2. Проектирование системы

Проектирование системы заключается в определении набора модулей, составляющих ее, разделение их на аппаратные и программные.

На основании анализа функциональной спецификации можно выделить следующие блоки, которые необходимо реализовать аппаратным способом:

ВХОДЫ

• модуль датчиков и кнопок;

• интерфейс внутрисистемного программирования.

ВЫХОДЫ

• модуль ламп светофора.

ФУНКЦИИ

• модуль защиты входных цепеймикроконтроллера;

• модуль силовых цепей управления(драйвер) лампами светофора;

• модуль защиты от зависанияконтроллера (охранный таймер – WDT).

СТАНДАРТНЫЕ МОДУЛИ СИСТЕМЫ

• модуль микроконтроллера;

• модуль сброса и синхронизации;

• модуль питания.

Модули, которые могут быть реализованы как аппаратным, так и программным способом:

• модуль таймерадля формирования временных интервалов;

• модуль подавления дребезга контактовкнопок.

В настоящее время большинство микроконтроллеров имеют встроенные аппаратные узлы, такие как таймеры, контроллеры прерывания и т.д. Использование встроенных аппаратных частей повышает производительность системы за счет параллельности их работы по отношению к процессору микроконтроллера. Вследствие этого следует использовать встроенный аппаратный модуль таймера.

Что касается модуля подавления дребезга контактов, то его лучше также реализовать аппаратным способом, так как количество кнопок невелико. С целью снижения аппаратных затрат можно объединить входные сигналы от всех датчиков и кнопок (так как реакции на их сработку функционально не отличаются) и подать входной сигнал на встроенный контроллер прерываний. Такое решение позволит уменьшить количество используемых выводов микроконтроллера и уменьшит время реакции на внешнее событие.

Таким образом, в состав аппаратных блоков добавятся следующие модули:

ФУНКЦИИ

• модуль подавления дребезга контактовкнопок и датчиков.

СТАНДАРТНЫЕ МОДУЛИ СИСТЕМЫ

• модуль таймера;

• модуль контроллера прерывания.

В результате разработки проекта системы можно построить ее структурную схему, взяв за основу общую модульную структуру аппаратных средств (рис.3.1). Структурная схема контроллера светофора представлена на рис.6.2. На схеме предполагается, что модуль микроконтроллера содержит аппаратный таймер и контроллер прерывания.

Программные модулитакже определяются на основе анализа функциональной спецификации. Будем представлять программную часть в виде структурызадачи/состояния.

Первый этап – задачи. Набор задач представляется в виде диаграммы.Выделение задач может вестись как путем разбиения системы по времени, так и по физическим компонентам. Диаграммы начинаются на самом низком уровне - с технических средств, к которым непосредственно подключена система управления. Следующий уровень – самый низкий уровень программного обеспечения. Программное обеспечение на этом уровне обычно непосредственно связано с аппаратной частью системы. Характер следующих уровней зависит от приложения.

Рис.6.2. Структурная схема контроллера светофора.

Техническими средствами разрабатываемой системы, которые непосредственно связаны с программной частью, являются:

1. Датчики и кнопки – их состояния должны обрабатываться программным обеспечением.

2. Лампы светофора – на них подается управляющее воздействие, формируемое программным обеспечением.

3. Охранный таймер – он должен периодически сбрасываться соответствующей программной процедурой в процессе функционирования системы.

4. Таймер – он вырабатывает временные отсчеты для формирования необходимых задержек (10с, 20с и т.д.).

В соответствии с техническими средствами выделим задачи управления ими:

1. Обработка входных сигналов.

2. Управление выходными сигналами.

3. Сброс охранного таймера (WDT).

4. Отсчет времени.

Рис.6.3. Диаграмма задач управления светофором

Выделение отдельной задачи "Управление с обратной связью" (см. рис.5.2) является нерациональным. Это связано с простотой задачи управления светофором, в которой выходной вектор, управляющий лампами светофора, непосредственно зависит от входного вектора, состоящего из сигналов от датчиков и отсчетов времени. Вследствие этого функции управления и функции формирования выходного вектора объединим в одной задаче. Диаграмма задач управления светофором представлена на рис.6.3.

Анализируя диаграмму задач, можно уточнить требования к разработке аппаратных средств. В частности, задача "Обработка входных сигналов" должна быть активизирована по сработке датчиков и кнопок. Это наиболее просто сделать через систему прерываний микроконтроллера. Привязка задачи к системе прерываний позволяет, кроме того, выполнять блокировку задачи простым запретом соответствующего прерывания. Таким образом, уточнения для разработки аппаратной части сводятся к необходимости подключения выхода схемы "Защита от помех и дребезга" к входу прерывания микроконтроллера.

В соответствии с отмеченными уточнениями и будем вести разработку аппаратной и программной частей устройства управления светофором.