Часы на микроконтроллере Atmega8

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1.1 Общие сведения о микропроцессорной системе

• 1.2 Архитектура микроконтроллера
• 2. Специальная часть
• 2.1 Принцип работы часов на микроконтроллере Atmega 8 (PIC16F84А)

2.2 Программирование микроконтроллера Atmega8

3. Понятие о надёжности системы

3.1 Понятия надёжности

3.2 Расчёт надёжности

Заключение

На сегодняшний день очень большое распространение получили электронные устройства, выполненные на микроконтроллерах. Их использую в телефонах, телевизорах, ПК, в подводных лодках, космических аппаратах т.д. Большая часть таких устройств выполняется на основе микроконтроллеров. Благодаря огромному количеству выполняемых микроконтроллерами функций, мы можем использовать их в своей деятельности.

Целью курсовой является изучение микроконтроллера ATMEGA 8 и получение следующих целей:

а) Спроектировать принципиальную схему часов на микроконтроллере Atmega 8;

б) Запрограммировать микроконтроллер Atmega 8;

в) Выполнить расчет транзистора;

г) Рассчитать надежность системы.

1 Общая часть

1.1 Основные сведения о микроконтроллере

Микропроцессор -- процессор (устройство, отвечающее за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде), реализованный в виде одной микросхемы или комплекта из нескольких специализированных микросхем (в отличие от реализации процессора в виде электрической схемы на элементной базе общего назначения или в виде программной модели). Первые микропроцессоры появились в 1970-х годах и применялись в электронных калькуляторах, в них использовалась двоично-десятичная арифметика 4-битных слов. Вскоре их стали встраивать и в другие устройства, например терминалы, принтеры и различную автоматику. Доступные 8-битные микропроцессоры с 16-битной адресацией позволили в середине 1970-х годов создать первые бытовые микрокомпьютеры.

Микроконтроллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) -- микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи.

Микроконтроллер ATMega8 (мега8, mega8) от компании AVR выбирают тысячи радиолюбителей и профессионалов по всему миру благодаря идеальному сочетанию цены, функциональности и простоте применения в проектируемых электронных устройствах. Для прошивки микроконтроллера ATMega8 не требуется сложного специализированного оборудования - программаторы для ATMega8 просты в устройстве и могут быть легко куплены в нашем магазине или изготовлены самостоятельно.

1.2 Архитектура микроконтроллера Atmega8

Только 33 простых команды;

- все команды выполняются за один цикл (200ns), кроме команд ??рехода- 2 цикла;

- рабочая частота 0 Гц... 20 МГц(200 нс цикл команды)

- 12- битовые команды;

- 8- битовые данные;

- 512... 2К х 12 программной памяти на кристалле EPROM;

- 25... 72 х 8 регистров общего использования;

- 7 с??циальных аппаратных регистров SFR;

- двухуровневый аппаратный стек;

- прямая, косвенная и относительная адресация данных и команд;

Периферия и Ввод/Вывод

- 12... 20 линий ввода-вывода с индивидуальной настройкой;

- 8 - битный таймер/счетчик RTCC с 8-битным программируемым предварительным делителем;

- автоматический сброс при включении;

- коммерческий: 2.5... 6.25 В

- промышленный: 2.5... 6.25 В

- автомобильный: 2.5... 6.0 В

- низкое потребление

2 Специальная часть

2.1 Принцип работы часов на микроконтроллере Atmega 8 (PIC16F84А)

- режим отображения минут и секунд. Если в этом режиме одновременно нажать на кнопку PLUS и MINUS, то произойдет обнуление секунд.

- установка минут текущего времени;

- установка часов текущего времени;

- символы ALAr. Переход к установке будильника;

- установка минут срабатывания будильника;

- установка часов срабатывания будильника;

- символы A_0n или A_0F активация будильника; Выбор кнопками PLUS/MINUS.

- символ o продолжительности звучания будильника; Пределы установки 1 ч 240 сек.

- основной режим часов;

Нажатие на SERVICE переводит индикатор по кругу из основного режима:

- величина ежесуточной коррекции точности хода часов. Символ c и значение коррекции. Пределы установки -25ч25 сек. Выбранная величина будет ежесуточно в 0 часов 0 минут и 30 секунд прибавлена/вычтена из текущего времени;

- символ t. Настройка продолжительности отображения часов;

- символ i. Время отображения символов индикации внутренней температуры (int);

- символ d. установка времени индикации температуры с внутреннего датчика;

- символ o. Время отображения символов индикации внешней температуры (out);

- символ u. установка времени индикации температуры с внешнего датчика;

- символ P. установка времени индикации рекламной заставки.

Пределы установки для времени отображения 0ч60 сек. Если установлен 0, данный параметр на индикатор не выводится. Если все параметры установить в 0 - на индикаторе будут часы.

2.2 Программирование микроконтроллера Atmega8

Для микроконтроллеров AVR существуют различные языки программирования, но, пожалуй, наиболее подходящими являются ассемблер и Си, поскольку в этих языках в наилучшей степени реализованы все необходимые возможности по управлению аппаратными средствами микроконтроллеров.

Для микроконтроллеров AVR существуют различные языки программирования, но, пожалуй, наиболее подходящими являются ассемблер и Си, поскольку в этих языках в наилучшей степени реализованы все необходимые возможности по управлению аппаратными средствами микроконтроллеров.

Ассемблер - это низкоуровневый язык программирования, использующий непосредственный набор инструкций микроконтроллера. Создание программы на этом языке требует хорошего знания системы команд программируемого чипа и достаточного времени на разработку программы. Ассемблер проигрывает Си в скорости и удобстве разработки программ, но имеет заметные преимущества в размере конечного исполняемого кода, а соответственно, и скорости его выполнения.

Си позволяет создавать программы с гораздо большим комфортом, предоставляя разработчику все преимущества языка высокого уровня.

Основные преимущества Си перед ассемблером: высокая скорость разработки программ; универсальность, не требующая досконального изучения архитектуры микроконтроллера; лучшая документируемость и читаемость алгоритма; наличие библиотек функций; поддержка вычислений с плавающей точкой.

Компиляторы

Чтобы преобразовать исходный текст программы в файл прошивки микроконтроллера, применяют компиляторы.

Так же существует программная среда Flowcode V4 for AVR в которой можно написать программу в виде блок схем а за тем перевести ее на язык СИ.

Программа FlowCode - это среда разработки программ для микроконтроллеров нескольких популярных видов PIC, AVR и ARM. В этом смысле есть программы, которые выглядят одинаково, но работают с выбранными типами микроконтроллеров, хотя есть возможность, например, программу, написанную для PIC-контроллера, импортировать в программу для работы с AVR- контроллерами и наоборот.

Как среда разработки программы, FlowCode в качестве основных компонентов предлагает наиболее употребительные языковые конструкции, которые можно найти, практически, в любом из языков высокого уровня: ветвление программы, цикл и т.п. Именно языковые конструкции и есть то, что следует искать в программе, из чего, кирпич к кирпичу, возводится здание программы. В отличие от других сред программирования, как MPLAB для PIC-контроллеров и AVRStudio для AVR, программа FlowCode в качестве основного языка программирования использует графический язык.

И как в объектно-ориентированном программировании, объекты FlowCode выполняют ряд операций и наделены набором свойств. Графическое программирование - отличительная черта и главное достоинство программы FlowCode. Достоинство программы FlowCode еще и в том, что в качестве промежуточных результатов она записывает программу на языках Си и ассемблере.

3. Понятие о надёжности системы

Теория надёжности -- наука, изучающая закономерности распределения отказов технических устройств, причины и модели их возникновения.

Теория надёжности изучает методы обеспечения стабильности работы объектов (изделий, устройств, систем и т.п.) в процессе проектирования, производства, приёмки, эксплуатации и хранения.

Устанавливает и изучает количественные показатели надёжности. Исследует связь между показателями эффективности и надёжности[4].

Надёжность -- свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Интуитивно надёжность объектов связывают с недопустимостью отказов в работе. Это есть понимание надёжности в «узком» смысле - свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Иначе говоря, надёжность объекта заключается в отсутствии непредвиденных недопустимых изменений его качества в процессе эксплуатации и хранения. Надёжность тесно связана с различными сторонами процесса эксплуатации. Надёжность в «широком» смысле -- комплексное свойство, которое в зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации может включать в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также определённое сочетание этих свойств.

Для количественной оценки надёжности используют так называемые единичные показатели надёжности (характеризуют только одно свойство надёжности) и комплексные показатели надёжности (характеризуют несколько свойств надёжности).

Безотказность -- свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Ремонтопригодность -- свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Долговечность -- свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность от начала эксплуатации до наступления предельного состояния, то есть такого состояния, когда объект изымается из эксплуатации.

Сохраняемость -- свойство объекта сохранять работоспособность в течение всего периода хранения и транспортировки.

Живучесть -- свойство объекта сохранять работоспособность при отказе отдельных функциональных узлов.

Отказ -- событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.

Сбой -- самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.

Наработка -- время или объём работы.

Ресурс -- наработка от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.

Срок службы -- календарная продолжительность от начала эксплуатации до наступления предельного состояния.

Качеством называется совокупность свойств определяющих пригодность использования системы по назначению.

Оценка качества содержит два момента:

а) Нельзя устанавливать единый обобщенный показатель качества;

б) Отсутствие методики установления требований показатель качеств на все случаи жизни.

Основными понятиями, связанными с надежностью являются:

a) Исправность - состояние изделия, при котором оно в данный момент времени соответствует всем требованиям, установленным как в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций, так и в отношении второстепенных параметров, характеризующих удобства эксплуатации, внешний вид и т. п.;

б) Неисправность - состояние изделия, при котором оно в данный момент времени не соответствует хотя бы одному из требований, характеризующих нормальное выполнение заданных функций;

в) Работоспособность - состояние изделия, при котором, при котором оно в данный момент времени соответствует всем требованиям, установленным в отношении основных параметров, характеризующих нормальное выполнение заданных функций;

г) Отказ - событие, заключающееся в полной или частичной утрате изделием его работоспособностям;

д) Полный отказ - отказ, до устранения которого использование изделия по назначению становится невозможным.

е) Частичный отказ - отказ до устранения которого остается возможность частичного использования изделия;

ж) Безотказность - свойство изделия непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого интервала времени;

з) Долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность (с возможными перерывами для технического обслуживания и ремонта) до разрушения или другого предельного состояния. Предельное состояние может устанавливаться по изменениям параметров, по условиям безопасности

и) Ремонтопригодность - свойство изделия, выражающееся в его приспособленности к проведению операций технического обслуживания и ремонта, т.е. к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов;

к) Сохраняемость - свойство изделия сохранять исправность и надежность в определенных условиях и транспортировки;

л) Восстанавливаемость - свойство изделия восстанавливать начальные значения параметров в результате устранения отказов и неисправностей, а также восстанавливать технический ресурс в результате проведения ремонтов;

м) Надежность (в широком смысле) - свойство изделия, обусловленное безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью самого изделия и его частей и обеспечивающее сохранение эксплуатационных показателей изделия в заданных условиях.

Показатели надежности являются:

a) Безопасность работы

(1)

(2)

в) Средняя наработка на отказ

(3)

г) Частота отказа

(4)

R - сопротивление резистора, Ом.

Рассчитываем резистор R1 по формуле 1 и 2, принимаем U=5(B); R1=2,2(кОм).

где n - количество элементов, шт.

Рассчитываем резистор R2 по формуле 1 и 2, принимаем U=5(B); R2=1(кОм).

Рассчитываем резисторы R3,4,5,6 по формуле 1 и 2, принимаем U=5(B); R3,4,5,6=10(кОм).

Вывод: исходя из данных, представленных на графике видно, что схема имеет время безотказной работы 40000 часов.

Во всём мире стали развиваться электронные устройства. Человек использует их в своей деятельности почти во всех сферах. Большая часть таких устройств выполняется на основе микроконтроллеров.

В настоящее время микропроцессоры развиваются в следующих направлениях:

- уменьшение габаритов;

- снижение удельного энергопотребления;

- расширениях диапазона питающих напряжений для продления батарейных систем;

- увеличении быстродействия до 16 млн. операций в секунду;

- реализация функций самопрограммирования;

- совершенствование и расширение количества периферийных модулей;

- снижение стоимости.

Микроконтроллеры используются в управлении различными устройствами и их отдельными блоками:

- в вычислительной технике: материнские платы, контроллеры дисководов жестких и гибких дисков, CD и DVD, калькуляторах;

- электронике и разнообразных устройствах бытовой техники, в которой используется электронные системы управления - в стиральных машинах, микроволновых печах, посудомоечных машинах, телефонах и современных приборах.

В то время как 8-разрядные процессоры общего назначения полностью вытеснены более производительными моделями, 8-разрядные микроконтроллеры продолжают широко использоваться. Это объясняется тем, что существует большое количество применений, в которых не требуется высокая производительность, но важна низкая стоимость.

Список литературы

1. А.В. Евстифеев. Микроконтроллеры AVR семейств Atmega фирмы ATMEL А.В - М.: 2008.

2. В.Н. Баранов Применение микроконтроллеров AVR схемы, алгоритмы, В.Н. Баранов - М.: 2004.

3. А.В. Кузин, М.А. Жаворонков. Электротехника и электроника - М.: 2005.

4. К.В. Чернышов. Методы определения показателей надежности технических систем - М.: 2003.

5. Багов, Форт - язык для микропроцессоров.

6. Андреев, А. Киселёв, Современные микропроцессоры.

Приложение A

Структурная схема микроконтроллера Atmega8

Размещено на Allbest.ru