Выбор типа микроконтроллера, выбор элементной базы

Факультет радиоэлектроники, телекоммуникаций и мультимедийных технологий

Курсовой проект

По дисциплине: «ЦУиМП»

На тему: «Разработка и проектирование устройства измерения давления на микроконтроллере.»

Выполнила студентка 4 курса

гр. Р-351 Кадилова Д.З.

Проверил: ст.пр. Семиляк А. И.

Махачкала 2016

Содержание

Введение………………………………………………………3

Теоретическая часть……………………………….………5

Микроконтроллеры AVR семейства MEGA…..……………5

Характеристики процессора……............................................5

Общие сведения………………..............................................6

Начало работы с Arduino.........................................................6

Описание отладочного модуля…...........................................7

Цифровые выводы………………………………...………….7

Широтно-импульсная модуляция………………………… 10

Память в Arduino ……………………………..……………11

Описание структурной схемы ……………...……………12

Описание принципиальной схемы…………….………. 13

Выбор элементной базы……………………………..……16

Заключение……………………………….…………………18

Список использованных источников.……………………..19

Приложения…………………………………………………20

Выбор типа микроконтроллера, выбор элементной базы

Все сложнейшие электронные приборы, без которых также сложно себе представить современного человека содержат микроконтроллеры. Микроконтроллер содержит в себе все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления:

1. Процессор

2. Тактовый генератор

3. Память данных и программ

4. Порты ввода-вывода.

Эти элементы соединены внутренней магистралью. При помощи портов ввода-вывода микроконтроллер взаимодействует с внешней средой. Современные микроконтроллеры имеют систему прерываний, а так же разного рода встроенную периферию, например таймеры, ЦАП, АЦП, компараторы и др. Одними из популярнейших микроконтроллеров являются микроконтроллеры AVR фирмы Atmel. Микроконтроллеры AVR обретают все большую известность и популярность в мире. Во многом это обусловлено хорошим соотношением цена/быстродействие/энергопотребление. И тем не менее на рынке присутствует нехватка недорогих и простых устройств на микроконтроллерах AVR.

Основным направлением научно-технического прогресса является именно развитие микроэлектроники, а также применение микропроцессоров в промышленном производстве и управления самыми разнообразными объектами и процессами.

Использование микроконтроллеров в изделиях приводит к решение сразу двух проблем, первая – это повышение технико-экономических показателей, а именно:

1. Стоимости

2. Качество

3. Потребляемой мощности

4. Габаритных размеров.

И вторая это – уменьшение времени разработки, ибо микропроцессоры крайне универсальны и адаптивны.

При использовании микроконтроллеров в системах автоматического управления (САУ) самоуправление достигает больших значений эффективности. Микроконтроллеры представляют собой эффективное средство автоматизации разнообразных объектов и процессов.

В настоящее время в рамках единой базовой архитектуры микроконтроллеры AVR подразделяются на несколько семейств:

- Tiny AVR;

- Mega AVR;

Выбор элементной базы

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Характеристики процессора

Подавляющее большинство основных характеристик процессора микроконтроллеров линейки Mega такие же, что и микроконтроллеров других линеек Classic и Tiny:

v полностью статическая архитектура; минимальная тактовая частота- равна нулю;

v АЛУ подключено непосредственно к регистрам обшего назначения;

v большинство команд выполняются за один машинный цикл;

v многоуровневая система прерываний; поддержка очереди прерываний.

Процессор микроконтроллеров семейства Mega имеет ряд свойств, присущих именно этому семейcтву:

ü наибольшее число источников прерываний (до 27 источников, из них до 8 внешних);

ü наличие программного стека во всех моделях семейства;

ü имеется аппаратный умножитель.

ОПИСАНИЕ ОТЛАДОЧНОГО МОДУЛЯ

Общие сведения

Arduino — аппаратная вычислительная платформа, состоящая из двух основных компонентов: плата ввода-вывода и среда разработки на языке Processing/Wiring. Arduino удобна для разработки электронных устройств как для новичков, так и для профессионалов. Эта платформа пользуется огромной популярностью во всем мире из-за простого языка программирования, открытой архитектуры и программного кода. Особенность данной платформы является то что она программируется без использования программаторов через USB. С помощью Arduino компьютер может выйти за рамки виртуального мира в физический, благодаря множеству датчиков которые можно подключить к плате. Датчики могут получать информацию об окружающей среде, а также управлять различными исполнительными устройствами.

Может взаимодействовать и с программным обеспечением на компьютере (например, Flash, Processing, MaxMSP).

Плата Arduino состоит из микроконтроллера и элементов обвязки для программирования и интеграции с другими схемами. На многих платах так же имеется линейный стабилизатор напряжения. Тактирование осуществляется на частоте 16 или 8 МГц кварцевым резонатором (прибор, в котором пьезокристаллический эффект и явление механического резонанса используется для построения высокодобротного (свойство колебательной системы, определяющее полосу резонанса и показывающее, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за один период колебаний) резонансного элемента электронной схемы). В микроконтроллер предварительно прошивается загрузчик (программа, отвечающая за загрузку исполнительных файлов и запуск новых процессов) BootLoader, поэтому внешний программатор не нужен. Плата Arduino содержит инвертирующую схему для конвертирования уровней сигналов RS-232 (Recommended Standart 232, физический уровень для асинхронного интерфейса) в уровни ТТЛ (Транзисторно-транзисторная логика-разновидность цифровых логических микросхем, построенных на основе биполярных транзисторов (трёхэлектродный полупроводниковый прибор) и резисторов.), и наоборот.

Изображения используются с разрешения разработчика. ArduinoTM является зарегистрированной торговой маркой (WEB: arduino.cc)

Выбор элементной базы.

В качестве дисплея выводящего информацию на экран был выбран RGB LED – матричная панель. Эта панель, как правило, используется для изготовления видеостен, для отображения анимации или коротких видеоклипов. Она выглядела действительно здорово, поэтому выбор остановился на ней. Матричная панель имеет 1024 светодиода в сетке 32х32. Задняя часть панели представляет собой печатную плату с разъемами IDC (один комплект для ввода, один для вывода, они предназначены и для соединения матриц между собой) и 12 16-разрядные защелки, которые позволяют управлять дисплеем с 1:16 скоростью сканирования. Выглядит панель следующим образом:

Эта панель требует 12 или 13 цифровых выводов (6 бит данных, 6 или 7 бит управления) и хороший запас 5V питания, по крайней мере, пару ампер на панели.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОДРОБНОСТИ

• Размеры: 190.5mm х 190.5mm х 14 мм / 7,5 "х 7,5" х 0,55 "
• Вес панели с кабелями IDC и силового кабеля: 357.51g
• 5V вход регулируемой мощности, 4A макс
• 5V вход данных логического уровня
• 2000 светодиодов MCD на 6 мм поле
• 1/16 Скорость сканирования
• Внутренний дисплей, 150 градусов видимость
• Дисплеи «в цепочке» - подключить один выход к следующему входу

Подробное описание соединения матричной панели к Arduino Uno приведено на сайте производителя, ссылка прикреплена в приложении.

А также была выбрана обычная беспаечная плата. Несомненное преимущество такой платы это многократность ее использования, так как пайка деталей на нее не является необходимой. А также такая плата стоит дешевле своих аналогов и является очень компактной.

Именно эти три фактора и послужили основным сигналом к выбору данной платы для создания прототипа бегущей строки.

Заключение.

В связи с высокими ценами на профессиональное и полупрофессиональное оборудование. Необходимость в недорогом и простом устройстве для обучения работе с программными средами для микроконтроллеров AVR является довольно значимой.

В данной работе на был разработан прототип бегущей строки на отладочном модуле Arduino Uno и матричной RGB LED панели 32х32.

Также существует возможность усложнения всякими датчиками температуры, давления. При модернизации скейтча и подключения к Arduino Uno + Raspberry Pi 2 появляется возможность вывода видео на экран матричной панели, так же можно при изменении скейтча поиграть в несколько простых игр.

В процессе выполнения курсового проекта были рассмотрены практические примеры подключения микроконтроллеров и их программирование.

Применение микроконтроллеров в технике очень актуально. Так как они существенно ускоряют работу поставленной им задачи. Отсюда и важность их изучения и применения в устройствах.

Приложения

Исходный код программы (скейтч) включен в библиотеки.

Ссылка на скачивание первой библиотеки:

https://github.com/adafruit/RGB-matrix-Panel

распаковать архив и переименовать распакованную папку на «RGBmatrixPanel»

Ссылка на скачивание второй библиотеки:

https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library

распаковать архив и переименовать распакованную папку на «Adafruit_GFX»

Подробное описание матричной RGB панели 32х32:

https://cdn-learn.adafruit.com/downloads/pdf/32x16-32x32-rgb-led-matrix.pdf

Факультет радиоэлектроники, телекоммуникаций и мультимедийных технологий

Курсовой проект

По дисциплине: «ЦУиМП»

На тему: «Разработка и проектирование устройства измерения давления на микроконтроллере.»

Выполнила студентка 4 курса

гр. Р-351 Кадилова Д.З.

Проверил: ст.пр. Семиляк А. И.

Махачкала 2016

Содержание

Введение………………………………………………………3

Теоретическая часть……………………………….………5

Микроконтроллеры AVR семейства MEGA…..……………5

Характеристики процессора……............................................5

Общие сведения………………..............................................6

Начало работы с Arduino.........................................................6

Описание отладочного модуля…...........................................7

Цифровые выводы………………………………...………….7

Широтно-импульсная модуляция………………………… 10

Память в Arduino ……………………………..……………11

Описание структурной схемы ……………...……………12

Описание принципиальной схемы…………….………. 13

Выбор элементной базы……………………………..……16

Заключение……………………………….…………………18

Список использованных источников.……………………..19

Приложения…………………………………………………20

Выбор типа микроконтроллера, выбор элементной базы

Все сложнейшие электронные приборы, без которых также сложно себе представить современного человека содержат микроконтроллеры. Микроконтроллер содержит в себе все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления:

1. Процессор

2. Тактовый генератор

3. Память данных и программ

4. Порты ввода-вывода.

Эти элементы соединены внутренней магистралью. При помощи портов ввода-вывода микроконтроллер взаимодействует с внешней средой. Современные микроконтроллеры имеют систему прерываний, а так же разного рода встроенную периферию, например таймеры, ЦАП, АЦП, компараторы и др. Одними из популярнейших микроконтроллеров являются микроконтроллеры AVR фирмы Atmel. Микроконтроллеры AVR обретают все большую известность и популярность в мире. Во многом это обусловлено хорошим соотношением цена/быстродействие/энергопотребление. И тем не менее на рынке присутствует нехватка недорогих и простых устройств на микроконтроллерах AVR.

Основным направлением научно-технического прогресса является именно развитие микроэлектроники, а также применение микропроцессоров в промышленном производстве и управления самыми разнообразными объектами и процессами.

Использование микроконтроллеров в изделиях приводит к решение сразу двух проблем, первая – это повышение технико-экономических показателей, а именно:

1. Стоимости

2. Качество

3. Потребляемой мощности

4. Габаритных размеров.

И вторая это – уменьшение времени разработки, ибо микропроцессоры крайне универсальны и адаптивны.

При использовании микроконтроллеров в системах автоматического управления (САУ) самоуправление достигает больших значений эффективности. Микроконтроллеры представляют собой эффективное средство автоматизации разнообразных объектов и процессов.

В настоящее время в рамках единой базовой архитектуры микроконтроллеры AVR подразделяются на несколько семейств:

- Tiny AVR;

- Mega AVR;

Выбор элементной базы