Проектирование цифрового тахометра

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Челябинской области

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования

«Коркинский горно-строительный техникум»

Студентки Шураковой Анастасии Александровны

2014

Содержание

1. Общая часть

2. Специальная часть

2.1 Принцип работы цифрового тахометра

2.3 Проектирование цифрового тахометра электрической схемы

3. Технологический процесс

3.1 Проектирование технологического процесса

3.2 Составление маршрутной карты

3.3 Документы технологического процесса

Заключение

Приложения

Введение

Цифровые тахометры обладают высокой чувствительностью, малым собственным потреблением и большим входным импедансом, используются в широком диапазоне частоте оборотов. Цифровые тахометры могут обеспечивать более высокую точность измерения, частотах по сравнению с приборами других систем. Актуальность тахометров является их универсальность, распространенность, простота и лёгкость.

Для измерения оборотов в настоящее время широко применяются механические тахометры, но в последнее время с развитием технологии начинают широко применять цифровые тахометры, которые представляют собой сочетание электронного преобразователя, выполненного на полупроводниковых элементах, интегральных микросхемах, средствах отображениях и возможно, регистрации информации.

Цель курсового проекта - разработка радиоэлектронного устройства - цифрового тахометра, а также научиться использовать нормативно-техническую документацию при разработке изделия, ознакомиться с порядком построения, изложения и оформления конструкторской документации.

Задачи курсового проекта:

– Развитие и закрепление навыков самостоятельной работы при решении конкретной задачи;

– Разработка электронной принципиальной схемы цифрового тахометра;

– Формирование пакета документов технологической документации соответствующих требованиям государственных стандартов;

– Закрепление навыков в разработке технологического процесса;

– Изучение научно-технической литературы и ПО;

– Развитие творческой инициативы, самостоятельности, ответственности и организованности.

Необходимо выделить следующие методы, которые применены при выполнении КП:

– Изучение научной литературы;

– Анализ логики работы схемы;

– Составление пакета технологических документов;

– Выполнение работ в ПО DipTrace.

1. Общая часть

1.1 Общие сведения о проектировании цифровых устройств

Процесс проектирования и изготовления цифровых устройств традиционным способом, т.е. на основе стандартных интегральных схем комбинационных и последовательных типов малой и средней степени интеграции, является узкоспециализированным. Это означает, что специалисты, участвующие в процессе создания устройств цифровой техники, выполняют определенные индивидуальные функции в этом процессе. Сам процесс создания состоит из проектных стадий, стадий подготовки производства, отработки технологии. Аналогичной сложностью характеризуется и процесс создания цифровых устройств на основе специализированных интегральных схем высокой степени интеграции. Использование же ПЛИС позволяет существенно сократить объем этих стадий, фактически свести их только к этапам проектирования с помощью ЭВМ. Существенным преимуществом ПЛИС является их универсальность и возможность быстрого программирования под выполнение функций практически любого цифрового устройства. ПЛИС представляет собой полуфабрикат, на основе которого разработчик, обладающий персональным компьютером, несложными и относительно недорогими аппаратными средствами программирования и специальным программным обеспечением, называемым системой автоматизированного проектирования (САПР), имеет возможность проектирования цифрового устройства в рекордно короткие сроки. При этом весь цикл проектирования и программирования доступен всего одному человеку - проектировщику цифровых устройств на базе ПЛИС. Все современные САПР ПЛИС работают под управлением операционных систем Windows и используют все преимущества ее графического интерфейса.

Цифровой вариант тахометра имеет ряд отличий в сравнении с электронным аналогом, что является бесспорными его преимуществами:

– Наличие цифрового интерфейса;

– Возможность обмена полученными данными;

– Автоматическое управление всеми необходимыми процессами.

Тахометр используется: в автомобилях, грузовиках, самолётах. Тахометр, представленный в данной курсовой работе, предназначен для подсчета количества импульсов за одну секунду.

Цифровые тахометры состоят из:

– Оптрон, предназначенный чтобы диагностировать клапан холостого хода;

– АЦП 8 разрядов.

– Центральный процессор;

– ЖКИ панель;

– Датчик температуры жидкости;

– Микросхема сброса процессора.

Данные тахометры представляют собой электронное табло. На нем наблюдается информация об оборотах двигателя и вала. Такие тахометры особенно полезны при проведении регулировочных работ с электронными блоками зажигания.

Существует всего 2 вида тахометров: аналоговый и цифровой.

Цифровой тахометр для автомобиля представлен в виде электронного табло, на котором воспроизводится такая информация, как подсчет оборотов вала и мотора.

Но наиболее популярным является другой вид тахометра - аналоговый. Он иллюстрирует число оборотов мотора с помощью стрелки, перемещающейся по циферблату.

2. Специальная часть

Принцип работы цифрового тахометра основывается: приборы подсчитывают количество импульсов за необходимый период времени. И после этого данные цифры отображаются индикатором на аналоговом, а также электронном табло. В основном источником импульсов для прибора является система зажигания. Далее импульсы переходят из катушки зажигания и передаются на триггер.

После образуется постоянный ток и это регистрируется прибором. Работает тахометр постоянно в одинаковом режиме. Есть незначительные отличия во внешнем оформлении цифрового и аналогового тахометра.

Цифровой тахометр представлен в виде электронного табло, основная задача которого - обеспечить правильную работу двигателя, используя экономный режим. С помощью тахометра можно контролировать этот процесс.

Измеренные показатели преобразуются в определенные величины, такие как: минуты, часы, секунды.

2.2 Описание работы электрической схемы

Электрическая принципиальная схема тахометра представлена в приложении А.

Принцип работы основан на подсчете количества импульсов полученных от оптопары за одну секунду и пересчет их для отображения количества оборотов в минуту. Для этого использован внутренний счетчик Timer/Counter1 работающий в режиме подсчета импульсов поступающих на вход Т1 (вывод PD5 ножка 9 МК). Для обеспечения стабильности работы, включен режим программного подавления дребезга.

– Во первых - экономия места в памяти ATtiny2313 за счет уменьшения рабочего кода (т.к. процедура программного преобразования двоичного кода в семисегментный отсутствует в прошивке за ненадобностью).

– Во вторых: уменьшение нагрузки на выходы ATtiny2313, т.к. светодиоды «засвечивает» КР541ИД2 (при высвечивании цифры 8 максимальное потребление составит 20-30 мА (типичное для одного светодиода) * 7 = 140-210 мА что «много» для ATtini2313 с её полным паспортным максимальным (нагруженным) потреблением 200 мА).

– В третьих - уменьшено число «занятых» ног микроконтроллера, что дает нам возможность в будущем (при необходимости) модернизировать схему путём добавления новых возможностей.

Выводы «h» и «i» цифрового светодиодного индикатора отвечают за две точки по центру между цифрами, не подключены.

При необходимости внесения изменений в прошивку тахометра на плате предусмотрен разъем ISP. Для подключения программатора к устройству используются три линии интерфейса: SCK (тактовый сигнал), MOSI (вход данных) и MISO (выход данных), а также линия сброса - RST, плюс и минус питания ( GND).

Для защиты от пыли и грязи плата тахометра покрыта толстым слоем автомобильного лака.

2.3 Проектирование цифрового тахометра электрической схемы

ATtiny2313 - низкопотребляющий 8 битный микроконтроллер с AVR RISC архитектурой. Выполняя команды за один цикл, ATtiny2313 достигает производительности 1 MIPS при частоте задающего генератора 1 МГц, что позволяет разработчику оптимизировать отношение потребления к производительности.

AVR ядро объединяет богатую систему команд и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с арифметико-логическим устройством (АЛУ), что позволяет получить доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной команды. В результате эта архитектура позволяет обеспечить в десятки раз большую производительность, чем стандартная CISC архитектура.

ATtiny2313 имеет следующие характеристики: 2 КБ программируемой в системе Flash память программы, 128 байтную EEPROM память данных, 128 байтное SRAM (статическое ОЗУ), 18 линий ввода - вывода общего применения, 32 рабочих регистра общего назначения, однопроводный интерфейс для встроенного отладчика, два гибких таймера/счетчика со схемами сравнения, внутренние и внешние источники прерывания, последовательный программируемый USART, универсальный последовательный интерфейс с детектором стартового условия, программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором и три программно инициализируемых режима пониженного потребления. В режиме Idle останавливается ядро, но ОЗУ, таймеры/счетчики и система прерываний продолжают функционировать. В режиме Power-down регистры сохраняют свое значение, но генератор останавливается, блокируя все функции прибора до следующего прерывания или аппаратного сброса. В Standby режиме задающий генератор работает, в то время как остальная часть прибора бездействует. Это позволяет очень быстро запустить микропроцессор, сохраняя при этом в режиме бездействия мощность.

Прибор изготовлен по высокоплотной энергонезависимой технологии изготовления памяти компании Atmel. Встроенная ISP Flash позволяет перепрограммировать память программы в системе через последовательный SPI интерфейс или обычным программатором энергонезависимой памяти. Объединив в одном кристалле 8-битное RISC ядро с самопрограммирующейся в системе Flash памятью, ATtiny2313 стал мощным микроконтроллером, который дает большую гибкость разработчика микропроцессорных систем.

ATtiny2313 поддерживается различными программными средствами и интегрированными средствами разработки, такими как компиляторы C, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисхемные эмуляторы и ознакомительные наборы.

3. Технологический процесс

Технологические процессы должны предусматривать повышение качества продукции и производительности труда, снижение себестоимости и улучшение условий труда, расширение объема механизации и автоматизации производственного цикла изготовления или ремонта изделия, быть безопасными для исполнителей.

При проектировании технологических процессов и операций различают три вида технологических процессов --единичный, групповой и типовой.

Единичный технологический процесс изготовления или ремонта относится к изделиям одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства; типовой -- применяют при изготовлении группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками;

Групповой -- при изготовлении группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками.

Типовая технологическая операция, характеризуемая единством содержания и последовательности технологических переходов для группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками; групповая технологическая операция относится к совместному изготовлению группы изделий с разными конструкциями, но общими технологическими признаками. По степени детализации описания технологического процесса различают:

– Маршрутное, когда в маршрутной карте излагается сокращенное описание всех технологических операций;

– Операционное, когда в маршрутной карте даются только наименования операций, а их полное описание излагается в операционных картах и маршрутно-операционное, когда в маршрутной карте дается сокращенное описание одних операций, а подробное описание других-- в операционных картах.

– Для изложения технологических процессов в маршрутной карте используют способ заполнения, при котором информацию вносят построчно несколькими типами строк. Каждому типу строки соответствует свой служебный символ.

– Служебные символы условно выражают состав информации, размещаемой в графах данного типа строки формы документа, и предназначены для обработки содержащейся информации средствами механизации и автоматизации.

– Простановка служебных символов является обязательной и не зависит от применяемого метода проектирования документов.

– Примечание. Допускается не проставлять служебный символ на последующих строках, несущих ту же информацию, при описании одной и той же операции, на данном листе документа, для документов, заполняемых рукописным способом или с помощью печатающей машинки и не подлежащих обработке средствами механизации и автоматизации.

– В качестве обозначения служебных символов приняты буквы русского алфавита, проставляемые перед номером соответствующей строки, и выполняемые прописной буквой, например, М01, А12 и т.д. Служебные символы, применяемые на строках, в которых указаны наименования и обозначения граф, рекомендуется выполнять типографским способом.

– На строках, расположенных ниже граф, в которых указаны их наименования и обозначения, служебные символы проставляет разработчик документов с учетом выбранного им способа заполнения документов. При заполнении информации на строках, имеющих служебные символы А, Б, В, Г, Д, Е, К, Л, М, Н, следует руководствоваться правилами по заполнению соответствующих граф, расположенных на этих строках.

При заполнении информации на строках, имеющих служебный символ О, следует руководствоваться требованиями государственных стандартов ЕСТД седьмой классификационной группы, устанавливающих правила записи операций и переходов.

Запись информации следует выполнять в технологической последовательности по всей длине строки с возможностью, при необходимости, переноса информации на последующие строки.

При операционном описании технологического процесса на маршрутной карте номер перехода следует проставлять в начале строки.

При заполнении информации на строках, имеющих служебный символ Т, следует руководствоваться требованиями соответствующих классификаторов, государственных и отраслевых стандартов на кодирование (обозначение) и наименование технологической оснастки. Информацию по применяемой на операции технологической оснастке записывают в следующей последовательности:

– Приспособления;

– Вспомогательный инструмент;

– Режущий инструмент;

– Слесарно-монтажный инструмент;

– Специальный инструмент, применяемый при выполнении специфических технологических процессов (операций), например, при сварке, штамповке и т.п.;

– Средства измерения.

Запись следует выполнять по всей длине строки с возможностью, при необходимости, переноса информации на последующие строки. Разделение информации по каждому средству технологической оснастки следует выполнять через знак «;». Количество одновременно применяемых единиц технологической оснастки следует указывать после кода (обозначения) оснастки, заключая в скобки, например, АБВГ ХХХХХХ.ХХХ фреза дисковая.

Проектируемый технологический процесс оформляют соответствующей технологической документацией из числа стандартов ЕСТД. Комплектность, виды и формы технологических документов выбирает разработчик.

Полный состав технологических документов, правила и положения по порядку их разработки и оформления определяет Единая система технологической документации (ЕСТД).

К технологическим документам относятся графические и текстовые документы, которые в совокупности или в отдельности определяют технологический процесс изготовления или ремонта изделия и содержат необходимые данные для его организации.

Технологические документы подразделяют на документы общего назначения и документы специального назначения (на технологические процессы, специализированные по технологическим методам выполнения).

– Титульный лист (ТЛ),

– Карта эскизов (КЭ),

– Технологическая инструкция (ТИ).

– Маршрутная карта (МК) -- для маршрутного или маршрутно-операционного описания технологического процесса или указания полного состава технологических операций при операционном описании изготовления или ремонта изделия (составных частей изделия), включая контроль и перемещения по всем операциям различных технологических методов в технологической последовательности с указанием данных об оборудовании, технологической оснастке, материальных нормативах и трудовых затратах;

– Карта технологического процесса (КТП)--для операционного описания технологического процесса изготовления или ремонта изделия (составных частей изделия) в технологической последовательности по всем операциям одного вида формообразования, обработки, сборки или ремонта с указанием переходов, технологических режимов и данных о средствах технологического оснащения, материальных и трудовых затратах;

– Карта типового (группового) технологического процесса (КТТП). Применяется вместе с ведомостью деталей (сборочных единиц) к типовому (групповому) технологическому процессу (ВТП);

– Карта технологического процесса ремонта (КТПР) -- для разработки технологического процесса ремонта изделия, сборочной единицы и детали по операциям с привязкой к имеющимся дефектам;

– Операционная карта (ОК) --для описания технологической операции с указанием последовательного выполнения переходов, данных о средствах технологического оснащения, режимах и трудовых затратах.

Применяется при разработке единичных технологических процессов:

– Карта типовой (групповой) технологической операции (КТО) применяется вместе с ведомостью деталей (сборочных единиц) к типовой (групповой) технологической операции (ВТО);

– Комплектовочная карта (КК) -- для указания данных о деталях, сборочных единицах и материалах, входящих в комплект изделия;

– Технико-нормировочная карта (ТНК) -- для разработки расчетных данных к технологической операции по нормам времени (выработки);

– Ведомость технологических маршрутов (ВТМ) -- для указания технологического маршрута изготовления или ремонта изделия по подразделениям предприятия; Ведомости оснастки (ВО); оборудования (ВОБ) и материалов (ВМ);

– Операционная карта технического контроля (ОКТК) -- для описания технологической операции технического контроля;

– Ведомость операций технического контроля (ВОП) -- перечень и описание всех операций технического контроля, выполняемых на одном производственном участке в технологической последовательности с указанием данных об оборудовании и оснастке и требований к контролируемым параметрам;

– Паспорт технологический (ПТ) -- для указания содержания выполняемых при изготовлении (ремонте) операций, а также для указания исполнителей и контролирующих лиц;

– Ведомость технологических документов (ВТД) -- для указания полного состава документов, необходимых для изготовления или ремонта изделий.

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

Данный курсовой проект показывает важность умение и знания в проектировании цифровых устройств, а также необходимость знать процесс конструирования, который немало важен. На примере проектирования цифрового тахометра на базе микроконтроллера ATtiny 2313, разбирая его особенности и основные компоненты, были проработаны стадии проектирования.

Прикладные программы Компас и DipTrace, помогли произвести анализ технического состояния тахометра, а также произвести проектирование и проверку печатной платы, на работоспособность. В компасе была построена электрическая принципиальная схема цифрового тахометра, которая дает четкое понимание о работе установки, так как на таких схемах показывают все электрические цепи. На этой схеме так же условными обозначениями изображаются все электрические элементы, аппараты и устройства с учетом реальной последовательности их работы. Так же в курсовой работе затрагивается сама конструкция тахометра, которая позволяет построить сборочный чертеж.

Прикладная программа, которая использовалась еще в курсовой работе, а именно DipTrace, она является многофункциональной САПР по разработке электронных печатных плат и схемотехнической документации для проектов, помогает нам более обширно понять технологические процессы печатных плат, при построении.

В итоге был произведен сборочный чертеж, электрической принципиальной схемы и печатной платы заданного устройства, выбраны и обоснованы критерии подбора цифровых устройств. Спроектированный прибор удовлетворяет всем требованиям, который содержится в данной курсовой работе.

Поставленные задачи курсовой работы были полностью выполнены, теоретические знания помогли найти решения в стандартных ситуациях, и были закреплены на практике. Исходя из достигнутых задач, можно сделать вывод, что цель курсовой работы была достигнута.

1 В. Амосов Схемотехника и средства проектирования цифровых устройств - М.:2007;

2 Е.П. Угрюмов Цифровая Схемотехника - М.:2000;

3 Г.И. Пухальский, Т.Я. Новосельцева Проектирование вых устройств - М.:1996;

4 Дж. Ф. Уэйкерли Проектирование цифровых устройств, том 1 и 2 - М.:2002;

5 В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах - М.:1990;

6 Й. Янсен Курс цифровой электроники. Проектирование устройств на цифровых ИС - М.:1987;

7 В. Ю. Зотов Проектирование цифровых устройств на основе ПЛИС фирмы XILINX в САПР WebPACK ISE - М.:2003;

8 В.Д. Разевиг Система проектирования цифровых устройств OrCAD - М.:2000;

9 И.П. Норенкова Системы автоматизированного проектирования - М.: 1986;

10 Б. Широков Цифровой тахометр - М.:1983;

13 Л.И. Селевцов Автоматизация технологических процессов - М.: 2014;

14 А.В. Евстифеев Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Меда фирмы ATMEL А.В - М.: 2008;

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

16 Б.М. Каган, В.В. Сташин Основы проектирования микропроцессорных систем автоматики - М.: 1987;

17 А.Е. СабунинAltium Designer. Новые решения в проектировании электронных устройств - М.: 2009;

18 А.В. Белов Конструирование устройств на микроконтроллерах - М.: 2005;

19 ГОСТ 3.1118-82 - создание маршрутной карты;

20 ГОСТ 2.105-95 - Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам / Автор: Царева Н.А..

Размещено на http://www.allbest.ru/