Модернизация информационного табло "Бегущая строка"

Проектирование аппаратно-программного комплекса, предназначенного для отображения текстовой информации в виде бегущей строки (о дате, времени, температуре воздуха). Выбор микроконтроллера, элементной базы. Разработка принципиальной схемы устройства.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 17.08.2013
Размер файла 1,9 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

(ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ)

Специальность 230101 «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

на тему Модернизация информационного табло «Бегущая строка»

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ6

РАЗДЕЛ 1. СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКИЙ9

1.1 Обзор источников информации9

1.2 Анализ процесса отображения информационного табло.17

1.3 Разработка функциональной схемы19

1.4 Разработка общего алгоритма вывода строки21

1.5 Выбор микроконтроллера

1.6 Анализ неисправностей устройства

1.7 Выводы

РАЗДЕЛ 2. ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ27

2.1 Выбор элементной базы 27

2.2 Разработка принципиальной схемы устройства38

2.3 Разработка алгоритма работы микроЭВМ 38

2.4 Разработка исходных текстов программ микро-ЭВМ46

2.5 Разработка программы для ПК47

2.6 Разработка печатной платы устройства53

2.7 Выводы 70

РАЗДЕЛ 3. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ 72

3.1 Технические данные об изделии 72

3.2 Функциональный состав 72

3.3 Описание принципиальной схемы 74

3.4 Описание работы устройства 77

3.5 Общие указания по эксплуатации78

3.6 Указания мер безопасности79

3.7 Подготовка изделия к работе79

3.8 Характерные неисправности и методы их устранения80

3.9 Техническое обслуживание 81

РАЗДЕЛ 4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ82

4.1 Расчет себестоимости аппаратных средств82

4.2 Расчет затрат на оплату труда сотрудника84

4.3 Расчет затрат на электроэнергию85

4.5 Расчет себестоимости разработки программного обеспечения87

РАЗДЕЛ 5. ЗАЩИТА И БЕЗОПАСНОСТЬ ИНФОРМАЦИИ93

РАЗДЕЛ 6. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ99

6.1 Способы защиты от поражения электрическим током99

6.2 Требования к персоналу, обслуживающему ПЭВМ и устройство101

6.3 Техника безопасности при обслуживании ПЭВМ и устройства101

6.4 Методы и средства обеспечения безопасности жизнедеятельности при работе с электроустановками 103

Заключение107

Список использованных источников109

ПРИЛОЖЕНИЕ А110

ПРИЛОЖЕНИЕ Б113

ПРИЛОЖЕНИЕ В 116

АННОТАЦИЯ

информационное табло строка программный

МОДЕРНИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ТАБЛО «БЕГУЩАЯ СТРОКА»

Дипломный проект. 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.

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 устройство бегущей строки, используемое на кафедре ЭВС ВСГУТУ. Разработанное выпускниками ВУЗа ранее, оно содержит в себе как положительные стороны, так и недостатки. Положенный в основу схемы модульный принцип построения дает возможность доработки устройства, расширения его функциональных возможностей, повышения качественных характеристик. В то же время, ширина существующего табло невелика, что уменьшает читаемость текста, его информативность. Настройка и программирование 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 табло

Описание

Цена, руб.

РБС-080-128x8b

Высота символа: 80 мм

Разрешение: 128x8 точек

Кол-во символов на экране: 16-21

Расстояние видимости: 30 м

Размеры: 1350x150x60 мм

18750

РБС-080-192x8b

Высота символа: 80 мм

Разрешение: 128x8 точек

Кол-во символов на экране: 24-32

Расстояние видимости: 30 м

Размеры: 2000x150x60 мм

25750

РБС-120-128x8b

Высота символа: 120 мм

Разрешение: 128x8 точек

Кол-во символов на экране: 16-21

Расстояние видимости: 50 м

Размеры: 2000x180x60 мм

20350

РБС-120-192x8b

Высота символа: 120 мм

Разрешение: 128x8 точек

Кол-во символов на экране: 24-32

Расстояние видимости: 50 м

Размеры: 3000x180x60 мм

28550

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.

Размещено на http://www.allbest.ru

Таблица 2 СТРОКИ ОФИСНЫЕ (цена для красного и зеленого цвета)

Габариты

Высота символа

Кол-во символов

Разрешение,

пикселей

Яркость

Расстояние

видимости

Цена

Примечание

725х140х75 мм

80 мм

8-10

64х8

1,5 Кд

до 30 м

14 970

1070х140х75 мм

80 мм

12-16

96х8

1,5 Кд

до 30 м

17 470

1100х190х75 мм

120 мм

8-10

64х8

1,5 Кд

до 50 м

16 165

1410х140х75 мм

80 мм

16-21

128х8

1,5 Кд

до 30 м

19 790

1625х190х75 мм

120 мм

12-16

96х8

1,5 Кд

до 50 м

18 050

1710х260х90 мм

200 мм

8-10

64х8

1,5 Кд

до 80 м

36 030

4 диода в пикселе

1755х140х75 мм

80 мм

20-26

160х8

1,5 Кд

до 30 м

23 560

2095х140х75 мм

80 мм

24-32

192х8

1,5 Кд

до 30 м

24 430

2150х190х75 мм

120 мм

16-21

128х8

1,5 Кд

до 50 м

22 110

2540х400х130 мм

300 мм

8-10

64х8

1,5 Кд

до 140 м

48 790

7 диодов в пикселе

2550х260х90 мм

200 мм

12-16

96х8

1,5 Кд

до 80 м

47 185

4 диода в пикселе

2700х220х90 мм

120 мм

20-26

160х8

1,5 Кд

до 50 м

26 460

3220х220х90 мм

120 мм

24-32

192х8

1,5 Кд

до 30 м

30 670

3380х270х90 мм

200 мм

16-21

128х8

1,5 Кд

до 80 м

62 100

4 диода в пикселе

Управление: 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

Размещено на http://www.allbest.ru

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®. 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® 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;

Размещено на http://www.allbest.ru

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.

Размещено на http://www.allbest.ru

Таблица 3 -- Микроконтроллеры семейства AVR.

AVR ®

FLASH (KB)

EEPROM (Bytes)

RAM (Bytes)

With 32 Register

Instructions

I/O pins

Interrupts

Ext Interrupts

SPI

UART

TWI

Hardware Multiplier

8-bit timer

16-bit timer

PWM

Watchdog Timer

RTC Timer

Analog Comp

10-bit A/D Channels

On Chip RC-Oscillator

Brown Out Detector

In System Programming

Self Program Memory

Vcc(V)

Clock Speed (MHz)

Packages

ATtiny11L

1

-

32

90

6

4

1(+5)

-

-

-

-

1

-

-

Y

-

Y

-

Y

-

Y

-

2.7-5.5

0-2

8-pin DIP, SOIC

ATtiny11

1

-

32

90

6

4

1(+5)

-

-

-

-

1

-

-

Y

-

Y

-

Y

-

Y

-

4.0-5.5

0-6

8-pin DIP, SOIC

ATtiny12V

1

64

32

90

6

5

1(+5)

-

-

-

-

1

-

-

Y

-

Y

-

Y

Y

Y

-

1.8-5.5

0-1

8-pin DIP, SOIC

ATtiny12L

1

64

32

90

6

5

1(+5)

-

-

-

-

1

-

-

Y

-

Y

-

Y

Y

Y

-

2.7-5.5

0-4

8-pin DIP, SOIC

ATtiny12

1

64

32

90

6

5

1(+5)

-

-

-

-

1

-

-

Y

-

Y

-

Y

Y

Y

-

4.0-5.5

0-8

8-pin DIP, SOIC

ATtiny15L

1

64

32

90

6

8

1(+5)

-

-

-

-

2

-

1

Y

-

Y

4

Y

Y

Y

-

2.7-5.5

1.6

8-pin DIP, SOIC

ATtiny26L

2

128

128+32

118

16

11

1(+8)

1

1

1

-

2

-

4

Y

-

Y

11

Y

Y

Y

-

2.7-5.5

0-8

20-pin DIP, SOIC

32-pin MLF

ATtiny26

2

128

128+32

118

16

11

1(+8)

1

1

1

-

2

-

4

Y

-

Y

11

Y

Y

Y

-

4.5-5.5

0-16

20-pin DIP, SOIC

32-pin MLF

ATtiny28V

2

-

32

90

20

5

1(+8)

-

-

-

-

1

-

-

Y

-

Y

-

Y

-

Y

-

1.8-5.5

0-1

28-pin DIP

32-pin TQFP, MLF

ATtiny28L

2

-

32

90

20

5

1(+8)

-

-

-

-

1

-

-

Y

-

Y

-

Y

-

Y

-

2.7-5.5

0-4

28-pin DIP

32-pin TQFP, MLF

AT90S1200

1

64

32

89

15

3

1

-

-

-

-

1

-

-

Y

-

Y

-

Y

-

Y

-

2.7-6.0

0-4

20-pin DIP, SOIC, SSOP

AT90S1200

1

64

32

89

15

3

1

-

-

-

-

1

-

-

Y

-

Y

-

Y

-

Y

-

4.0-6.0

0-12

20-pin DIP, SOIC, SSOP

AT90S2313

2

128

128+32

120

15

10

2

-

1

-

-

1

1

1

Y

-

Y

-

-

-

Y

-

2.7-6.0

0-4

20-pin DIP, SOIC

AT90S2313

2

128

128+32

120

15

10

2

-

1

-

-

1

1

1

Y

-

Y

-

-

-

Y

-

4.0-6.0

0-10

20-pin DIP, SOIC

AT90LS2323

2

128

128+32

120

3

2

1

-

-

-

-

1

-

-

Y

-

-

-

-

-

Y

-

2.7-6.0

0-4

8-pin DIP, SOIC

AT90S2323

2

128

128+32

120

3

2

1

-

-

-

-

1

-

-

Y

-

-

-

-

-

Y

-

4.0-6.0

0-10

8-pin DIP, SOIC

AT90LS2343

2

128

128+32

120

5

2

1

-

-

-

-

1

-

-

Y

-

-

-

Y

-

Y

-

2.7-6.0

0-1

8-pin DIP, SOIC

AT90LS2343

2

128

128+32

120

5

2

1

-

-

-

-

1

-

-

Y

-

-

-

Y

-

Y

-

2.7-6.0

0-4

8-pin DIP, SOIC

AT90S2343

2

128

128+32

120

5

2

1

-

-

-

-

1

-

-

Y

-

-

-

Y

-

Y

-

4.0-6.0

0-10

8-pin DIP, SOIC

AT90LS4433

4

256

128+32

120

20

14

2

1

1

-

-

1

1

1

Y

-

Y

6

-

Y

Y

-

2.7-6.0

0-4

28-pin DIP

32-pin TQFP

AT90S4433

4

256

128+32

120

20

14

2

1

1

-

-

1

1

1

Y

-

Y

6

-

Y

Y

-

4.0-6.0

0-8

28-pin DIP

32-pin TQFP

AT90S8515

8

512

512-32

130

32

12

2

1

1

-

-

1

1

2

Y

-

Y

-

-

-

Y

-

2.7-6.0

0-4

40-pin DIP

44-pin PLCC, TQFP

AT90S8515

8

512

512-32

130

32

12

2

1

1

-

-

1

1

2

Y

-

Y

-

-

-

Y

-

4.0-6.0

0-8

40-pin DIP

44-pin PLCC, TQFP

AT90LS8535

8

512

512-32

130

32

16

2

1

1

-

-

2

1

3

Y

Y

Y

8

-

-

Y

-

2.7-6.0

0-4

40-pin DIP

44-pin PLCC, TQFP

AT90S8535

8

512

512-32

130

32

16

2

1

1

-

-

2

1

3

Y

Y

Y

8

-

-

Y

-

4.0-6.0

0-8

40-pin DIP

44-pin PLCC, TQFP

ATmega8L

8

512

1K+32

130

23

18

2

1

1

1

Y

2

1

3

Y

Y

Y

4+2

Y

Y

Y

Y

2.7-5.5

0-8

28-pin DIP

6+2

32-pin MLF, TQFP

ATmega8

8

512

1K+32

130

23

18

2

1

1

1

Y

2

1

3

Y

Y

Y

4+2

Y

Y

Y

Y

4.5-5.5

0-16

28-pin DIP

6+2

32-pin MLF, TQFP

ATmega8535L

8

512

512-32

130

32

20

3

1

1

1

Y

2

1

4

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

2.7-5.5

0-8

40-pin DIP

44-pin TQFP, MLF

ATmega8535

8

512

512-32

130

32

20

3

1

1

1

Y

2

1

4

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

4.5-5.5

0-16

40-pin DIP

44-pin TQFP, MLF

ATmega8515L

8

512

512+32

130

35

16

3

1

1

1

Y

1

1

2

Y

-

Y

-

Y

Y

Y

Y

2.7-5.5

0-8

40-pin DIP

44-pin TQFP, MLG

ATmega8515

8

512

512+32

130

35

16

3

1

1

1

Y

1

1

2

Y

-

Y

-

Y

Y

Y

Y

4.5-5.5

0-16

40-pin DIP

44-pin TQFP, MLG

ATmega161L

16

512

1K+32

130

35

20

3

1

2

-

Y

2

1

4

Y

Y

Y

-

-

Y

Y

Y

2.7-5.5

0-4

40-pin DIP

44-pin TQFP

ATmega161

16

512

1K+32

130

35

20

3

1

2

-

Y

2

1

4

Y

Y

Y

-

-

Y

Y

Y

4.0-5.5

0-8

40-pin DIP

44-pin TQFP

ATmega162V

16

512

1K+32

130

35

20

3(+16)

1

2

1

Y

2

2

6

Y

Y

Y

-

Y

Y

Y

Y

1.8-3.6

0-1

40-pin DIP

44-pin TQFP, MLF

ATmega162L

16

512

1K+32

130

35

20

3(+16)

1

2

1

Y

2

2

6

Y

Y

Y

-

Y

Y

Y

Y

2.7-5.5

0-8

40-pin DIP

44-pin TQFP, MLF

ATmega162

16

512

1K+32

130

35

20

3(+16)

1

2

1

Y

2

2

6

Y

Y

Y

-

Y

Y

Y

Y

4.5-5.5

0-16

40-pin DIP

44-pin TQFP, MLF

ATmega163L

16

512

1K+32

130

32

17

2

1

1

1

Y

2

1

3

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

2.7-5.5

0-4

40-pin DIP

44-pin TQFP

ATmega163

16

512

1K+32

130

32

17

2

1

1

1

Y

2

1

3

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

4.0-5.5

0-8

40-pin DIP

44-pin TQFP

ATmega16L

16

512

1K+32

130

32

20

3

1

1

1

Y

2

1

4

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

2.7-5.5

0-8

40-pin DIP

44-pin TQFP, MLF

ATmega16

16

512

1K+32

130

32

20

3

1

1

1

Y

2

1

4

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

4.5-5.5

0-16

40-pin DIP

44-pin TQFP, MLF

ATmega323L

32

1K

2K+32

130

32

19

3

1

1

1

Y

2

1

4

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

2.7-5.5

0-4

40-pin DIP

44-pin TQFP

ATmega323

32

1K

2K+32

130

32

19

3

1

1

1

Y

2

1

4

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

4.0-5.5

0-8

40-pin DIP

44-pin TQFP

ATmega32L

32

1K

2K+32

130

32

20

3

1

1

1

Y

2

1

4

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

2.7-5.5

0-8

40-pin DIP

44-pin TQFP, MLF

ATmega32

32

1K

2K+32

130

32

20

3

1

1

1

Y

2

1

4

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

4.5-5.5

0-16

40-pin DIP

44-pin TQFP, MLF

ATmega64L

64

2K

4K+32

133

53

34

8

1

2

1

Y

2

2

6+2

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

2.7-5.5

0-8

64-pin TQFP, MLF

ATmega64

64

2K

4K+32

133

53

34

8

1

2

1

Y

2

2

6+2

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

4.5-5.5

0-16

64-pin TQFP, MLF

ATmega169V

16

512

1K+32

139

54

22

1(+16)

1

1

1

Y

2

1

4

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

1.8-3.6

0-1

64-pin TQFP, MLF

ATmega169L

16

512

1K+32

139

54

22

1(+16)

1

1

1

Y

2

1

4

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

2.7-3.6

0-4

64-pin TQFP, MLF

ATmega103L

128

4K

4K+32

121

48

16

8

1

1

-

-

2

1

4

Y

Y

Y

8

-

-

Y

-

2.7-3.6

0-4

64-pin TQFP

ATmega103

128

4K

4K+32

121

48

16

8

1

1

-

-

2

1

4

Y

Y

Y

8

-

-

Y

-

4.0-5.5

0-6

64-pin TQFP

ATmega128L

128

4K

4K+32

133

53

34

8

1

2

1

Y

2

2

6+2

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

2.7-5.5

0-8

64-pin TQFP, MLF

ATmega128

128

4K

4K+32

133

53

34

8

1

2

1

Y

2

2

6+2

Y

Y

Y

8

Y

Y

Y

Y

4.5-5.5

0-16

64-pin TQFP, MLF

Размещено на http://www.allbest.ru

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:

Должно быть минимально необходимое число линий;

Корпус типа DIP для монтажа на плату 3 класса точности;

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

Размещено на http://www.allbest.ru

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.


Подобные документы

  • Разработка алгоритма работы устройства, описание выбора элементной базы и работы принципиальной схемы. Текст программы, инициализация указателя стека, структура системы и ресурсов микроконтроллера. Запись кодов при программировании данного устройства.

    контрольная работа [18,4 K], добавлен 24.12.2010

  • Выбор программ CodeVisionAVR и Altium Designer для быстрой реализации бегущей строки на микроконтроллере с применением программного симулятора. Реализация передачи данных, отображение текста на экране LCD. Составление эксплуатационной документации.

    курсовая работа [723,5 K], добавлен 17.11.2014

  • Основания для выбора контроллера, который подключается по IDE-шине к устройству CD-ROM. Принцип действия устройства, описание структурной и принципиальной схемы. Выбор элементной базы. Алгоритм работы устройства, разработка программного обеспечения.

    курсовая работа [136,0 K], добавлен 23.12.2012

  • Алгоритм выполнения операций, необходимых для обработки информации. Расчет и составление временной диаграммы управляющих сигналов. Выбор элементной базы, необходимой для разработки принципиальной схемы. Обнаружение ошибок, допущенных при вводе информации.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 16.08.2012

  • Разработка алгоритма работы. Выбор и обоснование структурной схемы. Разработка функциональной схемы блока ввода и блока вывода. Проектирование принципиальной схемы блока ввода и блока вывода, расчет элементов. Разработка программного обеспечения.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 25.12.2011

  • Основные параметры устройства отображения информации. Обоснование выбора используемых ресурсов микроконтроллера и схемы включения. Разработка схемы алгоритма. Описание и отладка программы. Схема электрическая принципиальная и листинг трансляции программы.

    курсовая работа [121,3 K], добавлен 12.12.2014

  • Разработка структурной схемы устройства управления учебным роботом. Выбор двигателя, микроконтроллера, микросхемы, интерфейса связи и стабилизатора. Расчет схемы электрической принципиальной. Разработка сборочного чертежа устройства и алгоритма программы.

    курсовая работа [577,8 K], добавлен 24.06.2013

  • Функциональная схема объекта заданной структуры. Выбор алгоритма диагностирования. Построение принципиальной схемы дешифратора технического объекта. Выбор элементной базы и построение принципиальной схемы устройства автоматического поиска неисправностей.

    контрольная работа [196,9 K], добавлен 28.01.2017

  • Разработка структурной и функциональной схем устройства, в основе которой лежит аналого-цифровой преобразователь. Выбор и обоснование элементной базы для реализации устройства, разработка конструкции. Расчеты, подтверждающие работоспособность схемы.

    курсовая работа [656,0 K], добавлен 05.12.2012

  • Разработка функциональной и принципиальной схемы. Выбор управляющего контроллера. Описание МК PIC16F626, МК AVR, МК 51. Выбор элементной базы. Разработка управляющей программы. Описание алгоритма работы программы. Схема устройства, листинг программы.

    курсовая работа [492,9 K], добавлен 28.12.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.