отображается на панели в каждый момент времени. Любая программа на Delphi состоит из модулей. В разработанной программе имеется 4 модуля:
- модуль обслуживания основного окна интерфейса;
- модуль обслуживания редактора шрифта;
- модуль обслуживания COM-порта ПК;
- модуль протокола Modbus.
COM-порт предоставляет физический и транспортный уровни связи, в то время как Modbus - сетевой и прикладной. Вся информация передается пакетами, построенными по определенным правилам, с использованием специального кодирования. Контроль целостности данных производится с помощью контрольной суммы, добавляемой в конце каждого кадра. Разберем для начала, на каком принципе построено взаимодействие с бегущей строкой. ПК и строка образуют простейшую сеть, без адресации, ведущим устройством в которой является ПК. Бегущая строка самостоятельно инициировать передачу не может; она всегда посылает ответный пакет на запрос, исходящий от ПК. Формат кадра протокола следующий:
- байт с кодом 0x3A, или символ ':' (двоеточие);
- код функции - 1 байт;
- данные (от 0 до 120 байтов);
- контрольная сумма (1 байт);
- байт с кодом 0x0A или 0x0D ("возврат каретки" или "перевод строки").
Код функции определяет действие, которое должно выполнить строка. В ответном пакете этот код функции повторяется, т.е. ПК всегда знает, что выполнило, или какие данные отправило устройство. Программный модуль ComPort.pas обеспечивает работу с COM-портом. Практически весь модуль взят из книги [12]. Он описывает процедуры захвата порта, работы с ним (прием / передача байтов), работу с дополнительными сигналами порта (DTR, DTS, RTS, CTS, RI, CD), освобождение порта. Преимущество этого модуля состоит в том, что он практически не тормозит центральный процессор, вся работа с портом осуществляется асинхронно, т.е. необходимые процедуры или функции вызываются при появлении соответствующих условий. Для этого используется поток (TThread). Он непрерывно отслеживает состояние COM-порта, и вызывает всего 2 процедуры: - TReadByteEvent - по поступлению нового символа по COM-порту;
- TChangeStateEvent - по изменению сигналов на входах порта.
Программный модуль Modbus.pas работает с массивами данных, структурированных по правилам протокола Modbus. Он является связующим звеном между программой на ПК и программой на контроллере бегущей строки. Чтобы отправить данные на устройство, этот модуль принимает от основной программы (модуль main.pas) запрос в виде массива данных, в котором указаны:
TxPack[0] - длина данных, или общее количество байт для отправки;
TxPack[1] - код функции;
TxPack[2..255] - данные функции.
Этот запрос преобразуется в кадр, т.е. производится кодирование информации, добавляются служебные символы в начало и конец кадра, вычисляется контрольная сумма. Затем этот запрос отсылается в COM-порт. Здесь COM-порт представляется в виде файла, в который можно записать неограниченное число байт. Один за другим эти байты будут отправлены с порта, в том порядке, в каком они были записаны в этот файл. Ответный кадр от устройства приходит уже в виде отдельных байтов, из которых модуль Modbus должен сложить правильный кадр. Любые байты, приходящие с порта, будут игнорироваться до тех пор, пока не будет принят символ с кодом 0x3A. Это признак начала пакета, после которого остальные байты будут помещаться в специальный буфер RxPack[0..255] до приема символа с кодом 0x0A или 0x0D. За эти действия отвечает процедура OnReadByte. Когда будет принят весь кадр, за его обработку отвечает процедура ReadFrame. Эта процедура проверяет контрольную сумму, производит декодирование информации, и передачу принятого пакета на верхний (прикладной) уровень. В основной программе (модуль main.pas) за связь с устройством отвечает процедура TForm1.OnReadFrame. Она запускается из модуля modbus.pas, и является асинхронной по отношению к остальной программе. Ее запуск всегда инициируется приемом пакета от устройства. Отправить запрос на устройство сравнительно просто: для этого надо указать код функции, данные, которые сопровождают ее (н-р, адрес или значение параметра для записи), и обязательно указать длину этого запроса в байтах. После этого вызвать процедуру MBLink.Send. И можно быть увереным, что если качество связи хорошее, это пакет обязательно дойдет до адресата и вернется в виде ответа, реакцией на который будет запуск процедуры OnReadFrame с тем же кодом функции.
В этой процедуре с помощью конструкции case .. of .. осуществляется анализ кода функции. На каждый код функции программа реагирует каким-либо соответствующим действием, н-р, отправкой следующего запроса, записью данных, или просто завершением сеанса связи. Сеанс связи - это последовательное выполнение связанных друг с другом одним смыслом запросов, приводящих к выполнению определенной задачи. Рассмотрим все типы сеансов. Текущий сеанс связи хранится в переменной Mode:
0 - основной режим работы, с ожиданием действий пользователя;
1 - опрос параметров устройства при запуске программы;
2 - синхронизация с панелью;
3 - чтение памяти знакогенератора;
4 - чтение FLASH-памяти устройства;
5 - запись данных на панель;
6 - верификация;
Сразу после запуска программы на ПК устанавливается режим 1 с выдачей контрольной команды check_net - проверка связи. Если связь с устройством установлена (кабель подключен, COM-порт настроен правильно, и устройство включено), то обязательно придет ответный пакет с тем же кодом функции. Эта функция "пустая", т.е. не требует от устройства никаких действия. В этом можно убедиться, если посмотреть программный код в модуле commands.asm:
.cseg
check_net:;Проверка связи
ret
Однако для ПК этот код является "стартовым выстрелом" для начала работы с панелью. В процедуре OnReadFrame в ответ на приход этого кода функции формируется тут же новый запрос get_time - чтение текущего времени устройства. Устройство отвечает на него, и процедура OnReadFrame запускается еще раз, но уже с кодом get_time в принятом пакете. При обработке этого кода функции на устройство отправляется пакет get_date - чтение текущей даты устройства. На этом процесс завершается, и программа переходит в режим 0. В режиме синхронизации с панелью каждые 0,25 сек формируется запрос read_info, на что устройство посылает 112 байтов видеопамяти. При приеме пакета на мониторе отображаются состояния всех светодиодов, т.е. пользователь видит картинку, которую "рисует" панель в данный момент времени. При этом другие команды пользователя блокируются. Память знакогенератора имеет большой объем - 1280 байт, и не может быть считана за один раз. Поэтому это выполняется в сеансе связи с номером 3. При приеме от устройства очередной порции информации программа формирует следующий запрос, но уже с другим адресом. Устройство, приняв пакет с кодом read_sign, выдает данные из таблицы знакогенератора, начиная с адреса, указанного в функции read_sign - он идет вторым байтом пакета. Когда вся память будет считана, программа переходит в основной режим работы. Аналогичным образом идет работа в остальных режимах, т.к. они предназначены для обмена большим объемом информации. Верификация данных - проверка на правильность записи данных. После того, как пользователь ввел текст бегущей строки и записал его в Flash-память устройства, программа проверяет правильность записи повторным чтением текста и сравнением его с исходным. При несовпадении данных программа выдает сообщение. Вспомогательный модуль EditForm предназначен для редактирования начертаний символов. Каждый символ имеет размер 5 х 7 точек, т.е. занимает 5 байт. Пользователь может выбрать нужный символ, и нажатием мыши на графическом поле зажечь или погасить светодиод. После внесенных изменений необходимо выполнить команду записи таблицы знакогенератора, иначе они будут утеряны. Рисунок 3 - Графическое представление программы.
Графическое представление программы представляет собой окно. Центральная часть основное рабочее поле где выводятся символы, в верхнем левом углу находится панель меню где можно отрыть, сохранить, осуществить необходимые настройки. Под рабочем полем расположена строка ввода текста в конце её расположена кнопка очистки всей строки, ниже расположены инструменты управления скорости перемещения бегущей строки, правее расположенны 2 кнопки одна из них для записи информации в память устройства, а другая для счивания с устройства. Правее расположена метка синхронизации она служит для связи и обновления информации между устройством и ПК. Делее расположена метка блокировки панели она служит для запрета или разрешения работы устройства. В нижней части окна расположена строка справочной информации: канал подключения (COM2), скорость передачи данных (19200 байт/сек), статус (поиск, проверка,готов), дата, время.
2.6 Разработка печатной платы устройства
Чертеж печатной платы приведен на листе 4 Графического приложения. Топология печатной платы была разработана в соответствии с принципиальной схемой; для этих целей применялся САПР PCAD-2001. Эта система проектирования электронных блоков, узлов, ПП используется многими профессиональными разработчиками из-за ее многофункциональности, удобства в работе, простоте понимания.
Материал ПП - двусторонний фольгированный стеклотекстолит марки СФ-2-0,35. Основная ширина дорожек - 0,6 мм. Размещение компонентов производилось в основной координатной сетке 2,54 мм. Если компонент имеет ножки, расстояние между которыми не кратно 2,54 мм, то он располагается т.о., чтобы в узел попала его первая ножка, либо геометрический центр корпуса. Все компоненты располагаются параллельно вертикальной, либо горизонтальной оси платы. Трассировка дорожек выполнена в координатной сетке 1,27 мм. В узких местах допускалось понижение межосевого расстояния до 1,016мм (сетка 0,508мм). При проводке линий связи между ножками микросхем их ширина уменьшается до 0,45мм на интервале 1,27 мм до и после ножек ИМС. Обоснование конструктивно-технологических характеристик устройства.
Для проектирования конструкции печатной платы нам необходимо произвести выбор вида печатной платы, необходимого класса точности, материала ее изготовления, выбрать метод её изготовления, произвести расчет элементов рисунков печатной платы, привести рекомендации по монтажу и пайке.
Данные действия, являясь составной частью процесса разработки электронного устройства, представляют собой комплекс расчетов, при выполнении которых необходим учет разносторонних требований к изделию, знание современных технологий схемотехники, конструирования электронных устройств и других теоретических и прикладных дисциплин. 2.7 Выбор вида печатной платы, класса точности и материала
Печатные платы (ПП) служат основанием для монтажа микросхем и обеспечивают коммуникацию всех элементов в соответствии с принципиальной схемой. Применение ПП позволяет на один - два порядка повысить плотность компоновки по сравнению с объемным (или ещё так называемым навесным) монтажом и на порядок снизить массу. В печатной плате основным является технологический процесс. Технологический процесс это часть разработки печатной платы, содержащая действия по изготовлению и последующему определению результата труда. Печатную плату для модуля выбираем двустороннюю с металлизированными монтажными и переходными отверстиями. Данный вид печатной платы характеризуется: широкими коммутационными возможностями; повышенной прочностью сцепления выводов навесных ЭРЭ с проводящим рисунком платы; ненамного большей стоимостью по сравнению с ПП без гальванического соединения слоев.
Так как в проектируемом устройстве используются печатные платы с дискретными ИЭТ при малой мощности и средней насыщенности поверхности ПП навесными изделиями, а также с микросхемами, имеющими штыревые выводы, следовательно, класс точности 3.
Стандарт ГОСТ 23752-79 устанавливает пять классов точности ПП и гибких печатных кабелей в соответствии со значениями основных параметров и предельных отклонений элементов конструкции (оснований ПП, проводников, контактных площадок, отверстий.) Область применения классов точности по ГОСТ 23752-79:
3 - для ПП с микросборками и микросхемами, имеющими штыревые и планарные выводы, а также с безвыводными ИЭТ при средней и высокой насыщенности поверхности ПП навесными изделиями.
Основания печатных плат должны обладать достаточной механической плотностью, малыми диэлектрическими потерями, высокой нагревостойкостью, и хорошей адгезией (сцепляемостью) материалов платы и печатных проводников. При изготовлении печатных плат широко используют стеклотекстолит, стеклоткань, гетинакс, фторопласт-4, и некоторые другие диэлектрики. Толщина плат 0,8..3 мм. [8]. Был выбран фольгированный стеклотекстолит марки СФ-2-35Г-2,0; где толщина фольги: hф = 35 мкм, толщина материала диэлектрика: hм = 2,0 мм. Таким образом, толщина ПП составит: hПП = 2,070 мм. Плотность печатного монтажа составит:  = 0,33. Для расчетов печатного монтажа hПП принимаем равным 2,0 мм. Необходимо добавить, что фольгированный стеклотекстолит марки СФ-2-35Г-2,0, имеет относительно низкую стоимость и прост в технологическом использовании.
2.8 Выбор метода изготовления печатной платы.
Печатные платы, как правило, классифицируются по материалу основания, числу слоев и технологическим методам получения проводящего рисунка. Наиболее распространенными методами изготовления печатных плат являются: химический, предусматривающий избирательное удаление металла с предварительно фольгированной поверхности платы, комбинированный, представляющий собой комбинацию технологических приёмов травления фольгированного диэлектрика с последующей металлизацией отверстий. В последнее время большое распространение получили: субтрактивный, аддитивный, полуаддитивный методы. [12]
Субтрактивный метод получения проводящего рисунка заключается в удалении участков проводящей фольги, защищенного от растворения задубленным фоторезистом или специальной краской, путем травления. Аддитивный метод заключается в избирательном осаждении проводящего материала на не фольгированный материал основания, на которое предварительно наносится проводящий рисунок, либо методом переноса с временного металлического основания, либо токопроводящей пастой через сетчатый трафарет, либо нанесение проводящего рисунка и контактных площадок химическим способом. Полуаддитивный метод предусматривает предварительное нанесение тонкого(вспомогательного) проводящего покрытия, впоследствии удаляемого с пробельных мест.
Комбинированный позитивный метод основан на сочетании химико-гальванического способа металлизации отверстий, контактных площадок и проводников со способами химического травления фольги с пробельных мест, применяется для ДПП первого и второго класса.
В соответствии с ГОСТ 23751-86 конструирование печатных плат следует осуществлять с учетом следующих методов изготовления:
- химического для ОПП;
- комбинированного позитивного для ОПП, ДПП;
- электрохимического (полуаддитивного) для ДПП;
Таким образом, печатная плата, разрабатываемая в данном проекте, будет изготавливаться на основе фольгированного диэлектрика комбинированным позитивным методом.
Последовательность технологических процессов изготовления ДПП:
* Входной контроль диэлектрика;
* Получение заготовок;
* Образование базовых отверстий;
* Образование отверстий под металлизацию;
* Химическая металлизация диэлектрика;
* Гальваническая металлизация платы;
* Создание защитного рельефа;
* Гальваническая металлизация рисунка;
* Нанесение металлорезиста на рисунок;
* Удаление защитного рельефа;
* Травление меди с пробельных мест;
* Оплавление металлорезиста.
2.9 Расчет элементов печатного рисунка печатной платы.
При конструктивно-технологическом расчете печатных плат обычно учитывают производственные погрешности рисунка проводящих элементов, фотошаблона, базирования, сверления и т.п. Ниже в табличном виде (таблица 7) приведены граничные значения основных параметров монтажа для пяти классов точности [14]. Выбранные в соответствии с таблицей 6 размеры необходимо согласовать с технологическими возможностями конкретного производства. Предельные значения технологических параметров конструктивных элементов печатной платы получены в результате анализа производственных данных и экспериментальных исследований точности отдельных операций.
Таблица 7 - Граничные значения основных параметров печатного монтажа
Условное обозначение параметра *Номинальные значения основных размеров
для класса точности12345t, мм0,750,450,250,150,10s, мм0,750,450,250,150,10b, мм0,300,200,100,050,0250,400,400,330,250,20 где: t - ширина проводника; S - расстояние между проводниками, контактными площадками, проводником и контактной площадкой или проводником и металлизированным отверстием; b - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки данного отверстия (гарантийный поясок);  - отношение минимального диаметра металлизированного отверстия к толщине платы.
Минимальный диаметр переходного отверстия определяется из соотношения:
dmin > hПП   = 2  0,33 = 0,66 мм.(1)
Рассчитаем минимальный эффективный диаметр контактной площадки:
, (2)
где:b - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (берется в соответствии с классом точности платы (табл.1.)), мм;
dmax - максимальный диаметр просверленного отверстия, мм;
отв - погрешность расположения отверстия, мм;
кп - смещение центра контактной площадки, мм.
Вычислим необходимые параметры dmax, отв, b, кп .
(3)
где: d - определяется точностью изготовления сверла и его смещением.
В свою очередь рассчитываем:
, (4)
где: dМ ОТВ - диаметр металлизированного отверстия. При этом dМ ОТВ выбираем из ряда, рекомендуемого отраслевым стандартом, и с учетом собираемости со штыревыми выводами ЭРЭ и ИМС. Следует отметить, что коэффициент 0,1..0,15 - величина усреднения и учитывает минимально допустимую толщину слоя гальванической меди 25мкм, слой металлорезиста, усадку отверстия после сверления, а также возможный разброс толщины при гальваническом осаждении меди и металлорезиста.
dсв = 0,6+0,1 = 0,7 мм,
Подставив получившееся значение dсв в формулу (3) получим, что
dmax = 0,7+0,02 =0,72 мм,
Погрешность расположения отверстия определяем как:
ОТВ = О +  (5)
ОТВ = 0,06 + 0,02 = 0,08 мм, учитывая неточности сверления станка и погрешности базирования платы на станке.
Смещение центра контактной площадки зависит от точности расположения ее рисунка на шаблоне, погрешности экспонирования, погрешности расположения базовых отверстий в фотошаблоне и заготовке платы и определяем как:
(6) кп = 0,04+0,02+0,5(0,03+0,02) = 0,085 мм,
Подставив значения в (2) получаем, что минимальный диаметр контактной площадки равен:
D1min = 2(0,3+(0,72:2)+0,08+0,085) = 1,65
Таким образом, минимальный эффективный диаметр контактной площадки составит 1,65 мм.
Минимальный диаметр контактной площадки рассчитаем по следующей формуле:
Dmin = D1min+1,5(h+hnm)+hp и он составит:(7)
Dmin = 1,65+1,5(0,035+0,006)+0,02 = 1,7315 мм
Расчет ширины проводников ведется из условия сохранения достаточной прочности сцепления проводника с диэлектриком, зависящей от адгезионных свойств материала основания и гальванической фольги. Минимальная эффективная ширина проводника t1MIN определена экспериментально и равна 0,18 мм для плат первого и второго классов. Минимальная ширина проводника определяется по следующей формуле: и она составит:(8)
tMIN = 0,18 +1,5(0,035+0,006)+0,02 = 0,2615 мм.
Расчет минимальных расстояний между элементами проводящего рисунка определяется заданным уровнем сопротивления изоляции при рабочем напряжении схемы или техническим требованием на печатные платы. Фактический зазор между элементами проводящего рисунка зависит от шага элементов, их максимальных размеров и точности расположения относительно заданных координат.
Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:
,(9)
где L0 - расстояние между центрами рассматриваемых элементов, принимаем равным 2,54 мм.
Минимальный диаметр контактной площадки на фотошаблоне:
DШ min = Dmin - hp(10) DШ min = 1,7315 - 0,02 = 1,7115 мм.
Минимальная ширина проводника на фотошаблоне:
tШ min = tmin - hp (11)
tШ min = 0,2615 - 0,02 = 0,2415 мм.
Максимальный диаметр контактной площадки на фотошаблоне:
DШ max = DШ min + DШ (12)
DШ max = 1,7115 + 0,03 = 1,7415 мм.
Максимальная ширина проводника на фотошаблоне:
tШ max = tmin + tШ (13)
tШ max = 0,2615 + 0,06 = 0,3215 мм.
Максимальный диаметр контактной площадки:
Dmax = DШ max + hp + Э (14)
Dmax = 1,7415 + 0,02 + 0,03 = 1,7915 мм.
Максимальная ширина проводника:
tmax = tШ max + hp + э(15)
tmax = 0,3215 + 0,02 + 0,03 = 0,3715 мм.
Подставив в (9) значения из (14) и (15) получаем:
S1min = 2,54-((1,7915/2+0,085)+(0,3715/2+0,05)) = 1,2835 мм.
Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:
S2 min = L0 - (Dmax + 2КП)(16) S2 min = 2,54 - (1,9915 + 2*0,085) = 0,3385 мм.
Минимальное расстояние между двумя проводниками:
S3 min = L0 - (t max + 2Шt) (17)
S3 min = 2,54 - (0,3715 + 2*0,05) = 2,0285 мм.
Итого минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой на фотошаблоне: S4MIN = 2,5-((1,7415/2+0,085)+(0,3215/2+0,05)) = 1,3335 мм. Минимальное расстояние между двумя контактными площадками на фотошаблоне: S5 min = L0 - (DШ max + 2КП)(18) S5 min = 2,54 - (1,7415+2*0,085) = 0,5885 мм.
Минимальное расстояние между двумя проводниками на фотошаблоне:
S6 min = L0 - (t Ш max + 2Шt)(19) S6 min = 2,54 - (0,3215 + 2*0,05) = 2,0785 мм.
Стандарт ОСТ 4.070.010-78 "Платы печатные под автоматическую установку элементов. Конструкция и основные размеры" содержит специальные указания для выбора диаметров отверстий и контактных площадок под выводы устанавливаемого элемента (таблица 7), а также другие сведения. При любой установке элементов диаметры монтажных, переходных металлизированных и не металлизированных отверстий следует выбирать из ряда: 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 3,0. Центры отверстий должны располагаться в узлах координатной сетки. Также оригинал рисунка печатных проводников выполняют на координатной сетке, образуемой пересекающимися под прямым углом рядами параллельных линий. Для печатных плат промышленной аппаратуры принят шаг координатной сетки, равный 2,54 мм.
Рассчитанные выше значения задают минимальные параметры для выбора диаметра отверстий и контактных площадок.
Таблица 8 - Диаметры отверстий и контактных площадок, мм
ДиаметрыМинимальное расстояние между центрами отверстийВывода элементаОтверстийКонтактной площадки0,4 ; 0,50,9
3,02,50,6 ; 0,71,10,8 ; 0,91,3
3,75
1,0 ; 1,11,51,2 ; 1,3 ; 1,41,81,5 ; 1,62,04,05,01,7 ; 1,8 ; 1,92,2 Таблица 9 - Предельные значения технологических параметров
Наименование коэффициентаОбозначенияВеличина (мм)123Толщина предварительно осажденной меди hпм0,005 - 0,008Толщина наращенной гальванической медиhг0,050 - 0,060Толщина металлического резистаhр0,020Погрешность расположения отверстия относительно координатной сетки, обусловленная точностью сверлильного станкаo0,020 - 0,100Погрешность базирования плат на сверлильном станкеб0,010 - 0,030Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне контактной площадкиш0,020 - 0,080Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне проводникашt0,030 - 0,080Погрешность расположения печатных элементов при экспонировании на слоеэ0,010 - 0,030Погрешность расположения контактной площадки на слое из-за нестабильности его линейных размеров, % от толщиным'0 - '0,100 Погрешность расположения базовых отверстий на заготовкез0,010 - 0,030Погрешность расположения базовых отверстий на фотошаблонеп0,010 - 0,050Погрешность положения контактной площадки на слое, обусловленная точностью пробивки базовых отверстийпр0,030 - 0,050Погрешность положения контактной площадки, обусловленная точностью изготовления базовых штырей пресс-формыпф0,020 - 0,050Погрешность диаметра отверстия после сверления
d
0,010 - 0,030123Погрешность изготовления окна фотошаблонаDш0,010 - 0,030Погрешность на изготовление линии на фотошаблонеtш0,030 - 0,060Погрешность диаметра контактной площадки фотокопии при экспонировании рисунка, ммЭ0,010 - 0,030Примечание: - погрешность расположения;
 - погрешность размеров. Рекомендации по монтажу и пайке
1. Микросхемы. Лужение выводов интегральных микросхем рекомендуется производить двукратным погружением в расплавленный припой, температура которого не превышает 250 оС, в течении 2 с, интервал между погружениями должен составлять не менее 5 мин. Пайку выводов ИМС разрешается производить на расстоянии не менее 5 мм от корпуса, заземленным паяльником мощностью не более 40 Вт при температуре жала не выше 265 оС, в течении 3 с, соблюдая меры предосторожности, исключающие перегрев микросхем и механические её повреждения. Интервал между пайками соседних выводов должен быть 3..10 с, а расстояние от места пайки вывода до корпуса ИМС - не менее 5 мм. При монтаже в схему допускается одноразовый изгиб выводов на расстоянии не менее 2,5 мм от корпуса, при этом необходимо обеспечить неподвижность основания. Радиус изгиба - 1 мм и более. Не допускается кручение выводов вокруг оси. Также при монтаже допускается смещение свободных концов в горизонтальной плоскости в пределах ±0,4 мм для их совмещения с контактными площадками.
2. Транзисторы. При пайке выводов необходимо защищать корпус транзистора от попадания флюса и передачи тепла от места пайки к корпусу. Пайку выводов разрешается производить на расстоянии не менее 5 мм от корпуса. При монтаже в схему допускается одноразовый изгиб выводов на расстоянии не менее 2,5 мм от корпуса. Температура жала паяльника не более 260ºС, время пайки не более 4 с.
3. Диоды. При монтаже в схему допускается одноразовый изгиб выводов на расстоянии не менее 2 мм от корпуса под углом 90. Пайку производить при температуре не более 265ºС, время пайки не более 4 с.
2. Конденсаторы. При монтаже неполярных конденсаторов необходимо обеспечить изоляцию их корпусов от других элементов схемы, шасси и друг от друга. 3. Резисторы. Пайку выводов разрешается производить на расстоянии не менее 4 мм от корпуса. При паянии желательно обеспечить теплоотвод. Температура жала паяльника не должна превышать 230ºС. Время пайки не более 4 с. При монтаже в схему допускается одноразовый изгиб выводов на расстоянии не менее 2 мм от корпуса под углом 90.
4. Резонаторы кварцевые. Пайку выводов резонатора кварцевого разрешается производить на расстоянии не менее 4 мм от корпуса. Остальные условия монтажа и пайки аналогичны условиям монтажа и пайки ИМС.
Тепловой расчет печатной платы
Определим суммарную потребляемую мощность устройства. В таблице 7 приведен перечень всех элементов схемы с указанием потребляемой мощности.
Таблица 10 - Потребляемая мощность ЭРЭ
Тип ЭРЭКол-воТок потребленияСуммарная потребляемая мощностьATmega32L116 мА80 мВтMAX232ACPE18 мА40 мВтКР1533ИР81414x12 мА840 мВтAT2564014 мА20 мВтИтого:196 мА980 мВт Таблица 11 - Объем, занимаемый ЭРЭ
Вид ЭРЭНаименованиеКоличествоОбъем, 10-6 м3МикросхемаATmega32L12,341МикросхемаMAX232ACPE10,226МикросхемаКР1533ИР8143,164МикросхемаLM780510,11МикросхемаLM317T10,11РезисторМЛТ-0,125Вт190.342Резистор329610,1КонденсаторК10-17б362,13КонденсаторК50-35-16В100,51Диод1N414830,25ТранзисторКТ816А80,8РезонаторHC-49S10,215Итого:10,298 Размеры платы:
L1=0,162 м (длина)
L2=0,132 м (ширина) H= 0,040 м (высота)
Объем модуля: Vб=L1* L2*H=0,162*0,132*0,04=0,00086 м3.
Коэффициент заполнения объема блока:
Kз=VЭРЭ/VБ=10,29810-6/0,00086=0,011.
Приведенный размер основания нагретой зоны :
Lпр=
Приведенная высота нагретой зоны :
hз=H*Kз=0,04*0,011=0,44 мм.
Приведенная высота воздушного зазора: H1=(H-hз)/2=(0,04-0,00044)/2= 19,78 мм.
Приведенная поверхность нагретой зоны:
Sз=2*Lпр/( Lпр+2hз)=(2*0,162)/(0,162+2*0,00044)= 1,98 м2.
Исходные данные:
a = 162 mm
b = 132 mm
c = 40 mm
к - степень черноты поверхности корпуса = 0,92
tmax- макс. значение температуры окружающей среды = 50С (323 К)
tс - температура окружающей среды = 20С (293 К)
Суммарная мощность, выделяемая устройством:
Р = 0,96 Вт
Порядок расчета:
1. Задаем перегрев корпуса  tIk - относительно окружающей среды в 1-ом приближении (5-10 К)
2. Определяем температуру корпуса в 1-ом приближении: tIk = tмах+ tIk
3. Рассчитываем площадь поверхности корпуса: Sк = 2(ab + ah + bh), м2
4. Находим определяющий размер эквивалентного куба: 5. Определяем вид теплового потока от корпуса к среде по условию: 6. Находим тепловую проводимость при передаче тепла от корпуса в окружающую среду при конвективном и лучевом способе передачи тепла.
Для конвективного: кк = 2*A2*(tk-tc)1/4*((a*h+b*h)h1/4 + a*b/min(a,b)1/4))
Для лучевого: кл = к *5,57*10-8 *((tк4 - tmax4) / ( tк - tmax))*Sк, где tк - предполагаемая температура корпуса, tc - предполагаемая температура среды, Кн - l для естественной вентиляции, А2 - коэффициент теплопередачи, зависит от вида окружающей среды, для воздуха А2 = 1,36.
7. Находим суммарную тепловую проводимость: I= кк + кл.
8. Находим реальный перегрев корпуса: ,
9. Проверяем условие  tIk -  tIkр< 23 К
10. Если условие выполняется, то принимают перегрев корпуса:  tk =  tIkр
Если условие не выполняется, то проводим расчет во втором приближении принимая  tIIk =  tIk и корректируем пункты 2-9. Расчет заканчивается в том приближении, в котором выполняется условие  tIk -  tIkр< 23 К
Расчет:
Первое приближение:
 tIk = 10 К
tIk = 323 + 10 = 333 К
Sк = 2(ab + ah + bh) = 2*(0,162*0,132+0,162*0,04+0,132*0,04)= 0,066 м2
L = = 0,105 м2
(0,84/0,105)3 = 473К, tIk < 473 условие выполняется, следовательно действует закон 1/4 степени.
кк = 0,439 Вт/К
кл = 0,276 Вт/К
I = 0,715 Вт/К
 tIkp = 5,095 /0,715 = 7,123 К  tIk -  tIkр= |10 - 7,123| = 2,987 < 23 К
Реальный перегрев корпуса  tIIkр = 2,673 К, а максимальное допустимое значение равно 3 К, следовательно никаких мер по охлаждению принимать не надо.
2.10 Выводы
В данном разделе нами была спроектирована принципиальная схема устройства, произведен расчет отдельных ее частей. На основе всех данных, полученных в результате проектирования аппаратной части, была написана программа работы микро-ЭВМ. Для этого использовалась среда проектирования AVR Studio, поставляемая бесплатно самой фирмой ATMEL.
Тип используемой микроЭВМ - ATmega32L, тактовая частота 8МГц. Текcт программы содержит 17397 строк. Размер скомпилированного кода - 7315 байт, что составляет 94,2% от доступной емкости памяти программ. Используется 420 байт оперативной памяти (82,0% от доступного), и 8 байт энергонезависимой памяти (0.8%). В программе использовано 63,1% системы команд микроконтроллера, 61% регистров общего назначения. Ниже приведен отчет компилятора AVR Studio при компиляции исходного текста программы. ATmega32L memory use summary [bytes]:
Segment Begin End Code Data Used Size Use%
------------------------------------------------------------------------------------------
[.cseg] 0x000000 0x001C92 7315 402 77178192 94.2%
[.dseg] 0x000060 0x000204 0 420 420 512 82.0%
[.eseg] 0x000000 0x000008 0 8 8 1024 0.8%
Изображение формируется на светодиодной матрице размером 8 х 112 динамическим способом. Для этого производится соединение анодов по строкам и катодов по столбцам. Степень мультиплексирования равна 1/8. Частота регенерации всего изображения составляет 50 Гц. Измерение температуры производится цифровым интегральным датчиком типа DS18B20, имеющим однопроводной интерфейс. Точность измерения равна 0,5°С, цена деления 0,0625°С. Хранение текста бегущей строки осуществляется в отдельной flash-памяти емкостью 8 Кбайт. Для связи с ПК используется интерфейс RS-232. С помощью САПР PCAD была разработана топология печатной платы устройства, рассчитаны параметры ПП, допуски по отдельным технологическим параметрам, сделан анализ теплового режима работы. Для печатной платы выбран стеклотекстолит марки СФ-2-0,35, толщиной 2,0 мм. Размер печатной платы блока управления 162 х 132 мм. Светодиодная матрица конструктивно выполнена в виде модулей, каждый из которых содержит 8 х 8 светодиодов. 14 модулей располагаются на кронштейнах вплотную друг к другу. Сигналы строк объединяются паянными перемычками, сигналы столбцов подводятся отдельными шлейфами через 16-контактные разъемы. Вся бегущая строка заключается в прочный закрытый корпус, на боковой поверхности которого выведены разъемы питания, RS-232, кнопки управления. Габаритный размер устройства - 1200 х 150 х 100 мм.
РАЗДЕЛ 3 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ 3.1 Технические данные об изделии
Разработанное устройство имеет следующие технические характеристики:
* размер изображения8 х 112 точек
* высота символа60 мм
* яркость светодиодов150 мКд
* максимальная длина текста6912 символов
* кодировка текстаASCII
* частота кадров50 Гц
* интерфейс связи с ПКRS-232
* напряжение питания устройства+6..9В
* потребляемая мощность, не более10,0 Вт
3.2 Функциональный состав
Конструктивно устройство выполнено в виде закрытого блока с установленными в нем светодиодной матрицей, и блоком управления. Блок питания выносной, представляет собой сетевой адаптер ~220VAC/6..9VDC 1,5A. Светодиодная матрица состоит из модулей, содержащих матрицу светодиодов 8 х 8. Блок управления представляет собой печатную плату с размещенными на ней микроконтроллером, адаптером интерфейса RS-232, силовыми ключами и микросхемами сдвигового регистра.
Функциональная схема устройства приведена на листе 1 Графического приложения. Светодиодная матрица представляет собой набор из светодиодов, соединенных по строкам и столбцам в 2 группы. Аноды светодиодов образуют строковые сигналы управления, а катоды - сигналы столбцов. Из-за большого числа светодиодов вся матрица разделена на 2 подматрицы, сигналы строк в которых управляются от независимых ключей - усилителей тока. Усилители столбцов представляют собой нижние ключи, которые подключаются к сдвиговому регистру. В регистр информация загружается в последовательном коде от микроконтроллера, который управляет всем устройством. Верхними ключами строк контроллер управляет непосредственно с выходов своих 8-битных портов. Текст, выводимый бегущей строкой, а также все параметры этого текста, спецэффекты, хранятся в специальной энергонезависимой flash-памяти, с которой контроллер связан по интерфейсу SPI. Настройка работы бегущей строки, запись текста, параметров осуществляются с ПК через интерфейс RS-232. Для его поддержки в устройстве предусмотрен специальный адаптер, который преобразует сигналы ТТЛ-уровня в сигналы стандарта RS-232 и обратно. Стандартный COM-порт ПК имеет всего 8 сигналов, из которых используется всего 2: TxD - передача данных и RxD - прием данных. Обмен данными осуществляется в полудуплексном режиме, по протоколу Modbus ASCII. Датчик температуры представляет собой интегральную микросхему типа DS1820 производства фирмы Dallas. Данные выдаются в цифровом виде, по специальному однопроводному интерфейсу 1-Wire(r). Этот уникальный интерфейс позволяет передавать команды и данные в обоих направлениях всего по одному проводу, а также запитывать сам датчик от этого же провода. Разумеется, для подключения датчика требуется также "земляной" провод. Более того, специальная система адресации и связанных с этим команд позволяет посадить на общую шину неограниченное число датчиков, благодаря наличию у каждого датчика уникального, неповторяющегося, 64-битного адреса, записываемого при их производстве. В данном устройстве подключение нескольких датчиков не требуется, поэтому эта возможность не используется. Корректность передаваемых по интерфейсу информации проверяется специальным 8-битным циклическим кодом CRC8. Описание интерфейса 1-Wire(r) и его системы команд приведено в Приложении А.
Как было сказано, для настройки параметров табло, коррекции времени используется ПК. Для большего удобства работы с панелью на ее боковой стенке устанавливаются 2 кнопки, подключаемые напрямую к микроконтроллеру. Они позволяют с помощью простой последовательности шагов подстроить текущее время без использования ПК. Питание табло осуществляется от внешнего источника постоянного тока, который представляет собой сетевой адаптер с выходным напряжением +6..9В и током до 1 А. Стабилизатор +5В вырабатывает напряжение, необходимое для работы цифровых микросхем. Для питания светодиодной матрицы используется дополнительный регулируемый стабилизатор пониженного напряжения, к выходу которого подключаются ключи строк и столбцов. Это позволяет исключить использование токоограничительных резисторов в цепях столбцов и повысить яркость изображения за счет быстрого переключения между строками. Вместе с резисторами светодиоды создавали бы RC-цепь с ограниченным временем нарастания тока, что при динамической развертке изображения крайне нежелательно. Последовательное подключение стабилизаторов +5В и питания светодиодов распределяет тепловую нагрузку на оба стабилизатора, снижая их нагрев от выделяемой мощности до безопасного уровня. 3.3 Описание принципиальной схемы
Устройство бегущей строки включает в себя светодиодную матрицу и блок управления. Размер матрицы 8 строк на 112 столбцов. Конструктивно матрица состоит из модулей - печатных плат с 64 светодиодами. Принципиальная схема типового модуля приведена на Листе 4 Графического приложения. Помимо светодиодов, модуль содержит транзисторные ключи с токоограничительными резисторами, которые установлены для обеспечения ударного тока включения светодиодов при динамической индикации. 64 светодиода модуля организованы в 8 строк и 8 столбцов. В строки объединяются аноды светодиодов, в столбцы - их катоды. Транзисторы VT1-VT8 коммутируют сигналы столбцов на общий провод. Управление транзисторами осуществляется с выходов сдвигового регистра, активный сигнал - лог.1. Сигнал управления подается с разъема XS1 на базу транзисторов через токоограничительные резисторы R1 - R8. Сигналы строк управляются напрямую от блока управления. Разъемы X1 - X16 установлены по обе стороны от модуля, который имеет ширину, равную произведению числа столбцов на шаг между диодами. Таким образом, из нескольких модулей можно составить матрицу большего размера. Соединение сигналов строк между модулями производиться паянными перемычками, а подключение к блоку управления - отдельными проводами без разъемного соединения. Схема блока управления показана на Листе 2 Графического приложения. Центральным элементом устройства является микроконтроллер DD16. Его тактирование осуществляется от собственного кварцевого резонатора Q1. Микроконтроллер работает по собственной программе и управляет всеми другими элементами схемы. Силовые ключи строк собраны на транзисторах VT1 - VT16 структуры p-n-p. На эмиттеры транзисторов подается напряжение питания светодиодной матрицы, которое стабилизируется микросхемой DA2. Подстройка напряжения осуществляется резистором RP1. Конденсатор C21 повышает стабильность выходного напряжения, диоды VD2, VD3 защищают стабилизатор от пробоя. На базы ключевых транзисторов сигнал управления подается с микроконтроллера через токоограничительные резисторы R4 - R19. Конденсаторы C29 - C44 форсирующие, служат для ускорения включения и выключения транзисторов, что особенно важно для динамической индикации. Тем самым можно добиться большего ударного тока и, соответственно, большей яркости светодиодов без опасности их пробоя. Напряжение питания +5В вырабатывается вторым параметрическим стабилизатором DA1. Конденсаторы C1 - C18 - фильтрующие, служат для подавления помех по цепям питания и уменьшения пульсаций. Текст бегущей строки хранится в памяти на микросхеме DD15. Для подключения к микроконтроллеру используется интерфейс SPI, включающий в себя 3 сигнала: MISO, MOSI, SCK. Дополнительно, для выбора микросхемы (разрешения работы) используется сигнал CS, подключаемый к порту PB4 МК. Сигнал аппаратной защиты от записи WP посажен на +5В, т.е. защита отсутствует, что требуется при программировании текста. Однако на программном уровне реализуется 2 уровня защиты от ошибочной записи данных.
Разъем XP15 предназначен для подключения внешнего программатора. Он также подключается по интерфейсу SPI и осуществляет запись программного кода в микроконтроллер. Резистор R1 и конденсатор C25 образуют цепочку начального сброса микроконтроллера по включению питания. В начальный момент времени конденсатор C25 разряжен и формирует сигнал лог.0 на входе сброса микроконтроллера RESET. После заряда конденсатора до напряжения лог.1 микроконтроллер запускается. Сброс может быть инициирован также программатором, который переводит линию RESET в лог.0, заставляя разряжаться конденсатор C25. Для уменьшения разрядного тока до безопасного уровня установлен резистор R2. Кнопки SB1, SB2 подключаются напрямую к микроконтроллеру, и дополнительных элементов для своей работы не требуют. Порты PB2, PB3, к которым они подключены, конфигурируются как входы с подтягивающими резисторами. Обработка сигналов кнопок осуществляется программными средствами. Цифровой датчик температуры подключается к порту PD2. В процессе работы этот порт микроконтроллера конфигурируется как вход с подтягивающим резистором либо как выход с активными сигналами лог.0 и лог.1. Адаптер интерфейса RS-232 представляет собой микросхему DA3. Конденсаторы C19, C20, C23, C24 обеспечивают работу встроенного конвертера напряжения. Подключение ПК осуществляется через разъем XP16 типа DB-9.
Сдвиговый регистр, управляющий сигналами столбцов, образуется микросхемами DD1 - DD14. Эти регистры включены по последовательной схеме, с объединенными входами сброса и тактирования. Управление регистром идет напрямую от портов микроконтроллера. Выходные сигналы регистра подаются на разъемы XP1 - XP14, к которым с помощью кабеля подключаются отдельные модули светодиодной матрицы. 3.4 Описание работы устройства
При первом включении устройства текст бегущей строки отсутствует. На дисплее отображается текущее время и температура, считанная с датчика температуры. Если датчик отсутствует, или подключение к нему не установлено, температура отображаться не будет. Следует также учитывать, что время при отключении питания сбрасывается, поэтому его необходимо настраивать каждый раз после включения устройства. Установить точное время можно как с ПК, так и от двух кнопок, расположенных на боковой стенке корпуса рядом с разъемами питания и связи с ПК. При нажатии первой (верхней) кнопки устройство переходит в режим установки времени. При этом изменяемое значение - часы, минуты или секунды - мигают примерно раз в секунду. При нажатии второй кнопки это значение увеличивается на 1. Достигнув максимального значения, при следующем нажатии кнопки оно сбросится в 0. Запоминание значения производится также нажатием первой кнопки. В остальном настройка устройства производится с ПК. Для этого на компьютере (ноутбуке) запускается программа обслуживания бегущей строки, где пользователь может запрограммировать текст бегущей строки, установить скорость его движения, а также длительность паузы между повторами запуска текста. Во время пауз на дисплее отображается текущее время и температура. Пользователь также может изменить и запрограммировать шрифт символов, однако при ограниченном размере (5 х 7 точек) для большинства букв, цифр и знаков существует единственно оптимальное начертание. Эта возможность может быть полезна при создании собственных специальных знаков. После передачи установленных параметров панель сразу же начинает работать с новыми настройками. Аппаратные настройки устройства осуществляются при сборке и отладке и в процессе эксплуатации не меняются. 3.5 Общие указания по эксплуатации
Длительная, безотказная работа устройства обеспечивается при соблюдении следующих правил:
1.Не допускается эксплуатация устройства с открытой задней крышкой, поврежденными элементами конструкции.
2. Не допускать попадания на корпус любой жидкости.
2. К ремонту устройства допускаются только квалифицированный электротехнический персонал, имеющий представление о принципе работы устройства.
3.6 Указания мер безопасности
1. К работе с устройством допускаются лица, изучившие правила технической эксплуатации и прошедшие инструктаж по технике безопасности;
2. Устройство должно быть надежно заземлено;
3. При проведении ремонтных работ питание должно быть отключено;
3.7 Подготовка изделия к работе
Панель бегущей строки устанавливается в помещении, в любом удобном для просмотра текста месте, по выбору заинтересованного в этом лица. Допускается прямое попадание солнечных лучей, но при этом читаемость текста не гарантируется. Питание устройства осуществляется от внешнего блока питания, который размещается в недоступном для посторонних людей месте. После первого включения убедиться в работоспособности панели - на дисплее должны быть отображены время и температура. Датчик температуры подключается к панели через разъем RCA ("тюльпан"), любым кабелем длиной до 30 м. Датчик устанавливается внутри помещения - на уровне 150 - 180 см от пола, либо на улице с северной стороны здания. Связь с ПК осуществляется с помощью нуль-модемного кабеля соответствующей длины. После первого включения и подключения ПК убедиться в наличии связи. Для этого запустить программу обслуживания устройства, и удостовериться, что подключение установлено: в строке состояния будут отображаться параметры подключения, серийный номер строки, версии программного и аппаратного обеспечения. При отсутствии связи проверить кабель и настройки COM-порта ПК. Для связи с устройством используются следующие параметры:
- скорость 19200 бод;
- длина данных 8 бит;
- бит четности - не используется;
- длина стоп-бита - 1 бит;
- номер порта - любой свободный.
После установки текущего времени и записи текста устройство готово к работе.
3.8 Характерные неисправности и методы их устранения
Наиболее частыми причинами неисправностей могут быть:
- пониженное напряжение питания;
- несоответствие реальных временных и электрических параметров входных сигналов паспортным параметрам;
- плохой контакт в интерфейсных разъемах;
- выход из строя ЭРЭ прибора;
- нарушение контакта в местах пайки печатной платы.
Поиск неисправностей всегда следует начинать с проверки напряжения питания +6..9В. Дальнейшие действия зависят от характера неисправностей. Если на дисплее отображается только часть информации, начиная с некоторого места, то самая вероятная причина - выход из строя микросхемы сдвигового регистра. Неисправная микросхема не передает данные дальше по цепочке, поэтому наблюдается именно такая картина. Если не отображается один или более столбцов, то необходимо проверить ключевые транзисторы этих столбцов, а также сдвиговый регистр, управляющий ими. Аналогично проверяются строковые ключи, если не горит одна из 8 строк. Если на дисплее не горит ни один светодиод, то проверку надо начинать с напряжения питания +5В. Далее проверяется напряжение питания матрицы. Если какое-либо из них отсутствует, производится замена соответствующего стабилизатора. Если все в норме, но изображения на матрице не формируется, то скорее всего дело в микроконтроллере. Необходимо проверить наличие тактовых импульсов на кварцевом резонаторе. Если их нет, может быть неисправен кварц. Это устраняется простой его заменой. Если и после этого панель не работает, необходимо поменять контроллер. Отсутствие связи с ПК может говорить о неполадках адаптера интерфейса RS-232. Проверяется напряжение +10В на выводе 2, -10В на выводе 6; напряжение примерно 4..5В на конденсаторах C19, C20. Отсутствие любого из них может говорить о неисправности как соответствующего конденсатора, так и микросхемы DA3. 3.9 Техническое обслуживание
В процессе эксплуатации дополнительное техническое обслуживание панели не требуется. Достаточно периодически убирать пыль с корпуса пылесосом, щеткой или сухой тряпкой. Техническое обслуживание панели выполняется с целью поддержания его в работоспособном состоянии, предупреждения сбоев, ошибок в работе, и заключается в проведении периодических мероприятий, указанных в таблице 9.\
3.10 Предложение по дальнейшей модернизации
РАЗДЕЛ 4 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ Современная инженерная деятельность предполагает не только разработку современных конструкций и технологий, но также концентрацию усилий специалиста, позволяющего заранее определить возможный рынок реализации разработки, оценить ожидаемую прибыль. Поэтому важной составляющей любого инженерного проекта является раздел, посвященный анализу экономических характеристик и определению экономических параметров, позволяющих сделать вывод о возможности реализации инженерной мысли.
Разработка экономической части дипломного проекта должна ориентироваться на то положение, что экономическая часть посвящена разработке комплекса мероприятий организационно - экономического и финансового планов, которые необходимо выполнить для перенастройки производства, позволяющего перейти к выпуску продукции, разработанной в инженерной части дипломного проекта. В этой связи следует учесть, что слово "проект" понимается более широко, характеризуя работы и процессы, связанные с организацией экономических и хозяйственных мероприятий, позволяющее создать спроектированное изделие с наибольшей прибылью, а не с выполнением конкретного дипломного изделия.
4.1 Расчет себестоимости аппаратных средств
Для определения эффективности разработки необходимо рассчитать затраты на производство адаптера сопряжения в условиях единичного образца. Расчет себестоимости проектируемого устройства производится точным методом по основным статьям калькуляции. Состоит из нескольких составляющих: * расчет затрат на элементную базу; * расчет затрат на сырье и основные материалы; * расчет затрат, связанных с оплатой труда сотрудника; * расчет затрат на электроэнергию; * расчет затрат на изготовление технической документации;
* расчёт затрат на использование персонального компьютера.
Результаты расчета прямых статей калькуляции приведены в таблицах. Для расчета себестоимости устройств, составляющих комплекс, были использованы данные о стоимости электрорадиоэлементов и комплектующих фирмы "ПЛАТАН" - крупнейшего поставщика радиоэлементов в России. Таблица 12 Расчет затрат на покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты
Покупные изделия и полуфабрикатыКоличество на РЭАЦена за единицу, руб/штСумма на РЭАНаименованиеТип элементаМикросхемаATmega32L1220220МикросхемаMAX232ACPE19595МикросхемаLM780512525МикросхемаLM317T11818МикросхемаКР1533ИР81415210МикросхемаAT25640-PI1175175РазъемDRB-9MB12525РазъемPLD-8144РазъемPLD-16148112РазъемPLS-8248Кнопка тактоваяSDTX-21021020РезисторМЛТ-0,125Вт1300,575Резистор329616161КонденсаторК50-35-16В10330КонденсаторК10-17б3615540Кварцевый резонаторHC-49S-8МГц11515СветодиодыАЛ307КМ89654480Диод1N41483515ТранзисторКТ816А1624384ТранзисторКТ3117А112182016ТрансформаторPS481506506РезисторС2-33144РезисторС2-35144ДиодRL207428Итого:9050,0 Таблица 13 Расчет затрат на сырье и основные материалы
МатериалыПрофиль, сорт, марка, размерРасход, м2Цена за м2/кг, руб.Сумма на изделие, руб.СтеклотекстолитСФ-2-35-2,00,171 м21472,00251,00ПрипойПОС-610,12 кг250,0030,0Лакокрасочные материалы0,05 кг80,004,00Итого:285,00 . 4.2 Расчет затрат на оплату труда сотрудника Заработная плата обслуживающего персонала с начислениями составит:
ЗПобс = Чобс Тобс Стар Кзп ,
где Чобс - численность обслуживающего персонала (1 человек);
Кзп - коэффициент, учитывающий размер премии, дополнительную заработную плату, начисление на заработную плату, Кзп = 1,8 ... 1,85.
Стар - Средняя часовая тарифная ставка рабочего (90 рублей);
Тобс - время, затрачиваемое на обслуживание устройства:
Тобс = Fg Кзан ,
где Fg - действительный фонд времени работы при односменном режиме работы.
Кзан - коэффициент, учитывающий занятость рабочего времени в течение рабочего дня на обслуживание одного устройства 0,333.
Fg = 22 (1 - 0,1) 8 1 =158,4 часов ,
Тобс = 158,4 0,333 = 52,75 часа
ЗПобс = 1 52,75 90 1,8 =8545 рублей
4.3 Расчет затрат на электроэнергию На изготовление опытного образца и его отладку отводится 5 рабочих дней или 40 часов. Потребляемая мощность (усредненное значение) составляет 100 Вт/ч, тогда затраты на электроэнергию составят:
Рэл = Fg Sэл Wy ,
гдеFg - действительный фонд времени работы (40 часов);
Wy - потребляемая мощность (100 Вт/ч);
Sэл - тариф на электроэнергию (2,45 руб);
Рэл=40 2,450,1=9,8 руб
4.4 Расчет затрат на изготовление технической документации
Расчет затрат на изготовление технической документации производится по формуле:
Рраз= Ри + Рс +Рп +Рд + Рразв;
гдеРи - затраты на изучение технической документации по опыту работы при разработке электрической схемы. Равны 40 часам, т.е. Ри =40Стар.
Рс - затраты на разработку структурной схемы;
Рп - затраты на разработку принципиальной схемы;
Рд - затраты на подготовку документации;
Рразв - затраты на разводку печатной платы.
Ри =4060 = 2400 руб;
Рс = S / 0,06 k ;
гдеS - число микросхем;
k - коэффициент квалификации работника (при стаже 2-3 года k=1), тогда Рс =19 / 0,061 = 316,6 руб;
Рп = S / 0,06k = 19 / 0,06 1 = 316,6 руб;
Рд= Рдр + Рдо ;
где Рдр - затраты на подготовку материалов в отчет:
Рдр = S /0,2 k =19/0,21 = 95 руб;
Рдо - затраты на редактирование, печать и оформление документации:
Рдо =0,75 Рдр = 0,75 95 = 71,25 руб,
Рд =95 + 71,25 =166,25 руб,
Рразв = S / 0,06 k = 19 / 0,06 1 = 316,6 руб,
Тогда суммарные затраты на изготовление технической документации составят:
Рраз = Ри + Рс + Рп + Рд + Рразв Рраз = 2400+316,6+316,6+166,25+316,6 = 3516 руб
Таким образом, себестоимость разработки устройства в условиях единичного образца составит:
Рап = Рсм + Рэрэ + Рэл +Ритр + Рраз ;,
Рсм - сумма затрат на материалы;
Рэрэ - сумма затрат на ЭРЭ;
Рэл - сумма затрат на электроэнергию;
Ритр - затраты на оплату труда работника;
Рраз - суммарные затраты на изготовление технической документации.
Рап = 285,0+9050,0+9,8+8545+3516 = 21405 руб
4.5 Расчет себестоимости разработки программного обеспечения
Под платформой в данном случае понимается среда разработки программного обеспечения. Программа для ОМЭВМ блока управления разрабатывается на ассемблере AVR-контроллеров. Компилятор для ассемблера AVR-совместимых контроллеров распространяется фирмой ATMEL бесплатно, т.е. затраты на приобретение платформы отсутствуют. Для расчета себестоимости необходимо предварительно определить трудоемкость разработки программного обеспечения (ПО), для которого можно использовать формулу 4.1:
t = to + tu + ta + tотл + tд,(4.1)
где, to - затраты труда на подготовку описания задачи;
tu - затраты труда на исследование алгоритма решения задач;
ta - затраты труда на разработку блок схемы алгоритма;
tu - затраты труда на программирование по готовой блок - схеме;
tотл - затраты труда на отладку программы ЭВМ;
tд - затраты труда на подготовку документации по сдаче.
Составляющие затраты труда, в свою очередь, можно определить через условное число операторов в разрабатываемом ПО. В их число входят те операторы, которые необходимо написать программисту в процессе работы над задачей и совершенствования алгоритма. Условное число операторов Q в программе определяется по формуле 4.2:
Q = q * c * (1 + p),(4.2)
где,q - предполагаемое число операторов;
с - коэффициент сложности программы;
p - коэффициент коррекции программы в ходе ее разработки.
Произведем расчет числа операторов в ПО разрабатываемого устройства:
Предполагаемое число операторов в программе: q = 500;
Коэффициент сложности программы: c = 1,5;
Коэффициент коррекции программы: p = 0,1.
Таким образом, определяем условное число операторов Q в программе:
Q = q * c * (1 + p) = 500 * 1,5 * (1 + 0,1) = 825 оператора.
Помимо коэффициентов, названных выше, используются также коэффициенты квалификации разработчиков алгоритмов и программ k и увеличения затрат труда вследствие недостаточного или некачественного описания задачи В. В нашем случае коэффициент k = 0,8. Значение 0,8 используется для работающих со стажем менее трех лет. Коэффициент увеличения затрат труда В = 1,5.
to = 20 чел.ч.
Затраты труда на описание задачи tu с учетом уточнения описания и квалификации программиста могут быть определены по формуле 4.3:
tu = Q * B / ((70...85) * k),(4.3)
tu = 825 * 1,5 / (85 * 0,8) = 18,2 чел.ч.
Затраты труда на разработку алгоритма решения задачи рассчитывается по формуле 4.4:
ta = Q / ((20...25) * k,(4.4)
ta = 825 / (25 * 0,8) = 41,25 чел.ч.
Затраты труда на составление программы по готовой схеме определяются по формуле 4.5:
tu = Q / ((20...25) * k),(4.5)
tu = 825 / (25 * 0,8) = 41,25 чел.ч.
Затраты труда на оплату программы для ПЭВМ при автономной отладке одной задачи рассчитывается по формуле 4.6:
tотл = Q / ((4...5) * k),(4.6)
tотл = 825 / (5 * 0,8) = 206,25 чел.ч.
Затраты труда на подготовку документации по задаче определяются по формуле (4,7):
tд = tдр + tдо, (4.7)
где, tд - затраты труда на подготовку материалов в рукописи, вычисляются по формуле 4.8:
tдр = Q / ((15...20) * k),(4.8)
tдр = 825 / (20 * 0,8) = 51,5625 чел.ч.
tдо затраты труда на редактирование, печать и оформление документации, вычисляемые по формуле 4.9:
tдо = 0,75 * tдр,(4.9)
tдо = 0, 75 * 51,5625 = 38,67 чел.ч.
tд = 51,5625 + 38,67 = 90,22 чел.ч.
По формуле 4.1 вычислим трудоемкость разработки ПО:
t = 20 + 18,2 + 41,25 + 41,25 + 206,25 + 90,22 = 417,17 чел.ч.
Таким образом, трудоемкость t = 417,17 чел.ч. или t/8 = 52,15 чел.дн.
Норма времени на разработку программы (в месяцах): 1 мес.
Количество человек, требуемых для разработки программного обеспечения, определяется по формуле 4.10:
K = t / Fрв, (4.10)
где, t - трудоемкость, равная 52,15 чел.дн;
Fрв - количество рабочих дней в периоде:
Fрв = 1 мес. * 25 дн. / месс. = 25 дн.
Таким образом получаем:
K = 52,15 / 24 = 2 чел.
Следовательно для разработки ПО потребуется 2 человека.
Расчет затраты на оплату труда программиста (табл. 14):
Таблица 14
Наименование затратСумма руб.Оклад программиста20 000Районный коэффициент 20%4 000Итого:24 000Отчисления на социальные нужды 30%7 200Оплата труда в месяц31 200Оплата труда одного человека за 1 мес31 200
Таким образом, себестоимость разработки программного обеспечения с учетом произведенных расчетов составит:
Рпо = 31 200 * 2 = 62 400 руб.
Общая себестоимость разработки аппаратно-программного средства составит:
Pапк = Рап +Рпо = 18 557 + 62 400 = 80 957 руб.
Расчёт затрат на использование персонального компьютера Стоимость комплекта персонального компьтера : Системный блок 9 850 руб
Монитор 2 790 руб
Клавиатура 290 руб
Мышь 160 руб
Итого: 13 090 руб.
Раход электроэнергии РЭ = 0,5 * 23 * 8 * 2,45 = 225 руб.
Итого затраты на использование ПК составляю 13 090 + 225 = 13 315 руб. 4.6 Вывод
Конечная стоимость разработки устройства складывается из двух составляющих: аппаратного и программного обеспечений. Изготовление устройства включает в себя покупку комплектующих и материалов - 9335 руб, разработку технической документации - 3516 руб, и оплату труда инженера - 8545 руб. Программное обеспечение целиком и полностью включает в себя оплату труда двух программистов - 62 400 руб, затраты на использование ПК - 13 315 руб. Итого общая себестоимость разработки изделия, выполненной в течении 1 месяца, составила 94 272 руб. РАЗДЕЛ 5 ЗАЩИТА И БЕЗОПАСНОСТЬ ИНФОРМАЦИИ
Алгоритм функционирования устройства определяется в известной степени алгоритмом работы его микроконтроллера, который реализуется в виде программы на языке ассемблера. Таким образом, встает задача защиты данной программы от считывания и дизассемблирования лицами, которые из корыстных или иных незаконных, и, следовательно, недопустимых действий захотят получить исходный листинг программ микроконтроллера.
Методы и средства обеспечения защиты программ микроконтроллеров от считывания и дизассемблирования.
Защиту прошитой микропрограммы можно рассматривать как с правовой точки зрения, так и с технической - с точки зрения предоставляемых самой структурой микроЭВМ методов защиты.
Для начала рассмотрим проблему защиты внутренней программы однокристальной микроЭВМ модуля с технической точки зрения. Решением данной задачи является возможность с недавнего времени (в достаточно современных микроЭВМ) при начальном программировании ППЗУ команд микроЭВМ установить так называемый бит защиты. Ниже рассмотрим, как это сделать на примере использующегося в настоящем проекте микроконтроллера ATmega32L.
Используемое для "прошивки" программ последовательное программирование микроконтроллера реализуется следующим образом. На вход сброса подают сигнал низкого уровня (лог. "0"). После этого по интерфейсу SPI должна быть передана команда разрешения программирования (см. таблицу 5.1.1). Отметим, что в этом режиме действует автоматическое предварительное стирание информации. Перед программированием какого-либо байта не надо стирать все содержимое ПЗУ - программируемый байт очищается сам перед записью. (Режим стирания очищает все содержимое ПЗУ). Частота SCK при программировании не должна превышать 1/40 значения частоты кварцевого резонатора. Перед выдачей команды разрешения программирования необходима задержка не менее 10 мс
Алгоритм программирования и верификации в рассматриваемом случае должен выглядеть так:
1. Подать напряжение питания. Установить вывод RST в 0. Если тактирование осуществляется внешним источником, подать тактовый сигнал (1...8 МГц) на XTAL1 и выдержать паузу 10 мс.
2. Разрешить последовательное программирование посылкой команды разрешения программирования. Частота тактирования по линии SCK должна быть не менее чем в 40 раз ниже тактовой частоты на XTAL1.
3. Программирование внутренней памяти программ производится побайтно. Для этого вначале в контроллер передается байт, в старших битах которого находятся биты старшего байта адреса, затем младший байт, после чего - байт данных. Информация о том, что должна произойти запись, содержится в двух младших битах первого переданного байта. Модифицируемый байт перед программированием автоматически стирается.
4. Верификация любого байта осуществляется командой чтения, содержащей адрес считываемой ячейки. Контроллер передает верифицируемый байт через выход MISO (P1.6).
5. После окончания программирования установить RST в 1.
6. Выключить питание.
Как видно из таблицы 16 программирование бита защиты должно производится изначально и лишь после - прошивка в ППЗУ программы. Остается добавить, что битов защиты на самом деле два - включение каждого организуется единицей в соответствующем разряде.
Итак, порядок действия следующий - четырехбайтная команда установки необходимых битов защиты, затем команда записи байта кода программы по нужному адресу - и так далее до полного программирования ППЗУ команд микроЭВМ. Таким образом, согласно заявлению разработчиков ОМЭВМ фирмы Atmel AT90S8535 делается невозможным считывание внутренней программы микроконтроллера.
Рассмотрим теперь вопрос защиты программного обеспечения микроконтроллера, а внутренняя прошивка ППЗУ является именно программой, с правовой точки зрения. Существует Закон Российской Федерации от 23 сентября 1992 года N 3517-I о правовой охране программ для электронных вычислительных машин и баз данных. На однокристальную микроЭВМ безусловно распространяются главы этого закона, в силу очевидности факта наличия словосочетания ЭВМ (электронно-вычислительная машина) в определении микросхемы.
Приведем основные положения данного Закона. Автору программы для ЭВМ или базы данных независимо от его имущественных прав принадлежат следующие личные права: право авторства - то есть право считаться автором программы для ЭВМ или базы данных;
Автором программы для ЭВМ или базы данных признается физическое лицо, в результате творческой деятельности которого они созданы.
Если программа для ЭВМ или база данных созданы совместной творческой деятельностью двух и более физических лиц, то независимо от того, состоит ли программа для ЭВМ или база данных из частей, каждая из которых имеет самостоятельное значение, или является неделимой, каждое из этих лиц признается автором такой программы для ЭВМ или базы данных.
В случае, если части программы для ЭВМ или базы данных имеют самостоятельное значение, каждый из авторов имеет право авторства на созданную им часть.
Авторское право на программу для ЭВМ или базу данных, впервые выпущенные в свет на территории Российской Федерации либо не выпущенные в свет, но находящиеся на ее территории в какой-либо объективной форме, действует на территории Российской Федерации. Оно признается за автором, его наследниками или иными правопреемниками автора независимо от гражданства.
Авторское право признается также за гражданами Российской Федерации, программа для ЭВМ или база данных которых выпущена в свет или находится в какой-либо объективной форме на территории иностранного государства, или за их правопреемниками.
За другими лицами авторское право на программу для ЭВМ или базу данных, впервые выпущенные в свет или находящиеся в какой-либо объективной форме на территории иностранного государства, признается в соответствии с международными договорами Российской Федерации.
Статья 18. Защита прав на программу для ЭВМ и базу данных
Автор программы для ЭВМ или базы данных и иные правообладатели вправе требовать:
признания прав;
восстановления положения, существовавшего до нарушения права, и прекращения действий, нарушающих право или создающих угрозу его нарушения;
возмещения причиненных убытков, в размер которых включается сумма доходов, неправомерно полученных нарушителем;
выплаты нарушителем компенсации в определяемой по усмотрению суда, арбитражного или третейского суда сумме от 5000-кратного до 50000-кратного установленного законом размера минимальной месячной оплаты труда в случаях нарушения с целью извлечения прибыли вместо возмещения убытков;
помимо возмещения убытков или выплаты компенсации по усмотрению суда или арбитражного суда может быть взыскан штраф в размере десяти процентов от суммы, присужденной судом или арбитражным судом в пользу истца, в доход республиканского бюджета Российской Федерации;
принятия иных, предусмотренных законодательными актами мер, связанных с защитой их прав.
За защитой своего права правообладатели могут обратиться - в суд, арбитражный или третейский суд.
Суд или арбитражный суд может вынести решение о конфискации контрафактных экземпляров программы для ЭВМ или базы данных, а также материалов и оборудования, используемых для их воспроизведения, и об их уничтожении либо о передаче их в доход республиканского бюджета Российской Федерации либо истцу по его просьбе в счет возмещения убытков.
Статья 19. Арест контрафактных экземпляров программы для ЭВМ или базы данных.
На экземпляры программы для ЭВМ или базы данных, изготовленные, воспроизведенные, распространенные, проданные, ввезенные или иным образом использованные либо предназначенные для использования в нарушение прав авторов программы для ЭВМ или базы данных и иных правообладателей, может быть наложен арест в порядке, установленном законом.
Статья 20. Иные формы ответственности.
Выпуск под своим именем чужой программы для ЭВМ или базы данных либо незаконное воспроизведение или распространение таких произведений влечет за собой уголовную ответственность в соответствии с законом.
Исходя из всего вышеописанного, можно сказать, что программа для микроЭВМ является собственностью человека или группы лиц, который имеет на нее права автора и это право защищается законом в полной мере; предусмотрены формы ответственности за нарушение авторского права. Это предоставляет возможность защиты программы для микроЭВМ как собственности в судебном порядке.
РАЗДЕЛ 6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
6.1 Способы защиты от поражения электрическим током
Для работы в электроустановках до 1000 В требуются повышенные меры безопасности. Основными из них являются защитное заземление, зануление, выравнивание потенциалов, защитное отключение, понятия которых мы рассмотрим подробно. Защитное заземление. Защитным заземлением называют электрическое соединение с землей или ее преднамеренным эквивалентом металлических не токоведущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Защитное заземление применяется в электроустановках как основная техническая мера защиты. Электроустановки необходимо заземлять во всех случаях при переменном токе напряжением 380 В и выше и постоянном токе 440 В и выше. В помещениях с повышенной опасностью заземлению подлежат электроустановки с напряжением переменного тока 42 В и постоянного тока 110 В. Заземлению подлежат корпуса электрических машин, трансформаторов, металлические оболочки кабелей и проводов, стальные трубы электропроводки, металлические ограждения частей, находящихся под напряжением или которые могут оказаться под напряжением.
Заземление осуществляется при помощи устройства, состоящего из заземлителя и заземляющих проводников. Заземлителем называют металлический проводник или группу проводников, находящихся в соприкосновении с землей (подземная часть). Защитное заземление должно удовлетворять ряду требований, изложенных в ПУЭ и ГОСТ 12.1.030-81. Помещения вычислительных центров оборудуются контуром-шиной защитного заземления, который соединяется с заземлителем. Контур-шина представляет собой сетку из медного провода сечением 6 кв. мм. и укладываемую под всей площадью, занимаемой машиной. Размер ячеек сетки 1200 х 1000 кв. мм. Места пересечения проводов пропаиваются с применением безкислотного флюса. Все подлежащие заземлению объекты ВЦ присоединяют к контуру-шине отдельным заземляющим проводником.
Зануление - это средство заключается в преднамеренном электрическом соединении с нулевым защитным проводником металлических не токоведущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Зануление применяют в четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В. Защитный эффект зануления заключается в уменьшении длительности замыкания на корпус, а, следовательно, в уменьшении времени воздействия электрического тока на человека. Это достигается благодаря подключению металлических корпусов электроустановок к нулевому проводу, при таком соединении любое замыкание на корпус становится коротким однофазным замыканием, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита, которая селективно отключает поврежденный участок сети. Выравнивание потенциалов. Для снижения напряжений прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек, применяют выравнивание потенциалов путем устройства контурных заземлителей. В ВЦ функцию контура выравнивания потенциала выполняет заземляющая сетка.
Защитное отключение - вид защиты, при котором производится автоматическое отключение всех фаз аварийного участка сети за время, допустимое по условиям безопасности для человека. Защитное отключение должно удовлетворять следующим требованиям:
* быстродействие (Т откл.  0,2 с);
* надежность;
* высокая чувствительность;
* селективность (избирательность, т.е. отключение только аварийного участка);
* простота устройства.
Защитное отключение является единственной мерой защиты в передвижных электроустановках напряжением до 1000 В.
6.2 Требования к персоналу, обслуживающему ПЭВМ и устройство
При поступлении на работу, лица, обслуживающие средства вычислительной техники, должны пройти вводный инструктаж по технике безопасности. Лица, обслуживающие средства вычислительной техники и имеющие группы по технике безопасности со второй по пятую включительно, должны:
* не иметь увечий или болезней, мешающих производственной деятельности;
* знать правила техники безопасности при эксплуатации электроприборов с напряжениями до 1000 В;
* пройти обучение безопасным методам работы на рабочем месте под руководством опытного работника;
* пройти проверку знаний в квалификационной комиссии с присвоением соответствующей квалификационной группы;
* быть обучены приемам освобождения пострадавшего от электрического тока и правилам оказания первой помощи пострадавшим.
Лица, не достигшие 18 лет, не могут быть допущены к самостоятельной работе в действующих средствах вычислительной техники. К оперативному обслуживанию допускаются лица, знающие схемы и принципы функционирования блоков и узлов вычислительной техники, эксплуатационные инструкции, прошедшие обучение и проверку знаний.
6.3 Техника безопасности при обслуживании ПЭВМ и устройства
Меры безопасности при работе с устройством ЭА и ПЭВМ следующие:
* обслуживающий персонал обязан знать и строго выполнять порядок включения и выключения ПЭВМ и устройства ЭА;
* в местах вынужденного отключения напряжения необходимо вывешивать соответствующие плакаты;
* в помещениях, предназначенных для эксплуатации устройства должны быть предусмотрены противопожарные меры безопасности;
* перед снятием крышки корпуса необходимо отключить питание;
* поиск неисправностей разрешается производить во включенном состоянии с использованием исправных измерительных приборов, стандартных щупов, имеющих провод заземления;
* заменять неисправные элементы разрешается на специальном столе, отвечающем требованиям ТБ электромонтажных работ и оснащенном вытяжной вентиляцией;
* напряжение питания электроинструмента - 35 В, но допускается применение напряжения до 220 В при наличии надежного заземления.
При обслуживании устройства недопустимо:
* проверка на ощупь наличия напряжения и нагрева токопроводящих частей;
* установка или удаление каких-либо узлов при включенном питании;
* подключение (отключение) интерфейсного кабеля к устройству при включенном питании;
* производство пайки и замена радиоэлементов при включенном питании.
Устройство предназначено для работы в составе станочного оборудования при температуре окружающей среды от +10 до +45 при относительной влажности от 30 до 80 % во всем интервале рабочих температур.
6.4 Методы и средства обеспечения безопасности жизнедеятельности при работе с электроустановками
Безопасность производственного оборудования, производственных процессов, зданий и сооружений обеспечивают путем приведения их в соответствие с требованиями стандартов, норм и правил органов государственного надзора, соблюдение всех правил охраны труда.
Нормализацию санитарно-гигиенических условий труда обеспечивают устранением причин возникновения опасных и вредных производственных факторов на рабочих местах и применения эффективных средств коллективной защиты. Обеспечение средствами индивидуальной защиты осуществляют в соответствии с действующими нормами и установленным порядком их выдачи хранения и пользования. Режимы труда и отдыха предусматривают с учетом специфики труда всех работающих, в первую очередь обеспечивают оптимальные режимы работающих с повышенными физическими и нервно-эмоциональными нагрузками, в условиях монотонности и с воздействием опасных и вредных производственных факторов.
Лечебно-профилактическое обслуживание включает предварительные и периодические медицинские осмотры работающих, лечебно-профилактическое питание и проведение лечебно-профилактических мероприятий по предупреждению заболеваний работающих.
Санитарно-бытовое обслуживание предусматривает обеспечение работающих санитарно-бытовыми помещениями и устройствами и их функционированием, согласно действующим нормам и правилам.
Профессиональный отбор по отдельным специальностям предусматривает установление профессиональной (физиологической и психологической) пригодности работающих к безопасному выполнению работ.
Решение задач управления охраной труда осуществляют при взаимодействии всех структурных подразделений и служб предприятия. Обучение работающих безопасности труда является первейшей задачей управления охраной труда. Обучение проводят в соответствии с ГОСТ 12.0.004-79 "Организация обучения работающих безопасности труда. Общие положения". В соответствии с этим ГОСТом обучение работающих безопасности труда проводят на всех предприятиях независимо от характера и степени опасности производства при подготовке новых рабочих; повышении квалификации; проведении различных видов инструктажа.
При приеме на работу проводят вводный и первичный инструктаж на рабочем месте, обучение по охране труда при профессиональной подготовке новых работников и стажировку с последующей первичной проверкой знаний. В ходе работы проводят повторный, внеплановый и текущий инструктаж, обучение по охране труда при технической учебе и повышении квалификации, периодическую проверку знаний. Организацию обучения и проверки знаний возлагают на руководителя структурного подразделения. Контроль за соблюдением своевременности и качества обучения работающих по охране труда в подразделении осуществляет отдел охраны труда или специалист, на которого возложены эти обязанности приказом руководителя предприятия.
Для проведения обучения, инструктажей и проверки знаний на предприятиях используют кабинеты охраны труда, создаваемые в соответствии с "Типовым положением о кабинете охраны труда", вводный инструктаж проводят с целью ознакомления новых работников с общими положениями по технике безопасности и производственной санитарии, производственной обстановкой и правилами внутреннего трудового распорядка на предприятии. Вводный инструктаж проводит инженер по технике безопасности, главный инженер или специалист, на которого возложены вопросы обучения по охране труда.
Первичный инструктаж на рабочем месте проводят с целью ознакомления с конкретной производственной обстановкой и безопасными приемами труда на данном рабочем месте. Первичный инструктаж поводит непосредственный руководитель со всеми вновь принятыми.
Проверку знаний по безопасности труда проводят после окончания обучения и в дальнейшем ежегодно комиссией, назначенной приказом руководителя предприятия в составе мастера, инженера по технике безопасности и представителя профкома. В зависимости от сдающего экзамены контингента в состав комиссии могут быть включены, кроме указанных лиц, руководитель подразделения, начальник отдела технического обучения, главные специалисты предприятия по профилю работ. Результаты проверки знаний оформляют записью в журнале регистрации проверки знаний работников по безопасности труда, личной карточке и в удостоверении. Рабочих, показавших неудовлетворительные знания по безопасности труда, к самостоятельной работе не допускают.
После обучения и проверки знаний все рабочие в течение первых 2 - 5 смен проходят стажировку, т.е. выполняют работу под наблюдением мастера или бригадира, после чего оформляют допуск их к самостоятельной работе записью в личной карточке.
Повторный инструктаж руководитель работ проводит не реже одного раза в три месяца со всеми работниками с целью проверки и повышения уровня знаний правил и инструкций по охране труда.
Внеплановый инструктаж проводят при изменении условий и требований безопасности труда, технологического процесса, замене или модернизации оборудования и др.; нарушении работниками требований безопасности труда, которые могут привести или привели к травме, аварии, взрыву или пожару; перерывах в работе более 30 календарных дней. Внеплановый инструктаж, проводят мастера участков, цехов, а также специалисты предприятия индивидуально или с группой работников одной профессии в объеме первичного инструктажа с учетом имеющихся изменений в производственном процессе с показом в необходимых случаях безопасных правил и приемов работ.
Текущий инструктаж проводит руководитель работ перед началом работы с целью разъяснения мер безопасности при выполнении работ, на которые выдают наряд-допуск. Если в течение рабочего дня характер и условия труда изменяются несколько раз, то и текущий инструктаж проводят столько же раз. При технической учебе и повышении квалификации на производственно-технических курсах, курсах целевого назначения, школах по изучению передовых приемов и методов труда обучающиеся одновременно повышают свой уровень знаний по безопасности труда. Проведение всех видов инструктажей по охране труда регистрируется в специальных журналах.
Заключение
В результате выполнения выпускной квалификационной работы была проведена модернизация бегущей строки, устанавливаемой на кафедре ЭВС ВСГТУ. Все требования, изложенные в техническом задании, выполнены. Размерность светодиодной матрицы была увеличена с 80 до 112 столбцов. Введена поддержка стандартной клавиатуры PC/2, установлены дополнительные кнопки подстройки времени и даты, что позволяет управлять бегущей строкой без использования ПК. На корпусе информационного табло предусмотрен вход для подключения цифрового датчика температуры. Так же добавлен USB адаптер интерфейса RS-232 для соеденения с устройствами без COM -порта.Программное обеспечение контроллера доработано и стало более надежным, обеспечивает защиту от сбоев системы и зависаний. В качестве центральной микроЭВМ был и остается микроконтроллер фирмы ATMEL типа ATmega32L, программируемый по интерфейсу SPI. Его емкости памяти, периферии было достаточно для проведения модернизации устройства, значительного расширения функциональных возможностей. Измерение температуры производится датчиком типа DS18B20 фирмы DALLAS, имеющим цифровой последовательный интерфейс. Он подключается к панели через двух контактный разъем. Питание датчика и обмен данными с ним производятся по единому проводу. Была разработана программа обслуживания бегущей строки при помощи ПК, с интуитивным наглядным интерфейсом.
Анализ существующих табло показывает, что дальнейшее совершенствование устройства идет по пути значительного усложнения программного обеспечения, добавление новых функций, в то время как аппаратная база остается без изменений. В дальнейшем, выбрав более мощный микроконтроллер, можно добавить различные спецэффекты, увеличить емкость программируемой памяти, а главное - ввести режим работы по расписанию. Список использованных источников
1. www.yandex.ru
2. www.google.ru
3. www.atmel.ru
4. www.platan.ru
5. www.chipdip.ru
6. Александров К. К., Кузьмина Е. Г. Электротехнические чертежи и схемы - М.: "Энергоиздат", 1990. - 288 с.: ил. 7. Бирюков С. А. Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП - М.: "ДМК", 1999. - 240 с.: ил. 8. Брежнева К.М., Гантман Е.И., Давыдова Т.И. и др. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник; Под ред. Б.Л. Перельмана - М.; Радио и связь, 1981. - 656 с., ил.
9. М. Гук Аппаратные интерфейсы ПК /Энциклопедия. - СПб.: "Питер", 2003. - 528 с.: ил.
10. Петровский И. И., Прибыльский А. В., Троян А. А., Чувелев В. С.. Логические ИС КР1533, КР1554: Справочник. В двух частях. Часть 1, Часть 2. - М.:ТОО "Бином", 1993. - 496 с.: ил.
11. Романычева Э.Т, Иванова А.К. и другие, Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: Справочник - М.: "Радио и связь", 1989. - 448 с.: ил. 2-е издание переработанное и дополненное.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(Справочное)
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ AT90S8535
Отличительные особенности: * AVR RISK архитектура - архитектура высокой производительности и малого энергопотребления
* Расширенная RISC-архитектура:
o 118 команд, большинство которых выполняется за один машинный цикл
o 32 регистра общего назначения
o Полностью статическая работа
o Производительность до 8 MIPS (миллион команд в секунду) при частоте 8 МГц
* Энергонезависимая память программ и данных:
o 8 Кбайт Flash ПЗУ программ, с возможностью внутрисистемного перепрограммирования и загрузки через SPI последовательный канал; гарантировано 10000 циклов стирание/запись
o 512 байт ЭСППЗУ данных (электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство) с возможностью внутрисистемного перепрограммирования и загрузки через SPI последовательный канал, 1000 циклов стирание/запись
o Внутреннее ОЗУ объемом 512 байт
o Программируемая защита программного обеспечения
* Периферийное обеспечение
o Два 8-битных таймера/счетчика с раздельными предделителями и режимами сравнения
o Один 16-битный таймер/счетчик с отдельным предделителем, режимами захвата/сравнения
o Счетчик реального времени на отдельном резонаторе
o Четыре ШИМ-канала
o 8-канальный, 10-битный АЦП в режиме
* 8 одиночных каналов
* 7 дифференциальных канала (только для TQFP-корпуса)
* 2 дифференциальных канала с программируемым усилением в 1, 10 и 200 раз
o Байт-ориентированный двухпроводной интерфейс
o Программируемый универсальный синхронный/асинхронный последовательный интерфейс
o Программируемый SPI-интерфейс в режиме ведущего/ведомого
o Программируемый сторожевой таймер с отдельным генератором
o Встроенный аналоговый компаратор
* Особые функции микроконтроллера
o Сброс по включению питания и программируемый монитор питания
o Внутренний калиброванный RC-генератор
o Внешние и внутренние источники прерываний
o 6 режимов энергосбережения: пассивный (Idle), шумоподавление АЦП (ADC Noise Reduction), экономичный (Power-save), отключение (Power-down), ожидание (Standby) и расширенный режим ожидания (Extended Standby)
* Ввод/вывод и корпуса
o 32 программируемых линии ввода/вывода
o 40-выводной корпус PDIP и 44-выводной TQFP и 44-выводной MLF
* Напряжения питания
o 2,7 - 5,5В для AT90S8535L
o 4,5 - 5,5В для AT90S8535
* Рабочая частота
o 0 - 4 МГц для AT90S8535L
o 0 - 8 МГц для AT90S8535
Блок-схема микроконтроллера ATmega32L. Тоже надо переправить
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(Справочное)
Описание протокола 1-wire (r) DALLAS
Протокол 1-Wire имеет несколько разных уровней. Самый низкий уровень описывает, каким образом передаются отдельные биты. Протокол предусматривает двухсторонний обмен информации. При этом все операции на шине производятся исключительно под управлением Master устройства. Master может выполнять операции двух видов: записывать информацию в Slave устройство или считывать информацию из него. Информация передается побайтно, в последовательном виде, бит за битом, начиная с младшего бита. В любом из этих двух случаев, для передачи информации Master устройство вырабатывает на шине тактовые импульсы. Для этого оно периодически "подсаживает" шину при помощи выходного транзистора своего 1-wire интерфейса (см. рис. Б-1).
Рисунок Б-1 - Электрическая схема 1-wire интерфейса.
Полезная информация передается путем изменения длительности этих импульсов. Причем при записи информации длительностью импульсов управляет исключительно Master устройство.
В режиме чтения начинает формирование импульса Master устройство, но Slave устройство может продлевать длительность любого импульса, "подсаживая" в свою очередь сигнал на линии в нужный момент. На рис. Б-2 изображены две временные диаграммы. Рисунок Б-2 - Временные диаграммы записи и чтения "0" и "1".
Верхняя диаграмма иллюстрирует режим записи двух разных битов информации, а нижняя - режим чтения. Участки диаграммы, где линия "отпущена" и уровень сигнала на линии определяется лишь резистором RН, изображены на диаграмме при помощи тонких линий. Участки, где один из элементов сети "подсаживает" линию, изображены при помощи широких линий. Рассмотрим подробнее два режима работы сети. Запись бита. В исходном состоянии все Slave устройства, подключенные к шине, находятся в режиме ожидания. Линия "отпущена". То есть выходные транзисторы всех элементов шины закрыты, и напряжение на шине определяется резистором нагрузки RН. Для того, чтобы записать данные в одно из Slave устройств, Master начинает формировать отрицательные синхроимпульсы (верхняя диаграмма). На каждый передаваемый бит формируется один импульс. Для передачи каждого бита выделяется промежуток времени стандартной длительности. Этот промежуток получил название "слот". Если значение передаваемого бита равна 0, то Master вырабатывает длинный импульс. Его длина равна длительности слота. Для передачи единичного бита Master вырабатывает короткий импульс, который, по сути, является чистым синхроимпульсом. Оставшаяся часть слота должна быть заполнена единичным сигналом. Между двумя слотами обязательно должен быть небольшой промежуток, во время которого уровень сигнала на шине тоже равен единице. Slave устройство в этом режиме только принимает сигнал. Для этого оно постоянно находится в режиме ожидания. Обнаружив начало синхроимпульса, Slave устройство начинает процесс приема бита информации. Передний фронт этого импульса служит Slave устройству началом отсчета. Выдержав паузу, равную длительности синхроимпульса, Slave устройство считывает уровень сигнала на линии. Если в этот момент времени уровень сигнала на линии равен нулю, значит и передаваемый бит равен нулю. Если же сигнал будет равен единице, то и бит равен единице. Протокол шины 1-wire жестко определяет только длительность слота. Интервал между слотами имеет ограничение только на минимальное свое значение. Максимальное значение интервала между слотами не ограничено. Таким образом, может легко регулироваться скорость передачи данных от своего максимального значения (16,3 Кбит/сек) практически до нуля. Чтение бита. Процесс чтения бита (нижняя диаграмма) очень похож на процесс записи. ПРИЛОЖЕНИЕ В (Обязательно)
Датчик DS1820. Алгоритм распознавания адресов.
1
2
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
1 776
Размер файла
1 638 Кб
Теги
kvt, poyasnitelnaya, stroki, moya, zapiska, versia
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа