Разработка цифрового дешифратора

Введение

Важнейшим этапом создания ЭВТ является конструирование. На этом этапе решаются задачи обеспечивающие наилучшие требования: надёжность, технологичность, миниатюризация. Оценить основные характеристики создаваемой ЭВТ, пользуясь теоретическими подходами, можно на стадии её разработки. Такой подход резко сокращает время разработки приборов, исключает ряд дорогостоящих экспериментов и позволяет получить конструкторские и технологические решения, соответствующие за данным критериям качества. В ряде случаев процесс создания ЭВТ почти соизмерим по продолжительности со временем жизни последней, исчисляемый в среднем 5−7лет. Поэтому ускорение процесса разработки чрезвычайно важно и имеет большое научно-техническое и технико-экономическое значение. Создание ЭВТ традиционными методами не представляется возможным из-за высокой сложности многокритериальные задачи оптимизации не решаются ручными методами. Это по силам лишь цифровым ЭВМ, использование которых требует математического автоматизма конструирования способствует повышением технического уровня ее разработки и ее качества, а так же сокращению сроков создания ЭВТ и освоения ее в серийном производстве. В ряде случаев процесс создания ЭВТ почти соизмерим по продолжительности со временем жизни последней, исчисляемый в среднем 5−7лет. Поэтому ускорение процесса разработки чрезвычайно важно и имеет большое научно-техническое и технико-экономическое значение. Создание ЭВТ традиционными методами не представляется возможным из-за высокой сложности многокритериальные задачи оптимизации не решаются ручными методами. Это по силам лишь цифровым ЭВМ, использование которых требует математического автоматизма конструирования способствует повышением технического уровня ее разработки и ее качества, а так же сокращению сроков создания ЭВТ и освоения ее в серийном производстве.

1. Общая часть

1.1 Назначения и область применения Цифровой дешифратор применяется в целом для преобразования двоичного кода, вырабатывающего на его входе в соответствующий управляющий импульс. В данном устройстве информация поступает от усилителя-формирователя, поступает на вход схемы разрушения ВО 1.3 и проходит на вход четырехразрядного счетчика ВВЗ. Одновременно информация от усилителяформирователя поступает на вход двухразрядного счетчика.

В целом после формирование импульсы поступают на цифровой дешифратор, состоящий из временного селектора, четырех и двухразрядных счетчиков, генератора тактовых импульсов, элементов совпадение и коммутационных устройств.

На вход четырехразрядного счетчика импульсы поступают с тактового генератора выполненного на микросхеме ВВ1.1, ВО1.2 и времязадающей цепочки К1ДЗС1 и через временной селектор на микросхеме ВВ1.3 поступают на вход С2 четырехразрядного счетчика.

2. Выбор и обоснование основных технических решений Импульсы на счетчики проходят тогда, когда на второй ход временного селектора приходят командные импульсы. На входе счетчика ВОЗ после прихода пятнадцатого импульса с генератора возникает сигнал управления, время появления которого зависит от длительности входных разрешающих импульсов, то есть от номера определяемой команды. Двухразрядный двоичный счетчик определяет количество поступающих командных импульсов. Управляющие импульсы с обоих счетчиков совпадают на одном из трех элементов совпадения ВВ7.1, ВВ7.3, ВВ5.2, выбор которого зависит от длительности командного импульса. В результате срабатывает соответствующее коммутационное устройство. В приемнике с приходом третьего импульса первойкомонды двухразрядный счётчик дешифратора заполняется и на обоих его выходах появится управляющие импульсы. При этом четырёхразрядный счётчик ещё не успевает заполнится. В момент совпадения управляющих импульсов срабатывает коммутационный элемент К1. Четырёхразрядный счётчик в дешифраторе приёмника заполнится после прихода пятнадцатого импульса с такого генератора и на выходе этого счётчика появится управляющий импульс. Одновременно двухразрядный счётчик успевает зафиксировать два импульса второй команды и на его выходе также появится управляющий импульсов на выходах обоих счётчиков произойдёт на элементе совпадения ВВ5, ВВ7, вызвав срабатывание коммутационного элемента.

Частота следование импульсов тактового генератора выбрать такой, что при подаче третьей команды, четырёхразрядный счётчик дешифратора успевает заполнится за время действия одного командного импульса, а двухразрядный счётчик фиксирует только один импульс команды. Следовательно двухразрядный счётчик определяет количество входящих командных импульсов, а четырёхразрядный счетчик определяет длительность импульса команды.

Узел управления собран на составном транзисторе УТ1, УТ2, в цепь коллектора которого включён коммутирующий элемент К1. Для устранения искрения контактов реле параллельно реле включён диод. Срабатывамое реле определяет элемент формирующий короткие импульсы на микросхеме ВО 1.1 с времязадающей цепью на элементах С4, С8.

2.1 Выбор и обоснование типов элементов Важнейших этапом разработки печатных плат является выбор элементов, так как от правильного выбора зависит будет ли в конечном итоге устройство отвечать всем предъявленным к нему требованиям. Выбираем элементы в зависимости от эксплутационных требований.

В схеме цифрового дешифратора используются такие типы элементов, как резисторы, конденсаторы, диоды и микросхемы. Резисторы имеют наиболее широкое применение в вычислительно аппаратуре их доля составляет от 16 до 50 процентов общего числа использования в вычислительной аппаратуре элементов. Все используемые резисторы подразделяются на следующие группы:

а) постоянные и переменные;

б) в зависимости от материала, применяемого в качестве резистивного элемента:

проволочные с резистивным элементом, выполненным из литой проволоки с высоким удельным сопротивлением;

непроволочные;

3) металлофольгированные с резистивным элементом, выполненным из фольги определённой конфигурации, нанесённой на изоляционное основание;

В) в зависимости от способа монтажа.

1) Монтаж может быть навесным, печатным, и микромодульным.

2) По конструктивному исполнению в зависимости от климатических факторов, воздействующих при эксплуатации в нормальном или тропическом варианте.

В схеме цифрового генератора используются резисторы С2−44.

Используемые в вычислительной аппаратуре конденсаторы разделяются на следующие группы:

А) по назначению конденсаторы могут быть общего и специального назначения;

Б) по характеру изменения ёмкости постоянные конденсаторы, переменные и построчные;

В) по типу используемого диэлектрика могут быть органическими, не органическими, газообразными или оксидными;

Г) по способу монтажа конденсаторы могут изготавливаться для навесного, печатного или микромодульного монтажа;

Д) по степени защищенности от внешних воздействий конденсаторы бывают защищённые и не защищённые, изолированные и не изолированные, уплотнённые или герметизированные.

В устройстве используются конденсаторы типа К50−6, КМ5, КЛС, КТ4. Также в часах используются следующие элементы кварцевый резонатор используется цифровой дешифратор на частоту 32 768 Гц, трансформатор типа ТН32. В качестве переключателей применяются кнопочный переключатель П2К и микрокнопка типа МПК.

В качестве транзисторов VII, УТ2 используются КТ315Г, их можно заменить на любые маломощные структуры с рабочим напряжением не менее ЗОВ. Транзисторы УТЗ и УТЗ должны быть составными структуры п-р-п серий КТ827, КТ829, КТ834, КТ972 с любыми буквенными индексами. В схеме взяты транзисторы КТ829Г. Транзисторы УТ4, УТ6 должны быть структуры р-п-р типа большой или средней мощности с коэффициентом передачи тока не менее пятидесяти это серии КТ814, КТ816, КТ818, КТ837 с индексами В, Е, К, Н, С, Ф. В устройстве взяты транзисторы КТ837Ф. Микросхема КР1157ЕН902А заменена на 78Ь09, а также на любой стабилизатор с напряжением 9 В или на резистор сопротивлением 2,2 кОм и стабилизатором на напряжение 8−10 В.

При замене двух цветных светодиодов на обычные для исключения пробоя в обратном направлении последовательно с каждым из них следует включить по кремневому диоду на напряжение не менее 50 В.

В качестве цифровых микросхем применяются микросхемы серии К561 и К176 КМОП — логики, работающие на напряжении от пяти вольт до пятнадцати вольт.

Почти все детали часов установлены на печатной плате размерами 70×90 мм, светодиоды впайные со стороны печатных проводников. Плата помещается в корпус размерами 200×100×80 мм, на верхней панели которого размещены все остальные детали, как переключатели, свето диоды.

2.2 Основные требования к конструкции Основными показателями конструкции являются масса, габариты, быстродействие, надёжность, защищённость от внешних воздействии, плотность компоновки, экономичность, ремонтопригодность, расходы на охрану труда операторов, объёмы и стоимость ремонтных работ, удобство управления, сборки и разработки. Конструкция должна удовлетворять требованиям технической эстетики, иметь красивый внешний вид, изящную отделку, обеспечивать удобство в работе. Качество конструкции характеризуется совокупностью технико-экономических показателей. Основная задача заключается в улучшении качественных показателей ЭВА. Применение микросхем и БИС даёт наибольший выигрыш в объёме и массе в относительно несложной аппаратуре (телеграфного ключа), увеличение объёма происходит из-за наличия в ЭВМ металлических несущих конструкции, обеспечивающих прочность и защитуот внешних воздействий, удовлетворения требованиям нормального теплового режима, использования крупногабаритных компонентов.

Существующие нормы и требования на компоновку аппаратуры, принцип монтажа, возможности технологий практически сводят на нет достижения в области микроминиатюризации элементной базы. Современная ЭВА характеризуются значительным увеличением функциональной сложности, что ведёт к схемному усложнению и, как следствие, ещё большему увеличению габаритов.

Уменьшение габаритов ЭВА возможно при комплексном подходе к проблеме микроминиатюризации, использовании бескорпусных микросхем и микросборок, разработки и использовании мощных микросхем от единиц до десятков ватт для схем управления внешними устройствами и источников вторичного электропитания, широком применении печатного монтажа, малогабаритных соединителей, тонколистового проката для снижения металлоёмкости несущих конструкций. Одним из серьёзнейших факторов уменьшения габаритов источников вторичного электропитания является увеличения частоты питающего напряжения с 50 и 400 Гц до 20−200 кГц. Решение вопросов повышения КПД низковольтных источников питания, широко используемых в ЭВА, возможно применением новых выпрямительных элементов, схем выпрямления. Лишь при системном подходе к структурным энергетическим, технологическим проблемам возможно успешное решение задачи конструирования системы питания ЭВА.

Количество информации передаваемое или преобразуемое электронным устройством, блоком или узлом в единицу времени, называется быстродействием этого устройства, блока или узла. Основными причинами повышения быстродействия явились уменьшение размеров кристалла, а также линии передачи сигналов. Малые габариты отдельных устройств, высокая плотность и разветвлённость электрических соединений затрудняет их конструктивную реализацию. С повышением быстродействия скорость преобразования информации логическими схемами приближается к скорости её передачи цепями связи информации логическими схемами приближается к скорости её передачи цепями связи. Недостаточное уделена внимания при проектировании процессам, протекающим в цепях связи.

Недостаточно уделено внимание при проектировании процессам, протекающим в цепях связи, приводит к снижению быстродействия недоиспользованию динамических возможностей логических элементов, увеличению потребляемой мощности. т, даже после АЦП, ШИМ, поддержка протоколов I2С™ и SPI™, контроль над напряжением питания и т. д.

Микроконтроллеры семейства AVR фирмы ATMEL обладают низким уровнем потребления, невысокой стоимостью при весьма значительных функциональных возможностях, высоким быстродействием и возможностью многократной перезаписи программ. Хотя и аналогичные по характеристикам микроконтроллеры выпускаются многими фирмами, по общему комплексу свойств семейство AVR одно из наиболее эффективных в классе недорогих 8-разрядных микроконтроллеров. Основная область применения таких микроконтроллеров в системах автоматизации — реализация в реальном масштабе времени алгоритмов управления, не требующих сложных вычислительных процедур и временем реакции от единиц миллисекунд и более. Микроконтроллеры фирмы ATMEL с усовершенствованной RISC-архитектурой обладают эффективными программно-аппаратными ресурсами для решения различных задач. Высокая эффективность микроконтроллеров AVR обеспечивается развитой системой команд, выполняющихся, как правило, за один рабочий такт, аппаратной реализацией многих стандартных функций (таймеры, модуляторы ШИМ, параллельные и последовательные порты ввода-вывода, компаратор, АЦП и др.) и возможностью внутрисистемного программирования, т. е. записи программ и данных в память микроконтроллера непосредственно в схеме работающего устройства. Существенной общей особенностью всего микросхем.

3. Устройство контроллера Микроконтроллер AVR содержит: быстрый RISK-процессор, два типа энергонезависимой памяти (Flash-память программ и память данных EEPROM), оперативную память RAM, порты ввода/вывода и различные периферийные интерфейсные схемы. По числу команд микропроцессоры подразделяют на CISC (Complex Instruction Set Computer) и RISC (Reduced Instruction Set Computer). Термин CISC обозначает сложную систему команд, RISC — сокращенную. Идея RISC — это тщательный подбор команд, которые можно было бы выполнить за один такт. Т. о. упрощается аппаратная реализация процессора, сокращается число транзисторов, снижается потребляемая мощность и цена. Очевидно, что в общем случае одной CISC-команде должны соответствовать несколько RISC-команд. Однако обычно выигрыш в быстродействии у RISC перекрывает потери. Так, самая быстрая команда у 8051 выполняется за 12 тактов. Даже если для каждой CISC-инструкции потребуется выполнить три RISC-инструкции, то в итоге RISC-архитектура будет в 4 раза производительней. В настоящее время грань между RISC и CISC стирается. Например, AVR имеют 133 команды, что соответствует CISC, но большинство из них выполняется за один такт, что является признаком RISC. Поэтому основным признаком RISC стало принято считать выполнение команд за один такт. Сердцем микроконтроллеров AVR является 8-битное микропроцессорное ядро или центральное процессорное устройство (ЦПУ), построенное на принципах RISK-архитектуры. Основой этого блока служит арифметико-логическое устройство (АЛУ). По системному тактовому сигналу из памяти программ в соответствии с содержимым счетчика команд (Program Counter — PC) выбирается очередная команда и выполняется АЛУ. Во время выбора команды из памяти программ происходит выполнение предыдущей выбранной команды, что и позволяет достичь быстродействия 1 MIPS на 1 МГц. АЛУ подключено к регистрам общего назначения РОН (General Purpose Registers — GPR). Регистров общего назначения всего 32, они имеют байтовый формат, то есть каждый из них состоит из восьми бит. РОН находятся в начале адресного пространства оперативной памяти, но физически не являются ее частью.

Поэтому к ним можно обращаться двумя способами (как к регистрам и как к памяти). Такое решение является особенностью AVR и повышает эффективность работы и производительность микроконтроллера.

Отличие между регистрами и оперативной памятью состоит в том, что с регистрами можно производить любые операции (арифметические, логические, битовые), а в оперативную память можно лишь записывать данные из регистров. Архитектура, предполагающая раздельное использование памяти программ и данных, носит название гарвардской (Harvard architecture). Гарвардская архитектура позволяет центральному процессору работать одновременно как с памятью программ, так и с памятью данных, что существенно увеличивает производительность.

В микроконтроллерах AVR реализована Гарвардская архитектура, в соответствии с которой разделены не только адресные пространства памяти программ и памяти данных, но и шины доступа к ним. Каждая из областей памяти данных (оперативная память и EEPROM) также расположена в своем адресном пространстве.

Память программ предназначена для хранения последовательности команд, управляющих функционированием микроконтроллера, и имеет 16-ти битную организацию.

Все AVR имеют Flash-память программ, которая может быть различного размера — от 1 до 256 КБайт. Ее главное достоинство в том, что она построена на принципе электрической перепрограммируемости, т. е. допускает многократное стирание и запись информации.

Программа заносится во Flash-память AVR как с помощью обычного программатора, так и с помощью SPI-интерфейса, в том числе непосредственно на собранной плате.

Возможностью внутрисхемного программирования (функция ISP) через коммуникационный интерфейс SPI обладают все микроконтроллеры AVR, кроме Tiny11 и Tiny28. Все микроконтроллеры семейства Mega имеют возможность самопрограммирования, т. е. самостоятельного изменения содержимого своей памяти программ. Эта особенность позволяет создавать на их основе очень гибкие системы, алгоритм работы которых будет меняться самим микроконтроллером в зависимости от каких-либо внутренних условий или внешних событий. Гарантированное число циклов перезаписи Flash-памяти у микроконтроллеров AVR второго поколения составляет не менее 10 тыс. циклов при типовом значении 100 тыс. циклов. (В официальной технической документации Atmel Corp. указывается значение 10 тыс. циклов.).

Память данных разделена на три части: регистровая память, оперативная память (ОЗУ — оперативное запоминающее устройство или RAM) и энергонезависимая память (ЭСППЗУ или EEPROM). Регистровая память включает 32 регистра общего назначения (РОН или GPR), объединенных в файл, и служебные регистры ввода/вывода (РВВ). И те и другие расположены в адресном пространстве ОЗУ, но не являются его частью. В области регистров ввода/вывода расположены различные служебные регистры (регистры управления микроконтроллером, регистры состояния и тому подобные.

Для долговременного хранения различной информации, которая может изменяться в процессе функционирования микроконтроллерной системы, используется EEPROM-память. Все AVR имеют блок энергонезависимой электрически перезаписываемой памяти данных EEPROM от 64 Байт до 4 КБайт. Этот тип памяти, доступный программе микроконтроллера непосредственно в ходе ее выполнения, удобен для хранения промежуточных данных, различных констант, коэффициентов, серийных номеров, ключей и т. п. EEPROM может быть загружена извне как через SPI интерфейс, так и с помощью обычного программатора. Число циклов стирание/запись — не менее 100 тыс.

4. Разработка и отладка рабочей программы

4.1 Текст программы Программа написана на языке ассемблер и составлена в соответствии с алгоритмом программы

1. #include

2. #define VREF 5000

3. #define RI2M 200

4. extern void lcd_com (unsigned char p);

5. extern void lcd_dat (unsigned char p);

6. extern void lcd_init (void);

7. int main (void)

8. { unsigned long volt, amp;

9. unsigned int a;

10. PORTB = DDRD = 0xFF;

11. PORTC = 0xFO; DDRC = 0×05;

12. lcd_init ();

13. ADMUX &= 0xDF & 0x7 °F & 0xF1; ADMUX |= 0×40 | 0×01;

14. ADCSRA &= 0xDF & 0xFC; ADCSRA |= 0×80 | 0×04;

15. while (1)

16. { for (volt=0, a=10; a>0; a—)

17. { ADCSRA |= 0×40;

18. while (ADCSRA & 0×40);

19. volt += ADSL;

20. volt += {(int)(ADCH& 0×03)} << 8};

21. }

22. volt = volt * VREF/10 240;

23. 1cd_com (0×83);

24. 1cd_dat (volt/1000 + 0×30);

25. 1cd_dat (`,');

26. 1cd_dat ((volt/100)&10 + 0×30);

27. 1cd_dat ((volt/10)&10 + 0×30);

28. 1cd_dat ((volt&10 + 0×30);

29. 1cd_dat (0×20); lcd_dat (`V');

30. for (a=10; a>0; a—)

31. ADCSRA

35. amp=(100*(amp+5)*VREF/2560)/RIZM;

36. lcd_com (0xC3);

37. lcd_dat (amp/100 +0×30);

38. lcd+dat (`,');

39. lcd_dat ((amp/10)&10 +0×30);

40. lcd_dat ((amp&10 +0×30);

41. lcd_dat (0×20) lcd_dat (`m'); lcd_dat (`A');

42. for (a=60 000; a > 0; a—);

43. }

44. }

4.2 Описание модулей программы и её отдельных функциональных модулей Пункт 2, 6−8. Поскольку в схеме применяется ЖКИ, то для его обслуживания необходим соответствующий «драйвер», т. е. файл «lcd.c» с встроенными функциями ввода, вывода, инициализации. В конце строки 2 указан код, который надо не забыть включить в make-файл.

Пункт 5. В качестве опорного напряжения Vref используется питание AVCC 5 В. Оно может иметь разброс ±1…4% от номинала. Следовательно, после первого запуска прибора в работу надо провести его калибровку, которая заключается в измерении внешним вольтметром напряжения Vref на обкладках конденсатора С1. После этого полученное число в милливольтах надо подставить в константу VREF и заново откомпилировать программу.

Пункт 15 конфигурирует порт С. В схеме вольтметра линии РС0, РС2 выполняют функцию обычных цифровых выходов. Это абсолютно не мешает использованию их «среднего брата» РС1 в качестве входа АЦП. Единственное, надо отключить внутренний резистор от РС1, иначе будут искажаться показания вольтметра. А вот к незадействованным линиям РС3-РС5, наоборот, необходимо программно подключить резисторы, чтобы устранить путь проникновения нежелательных помех. В итоге получается, что настройку регистров PORTC, DDRC необходимо производить для каждой схемы отдельно, с учетом свободных и занятых линий порта С.

Пункт 18, 20 числа в регистрах ADMUX, ADCSRA записаны они более компактно, в порядке их извлечения из пунктов 1−7.

Строка 19. Формула для расчета: Fацп[кГц]=Fclk[кГц]/K= 1000/8=125 кГц.

Строки 18, 36, 42. Вольтамперметр использует два канала АЦП: канал- 1 для измерения напряжения на движке резистора R1 и ка-нал-3 для измерения тока, протекающего через резистор R5. Переключаются каналы поочередно во времени, записью в регистр ADMUX значений из табл.1. Точность в канале-3 выбрана 8 бит, поскольку ток ЖКИ не очень стабилен.

Строки 22−27, 37−41. Усреднение по 10 выборкам повышает точность измерений прибора. Для сравнения, показания вольтметра с управляющей программой из листинга 1 меняются с дискретом 5 мВ, а в данном устройстве через1мВ.

Строка 26 содержит число «0×03», отсутствующее в командах табл.2. Это своеобразная плата за смену режимов. Дело в том, что в регистре ADCH после измерения в режиме 8/10-бит остается байт данных, который может исказить показания АЦП в режиме 10-бит. Следовательно, число «0×03» принудительно очищает 6 старших битов регистра ADCH.

Строка 28. Поскольку переменная «volt» содержит сумму из 10 выборок, то делитель в формуле пропорционально увеличен с 1024 до 10 240.

Строка 43. Расчет тока по закону Ома. В подобных формулах надо внимательно следить за порядком расположения чисел, чтобы не происходило промежуточное деление меньшей величины на большее.

Число «100» округляет ток до сотых долей миллиампера. Число «5» введено для повышения точности. Это усредненная прибавка к ADCH, которая накопилась за 10 замеров (половина последнего разряда). Здесь учтен факт, что в режиме 8 / 10-бит округление всегда происходит в меньшую сторону с отбрасыванием двух младших разрядов.

4.3 Технология отладки программы

4.3.1 Компиляция

1) После запуска AVR Studio создать новый проект, выбрав в меню Project команду New Project. В появившемся окне в поле Project Name ввести название проекта, в поле Location указать папку LedOn, а в списке Project Type выбрать тип проекта «Atmel AVR Assembler». Указать на необходимость создания основного (входного) файла для проекта (флажок Create initial File), убрать флажок создания отдельной папки для проекта (флажок Create Folder).

2) В поле Initial File ввести Atmega8, нажать кнопку Next.

3) В поле Debug platform выбрать AVR Simulator. В поле Device — ATmega8−16PI. Нажать кнопку Finish.

Открыть папку Atmеgа8 и файл m8def.txt. Скопировать текст файла в буфер и вставить в AVR Studio, в соответствии с рисунком.

микроконтроллер питание мощность программа

4) Скопировать файл м8def. inc из папки C: Program FilesAtmelAVR ToolsAvrAssemblerAppnotes в папку Atmega8.

При помощи Блокнота открыть файл 1200def. inc, в свойствах убрать атрибут «Только Чтение» и закомментировать. device m8def.inc. В соответствии с рисунком 6. Сохранить измененный фал m8def.inc.

5) Нажать клавишу F7 для начала компиляции.

6) После удаления ошибок и повторной компиляции в поле Build должно быть как изображение в соответствии с рисунком, т. е. недолжно быть ошибок и предупреждений.

4.3.2 Проверка правильности работы программы Существует три основных метода, позволяющих проверить работоспособность программы:

симуляция;

эмуляция;

программирование микроконтроллера и проверка его в реальной схеме.

Первый из этих методов, симуляция, является полностью программным. Используется специальное программное обеспечение, которое симулирует деятельность микроконтроллера и показывает вам, что происходит внутри него во время выполнения программы, в частности как изменяется состояние его регистров. Вы можете также симулировать изменение входных сигналов, вручную изменяя, содержимое регистра PinB. С помощью этого метода можно легко убедиться в работоспособности (или, напротив, в неработоспособности) ключевых идей, лежащих в основе программы. С другой стороны, вы не сможете проверить реакцию программы на некоторые реальные воздействия, такие как дребезг контактов. Симулятор микроконтроллеров AVR входит в состав среды разработки AVR Studio.

4.3.3 Моделирование Моделирование позволяет получить гораздо больше информации о реальном функционировании программы и может быть намного полезнее при отыскании ошибок в программе. При эмуляции к компьютеру подключается зонд (probe) с разъемом, соответствующим конкретной модели AVR. Под управлением программы эмулятора зонд начинает функционировать точно так же, как и реальный микроконтроллер, выполняющий вашу программу. Работа устройства под управлением эмулятора ничем не отличается от работы под управлением реального микроконтроллера, однако, используя эмулятор, вы можете замедлить выполнение программы, а также просмотреть состояние внутренних узлов микроконтроллера (регистров и т. п.). При использовании этого метода проверяется работоспособность программы, корректность разводки печатной платы, а также их совместная работа.

Если у вас нет эмулятора (либо после завершения эмуляции), вам нужно будет запрограммировать реальный микроконтроллер AVR и установить его в устройство или на макетную плату. Одним из важнейших достоинств микроконтроллеров AVR является наличие у них FLASH-памяти программ, что позволяет многократно программировать одну и ту же микросхему. Так что вы можете спокойно запрограммировать микроконтроллер, посмотреть, работает ли он, внести в программу необходимые исправления и запрограммировать его снова.

Для того чтобы воспользоваться этими двумя последними методами тестирования, вам, очевидно, понадобится какая-либо схема или отладочная плата. Если вы разрабатываете собственное устройство, позаботьтесь о правильной разводке определенных выводов микроконтроллера.

5. Расчет основных параметров и характеристик

5.1 Расчет потребляемой мощности и определение требований к источникам питания Потребляемую устройством мощность можно рассчитать как сумму потребляемых мощностей всех микросхем в соответствии со следующим выражением (5.1):

(5.1)

где N — количество типов микросхем,

Pi — мощность потребляемая всеми микросхемами типа N — го типа, mBт.

Причем, Pi определяется в соответствии со следующим выражением:

(5.2)

где m — количество микросхем N-го типа,

Pj — мощность потребляемая одной микросхемой N — го типа, mBт.

Для определения Pj необходимо знать напряжения питания (UП) и ток потребления (IП)

(5.3)

Потребляемые каждым типом микросхем токи определяем на основании их паспортных данных. Максимальные значения токов потребления для всех типов используемых микросхем приведены в табл.4.1.

На основании выражений (5.1−5.3) получим (5.4):

(5.4)

Причем, микросхема имеет напряжения питания (+5В), и одинаковые токи потребления (10 мА), а ток проходящий через микроконтроллер на превышает 58 мА, то на основании этих данных и данных приведенных в перечне элементов (ТКМП МиМС.02.001 ПЭ3), то в соответствии с выражением (5.4.) получим:

Р=3?(7+50)=7?68=171 (mВт).

5.2 Расчет надежности Интенсивность отказов характеризуется отношением числа отказавших изделий в единицу времени к числу изделий, продолжающих оставаться исправными к началу рассматриваемого промежутка времени:

(5.5)

где m — число изделий, отказавшихся за время t;

N — число изделий к началу промежутка времени.

Если предложить, что отказы различных элементов взаимно независимы, и каждый отказ носит катастрофический характер, т. е. полностью нарушает работоспособность, то интенсивность отказов устройства сумме интенсивностей отказов элементов составляющих устройство.

(5.6)

где i — интенсивность отказов элементов i — го типа;

Сi — количество элементов iго типа, входящих в устройство.

Наработка на отказ равна:

(5.7)

Интенсивность отказов следующая:

Микросхемы 1200Й серии: 0,85 10−6 (1/ч);

Резисторы: 0,9 10−6 (1/ч);

Тогда,

= (17?0,85+2?0,9) ?10−6 = 8,25 ?10−6 (1/ч),

Т = 1/16,25 ?10−6 = 0,062 ?10−6 = 4,2 ?10−4 (ч).

Вероятность безотказной работы определим по формуле:

P=e-?t (5.8)

P=2,72−4,2?0,0008?100 = 0,5

Список использованных источников

Гель, Иванов — Осипович. Конструирование и микроминиатюризация РЭА. 1984.

Шерстнев. Конструирование и микроминиатюризация ЭВА. -1984.

Ушаков. Техника производства ЭВМ. — 1983.

Справочник конструктора РЭА. Общие принципы конструирования. — 1980.

Журнал «Радио» № 10, 2000