Автор: Пользователь скрыл имя, 04 Декабря 2012 в 18:37, курсовая работа
Целью курсового проектирования является приобретение практических навыков по проектированию простейших микроконтроллерных (на основе микроконтроллеров) устройств и направлено на достижение следующих основных целей:
- закрепление навыков по выбору и реализации системного ин-терфейса, а также способам обеспечения программной доступности типовых внешних элементов - аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, датчиков, органов управления и индикации и т.д.;
- демонстрация практических способностей по программирова-нию микропроцессорных устройств на уровне Ассемблера и машинных кодов;
- получение навыков по организации процесса проектирования, поиску и анализу соответствующей научно-технической литературы.
Введение 5
1. Анализ технического задания 6
2. Обоснование выбранного программного обеспечения, необходимого для выполнения курсовой работы 8
3. Практическая часть 10
3.1. Разработка алгоритма выполнения программы 10
3.2.Разработка актуальной модели на основе алгоритма 11
3.3. Разработка программы по схеме алгоритма 11
3.4. Разработка инструкции пользования устройством 11
3.5. Разработка схемы электрической принципиальной 12
3.6. Разработка печатной платы и расчёт её параметров 12
Заключение 14
Список используемой литературы 15
Приложения:
А. Алгоритм программы 17
Б. Листинг программы. 25
В Перечень элементов 38
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Анализ технического задания
2. Обоснование выбранного программного
обеспечения, необходимого для выполнения
курсовой работы
3. Практическая часть
3.1. Разработка алгоритма выполнения программы 10
3.2.Разработка актуальной
3.3. Разработка
программы по схеме алгоритма
3.4. Разработка инструкции
3.5. Разработка схемы
3.6. Разработка печатной платы и расчёт
её параметров
Заключение
Список используемой литературы
Приложения:
А. Алгоритм программы
Б. Листинг программы.
В Перечень элементов
Целью курсового проектирования является приобретение практических навыков по проектированию простейших микроконтроллерных (на основе микроконтроллеров) устройств и направлено на достижение следующих основных целей:
В данной курсовой работе надо будет разработать программу ёлочной гирлянды, а также печатную платы для схемной реализации данного устройства.
Моему варианту соответствует задание:
Написать программу ёлочной гирлянды работающей в пяти различных режимах :
- последовательно мигают все светодиоды;
- последовательное мигание пар 1-3, 2-4;
- мигание всех светодиодов
- непрерывное горение всех
- работа всех режимов
Выбор режима работы выбирается пользователем. Спроектировать плату для данного устройства и собрать готовое изделие.
На основании требований к микроконтроллеру, основными из которых являются быстродействие, стоимость, потребляемая мощность, сложность алгоритмов обработки, необходимое количество выводов, производится первоначальный выбор микроконтроллера.
Если требования по быстродействию устройства невелики, и сложность алгоритма обработки информации так же не велика. то предпочтение может быть отдано однокристальному микроконтроллеру, например PIC18F2220.
По своим функциональным возможностям и количеству выводов данный микроконтроллер полностью подходит для проектируемого устройства.
В связи с тем, что микроконтроллер PIC18F2220 не обладает энергонезависимой памятью, он не может сохранять данные о точке окончания программы во время отключения питания. Соответственно, данный пункт задания не может быть выполнен потому, так как происходит сброс программы при отключении питания микроконтроллера.
Проектирование будет
- разработка алгоритма
- написание программного кода по составленному алгоритму
- проектирование типовой модели
- разработка электрической принципиальной схемы
-разработка печатной платы для данного прибора
Перед написанием программного кода необходимо составить алгоритм выполнения данной программы, учитывая все нюансы, связанные с требованиями, указанными в задании.
Одним из основных этапов является составление программного кода и типовой модели устройства .
Проектирование
типовой модели гирлянды необходимо
для проверки правильности работы кода
и устранения неточностей, и ошибок,
а также для наглядной
Вторым важным этапом является разработка принципиальной электрической схемы, подбор компонентов, необходимых для реализации данной схемы.
Следующим этапом будет разработка печатной платы, расчёт ширины проводящих дорожек.
И заключительным этапом является сборка схемы и проверка работоспособности.
На данный момент в мире существует более двух с половиной тысяч языков программирования. Каждый год их число увеличивается. Некоторыми языками умеет пользоваться только небольшое число их собственных разработчиков, другие становятся известны миллионам людей. Одними из самых популярных языков являются Ассемблер и С++.
На данный момент язык программирования C++ набирает очень большой темп, и нет столь простого и многофункционального языка, как С++. В нем собраны все достоинства разных языков. Быстродействие выполнения приближается к языку Ассемблера, но появление мусорного кода при трансляции и компиляции сильно его снижает. Устранение этого недостатка практически невозможно даже при современном уровне развития компиляторов Си под Ассемблер.
Достоинства Ассемблера:
- Язык Ассемблера позволяет писать самый быстрый и компактный код, какой вообще возможен для данного микроконтроллера.
- Обеспечение максимального использования специфических возможностей конкретной платформы, что также позволяет создавать более эффективные программы, в том числе менее ресурсоёмкие.
- При программировании на языке ассемблера возможен непосредственный доступ к аппаратуре, и, в частности, портам ввода-вывода, регистрам процессора и др.
- Минимальное количество избыточного кода, то есть использование меньшего количества команд и обращений в память, позволяет увеличить скорость и уменьшить размер программы.
Для написания программного кода использована программа Microchip MPLAB IDE v8.76. Она обладает достаточно простым и понятным интерфейсом и необходимым набором функций, позволяющих выполнить работу. Эта среда была разработана для написания программ именно для PIC - контроллеров. Находится в свободном доступе.
Создание типовой виртуальной модели будет использоваться программа ISIS Proteus. Функциональные возможности данной программы позволяют создать модель устройства, проследить и отладить работу программного кода.
Для создания принципиальной электрической схемы и печатной платы выбран пакет программ САПР P-CAD 2006. Данный продукт позволяет проектировать печатные платы для устройств. Имеет простой и понятный интерфейс и набор необходимых функций для выполнения поставленной задачи.
3.Практическая часть.
3.1. Разработка алгоритма выполнения программы.
Необходимо организовать пяти независимых циклов, содержащих в себе ещё по одному циклу, организующему временную В последнем пяти цикле необходимо дополнительно организовать подциклы, устанавливающие временной интервал перехода между основными циклами. Так же, необходимо предусмотреть возможность переключения между циклами проверки условия N=1.При выполнении условия должен происходить последовательный переход от одного основного цикла к другому. Подробный алгоритм представлен в приложении А.
3.2 Разработка актуальной модели на основе алгоритма
Типовая модель должна содержать четыре индикатора и две кнопки, одна из которых управляет питанием микроконтроллера а вторая управляет режимами работы устройства.
Готовая модель устройства будет выглядеть:
Рис 1. Готовая модель гирлянды.
3.3 Разработка программы по схеме алгоритма.
По условию задачи устройство должно работать в пяти различных режимах работы, не зависимых друг от друга. Необходимо программно задать временную задержку, регулирующую интервалы между горением и затуханием светодиодов. В последнем пяти режиме необходимо предусмотреть задержку, устанавливающую временной интервал между сменой режимов мигания.
Так же, необходимо
предусмотреть возможность
3.4 Разработка инструкции пользователя.
Дизайн устройства достаточно прост. Управление осуществляется одной кнопкой.
Для начала работы подключите источник питания к разъёму и переведите переключатель в положение ВКЛ. При этом светодиоды должны загореться.
Далее для смены режима необходимо нажать на кнопку РЕЖ.
Для того, чтобы выключить устройство, необходимо перевести переключатель в положение ВЫКЛ и отсоединить источник питания.
3.5 Разработка схемы электрической принципиальной.
Создать электрическую принципиальную схему возможно при помощи графического редактора P-CAD Schematic.
Для создания схемы достаточно добавить созданные ранее библиотеки компонентов в P-CAD Schematic, затем разместить сами компоненты на рабочем листе и соединить между собой электрическими цепями в соответствии с заданной схемой.
Результатом проделанных операций станет схема
Рис. 2. Схема принципиальная электрическая устройства
Затем генерируем Netlist и переходим уже к созданию печатной платы в редактору PCB.
3.6 Разработка печатной платы и расчёт её параметров
Следующим этапом в проектировании устройства является создание печатной платы и размещение компонентов на ней и последующей трассировкой печатных проводников в редакторе PCB.Проектирование печатной платы осуществляется в соответствии с ГОСТ 53432-2009
Размещение компонентов производится в ручном режиме. Это предварительный этап в трассировке и при его выполнении придерживаются логичности и собранности размещения элементов.
Размеры печатной платы составляют 70х60х1.5мм. Материал- СТФ-1-35(Стеклотекстолит фольгированный теплостойкий, представляет собой листы, изготовленные на основе стеклотканей, пропитанных связующим на основе эпоксидных смол и облицованные с одной стороны медной электролитической гальваностойкой фольгой толщиной 35 мкм. Применяется в радиотехнике, приборостроении, электронике для изготовления обычных и многослойных печатных плат. Предельно допустимая температура от -60ºС до +105ºС. Имеет очень высокие механические и электроизоляционные свойства, хорошо поддается механической обработке резкой, сверлением, штамповкой.)
Допустимая плотность тока для данного типа П.П. = 20 А/мм2.
Сопротивление проводника определяется выражением:
R=rl/(bh)=1.1 Ом,
где: r1 - удельное объемное электрическое сопротивление проводника; l - длина проводника; b - ширина проводника; h - толщина проводника.
Для медных проводников, полученных электрохимическим осаждением g равна около 20 А/мм2. Исходя из этого, допустимый ток в печатных проводниках определяется как
I = 10-3 gbh=9 A,
а ширина должна отвечать следующему условию:
b ³ 103 I/(gh).
Выбрав материал печатной платы, определяем ширину печатного проводника по формуле (мм):
,
где: I – ток, А, протекающий по проводнику;h – толщина фольги, мм; j – плотность тока, А/мм2. Ширина дорожки получилась равной 0.6 мм. Так, как плата изготовляется полностью вручную, целесообразно использовать дорожки шириной 0.9 мм. По результатам проверки приборами данное изменение никак не отразилось на работе устройства.
Результатом проектирования и расчёта стала плата:
Рис 3. Печатная плата устройства
Данное устройство будет работать от питающего элемента +9 В.
Монтаж компонентов будет осуществляться в отверстия, вручную, при помощи паяльника.
Заключение
В ходе выполнения курсовой работы мной были выполнены следующие задачи:
1) Проведён анализ технического задания
2) Подобрано программное обеспечение и программные пакеты для выполнения поставленной задачи.
3) Разработан алгоритм выполнения программы.
4) По разработанному алгоритму создана виртуальная модель устройства.