Свердловской области

государственное автономное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Свердловской области

«Уральский радиотехнический колледж им. А.С. Попова»

ЭЛЕКТРОННЫЙ ТАЙМЕР ФИКСИРОВАННЫХ ИНТЕРВАЛЛОВ

Пояснительная записка к курсовому проекту по МДК 02.01

РК 09.02.01.343

Нормоконтролер:

________С.В. Поликарпова

« »______2017г

2017

Руководитель:

______С.В. Поликарпова

« »______2017г

Разработчик:

______Суханов Е.В.

« »______2017г

1 Разработка схемы электрической структурной

К проектируемому устройству электронный таймер фиксированных интервалов, в соответствии с техническим заданием, предъявляются следующие требования:

- время выдержки 5, 10, 15, 20, 25, 30 минут;

- дискрет 1 минута;

- индицировать установку времени;

- по окончании времени выдержки формировать звуковой сигнал.

Таймеры предназначены, для формирования временных интервалов. Обычно пользователь устанавливает необходимый ему временной интервал (время выдержки таймера), а за тем таймер уменьшает это время с дискретом одна минута. Об окончании времени выдержки таймер должен информировать пользователя.

Таймер должен формировать временные интервалы одна секунда, одна минута, для этой цели можно использовать таймеры микроконтроллера. Для хранения временных интервалов 5, 10, 15, 20, 25, 30 минут необходима память. Для этих целей можно использовать оперативную память микроконтроллера или постоянную память данных микроконтроллера. Выбранное пользователем время выдержки, необходимо уменьшить и проверять, не стало ли оно равно нулю. Микропроцессор микроконтроллера способен выполнять арифметические операции и операции сравнения, под управлением программы. Порты ввода, вывода микроконтроллера позволяют подключать к нему различные устройства.

Использование микроконтроллера позволяет минимизировать аппаратную часть электронного таймера фиксированных интервалов.

Работа любой микропроцессорной системы должна синхронизироваться, поэтому необходим блок синхронизации. Период сигнала, формируемый блоком синхронизации, определяет такт микроконтроллера.

В соответствии с техническим заданием для проектирования таймер должен формировать фиксированные интервалы 5, 10, 15, 20, 25, 30 минут. Пользователь должен иметь возможность выбора одного из временных интервалов, для этих целей используется блок выбора времени выдержки.

Пользователь может не находится рядом с электронным таймером, для того, чтобы уведомить пользователя об окончании времени выдержки таймера, необходим блок звуковой сигнализации, который по окончанию времени выдержки будет формировать звуковой сигнал.

Для информирования пользователя об установленном времени выдержки, а так же об оставшемся до окончания времени выдержки таймера, используется цифровое табло.

Функции микроконтроллера:

- управление блоком звуковой сигнализации;

- управление цифровым табло;

- взаимодействие с блоком выбора времени выдержки;

- формирование временных интервалов;

-хранение фиксированных интервалов.

Схема электрическая структурная электронного таймера фиксированных интервалов изображена на рисунке 1.1.

БЛОК ЗВУКОВОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

БЛОК ВЫБОРА ВРЕМЕНИ ВЫДЕРЖКИ

МИКРОКОНТРОЛЛЕР

ЦИФРОВОЕ

ТАБЛО

БЛОК СИНХРОНИЗАЦИИ

Рисунок 1.1 - Схема электрическая структурная электронного таймера фиксированных интервалов

2 Выбор элементной базы

2.1 Описание микроконтроллера ATmega16

Наиболее подходящим является микроконтроллер ATmega16. В таблице 2.1 приведены параметры данного микроконтроллера.

Таблица 2.1 – Электрические параметра ATmega16

Параметр	Значение
Напряжение питания Vcc, В	4,5…5,5
Максимальный ток потребления в рабочем режиме, мА	15
Максимальная тактовая частота, МГц	16
Максимальное выходное напряжение низкого уровня на линиях портов ввода/вывода, В	0,7
Минимальное выходное напряжение высокого уровня на линиях портов ввода/вывода, В	4,2
Рабочая температура, ºС	-55…+125
Температура хранения, ºС	-65…+150
Максимальный ток линии ввода/вывода, мА	40
Максимальный ток по выводам Vcc и GND, мА	200
Сопротивление подтягивающего резистора в цепи сброса RRST, кОм	30…60

2.1.1 Память микроконтроллера

Реализована гарвардская архитектура, что означает, что адресные пространства памяти программ и памяти данных разделены.

Память программ – постоянная flash память объемом 8Кслов. Разрядность ячейки 16 бит. Диапазон адресов 00000 - 01FFF. Рассчитана минимум на 10000 циклов стирания/записи. Память программ логически разделена на 2 секции:

-Секция прикладной программы(0000-1F7F);

-Секция загрузки(1F80-1FFF).

Секция загрузки нужна для программы загрузчика. Из этой секции программа может осуществлять изменения в памяти программ, может модифицировать собственный код и удалять себя из памяти, также может изменять область прикладной программы, этот режим называется самопрограмированием.

Если этот режим не используется, то прикладная программа может располагаться в области загрузчика

Память данных - это оперативная память, которая разделена на 3 части:

-Регистровая память(0000-005F);

-Статическое ОЗУ(0060-045F);

-Энергонезависимая память.

Регистровая память содержит 32 регистра общего назначения(R0-R31), служебные регистры ввода/вывода(RWW), служебные регистры, регистры управления периферийными устройствами и т.д.

Статическое ОЗУ(SRAM) используется для хранения переменных. Объем 1Кбайт. Ячейкам SRAM можно присваивать имена директивой .equ

Энергонезависимая память(EEPROM). Объем 512 байт. Эта память располагается в отдельном адресном пространстве. Доступ к ней осуществляется с помощью определенных RWW. Предназначена для долговременного хранения различной информации, которая может изменяться в процессе функционирования готовой системы.

2.1.2 Микропроцессор

Арифметико-логическое устройство (АЛУ). Служит для выполнения логических и арифметических операций. Арифметические операции: ‘+’, ’-’, ’·’. К логическим операциям относят: дизъюнкция, конъюнкция, инверсия и исключающее ИЛИ.

3 Разработка схемы электрической принципиальной

3.1 Разработка схемы электрической принципиальной блока синхронизации

Электронный таймер фиксированных интервалов предназначен для отсчёта фиксированных интервалов времени (минуты, секунды) и формирования звуковых сигналов по окончанию времени выдержки. Для обеспечения точного формирования временных интервалов следует использовать кварцевый генератор. Выбирается частота синхронизации микроконтроллера 4 МГц. Выбирается кварцевый резонатор HC-49S, технические параметры которого приведены в таблице 3.1 [1].

Таблица 3.1 – Технические параметры кварцевого резонатора

Параметр	Значение
Резонансная частота, МГц	4
Точность настройки dF/Fх10-6	±30
Температурный коэффициент, Ктх10-6	30
Нагрузочная емкость, пФ	32
Рабочая температура, С	-20...70

Кварцевый резонатор подключаем к выводам XTAL1 и XTAL2 микроконтроллера. Для увеличения стабильности работы генератора подключаются два конденсатора C3 и C4 между выводом резонатора и общим проводом источника питания. Емкость конденсаторов 22 пФ [2]. Выбираются конденсаторы C3,C4 К10-17A-М47-22пФ ±10% Режимы работы кварцевого генератора, изображены в таблице 3.2 [3].

Таблица 3.2 – Режимы работы кварцевого резонатора

CKOPT	CKSEL 3…1	Примерный диапазон частот МГц
1	101	0,4 - 0,9
1	110	0,9 – 1,0
1	111	3…8
0	101,110,111	>1,0

В конфигурационные ячейки CKSEL 3…1, для выбора режима работы “кварцевый генератор” загружается код 111, т.к. частота 4МГц принадлежит диапазону 3-8 МГц.

Для того чтобы размах колебаний на выходе был меньше напряжения питания и, для уменьшения потребляемого тока микроконтроллера конфигурационная ячейка CKOPT устанавливается в состояние 1.

Схема электрическая принципиальная блока синхронизации ZQ1, C3, C4 РК 09.02.03.343 19 Э3.