Цифровий дозиметр з трьома режимами вимірювання і світлозвуковою реалізації випромінювання

Port C (PC5…PC0) - Пор C є 7-розрядний двонаправлений порт вводу/виводу з внутрішніми резисторами натягнення. Вихідні буфери порту С можуть поглинати струм до 20мА. Якщо виводи PС5…PС0 використовуються як входи і ззовні встановлюються в низький стан.

Port D (PD7…PD0) – Порт D є 8-розрядний двонаправлений порт вводу виводу з внутрішніми резисторами натягнення. Вихідні буфери порту B можуть поглинати струм до 20мА. Якщо виводи PD0..PD7 використовуються як входи і ззовні встановлюються в низький стан, вони є джерелами струму, якщо включені внутрішні підтягаючі резистори.

RESET - вхід  скидання. Утримання на вході  низького рівня протягом двох  машинних циклів (якщо працює  тактовий генератор), скидає пристій.

Мікроконтролери сімейства AVR є пристроями синхронного типу. Дії, які виконуються в мікроконтролері, прив'язані до імпульсів тактового сигналу.

Як генератор тактового сигналу (GCK) використовуються:

1. внутрішній генератор із зовнішнім кварцовим чи керамічним резонатором (XTAL).
2. внутрішній RC-генератор (ІRC).

3. внутрішній генератор із зовнішнім RC-колом (ERC).
4. зовнішній генератор (ЕХТ).

У мікроконтролерів, які мають внутрішній генератор із зовнішнім резонатором. XTAL1 і XTAL2 є входом і виходом інвертуючого підсилювача, на якому можна зібрати генератор тактових імпульсів. Можна

використовувати як кварцові, так і керамічні резонатори. Якщо сигнал генератора необхідно використовувати для управління зовнішніми пристроями, сигнал з виводу XTAL2 знімається через одиночний буфер. При подачі зовнішнього тактового сигналу вивід XTAL2 залишається непідключеним, а XTAL1 підключається до виходу зовнішнього генератора.

Процесор (CPU) формує адреса чергової команди, вибирає команду з пам'яті й організовує її виконання.

До складу процесора крім лічильника команд (PC), арифметико-логічного пристрою (ALU) і блоку регістрів загального призначення (GPR) входять:

 

1. регістр стану мікроконтролера SREG;
2. регістр-показник стека SP чи SPL і SPH.

Високопродуктивно AVR ALU з'єднано безпосередньо з усіма 32 швидкодіючими регістрами загального призначення. За один тактовий цикл ALU виконує операцію між регістрами цього реєстрового файлу.

 

 

2 РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

 

2.1 Розробка алгоритму роботи

 

Цифровий дозиметр з трьома режимами вимірювання і світлозвуковою реалізації випромінювання працює наступним чином:

За допомогою одновібратора зібраного на DD1 перетворюються імпульси з датчика в імпульс потрібний за часом і амплітуди для контролера DD2. Перемичка J1 (за умовчанням не стоїть), вмикає другий датчик і служить для збільшення чутливості приладу але при цьому слід виконати коректування. Перемичка J1 (за умовчанням стоїть) включає акустичний випромінювач.

Перемикання режимів виконується кнопками «<» «>» (SB2/SB3). Вмикання/вимикання режимів кнопками «V» «X» (SB1/SB4). Спочатку вибраний режим одиничного виміру, натискуємо SB1 виконується виміри за час 1хв, після чого результат заноситься в буфер для подальшого запису значення і перегляду попереднього виміру. Для вмикання режиму безперервного виміру

необхідно перейти в меню «режим 1-тест/2-цикл» натиснути «X»-режим 2, «V»-режим 1. Для збереження результату вибираємо меню «Зона1 або зона2» натискуємо «V» Запис з буфера, натискуємо «X» прочитуємо з комірки пам’яті. Для вмикання підсвічування вибираємо меню «Підсвічування вкл/викл»- «X»-викл, «V»-вкл. Регулювання рівня тривожної сигналізації виконується в меню «Тривога/Рівень», кнопками «X»--1, «V»-+1 змінюємо рівень і записуємо в пам'ять.

 Рівень змінюється в одиницях ПРФ, При збігу вибраного рівня з рівнем вимірюваним включається тривожний звуковий сигнал і на екрані висвічується «Внимание высокий уровень радиации!».

 У сплячому режимі виконується вимірювання із зниженим енергоспоживанням, блокинг генератор працює в імпульсному режимі, відключається підсвічування, на екрані через кожні 10сек виводиться

«сканування», в цьому режимі не записуються ніякі значення, лише реагує на перевищення рівня радіації, звуковим сигналом. Світлодіод HL1 і резонатор HA1 сигналізує про попадання радіоактивної частки на датчик. Граф-схема алгоритму функціонування пристрою приведена на додатку Б.

 

2.2 Організація пам’яті та розподіл адресного простору

 

Регістровий файл зі швидким доступом містить 32 x 8-розрядних робочих регістрів загального призначення з однотактовим циклом доступу. Завдяки цьому досягнута однотактність роботи АЛП. При звичайній роботі в АЛП спочатку з регістрового файлу завантажується два операнда, потім виконується операція, а після результат відправляється назад у регістровий файл і все це відбувається за один машинний цикл. Шість регістрів з 32 можуть використовуватися як три 16-розрядних регістра непрямої адреси для ефективної адресації в межах пам'яті даних. Один з цих покажчиків адреси може також використовуватися як покажчик адреси для доступу до таблиці перетворення у флеш-пам'яті програм. Дані 16 - разр. регістри називаються X - регістр, Y - регістр і Z - регістр.

АЛП підтримує арифметичні і логічні операції між регістрами, а також між константою і регістром. Крім того, АЛП підтримує дії з одним регістром. Після виконання арифметичної операції регістр статусу (прапорів) обновлюється для відображення результату виконання операції. Прапори цього регістра в більшості випадків дозволяють відмовитися від використання інструкцій порівняння, роблячи код програми більш компактним і швидким. Крім того, архітектурою МК підтримуються операції множення зі знаком і без знака і дробовим форматом. Кожна арифметико-логічна операція встановлює прапори в регістрі прапора (рисунок 2.1).

I - прапор  дозволу переривання; T - прапор-охоронець біта - встановлюється і аналізується лише спецінструкціями; H - прапор додаткового перенесення з 3-го розряду в 4-й; S - прапор знаку результату; V - прапор переповнювання; N - прапор негативного результату операції; Z - прапор нуля; C - прапор перенесення.

Рисунок 2.1 – Регістр прапора контролера

 

Підтримується апаратний стек у внутрішньою статичною пам'яттю.

Структура регістрового файлу показана на рисунку 2.2.

 

Рисунок 2.2 – Структура регістрового файлу AVR

 

Як видно, 6 старших регістрів утворюють регістрові пари - індексні регістри. Ядро процесора за допомогою цих регістрів допускають автоінкрементну, автодекрементну адресацію і адресацію з малим зсувом.

Для розгалуження програми підтримуються інструкції умовних і безумовних переходів і викликів процедур, що дозволяють безпосередньо адресуватися в межах адресного простору. Більшість інструкцій являють собою одне 16-розрядне слово. Кожна адреса пам'яті програм містить 16- або 32-розрядну інструкцію. Пам'ять програм розділена на два сектори: сектор програми початкового завантаження і сектор прикладної програми. Обидва сектори мають роздільні біти захисту від запису і читання/запису.

Оскільки всі AVR-інструкції є 16 або 32-розрядними, флеш-пам'ять організована як 1 кбайт х 16. Програмний лічильник РС у МК є 16-розрядним, тому дозволяє адресувати до 64 кбайт пам'яті програм.

Flash-пам'ять програм.

ATmega8 містить 8 кб пам’яті для завантаження програм. Команда контроллера займає 16 або 32 біта, тому флеш-память програм організована у вигляді масиву 4К 16-ти бітових слів. Флеш-память розділена на дві секції - область додатків і область завантаження (що знаходиться в старших адресах). Флеш-память витримує до 10.000 циклів перезапису.

EEPROM пам'ять  даних

ATmega8 містить постійний запам'ятовуючий пристрій для збереження даних, виконаний за технологією EEPROM, який містить 512 байт і забезпечує 100000 циклів стирання/запис.

Статичний ОЗП даних

Оперативний запам'ятовуючий пристрій статичного типу для збереження даних (SRAM), який містить 1 Кбайт вбудованої пам’яті.

Доступ до статичного ОЗП даних може бути легко здійснений через 5 різних режимів адресації архітектури AVR і виконується за два машинних цикли.

При генерації переривання і виклику підпрограм адреса повернення з програмного лічильника записується в стек. Стек ефективно розподілений у статичному ОЗП пам'яті даних і, отже, розмір стека обмежений загальним розміром статичного ОЗП і використовуваним його обсягом. У будь-якій програмі відразу після скидання повинна бути виконана ініціалізація покажчика стека (SP) (тобто перед виконанням процедур обробки преривань або викликом підпрограм). Покажчик стека - SP - доступний для читання і запису у просторі введення - виведення. На рисунку 2.3 показано організацію пам’яті в мікроконтролері AT mega8.

Простір пам'яті введення - виведення містить 32 адреси з безпосередньою адресацією або може адресуватися як пам'ять даних.

 

Рисунок 2.3 – Структура пам’яті

 

2.3 Розробка програми

 

Функціонування дозиметра керуються програмно за допомогою мікроконтролера. Програма написана на мові програмування С++.

Текст програми пристрою має вигляд:

 

//------------------- підготовка--------------------//

//------------------- включення директив препроцесора ---------------------//

#include <istream.h>

#include <mega8.h>

#include <delay.h>

//-------------------- встановлення портів-----------------//

#define key1 PIND.0

#define key2 PIND.1

#define key3 PIND.2

#define key4 PIND.3

#define pulse PIND.4

#define beep PORTC.3 //--- визначення імпульсів від датчика---//

#define light PORTC.2

#define sound PORTC.1

eeprom unsigned int zone1;

eeprom unsigned int zone2;

unsigned int k=0;

int sec=0;

int rf=0;

int j=0;

int i=1; //кнопки < >

int m_buffer=0;

int memory=1; // виділення пам’яті для зони 1

int memory1=2; // виділення пам’яті для зони 2

int warn=400; // стандартний рівень радіації

bit ok=0; // так

bit x=0; // ні

bit a1=0;

bit a2=0;

 

bit a3=0;

bit a4=0;

char lcd_buffer[80]; // буфер рівня LCD!

//-------------------------- Переривання для таймера ------------------//

interrupt [TIM1_COMPA] void timer1_comp_isr(void)

{

sec++;

}

/*

void wait (void){

TCNT1=0;

while (TCNT1<780){};

}

*/

//---------------- Буквено-цифрові функції Модуля  LCD----------------//

#asm

 .equ __lcd_port=0x18 ;PORTB

#endasm

#include <lcd.h> // Оголосіть свої глобальні змінні тут

//----------------------Звуковий  сигнал --------------------//

void my_beep(void) { // ключовий звуковий сигнал

 beep = 0;

 delay_ms(30);

 beep = 1;} // Короткий звуковий сигнал

//----------------- Довгий звуковий сигнал ---------------------//

void long_beep(void) { // Ключовий звуковий сигнал

 beep = 0;

 delay_ms(55);

 beep = 1;

 

 delay_ms(30);

 beep = 0;

 delay_ms(30);

 beep = 1;}

//------------------------ Ключі функцій -----------------------//

void my_keys(void){

if(!key1){ok=1;}else{delay_ms(10); ok=0;}

if(!key2){x=1;}else{delay_ms(10); x=0;}

if(i<8){if(!key4){i++; my_beep(); lcd_clear(); delay_ms(680); }}

if(i>1){if(!key3){i--; my_beep(); lcd_clear(); delay_ms(680); }}

}

//---------------------------- Головна програма ----------------------------//

void main(void)

{

PORTB=0x00;

DDRB=0x00;

PORTC=0x7F;

DDRC=0x7F;

PORTC.2=0;

PORTC.4=0;

PORTC.5=0;

PORTD=0xFF;

DDRD=0x00;

ACSR=0x80;

SFIOR=0x00;

//----------------------------- Для таймера ----------------------------//

OCR1A=4000; // Для кварца

TCCR1B=0x0D;

TIMSK=0x10;

 

lcd_init(16);

my_beep(); // Початок

delay_ms(100);

my_beep();

while (1) {

my_keys();

 switch (i) {

case 1: // Запуск меню

my_keys();

lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf(“Menu _rogram”);

lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf(“Enter key~ “);

delay_ms(1);

if(sec>=60){#asm(“cli”); m_buffer=k; } //anti kosac

break; //STOP1

case 2: // Тест датчика