1 Теоретическая часть

1.1 Техническое задание

1.1.1 Обоснование выбора и характеристики микроконтроллера в соответствии с темой работы

Для создания простейших световых эффектов (в нашем случае подобие гирлянды с несколькими режимами работы) необходим достаточно дешёвый и простой микроконтроллер, но в то же время обладающий достаточной надёжностью и достаточным набором команд для обеспечения написания программы, управляющей работой микроконтроллера. Для этой цели как нельзя лучше подходит микроконтроллер семейства ATtiny – ATiny 2313.

Микроконтроллер ATtiny 2313 имеет следующие технические особенности:

AVR - Быстродействующая и малопотребляющая RISC Архитектура

- 120 Мощных Команд - большинство выполняется за 1 такт ЦПУ

- 32 x 8 регистра общего назначения (32 регистра 8-ми разрядных)

- Полностью Статическая Операция

- Производительность до 20 МИЛЛИОНОВ КОМАНД В СЕКУНДУ

- Энергонезависимая память данных и программ

- 2 КБ внутрисистемной энергонезависимой ФЛЭШ-памяти программ

- Выносливость ФЛЭШ-памяти 10 000 циклов записи/стирания

- 128-байтовая встроенная программируемая EEPROM память

- Выносливость EEPROM: 100 000 циклов записи/стирания

- 128-байтовая внутренняя SRAMпамять

- Программирование защитной блокировки для ФЛЭШ-программ и EEPROM-данных

Периферийные Особенности:

- Один 8-битный Таймер/Счетчик с Отдельным Предделителем

- частоты и Режимом сравнения

- Один 16-битный Таймер/Счетчик с Отдельным Предделителем частоты и Режимом сравнения

- Четыре ШИМ Канала

- Встроенный в чип Аналоговый Компаратор

- Программируемый Сторожевой Таймер со встроенным генератором

- USI - Универсальный Последовательный Интерфейс

- Полно-дуплексный интерфейс - USART

Дополнительные особенности микроконтроллера:

- debugWIRE-шина для отладки на чипе

- Внутрисистемное программирование через SPI Порт

- Внешние и Внутренние Источники Прерывания

- Холостой режим (Low-power Idle отключает только ЦПУ), экономичный режим (Power-down отключает только генератор), и Режим Сна (Standby Modes оставляет включенным только Генератор)

- Усовершенствованная схема сброса при включении питания

-Программируемая Схема Защиты от пониженного напряжения питания Brown-out Detector (BOD)

- Внутренний Калиброванный Генератор

Порты ввода/ вывода и Корпуса:

- 18 Программируемых линий ввода - вывода

- PDIP с 20 ножками, SOIC с 20 ножками, и MLF с 32 ножками

Напряжения питания:

- 2.7 - 5.5V (ATtiny2313)

Таблица Производительности:

- ATtiny2313: 0 - 10 МГЦ 2.7 - 5.5V, 0 - 20 МГЦ 4.5 - 5.5V

Типичное Потребление Энергии:

- Активный Режим:

1 МГЦ, 1.8V: 230 μA

32 kHz, 1.8V: 20 μA (при включенном генераторе)

Экономичный режим:

<0.1 μA в 1.8V

Рисунок 1 - цоколёвка ATtiny в двух типах корпуса

1 .1.2 Характеристики элементов «обвязки», дополнительных электронных компонентов и особенности их подключения

Рисунок 2 - принципиальная схема разработки

Опишем некоторые элементы «обвязки» и особенности их подключения.

Вначале обратим внимание на подтягивающий резистор (ПР), который подключен к выводу RESET. В МК уже есть внутренний подтягивающий резистор, который подключен между выводом RESET и выводом VCC (питание). За счет этого подтягивающего резистора на выводе RESET находится логическая единица и МК может работать и без внешнего ПР. Однако, дело в том, что этот резистор имеет очень большое сопротивление (80-100 кОМ) и в некоторых случаях он не может точно обеспечить уровень логической единицы на выводе RESET. В этом случае рекомендуют подключать внешний подтягивающий резистор (с сопротивлением около 10 кОМ). Есть три условия, при которых МК будет успешно работать с внутренним подтягивающим резистором. Первое – устройство должно потреблять малое количество энергии и оно должно запитываться от внутреннего автономного источника (например, от батарейки). Чем меньше устройство потребляет, тем меньше помех по линии питания и соответственно меньше помех приходит на вывод RESET. Второе условие – устройство должно работать вдали от источника помех. И, третье – устройство должно иметь минимальное количество выводов. Если устройство потребляет большой ток и в нём находятся какие-нибудь элементы с высокой индуктивностью (например электромагнитное реле) то установка ПР является обязательным, т.к. помехи могут попадать на вывод RESET и сбрасывать МК.

Конденсаторы. Конденсатор С1, прежде всего, необходим для того, чтобы создать паузу, перед тем как МК начнет работать после подачи питания. То есть после подачи питания конденсатор в течение какого-то времени заряжается до напряжения логической единицы на выводе RESET (до этого времени на выводе будет логический ноль). Также конденсатор ставят на тот случай, когда на линии питания наблюдаются помехи. Можно рекомендовать ставить в том случае, когда предусмотрена кнопка сброса, и она удалена на значительное расстояние от МК. Обычно конденсатор выбирают исходя из той задержки, которую необходимо создать. Время задержки рассчитывается как , где - сопротивление подтягивающего резистора. Если основной целью является не создание временной задержки при включении питания, а дополнительная защита вывода RESET от помех по цепи питания, то рекомендуемая емкость конденсатора 0,01..1,0 мкФ. Если используется внутрисхемное программирование МК, то конденсатор слишком большой емкости (от 22 мкФ и выше) может препятствовать нормальной работе программатора. Несмотря на то, что емкость 10 мкФ не оказывает влияние на большинство внутрисхемных программаторов (ВСП), нет полной гарантии, что абсолютно все ВСП будут хорошо работать при такой ёмкости, поэтому если нет особой необходимости (задержка, защита от помех) можно использовать более низкую емкость – например от 0,01 до 1 мкФ.

Светодиоды. Известно, что светодиоды можно подключать либо в цепь питания (через токоограничивающий резистор), либо к общему проводнику (в нашем случае это токоограничивающие резисторы R1-R8). В принципе сопротивление резисторов надо рассчитывать, но для питания маломощных светодиодов выбирают номиналы от 300 до 500 Ом. Это относится и к другим оптоэлектронным приборам, например к оптопаре или твердотельному реле.

Кнопки. Скажем и о подключении различных механических кнопок. Для того чтобы кнопка работала необходимо к плюсу питания был подключен подтягивающий резистор. Если кнопка расположена близко (<10-15 см) к самому МК и далеко от помех, то можно ограничиться включением внутреннего ПР. Для уменьшения дребезга ставится конденсатор ёмкостью 0,1-0,2 мФ.