Светодиодная гирлянда на микроконтроллере ATiny2313

 

Контрольно-курсовая работа

СВЕТОДИОДНАЯ ГИРЛЯНДА НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ ATiny2313

Содержание

Введение

. Общая часть

.1 Основные сведения о микроконтроллере Attiny 2313

.2 Архитектура микроконтроллера

. Специальная част

2.1 Принцип работы светодиодной гирлянды

.2 Расчет электрической цепи R9 LED139

. Понятия о надежности системы

.1 Основные понятия надежности

.2 Расчетная часть

Заключение

Список литературы

Приложение A Принципиальная схема

Введение

Развитие микроэлектроники и широкое её применение в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно технического прогресса.

Использование микроэлектронных средств в изделиях промышленного и культурно-бытового назначения не только приводит к повышению технико-экономических показателей изделий (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и позволяет много кратно сократить сроки разработки и отодвинуть строки морального старения изделий, но и придет им принципиально новые потребительские качества (расширенные функциональные возможности, модифицируемость, адаптивность и т.д.).

В микроэлектронике бурное развитие получило направление, связанное с выпуском однокристальных микроконтроллеров, которые предназначены для интеллектуализации оборудования различного назначения. Однокристальные микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде БИС и включающие в себя все составные части голой микро ЭВМ: микропроцессор, память программ и память данных, а также программируемые интерфейсные схемы для связи с внешней средой.

Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости (во многих применениях система может состоять только из одной БИС микроконтроллера), что микроконтроллерам, видимо, нет разумной альтернативной элементной базы для построения управляющих и регулирующих систем, и в будущем микроконтроллеры будут находить все большее применение.

Постановка задачи:

¾проектирование электрической принципиальной схемы сенсорного регулятора освещения на базе микроконтроллера ATiny2313;

¾программирование микроконтроллера;

¾расчет электрической принципиальной цепи микроконтроллера;

¾расчет надежности системы;

1. Общая часть

1.1 Основные сведения о микроконтроллере Attiny 2313

ATtiny2313 - низко потребляющий 8 битный КМОП 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.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.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 само программирующейся в системе Flash памятью, ATtiny2313 стал мощным микроконтроллером, который дает большую гибкость разработчика микропроцессорных систем.поддерживается различными программными средствами и интегрированными средствами разработки, такими как компиляторы C, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисхемные эмуляторы и ознакомительные наборы.

1.2 Архитектура микроконтроллера

Идея разработки нового RISC-ядра принадлежит двум студентам Norwegian University of Science and Technology (NTNU) из норвежского города Тронхейма (Trondheim)- Альфу Богену (Alf-Egil Bogen) и Вегарду Воллену (Vegard Wollen). В 1995 году Боген и Воллен решили предложить американской корпорации Atmel, которая была известна своими чипами с Flash-памятью, выпускать новый 8-битный RISC-микроконтроллер и снабдить его Flash-памятью для программ на одном кристалле с вычислительным ядром.

Идея была одобрена Atmell Corp., и было принято решение незамедлительно инвестировать в данную разработку. В конце 1996 года был выпущен опытный микроконтроллер AT90S1200, а во второй половине 1997-го корпорация Atmel приступила к серийному производству нового семейства микроконтроллеров, к их рекламной и технической поддержке.

Новое ядро было запатентовано и получило название AVR. Существует несколько трактовок данной аббревиатуры. Кто-то утверждает, что это Advanced Virtual RISC, другие полагают, что не обошлось здесь без Alf Egil Bogen Vegard Wollan RISC.

Микроконтроллеры AVR имеют гарвардскую архитектуру <#"justify">¾Некоторые команды работают только с регистрами r16…r31. К ним относятся команды работающие с непосредственным операндом: ANDI/CBR, ORI/SBR, CPI, LDI, LDS(16-бит), STS(16-бит), SUBI, SBCI, а также SER и MULS;

¾Команды увеличивающие и уменьшающие 16-битное значение (в тех моделях, где они доступны) с непосредственным операндом (ADIW, SBIW) работают только с одной из пар r25:r24, r27:r26 (X), r29:r28 (Y), или r31:r30 (Z);

¾Команда копирования пары регистров (в тех моделях, где доступна) работает только с соседними регистрами начинающимися с нечётного (r1:r0, r3:r2, …, r31:r30);

¾Результат умножения (в тех моделях, в которых есть модуль умножения) всегда помещается в r1:r0. Также, только эта пара используется в качестве операндов для команды само программирования (где доступна);

¾Некоторые варианты команд умножения принимают в качестве аргументов только регистры из диапазона r16…r23 (FMUL, FMULS, FMULSU, MULSU).

2. Специальная часть

2.1 Принцип работы светодиодной гирлянды

Устройство имеет возможность регулировки скорости смены комбинаций при выполнении программы, которая осуществляется нажатием на кнопки: SB2 - увеличение скорости и SB3 - уменьшение скорости при условии, что переключатель SA1 находиться в положении Скорость программы.

Также имеется возможность регулировать частоту горения светодиода (от стабилизированного свечения до легкого мерцания), которая осуществляется нажатием на кнопки: SB2 - уменьшение (до мерцания) и SB3- увеличение при условии, что переключатель SA1 находиться в положении Частота мерцания. У переключателя SA2 замкнутое положение соответствует режиму регулировки скорости выполнения программ, а разомкнутое - режиму регулировки частоты горения светодиодов.

Порядок нумерации светодиодов в схеме соответствует их порядку зажигания при выполнении программы. При необходимости вывод RESET может быть использован для сброса, а в качестве порта PA2 он не задействован.

В устройстве выбрано при программировании тактовая частота 8 МГц от внутреннего генератора (фузы CKSEL3..0 - 0100).Хотя возможно использование частоты в 4 МГц(фузы CKSEL3..0 - 0010) с соответствующими изменениями временных интервалов работы схемы.

Тип светодиодов, указанный на схеме использовался в опытном образце, для схемы подойдут любые светодиоды:

с напряжением питания 2-3 вольта;

резисторами R1-R17 можно регулировать яркость свечения светодиодов. Смотреть рис-1.

2.2 Расчет электрической цепи R9 LED13

Рисунок 1- Резистор R17

Рассчитываем резистор для светодиода VD3

где VS - напряжение источника питания, В;L - напряжение питания светодиода, В;- ток светодиода, А.S=5 (В)L =2.5 (В)=10 (мА)=(5-2,5)/0,01=250 (Ом)

Необходимо выбрать резистор сопротивлением 270 Ом (ближайшее большее значение). По этим данным подойдет светодиод марки MCDL-5013RGB (I=10мА).

3. Понятия о надежности системы

3.1 Основные понятия надежности

Вычислительные системы - это совокупность вычислительных средств включающих в себя не менее двух вычислительных машин или процессов предназначенных для обработки цифровой информации с заданным алгоритмом.

Качеством называется совокупность свойств определяющих пригодность использования системы по назначению, при этом показатели качества определяются назначением, машины или системы её структурной, назначением, функционированием

Надежностью - называют свойство технического устройства сохранять свои характеристики в данных условиях эксплуатации.

Показатели надежности являются:

• Безопасность работы

• (1)

• Средние время безотказной работы

• (2)

• Средняя наработка на отказ

• (3)

• Частота отказа

(4)

3.2 Расчетная часть

Рассчитываем коэффициент нагрузок КHR для резисторов по формуле

КHR=PR / Pдоп(5)

где PR- рабочая мощность резистора, Вт;доп- допустимая мощность резистора, Вт;

Мощность резистора определяется по формуле

PR=U2 / R (6)

где U- напряжение на резисторе, В;сопротивление резистора, Ом;

Рассчитываем резистор R1-17 по формуле U=5(B); R1=1(кОм);

PR1=52/1000=25/1000=0,025 (Bm)

КHR1=0,025/0,125=0,2

принимаем КH=0,2; принимаем из таблице ?=0,2

принимаем по таблице ?0 =0,4

?i=0,2*0,4=0,08 ?с=0,08*3=0,24

Рассчитываем коэффициент нагрузок Кнс для конденсаторов по формуле

Кнс=Uc /Uдоп(7)

где Кнс- коэффициент нагрузки конденсатораc- напряжение на конденсаторе, В;доп- допустимое рабочее напряжение конденсатора, В;

Рассчитываем конденсатор С1 по формуле Uc=5(В); Uдоп=25(В);

Кнс1=5/25=0,2

принимаем Кн=0,5 принимаем по таблице ?=0,09

принимаем по таблице ? 0=2

?i=0,09*2=0,18

?с=0,18*2=0,54

Рассчитываем коэффициент нагрузок Кнд для светодиодов по формуле

Кнд=I/Imax(8)

где I- фактически ток, мА;max- максимально ток, мА;

Для светодиода VD1-VD13: Imax=330(мА); I=130(мА)

Кнд=130/330=0.3

принимаем Кн=0,3 принимаем по таблице ?=0,45

принимаем по таблице ? 0=5

?i=0,45*5=2,25

?с=2,25*4=9

Расчет микроконтроллера производим по формуле

?общ=?0*Кн*Кор*К1*К2*n(9)

где Кн - коэффициент нагрузки, 0,7;

Кор - коэффициент интенсивности отказа, 15;

К1 - коэффициент механических нагрузок, 1;

К2 - коэффициент механического напряжения, 1;- количество микроконтроллеров, шт, 1;

?общ=0,01*0,7*15*1*1*1=0,1

Рассчитываем места спаек по формуле

?c= ?0*n(10)

Берем значение по таблице: ?0=0,004

Считаем количество паек на схеме n=56

?c=0,004*56=0,22

Результаты заносим в таблицу 1

Таблица 1- Расчет надежности устройства

НаименованиеТипКоличествоt, CKH??0?i?cR1-171(кОм)17400,20,20,40,080,24C1100(мкФ)1400,50,0920,180,54VD1-133,6(В)13400,30,4552,259Пайки56400,0040,22Итого10

(11)

Принимаем значение T0(ч)

Вероятность безотказной работы схемы рассчитывается по следующей формуле

(12)

где - время работы схемы, ч.

Рисунок 2 - График времени безотказной работы

Заключение

Цель курсового проекта на тему: «Счетчик на микроконтроллере» достигнута путём поставленных задач:

Выбор схемы в технической и справочной литературе, и интернет порталах.

Описание теоретической части сведений по микропроцессорным системам и контроллерам.

Описание принципа работы устройства.

Расчёт надёжности схемы.

Выполнение графической части.

Выводы по курсовому проекту

Список литературы

1. Воловий А., Верлович Г. Интегральные акселерометры. - Компоненты и технологии, 2002;

. Григорьев В. Л. Программное обеспечение микропроцессорных систем. - М.: Энергоатомиздат, 1983;

. Бродин В.Б., Шагурин М.И. Микроконтроллеры. / Архи-тектура, программирование, интерфейс. - М.: ЭКОМ, 1999. - 400 с;

. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988;

. Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. - М.: Радио и связь, 1989;

микроконтроллер электрическая цепь светодиод гирлянда

Приложение А

Электрическая принципиальная схема

Рисунок 2 - Электрическая принципиальная схема светодиодной гирлянды

Контрольно-курсовая работа СВЕТОДИОДНАЯ ГИРЛЯНДА НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ ATiny2313 Содержание

Больше работ по теме: