USB осциллограф на микроконтроллере ATTINY45
Общие сведения о микропроцессорных системах. Архитектура микроконтроллера Attiny 45-20. Принцип работы осциллографа - измерительного прибора для наблюдения зависимости между двумя или несколькими быстро меняющимися величинами, его электрическая схема.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 18.05.2014 |
Размер файла | 289,4 K |
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
Введение
На сегодняшний день огромное развитие получили электронные устройства. Человек использует их в своей деятельности почти во всех сферах(ПЕРЕЧИРСЛИТЬ). Большая часть таких устройств выполняется на основе микроконтроллеров.
Цель курсовой работы «USB осциллограф на микроконтроллере ATTINY45»заключается:
- Спроектировать электрическую-принципиальную схему «USB осциллографа» с использованием микроконтроллера;
- Выполнить расчёт электрической цепи светодиода(VD1);
- Выполнить программирование микроконтроллера ATTINY45;
- Рассчитать надежность системы.
1. Общая часть
1.1 Общие сведения о микропроцессорных системах
Микропроцессорная система представляет собой функционально законченное изделие, состоящее из одного или нескольких устройств, главным образом из микропроцессора и/или микроконтроллера.
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).
Микроконтроллер - компьютер на одной микросхеме. Предназначен для управления различными электронными устройствами и осуществления взаимодействия между ними в соответствии с заложенной в микроконтроллер программой. В отличие от микропроцессоров, используемых в персональных компьютерах, микроконтроллеры содержат встроенные дополнительные устройства.
1.2 Архитектура микроконтроллера Attiny 45-20
Attiny45-20PU - это экономичный восьми разрядный CMOS микроконтроллер, выполненный по усовершенствованной RISC-архитектуре. Возможность исполнения инструкций за один аппаратный цикл позволяет микроконтроллерам Attiny45-20PU достигать показателей производительности в один миллион операций в секунду с тактовой частотой в 1MHz. Подобная производительность позволяет разработчикам оптимизировать быстродействие и потребляемую мощность. Ядро AVR позволяет комбинировать широкий набор инструкций и 32 регистра общего назначения, подключенными непосредственно к АЛУ устройству. Использование арифметико-логического устройства позволяет получать доступ к нескольким регистрам одновременно и выполнять инструкцию за один машинный цикл. RISC-архитектура обладает прекрасной производительностью, которая превышает производительность традиционных CISC-микроконтроллеров более чем в десять раз.
Основные характеристики микроконтроллера Attiny 45-20
- Тактовая частота: 0 - 20 МГц (при 4,5 - 5,5 В)
- Объём Flash-памяти: 4 кб
- Объём SRAM-памяти: 256 байт
- Объём EEPROM-памяти: 256 байт
- Напряжение питания: 2,7 - 5,5 В
- Потребляемый ток в режиме работы: 0,4 мА (1 МГц, 2,7 )
- Потребляемый ток в режиме сна: 0,1 мкА (1 МГц, 2,7 В)
- Количество таймеров/счётчиков: 2 восьмибитных
- Общее количество портов: 6
- Количество ШИМ (PWM) выходов: 4
- Количество каналов АЦП (аналоговые входы): 4
- Аппаратнаякоммуникация: 1 USI (Universal Serial Interface)
2. Специальная часть
2.1 Осциллограф
Осциллограф - измерительный прибор для наблюдения зависимости между двумя или несколькими быстро меняющимися величинами (электрическими или преобразованными в электрические). Наиболее распространены электронно-лучевые осциллографы, в которых электрические сигналы, пропорциональные изменению исследуемых величин, поступают на отклоняющие пластины осциллографической трубки; на экране трубки наблюдают или фотографируют графическое изображение зависимости.
Микроконтроллеры AVR фирмы ATMEL, появившись на рынке интегральных микросхем в 1996 г., сразу же привлекли к себе внимание разработчиков электронной аппаратуры. Удачное сочетание RISC-архитектуры ядра, обеспечивающей высокую производительность, с широким набором команд, Flash-памятью для программ быстро продвинуло микроконтроллеры AVR занимает главные позиции на рынке.
На смену микроконтроллерам первых семейств Tiny и Classic пришло новое поколение микроконтроллеров Mega. Сохранив программную совместимость, микроконтроллеры Mega обрели новые возможности: пониженные напряжения питания до 2.7в и энергопотребление, повышенное быстродействие до 16Мгц, и объем Flash-памяти до 128Кбайт.
AVR - самая обширная производственная линии среди других флэш-микроконтроллеров корпорации Atmel. Atmel представила первый 8-разрядный флэш-микроконтроллер в 1993 году и с тех пор непрерывно совершенствует технологию. Прогресс данной технологии наблюдался в снижении удельного энергопотребления (мА/МГц), расширения диапазона питающих напряжений (до 1.8 В) для продления ресурса батарейных систем, увеличении быстродействия до 16 млн. операций в секунду, встраиванием эмуляции в реальном масштабе времени, реализации функции самопрограммирования, совершенствовании и расширении количества периферийных модулей, встраивании специализированных устройств (радиочастотный передатчик, USB-контроллер, драйвер ЖКИ, и т.д)
Я выбрал микроконтроллер на базе Attiny 45-20, так как он обладает высокой производительностью, увеличенным быстродействием до 16 млн. операций в секунду, низким энергопотреблением в режиме ожидания и уменьшенным шумом выключения, а так же он способен работать до 10.000 тысяч часов в режиме: записи/стирания.
В основе схемы стоит микроконтроллер ATTINY45-20P.Осциллограф имеет два аналоговых входа и питается от USB-интерфейса. Один вход задействован через потенциометр, что позволяет уменьшать уровень входного сигнала.
2.2 Принцип работы осциллографа
Микропроцессор используется как обрабатывающее и управляющее устройство, выполненное с использованием технологии БИС (часто на одном кристалле) и обладающее способностью выполнять под программным управлением обработку информации, включая ввод и вывод информации, арифметические и логические операции и принятие решений.
Микроконтроллер - это микро-ЭВМ с небольшими вычислительными ресурсами, обедненной периферией и упрощенной системой команд ориентированная не на производство вычислений, а на выполнение процедур логического управления различным оборудованием. Контроллеры часто применяют в качестве встраиваемых в различные станки, машины, технологические процессы.
Простейшая структурная схема осциллографа (рис. 1) состоит из трех элементов: усилителя вертикально отклоняющего напряжения Ux, генератора развертки G и ЭЛТ. Формирование осциллограммы осуществляется следующим образом: Исследуемое напряжение (его мгновенное значение во времени) Ux через усилитель подают на вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ. Под действием этого напряжения электронный луч отклоняется по оси ординат на Y = kSY ·t), где: k - коэффициент усиления усилителя; SY - чувствительность трубки по оси ординат.
осциллограф микроконтроллер схема измерительный
2.3 Электрическая принципиальная схема
Рисунок 1 - Блок схема ATTINY 45-20p
3. Специальная часть
3.1 Принцип работы схемы
Осциллограф - измерительный прибор для наблюдения зависимости между двумя или несколькими быстро меняющимися величинами (электрическими или преобразованными в электрические). Наиболее распространены электронно-лучевые осциллографы, в которых электрические сигналы, пропорциональные изменению исследуемых величин, поступают на отклоняющие пластины осциллографической трубки; на экране трубки наблюдают или фотографируют графическое изображение зависимости.
Микроконтроллеры AVR фирмы ATMEL, появившись на рынке интегральных микросхем в 1996 г., сразу же привлекли к себе внимание разработчиков электронной аппаратуры. Удачное сочетание RISC-архитектуры ядра, обеспечивающей высокую производительность, с широким набором команд, Flash-памятью для программ быстро продвинуло микроконтроллеры AVR занимает главные позиции на рынке.
На смену микроконтроллерам первых семейств Tiny и Classic пришло новое поколение микроконтроллеров Mega. Сохранив программную совместимость, микроконтроллеры Mega обрели новые возможности: пониженные напряжения питания до 2.7в и энергопотребление, повышенное быстродействие до 16Мгц, и объем Flash-памяти до 128Кбайт.
AVR - самая обширная производственная линии среди других флэш-микроконтроллеров корпорации Atmel. Atmel представила первый 8-разрядный флэш-микроконтроллер в 1993 году и с тех пор непрерывно совершенствует технологию. Прогресс данной технологии наблюдался в снижении удельного энергопотребления (мА/МГц), расширения диапазона питающих напряжений (до 1.8 В) для продления ресурса батарейных систем, увеличении быстродействия до 16 млн. операций в секунду, встраиванием эмуляции в реальном масштабе времени, реализации функции самопрограммирования, совершенствовании и расширении количества периферийных модулей, встраивании специализированных устройств (радиочастотный передатчик, USB-контроллер, драйвер ЖКИ, и т.д)
Я выбрал микроконтроллер на базе Attiny 45-20, так как он обладает высокой производительностью, увеличенным быстродействием до 16 млн. операций в секунду, низким энергопотреблением в режиме ожидания и уменьшенным шумом выключения, а так же он способен работать до 10.000 тысяч часов в режиме: записи/стирания.
В основе схемы стоит микроконтроллер ATTINY45-20P.Осциллограф имеет два аналоговых входа и питается от USB-интерфейса. Один вход задействован через потенциометр, что позволяет уменьшать уровень входного сигнала
.
3.2 Расчет цепи
Рассчитываем диод VD1;
Согласно закону Ома сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорционально сопротивлению проводника.
Где U- напряжение, I -сила тока. Справочное значение: U =25,5 В
I = 0.4 мА (максимальное значение) Расчетное значение сопротивления получаем
Диоды под эту схему подходят любые.
4. Понятие о надежности системы
4.1 Основные понятия надежности
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.
Основныеопределения:
- Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки
- Отказ - событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности.
- Сбой - самоустраняющийся отказ или однократный отказ, устраняемый незначительным вмешательством оператора.
Показатели надежности являются:
- Безопасность работы
(1)
- Средние время безотказной работы
(2)
- Средняя наработка на отказ
(3)
- Частота отказа
(4)
4.2 Расчет надежности «Простого USB осциллографа»
Рассчитываем коэффициент нагрузок КHR для резисторов по формуле, где КHR- коэффициент нагрузки резистора
КHR=PR / Pдоп(5)
PR- рабочая мощность резистора, Вт;
Pдоп- допустимая мощность резистора, Вт;
Мощность резистора определяется по формуле
PR=U2 / R (6)
где U- напряжение на резисторе, В;
R- сопротивление резистора, Ом;
Рассчитываем резистор R1 по формуле: U=5(B); R1=1,5(кОм);
PR1=52/1500=25/1500=0,016 (Bm)
КHR1=0,016/0,125=0,128
принимаем КH=0,2
б=0,2
принимаем альфа из таблице
л0 =0,4
принимаем лямбду по таблице
лi=0,2*0,4=0,08
лс=0,08*3=0,24
Рассчитываем резисторы R2 и R3 по формуле: U=5(B); R2,3=1(кОм);
PR2,3=52/1000=25/1000=0,025 (Bm)
КHR2,3=0,025/0,125=0,2
принимаем КH=0,2
б=0,2
принимаем альфа из таблице
л0 =0,4
принимаем лямбду по таблице
лi=0,2*0,4=0,08
лс=0,08*3=0,24
Рассчитываем коэффициент нагрузок Кнс для конденсаторов по формуле, где Кнс- коэффициент нагрузки конденсатора
Кнс=Uc /Uдоп(7)
Uc- напряжение на конденсаторе, В;
Uдоп- допустимое рабочее напряжение конденсатора, В;
Рассчитываем конденсатор С1 по формуле: Uc=5(В); Uдоп=25(В);
Кнс1=5/25=0,2
принимаемКн=0,5
б=0,09
принимаем альфа по таблице
л 0=2
принимаем лямбду по таблице
лi=0,09*2=0,18
лс=0,18*2=0,54
Рассчитываем конденсатор С2,3 по формуле: Uc=5(В); Uдоп=50(В);
Кнс2,3=5/50=0,1
принимаемКн=0,3
б=0,06
принимаем альфа по таблице
л 0=2
принимаем лямбду по таблице
лi=0,06*2=0,12
лс=0,12*1=0,12
Рассчитываем коэффициент нагрузок Кнд для стабилитронов по формуле
Кнд=I/Imax(8)
где I- фактически выпрямленный ток, мА;
Imax- максимально допустимый выпрямленный ток, мА
Для стабилитрона VD1, VD2: Imax=252(мА); I=69(мА)
Кнд=69/252=0,27
принимаемКн=0,25
б=0,45
принимаем альфа по таблице
л 0=5
принимаем лямбду по таблице
лi=0,45*5=2,25
лс=2,25*4=9
Расчет микроконтроллера производим по формуле
лобщ=л0*Кн*Кор*К1*К2*n(9)
л 0=0,01
Кор=10
Кн=0,5
К1=К2=1
n=1
гдеКн - коэффициент нагрузки;
Кор - коэффициент интенсивности отказа;
К1 - коэффициент механических нагрузок;
К2 - коэффициент механического напряжения
N - Количество микроконтроллеров.
лобщ=0,01*0,5*10*1*1*1=0,05
Рассчитываем места спаек:
лc= л0*n(10)
Берем значение л0 по таблице:
л0=0,004
Считаем количество паек на схеме: n=34
лc=0,004*34=0,13
Заключение
В заключении описаны достоинства и недостатки микроконтроллеров Attiny.
Основным достоинством таких микроконтроллеров является простота в их использовании, программировании, установке и др. Также благодаря малому количеству компонентов в микроконтроллерах, используемых при построении приборов, их размеры уменьшаются, а надежность увеличивается.
Приложение А
(справочное)
Архитектура микроконтроллера Attiny
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Общие сведения о микропроцессорной системе. Понятия о надежности системы. Принцип работы осциллографа. Расчёт электрической цепи светодиода. Проектирование USB осциллографа на основе микроконтроллера ATTINY45-20. Расчет надежности USB осциллографа.
курсовая работа [463,7 K], добавлен 08.04.2014Общие сведенья о микропроцессорных системах. Архитектура микроконтроллера PIC 16F628A. Особенности последовательного программирования. Подключение программатора при внутрисхемном программировании одного микроконтроллера. Расчет электрической цепи R9VD1.
курсовая работа [501,3 K], добавлен 10.04.2014Классификация и структурная схема универсального электронного аналогового осциллографа. Виды разверток осциллографа. Методы измерения параметров сигналов. Калибровка осциллографа, рекомендации по выбору полосы пропускания канала вертикального отклонения.
контрольная работа [260,0 K], добавлен 20.09.2015Разработка системы на основе микроконтроллера для обработки изображения, принимаемого от прибора с зарядовой связью (ПЗС). Принцип работы ПЗС. Схема электрическая принципиальная. Программы для захвата сигналов от ПЗС на микроконтроллер и их обработки.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 22.09.2012Общие сведения о микроконтроллерах, их сфера применения. Построение электрической принципиальной схемы светодиодного табло на микроконтроллере PIC16C84. Расчет цепи схемы, программирование микроконтроллера. Особенности расчета надежности системы.
реферат [255,1 K], добавлен 25.03.2014Особенности микроконтроллера ATTINY семейства AVR. Описание ресурсов микроконтроллера ATTINY12: описание процессора, порты ввода/вывода, периферийные устройства, архитектура ядра. Разработка устройства со световыми эффектами на базе микроконтроллера.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 24.06.2013Структурно-функциональная схема осциллографа. Определение и обоснование номенклатуры метрологических характеристик, подлежащих поверке. Эталонные и вспомогательные средства поверки, внешний осмотр. Разработка методики поверки, оформление ее результатов.
курсовая работа [935,6 K], добавлен 31.10.2014Рассмотрение технических характеристик современных осциллографов. Описание принципов работы малогабаритного двулучевого осциллографа и вычисление потребляемой мощности. Разработка принципиальной схемы устройства исследования сигнала в формате Splan.
курсовая работа [501,3 K], добавлен 04.05.2014Особенности проектирования микропроцессорного устройства "Цифровой осциллограф". Выбор микроконтроллера, описание периферийных устройств. Разработка принципиальной схемы устройства и программы для микроконтроллера, осуществляющей все функции устройства.
курсовая работа [923,5 K], добавлен 24.12.2012Техника безопасности и охраны труда на предприятии. Общие сведения о диспетчерском радиолокаторе, его технические характеристики, принцип работы и структура. Устройство и принцип работы прибора передатчик-приемник, электрические параметры ячейки Д2ХК251.
отчет по практике [994,3 K], добавлен 21.12.2010