Анализ технической задачи и возможные способы реализации поставленной цели

Содержание

Введение...........................................................3

1. Общая часть...................................................4

1.1. Анализ технической задачи и возможные способы реализации поставленной цели....................................... 4

1.2. Выбор программных и аппаратных средств для реализации поставленной задачи.......................................4

1.2.1. Обзор программы CodeVisionAVR........................ 5

1.2.2. Обзор программы Altium Designer.........................8

1.2.3. Основные элементы....................................10

1.2.4. Подбор LCD-экрана....................................11

1.2.5. Стабилизатор напряжения.............................. 11

1.2.6. Выбор микроконтроллера...............................12

1.3. Исследование рынка......................................15

2. Специальная часть............................................ 16

2.1. Работа частей устройства..................................16

2.1.1. Общие положения обработки данных.....................17

2.1.2. Реализация передачи данных на LCD –дисплей............ 19

2.1.3. Главный цикл системы.................................23

2.1.4. Основные файлы в проекте на CodeVisionAVR.............24

2.2. Тестирование устройства и условия эксплуатации............. 24

2.3. Составление эксплуатационной документации................ 26

Заключение........................................................27

Список использованной литературы...................................28

 

 

Введение

В данном курсовом проекте описывается «Проектирование бегущей строки строки на микроконтроллере с использованием программного симмулятора». Особенностью данного устройства является то, что он реализован на общедоступных радиодеталях, которые имеют широкий спектр аналогов на рынке радиоэлементов. С точки зрения поставленной задачи были достигнуты все предъявляемые требования в техническом задании, это: движение многострочной строки, индикация изменения температуры на LCD, повторение при окончании строки. Проект реализован на коммерческом программном продукте CodeVisionAVR, который является компилятором для микроконтроллеров семейства AVR фирмы Atmel, также есть бесплатная его реализация в виде ограничения компилируемого кода, что идеально подходит для таких мелких проектов, как наш проект с бегущей строкой. К проекту прилагаются все основные документы – это исходники, принципиальная схема, чертежи печатных плат, чертежи монтажных плат и спецификация.

 

 

Общая часть

Анализ технической задачи и возможные способы реализации поставленной цели

Перед разработчиком ставилась задача реализации обычного устройства, который демонстрирует бегущую строку со следующими характерными ему особенностями:

· Возможность движения текста в горизонтальном положении;

· Возможность вывода текста любой дины;

· Циклическое автоматическое вопроизведение, при конце прохождении текста;

· Отображение текста на экране LCD;

При проектировании проекта учитывались все основные аспекты для легкой и быстрой реализации бегущей строки, не тратя время на поиск труднодоступных радиодеталей или инструментария. Сделав анализ подобных проектов в сети Интернет, были подобраны основные элементы для построения устройства:

· Микроконтроллер Atmega8, для управления всем процессом счета;

· LCD –экран серии LM016L от фирмы SHARP;

· Стабилизатор напряжения серии 7805;

Все вышеуказанные радиодетали легкодоступны и заменяемы соответствующими аналогами разных фирм.

 

Выбор программных и аппаратных средств для реализации поставленной задачи

Инструментные средства - это ПО для реализации различных этапов проектирования проекта, так как все делается на ЭВМ. Таким образом, наш проект частично будет программироваться в компиляторе, частично будет чертиться в виде печатных плат, частично будет симулироваться прямо на компьютере и ниже представлен соответствующий набор ПО:

· Компилятор CodeVisionAVR для программирования нашего микроконтроллера Atmega8 на языке C;

· Altium Designer для черчения печатной, монтажной плат и принципиальной схемы проекта;

· Proteus(или Multisim) для симуляции и достоверности работы нашего проекта до того, как мы его материализуем;

 

Основные элементы

Основными, центральными, элементами на схеме являются микроконтроллер, который служит вычислительным звеном и событийным обработчиком, LCD – дисплей для индикации информации, а также модуль стабилизации, который может отсутствовать, если питание подается 5V, если больше, то для его понижения и сохранности элементов от сгорания необходимо использовать стабилизатор напряжения. Мы будем считать, что питание подается от адаптера в 9V, а адаптер из общественной сети в 220V

 

Подбор LCD-экрана

 

Для индикации информации об изменениях используется LCD дисплей серии LM016L. Основные его характеристики перечислены ниже.

· Очень низкое потребление порядка 7,5 мВт;

· Символы дисплея ASCII плюс японские символы Кандзи математики, греческие символы и simpolos.;

· Смещение символов влево или вправо;

· Память 40 символов в строке дисплея, 16 символов в строке отображается;

· Курсор движение и изменять свой внешний вид;

· Позволяет пользователю запрограммировать восемь символов;

· Они могут управляться связи шины с 4 или 8 бит;

 

Стабилизатор напряжения

7805 - cтабилизатор, выполненный в корпусе, похожем на транзистор и имеет три вывода. См. рисунок. (+5V стабилизированного напряжения и ток 1A). Так же в корпусе имеется отверстие для крепления стабилизатора напряжения 7805 к радиатору охлаждения. 7805 является стабилизатором положительного напряжения. Его зеркальное отражение - 7905 - аналог 7805 для отрицательного напряжения. Т.е. на общем выводе у него будтет +, а на вход будет подаваться -. С его выхода, соответственно, будет сниматься стабилизированное напряжение -5 вольт.

Рис 4. Внешний вид стабилизатора

Так же стоит отметить, что для нормальной работы на вход обоим стабилизаторам необходимо подавать напряжение около 10 вольт.

 

Выбор микроконтроллера

Для нашего проекта подойдет любой промышленный или бюджетный микроконтроллер. Основными фирмами, которые предлагают, на данный момент, чипами, предназначенными для малогабаритной радиоппаратуры это такие известные фирмы, как Atmel (чипы с архитектурой AVR(8 битная архитектура) и ARM(32 битная архитектура)), Microchip Technology Inc(чипы с архитектурой PIC) и др. Выбор был сделан исходя из технических возможностей, которые возлагалются на наш проект бегущей строки, еще учитывались легкодоступность и взаимозаменяемость внутри архитектуры между разными маркировками. Все эти особенности вполне соответствуют чипам от компании Atmel архитектуры AVR c 8 битной адресацией памяти и был выбран микроконтроллер марки ATMega 8.

Микроконтроллер ATMega8 (мега8, mega8) от компании AVR выбирают благодаря идеальному сочетанию цены, функциональности и простоте применения в проектируемых электронных устройствах. Для прошивки микроконтроллера ATMega8 не требуется сложного специализированного оборудования - программаторы для ATMega8 просты в устройстве и могут быть легко куплены в нашем магазине или изготовлены самостоятельно.

На нашем сайте можно ознакомиться с различной документацией по устройству и программированию микроконтроллера, найти описание ATMega8, посмотреть схемы устройств, основанных на этом микроконтроллере, а также купить ATMega8 и всё необходимое для работы с ним - программаторы, отладочные платы и т.д

 

Микроконтроллер необходим для обработки сигналов от датчика и прорисовке этих результатов в понятном виде для человека на LCD, так как мы иначе не сможем, просто используя датчик, узнать по его импульсам какова сейчас температура.

Ниже описаны краткие характеристики данного микроконтроллера:

· 8-разрядный высокопроизводительный AVR микроконтроллер с малым потреблением

· Прогрессивная RISC архитектура

130 высокопроизводительных команд, большинство команд выполняется за один тактовый цикл;

32 8-разрядных рабочих регистра общего назначения Полностью статическая работа;

Приближающаяся к 16 MIPS (при тактовой частоте 16 МГц) производительность;

Встроенный 2-цикловый перемножитель;

· Энергонезависимая память программ и данных

8 Кбайт внутрисистемно программируемой Flash памяти (In-System Self-Programmable Flash);

Обеспечивает 1000 циклов стирания/записи;

Дополнительный сектор загрузочных кодов с независимыми битами блокировки;

Обеспечен режим одновременного чтения/записи (Read-While-Write)

512 байт EEPROM;

Обеспечивает 100000 циклов стирания/записи;

1 Кбайт встроенной SRAM;

Программируемая блокировка, обеспечивающая защиту программных средств пользователя;

· Встроенная периферия

Два 8-разрядных таймера/счетчика с отдельным предварительным делителем, один с режимом сравнения;

Один 16-разрядный таймер/счетчик с отдельным предварительным делителем и режимами захвата и сравнения;

Счетчик реального времени с отдельным генератором;

Три канала PWM;

8-канальный аналого-цифровой преобразователь (в корпусах TQFP и MLF);

6 каналов с 10-разрядной точностью;

2 канала с 8-разрядной точностью;

6-канальный аналого-цифровой преобразователь (в корпусе PDIP);

4 канала с 10-разрядной точностью;

2 канала с 8-разрядной точностью;

Байт-ориентированный 2-проводный последовательный интерфейс;

Программируемый последовательный USART;

Последовательный интерфейс SPI (ведущий/ведомый);

Программируемый сторожевой таймер с отдельным встроенным генератором;

Встроенный аналоговый компаратор;

· Специальные микроконтроллерные функции

Сброс по подаче питания и программируемый детектор кратковременного снижения напряжения питания;

Встроенный калиброванный RC-генератор;

Внутренние и внешние источники прерываний;

Пять режимов пониженного потребления: Idle, Power-save, Power-down, Standby и снижения шумов ADC;

· Выводы I/O и корпуса

23 программируемые линии ввода/вывода;

28-выводной корпус PDIP, 32-выводной корпус TQFP и 32-выводной корпус MLF;

· Рабочие напряжения

2,7 - 5,5 В (ATmega8L);

4,5 - 5,5 В (ATmega8);

· Рабочая частота

0 - 8 МГц (ATmega8L);

0 - 16 МГц (ATmega8);

 

Рис 5. расположение ПИНов

 

Исследование рынка

В последнее время радиоинженеры в сотрудничестве с программистами создали немалое количество конструкций, устройств и механизмов для изображений, которые создаются светодиодами: глобусы с бегущими строками, изображения часов с секундной стрелкой, также всякие мигающие картинки. В последнее время передовые технологии настолько расширили свой ассортимент, что сейчас можно без особого труда самому сконструировать табло с эффектами бегущих строк. Рынок уже полон компонентами для этих конструкций. Можно заказать готовое, в котором бегущие строки будут спрограммированы для каждого заказчика в индивидуальном порядке.

Конструкция бегущей строки является очень простой для применения в качестве текстового информационного табло. Главной спецификой конструкции является работа в полностью автономном режиме без необходимости подключения к персональному компьютеру, как во время использования, также и во время загрузки текста. А также главной спецификой является то, что оператор может регулировать знаковые символы и во время особой надобности делать свои. Бегущая строка работать может от аккумулятора либо любого источника питания 9-12В переменного либо постоянного тока. Ток потребления 0.5-3А это зависит от наполненности и кол-ва табло, которые установлены. Соединяется строка с ПК 3-х проводным кабелем с разъёмами DB-9. Кабель может быть длиной 100 метров. Чтобы соединить, всегда можно применять удлинитель Сом. Для строк, установленных на большом удалении всегда можно применять спец. Память-FLASH. Вначале с ПК загружается информация на флеш-память, затем из флеш-памяти в строку.

В недавнем прошлом для эффекта бегущих строк использовались исключительно радиоустройства, собранные на светодиодах, которые управлялись релейным генератором переключений. Спустя некоторое время на свет появился транзисторный генератор переключений. А сейчас в широком пользовании есть и компьютерные программы, которые разработаны специально для конструирования эффекта бегущих строк.

 

Специальная часть

Работа частей устройства

К проекту прилагаются все необходимые чертежи и схемы расположения на плате радиодеталей, а так же, в спецификации, указаны их номиналы и маркировки, что позволит без труда собрать данное устройство.

Принципиальная схема проекта, после сборки, будет таков:

Рис 6.Принципиальная схема проекта бегущей строки

Далее описывается назначение каждого элемента в системе измерения температуры.

Общие положения обработки данных

Для начала нужно отконфигурировать подключение дисплея в мастере начального кода CVAVR.

Перечень самых ходовых команд:

Очистка дисплея: lcd_clear();

Размещение надписи на дисплее задается функцией lcd_gotoxy(2,0); где цифра 2 означает что первый слева символ надписи будет выводиться в третью по счету ячейку дисплея слева, имеющую порядковый номер 1, так как счет ячеек идет с цифры 0.

Цифра 0 означает что надпись выводится в первую строчку сверху, 1 соответственно будет значить размещение надписи во второй строке, и.т.д.

Чтобы просто написать что-то на дисплее латиницей, достаточно применить следующий код;

lcd_gotoxy(1,0); // задаем положение первого символа

lcd_putsf("Eto moy text");

В итоге на дисплей будет выведена надпись “Eto moy text”. Вывод содержимого текстовых массивов

Можно создать текстовый массив в оперативной памяти контроллера или в памяти программ. В данном случае массивы, сидящие в разных типах памяти выводятся разными командами.

К примеру создадим текстовый массив в памяти программ:

flash char text_mass[] = "Eto moy text";

Для вывода его содержимого нужно воспользоваться функцией lcd_putsf

пример: lcd_putsf(text_mass);

На дисплей будет выведено: “Eto moy text”

Если же массив вписан в оперативную память контроллера:

char text_mass[] = "Eto moy text";

то его вывод осуществляется аналогично функцией lcd_puts(text_mass);

(без буквы f)

Чтобы просто вывести один символ, достаточно ввести команду:

lcd_putchar('D'); // Будет выведена просто буква D

Можно конечно, поизвращаться как указано строкой выше, а можно пойти более легким путем:

Были предложены разные варианты, такие как специальная функция-перекодировщик, и еще один вариант с прагмами.

Первый – лишнее утяжеление программы.

Второй вариант не работает во второй версии CVAVR.

 

Главный цикл системы

Главный цикл служит точкой входа в программу для дальнейшего его выполнения, далее приводится код главной функции и главного цикла программы, в комментариях объяснено что за что отвечает.

Далее приведен код основного файла main__.c, который содержит главную функцию и основной цикл программы:

 

 

 /*****************************************************

This program was produced by the

CodeWizardAVR V1.25.9 Professional

Automatic Program Generator

© Copyright 1998-2008 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l.

http://www.hpinfotech.com

Author: test                       

Company: test                           

Chip type     : ATmega8

Clock frequency: 4,000000 MHz

External SRAM size: 0

Data Stack size: 256

*****************************************************/

#include <mega8.h>

// Alphanumeric LCD Module functions

#asm

.equ __lcd_port=0x12;PORTD

#endasm

#include <lcd.h>  

 #include <delay.h>  

 unsigned char i;                        

int n_sim=1,m_end=500; //m_end - общее количество символов в исходной строке;

 char ish_str[] = " Dannaya textovaya stroka operiruyet na microkontrollere AVR Atmega8. Cod scompilirovan na CodeVision AVR. ";

 void beg_str(void)

{

     for(i=0;i<15;i++)lcd_write_byte(0xC0+i,lcd_read_byte(0xC1+i));

     lcd_gotoxy(15,1); // указали место курсору во второй строке

          lcd_putchar(ish_str[n_sim]);

         if(++n_sim>m_end)

         {n_sim=1;};

          delay_ms(100);

               

  }

void main(void)

{

 

PORTB=0x04;

DDRB=0x00;

 

PORTC=0x00;

DDRC=0x00;

 

PORTD=0x00;

DDRD=0x00;

 

 

ACSR=0x80;

SFIOR=0x00;

 

// LCD module initialization

lcd_init(16);

 

while (1)

{

beg_str();

lcd_gotoxy(0,0,);

lcd_putsf("Stroka Texta");

 

// Place your code here

};

}

 

 

Заключение

 

В заключении можно сказать, что все технические требования, которые изначально предъявлялись к проекту выполнены успешно. Получен рабочий исходный код, который удачно просимулирован в среде Proteus. При запуске проекта сразу инициализируется LCD –экран для дальнейщего движения текста в горизонтальном направлении. Если текст заканчивает свой цикл, то движение начинается заново. Данный проект в перспективе можно доработать, увеличив его функциональность и имеет место его использования в других системах. Как модуль событийной идентификации выполнения какого-либо процесса или же можно использовать как рекламное табло.

Список использованной литературы

1) Корнеев В.В., Кисилев А.В. Современные микропроцессоры – М.: Нолидж, 2000.

2) Голубцов М.С. Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному – М.: СОЛОН-Пресс, 2003. – (Серия "Библиотека инженера")

3) Гребнев В.В. Микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel – М.: ИП.РадиоСофт, 2002.

4) Евстифеев А.В. МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ AVR СЕМЕЙСТВА CLASSIC ФИРМЫ "ATMEL" – М.: Издательский дом "Додэка-XXI", 2002.

5) Современные микроконтроллеры: Архитектура, средства проектирования, примеры применения, ресурсы сети Интернет. Под ред. Коршуна И. В.; – М: Издательство «Аким», 1998

Содержание

Введение...........................................................3

1. Общая часть...................................................4

1.1. Анализ технической задачи и возможные способы реализации поставленной цели....................................... 4

1.2. Выбор программных и аппаратных средств для реализации поставленной задачи.......................................4

1.2.1. Обзор программы CodeVisionAVR........................ 5

1.2.2. Обзор программы Altium Designer.........................8

1.2.3. Основные элементы....................................10

1.2.4. Подбор LCD-экрана....................................11

1.2.5. Стабилизатор напряжения.............................. 11

1.2.6. Выбор микроконтроллера...............................12

1.3. Исследование рынка......................................15

2. Специальная часть............................................ 16

2.1. Работа частей устройства..................................16

2.1.1. Общие положения обработки данных.....................17

2.1.2. Реализация передачи данных на LCD –дисплей............ 19

2.1.3. Главный цикл системы.................................23

2.1.4. Основные файлы в проекте на CodeVisionAVR.............24

2.2. Тестирование устройства и условия эксплуатации............. 24

2.3. Составление эксплуатационной документации................ 26

Заключение........................................................27

Список использованной литературы...................................28

 

 

Введение

В данном курсовом проекте описывается «Проектирование бегущей строки строки на микроконтроллере с использованием программного симмулятора». Особенностью данного устройства является то, что он реализован на общедоступных радиодеталях, которые имеют широкий спектр аналогов на рынке радиоэлементов. С точки зрения поставленной задачи были достигнуты все предъявляемые требования в техническом задании, это: движение многострочной строки, индикация изменения температуры на LCD, повторение при окончании строки. Проект реализован на коммерческом программном продукте CodeVisionAVR, который является компилятором для микроконтроллеров семейства AVR фирмы Atmel, также есть бесплатная его реализация в виде ограничения компилируемого кода, что идеально подходит для таких мелких проектов, как наш проект с бегущей строкой. К проекту прилагаются все основные документы – это исходники, принципиальная схема, чертежи печатных плат, чертежи монтажных плат и спецификация.

 

 

Общая часть

Анализ технической задачи и возможные способы реализации поставленной цели

Перед разработчиком ставилась задача реализации обычного устройства, который демонстрирует бегущую строку со следующими характерными ему особенностями:

· Возможность движения текста в горизонтальном положении;

· Возможность вывода текста любой дины;

· Циклическое автоматическое вопроизведение, при конце прохождении текста;

· Отображение текста на экране LCD;

При проектировании проекта учитывались все основные аспекты для легкой и быстрой реализации бегущей строки, не тратя время на поиск труднодоступных радиодеталей или инструментария. Сделав анализ подобных проектов в сети Интернет, были подобраны основные элементы для построения устройства:

· Микроконтроллер Atmega8, для управления всем процессом счета;

· LCD –экран серии LM016L от фирмы SHARP;

· Стабилизатор напряжения серии 7805;

Все вышеуказанные радиодетали легкодоступны и заменяемы соответствующими аналогами разных фирм.