Цифровий музичний дзвоник

РЕФЕРАТ

 

 

ПЗ – 61с, 3 таблиці, 5 джерел, 20 рисунків

Об’єктом дослідження є схема «Гірлянда на мікроконтролері»

Мета роботи – розробити  принципову схему гірлянди на мікроконтролері

У курсовому проекті розглядається  схема гірлянди на мікроконтролері. В ході виконання курсового проекту  було розглянуто технічні дані системи, розроблені режими роботи даної схеми також було докладно розглянуто принцип побудови та роботи електрично – принципових схем плат.

В курсовому проекті докладно проаналізовано елементну базу, складено перелік  необхідних при виконанні  робіт елементів, проаналізовано їх, технічні характеристики.

 

 

СХЕМА  ГІРЛЯНДИ  НА МІКРОКОНТРОЛЕРІ , ПРИСТРІЙ, МІКРОКОНТРОЛЕР, МІКРОСХЕМИ, РОЗРОБКА, АНАЛІЗ, СХЕМА, ПЗУ, СВІТЛОДІОДИ

 

 

 

ЗМІСТ ПРОЕКТУ

 

 

Реферат

Зміст

Перелік умовних позначень,символів,одиниць,скорочення і термінів

Вступ

1 Аналіз вихідних даних

1.1Аналіз існуючої проблеми  та прийняття технічного рішення 

1.2Розробка та опис  функціональної схеми пристрою

1.3Аналіз елементної бази

1.4Пошук та аналіз інформації  в мережі Інтернет та інших  джерелах 

2 Розробка електричної  принципової схеми  пристрою  та опис її роботи 

3 Розробка керуючої програми 

4 Конструкція роботи пристрою 

5 Аналіз і налагодження  схеми пристрою з використанням  програми 

ELECTRONICS WORKBENCH

Висновки

Додатки

Перелік посилань

 

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ

 

 

АЛП	-  арифметико-логічний  пристрій
АЦП	- аналого-цифровий перетворювач
РКІ	- рідкокристалічний дисплей
МПС	- мікропроцесорна система
МК	- мікроконтролер
ОП	- операційний підсилювач
ПЗУ	-програмно-запам'ятовуючий  пристрій

 

 

ВСТУП

 

 

Мікроконтролер — мікросхема, призначена для управління електронними пристроями. Типовий мікроконтроллер поєднує в собі функції процесора і периферійних пристроїв, може містити ОЗУ і ПЗП. По суті, це однокристальний комп'ютер, здатний виконувати прості завдання. Використання однієї мікросхеми, замість цілого набору, як в разі звичайних процесорів, вживаних в персональних комп'ютерах, значно знижує розміри, енергоспоживання і вартість пристроїв, побудованих на базі мікроконтролерів. Сам по собі мікроконтролер нічого не вміє робити оскільки функції які він виконує не задаються при виробництві мікросхеми, а визначаються записаною в нього програмою. Тому для нього потрібно написати програму, виконуючи яку, він зможе управляти електронним пристроєм. Після того, як програма написана і відкомпілювана, її можна завантажити в пам'ять мікроконтролера за допомогою програматора. Після подачі живлення він відразу ж почне її виконання. 

Початком історії мікроконтролерів вважається 1971-й рік, коли інженери М. Кочерн і Г. Браун отримали перший патент на однокристальну МІКРО-ЕОМ, в  цьому пристрої вони вперше запропонували  на одному кристалі розмістити не лише сам процесор, але також і пам'ять, і пристрої введення і виводу. Тоді це було новинкою, сьогодні ж мікроконтролерами є велика частина вироблених в світі процесорів.  Вони використовуються в самих різних сферах, серед яких: інтерфейси вводу-виводу, аналого-цифрові і цифро-аналогові перетворювачі, різні цифрові порти, таймери, контроллери дисплеїв і клавіатур, радіочастотні приймачі і передавачі, широтно-імпульсні модулятори і так далі. Ви можете зустріти їх в різних технічних пристроях «Розумного будинку», в побутовій техніці (наприклад, в пральних машинах або мікрохвильових печах – них використовуються електронні системи для управління), в телефонах,  устаткуванні для охорони і безпеки, серед пристроїв заводського устаткування. 

Існує безліч типів мікроконтролерів, кожен з яких оптимально підходить для різних функцій. Вони можуть відрізнятися один від одного типом корпусу, архітектурою процесорного модуля, набором периферійних пристроїв, розміром або типом вбудованої пам'яті, а також по інших параметрах.

Програмування мікроконтролерів зазвичай здійснюється на мові асемблера  або Сі, хоча існують компілятори для інших мов, наприклад, Форта. Використовуються також вбудовані інтерпретатори Бейсика. Для відладки програм використовуються програмні симулятори (спеціальні програми для персональних комп'ютерів, що імітують роботу мікроконтроллера), внутрішньосхемні емулятори і інтерфейс JTAG.

Основною класифікаційною  ознакою мікроконтроллерів є  розрядність даних, що обробляються арифметико-логічним пристроєм. За цією ознакою вони поділяться на 4-, 8-, 16-, 32- і 64-розрядні. Сьогодні найбільша  частка світового ринку мікроконтроллерів належить восьмирозрядним пристроям. За ними слідують 16-розрядні і dsp-мікроконтроллери (DSP - Digital Signal Processor - цифровий сигнальний процесор), орієнтовані на використання в системах обробки сигналів. Усередині кожної групи мікроконтроллери діляться на CISC- і risc-прістрої. Найбільш багаточисельною групою є cisc-мікроконтроллері, але останніми роками серед нових чіпів намітилася явна тенденція зростання долі risc-архітектурі. Тактова частота, або, точніше, швидкість шини, визначає, скільки обчислень може бути виконане за одиницю часу. В основному продуктивність мікроконтроллера і споживана ним потужність збільшуються з підвищенням тактової частоти. Продуктивність мікроконтроллера вимірюють в MIPS (Million Instruсtions per Second - мільйон інструкцій в секунду).

 

1 АНАЛІЗ ВИХІДНИХ ДАНИХ

 

 

1.1Аналіз існуючої проблеми та прийняття технічного рішення

 

На сучасному етапі  широко розповсюдженими прикрасами приміщень є гірлянди. Гірлянда є  дуже цікавим та універсальним пристоєм, адже може використовуватись як в  приміщеннях, так і на вулиці.

  Особливістю схеми,  розглянутої та розробленої в  даному курсовому проекті є  те, що в результаті розробки, гірлянда матиме велику кількість  режимів роботи. Така можливість  буде досягнута завдяки мікроконтролера,  запрограмованого відповідним чином.  Світлодіодам надаватиметься відповідна  комбінація команд, що дасть змогу  спостерігати різноманітні світлові  ефекти.

  Аби зробити даний  пристрій цікавим та незвичним,  використовуватись будуть світло  діоди різного кольору. 

 

 

1.2Розробка та опис функціональної схеми пристрою

 

Напруга з мережі змінного струму 220В входить на трансформатор  SL1,де напруга трансформується у 9В постійного струму,та переходить на фільтр(випрямляє струм). З фільтру йде на три виходи:стабілізатор напруги(який перетворює напругу з 9В у 5В ,для живлення мікроконтролера),напруга на мікроконтролер яка буде давати різну частоту,завдяки якій буде на виході грати різні тона. Та вихід на конденсатор,завдяки якому пристрій може працювати деякий час без струму з мережі.

Мікроконтролер має один вихід на динамік SG1.

  SL1

220B

   Фільтр

 

Стабілізатор               

    IC2

 

      C5

    C2

конденсатор

 Мікроконтролер

               IC1

 

    Динамік

          SG1

 

 

 

Рисунок 1.1 Функціональна схема пристрою

Архітектурна схема пристрою

Мікроконтролери випускаються за технологією високощільної енергонезалежної пам'яті компанії Atmel. Вбудована флеш-пам'ять  підтримує можливість внутрішньо системного перепрограмування через послідовний  інтерфейс SPI, за допомогою звичайного програматора енергонезалежній пам'яті  або під управлінням програмного  коду, що виконується ядром AVR (Рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 Структурна схема мікроконтролера АTtiny15

 

 

Опис контактів

VCC

Контакт напруги живлення

GND

Заземлення

Port B (PB5..PB0)

Порт B є 6-розрядним портом введення-виводу. PВ4.. або контакти вводу-виводу, які можуть забезпечити внутрішнє  отримання-по-запиту-ups (вибраний для  кожного біта). PВ5 введений або  виведення opendrain. Використання контакту PВ5 визначений запобіжником і спеціальною функцією, пов'язаною з цим контактом, є  зовнішнім Скиданням.  Контакти порту  затверджені трімараном, коли умова  скидання стає активною, навіть якщо годинник не працює.  Порт B також розміщує аналогові контакти вводу-виводу. Порт B контакти з альтернативними функціями  показують в Таблиці  1.1

Таблиця 1.1 Port B Додаткових функцій

Port Pin	Додаткова Функція
PB0	MOSI (Data Input Line for Memory Downloading) AREF (ADC Voltage Reference) AIN0 (Analog Comparator Positive Input)
PB1	MISO (Data Output Line for Memory Downloading) OC1A (Timer/Counter PWM Output) AIN1 (Analog Comparator Negative Input)
PB2	SCK (Serial Clock Input for Serial Programming) INT0 (External Interrupt0 Input) ADC1 (ADC Input Channel 1) T0 (Timer/Counter0 External Counter Input)
PB3	ADC2 (ADC Input Channel 2)
PB4	ADC3 (ADC Input Channel 3)
PB5	RESET (External Reset Pin) ADC0 (ADC Input Channel 0)

Analog Pins (Аналогові контакти)

До чотирьох аналогових входів можуть бути вибрані як введення до аналого-цифрового перетворювача (ADC).

Internal Oscillators (Внутрішні осцилятори)

Внутрішній генератор  забезпечує тактову частоту номінально 1.6 Мгц для системного годинника (CK). Через великі початкові зміни (0.8 Мгц-1.6 Мгц) внутрішнього генератора, вбудована налаштовуюча властивість. Через 8-бітовий регістр команд, OSCCAL,  системна тактова частота може бути налагоджена менше ніж з 1%-ми кроками  номінального годинника.  Є внутрішній PLL, котрий забезпечує 16x тактова частота, замкнута до системного годинника (CK) для  використання Периферійного  Timer/counter1. Номінальна частота цього периферійного  годинника, PCK, складає 25.6 Мгц.

 

Архітектура ядра

Ядро мікроконтролерів AVR виконано за вдосконаленою RISC (enhanced RISC) архітектурою (Мал. 1.1), в якій використовується ряд задач, спрямованих на підвищення швидкодії мікроконтролерів. Арифметико-логічний пристрій (АЛП), що виконує усі обчислення, безпосередньо включено до 32 робочих регістрів, об'єднаний у регістровий файл. Завдяки цьому АЛУ виконує одну операцію (читання вмісту регістрів, виконання операції і запис результату назад у регістровий файл) за один машинний цикл. У мікроконтролерах AVR практично всі команди (за винятком команд, у яких одним з операндів є 16 розрядна адреса) займають одну клітинку пам'яті програм.

Рисунок 1.3 Архітектура ядра мікроконтроллера AVR

Мікроконтролери AVR побудовані на Гарвардській архітектурі, яка характеризується роздільної пам'яттю програм і даних, кожна з яких має власні шини доступу до них. Така організація дозволяє одночасно працювати як з пам'яттю програм, так і з пам'яттю даних. Поділ шин доступу (див. Рис. 1.1) дозволяє використовувати для кожного типу пам'яті шини даних різної розрядності, а також реалізувати конвеєризацию. Kонвеєрізація полягає в тому, що під час виконання поточної команди, проводиться вибірка з пам'яті і дешифрування коду наступної команди.

На відміну від RISC мікроконтролерів інших фірм, в мікроконтролерах AVR використовується 2 рівневий конвеєр, а тривалість машинного циклу складає всього один період коливань кварцового резонатора. У результаті вони можуть забезпечувати ту ж продуктивність, що і RISC мікроконтролери інших фірм, при більш низькій тактовій частоті.

Загальні відомості  мікроконтролера  сімейства Tiny

Мікроконтолери даного сімейства  призначені в першу чергу для  дешевих додатків і відповідно являються  найдешевшими із всіх мікроконтролерів AVR. Важливою особливістю цих мікроконтролерів є ефективне використання виводів кристалу, наприклад, у 8 виводному корпусі всі виводи (крім виводів живлення) можуть використовуватися в якості ліній вводу/виводу.

Перерахуємо коротко основні  особливості мікроконтролера сімейства Tiny:

• можливість обчислень з швидкістю до 1 MIPS / МГц;
• FLASH пам'ять програм обсягом від 1 до 2 Kбайт (число циклів стирання / запису не менш 1000);
• оперативна пам'ять даних (статичне ОЗУ (SRAM)) обсягом від 1 до 2 Кбайт;
• пам'ять даних на основі ЕСППЗУ (EEPROM) обсягом до 64 байт (число циклів стирання / запису не менше 100000);
• можливість захисту від зчитування і модифікації пам'яті програм і даних (в EEPROM);
• можливість програмування безпосередньо в системі через послідовний інтерфейс;
• різні способи синхронізації: вбудований генератор з внутрішнім обо зовнішнім часовизначальним RC – ланцюгом; вбудований генератор з зовнішнім резонатором (пьезокерамічний або кварцовий); зовнішній сигнал синхронізації;
• наявність двох або трьох режимів зниженого енергоспоживання;
• деякі моделі мікроконтролерів можуть працювати при зниженій напрузі до 1,8 В.