Проектирование светодиодного табло на микроконтроллере PIC16C84

Проектирование светодиодного табло на микроконтроллере PIC16C84

Введение

микроконтроллер светодиодный надежность

Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно-технического прогресса.

Использование микроконтроллеров в изделиях производственного и культурно-бытового назначения не только приводит к повышению технико-экономических показателей изделий (стоимости, надёжности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и позволяет многократно сократить сроки разработки и отодвинуть сроки морального старения изделий, но и придаёт им принципиально новые потребительские качества такие как расширенные функциональные возможности, модифицируемость, адаптивность и т.д.

За последние годы в микроэлектронике бурное развитие получило направление, связанное с выпуском однокристальных микроконтроллеров, которые предназначены для «интеллектуализации» оборудования различного назначения.

Целью курсовой работы на тему Проектирование светодиодного табло на микроконтроллере PIC16C84 является подтверждение ранее полученных теоретических знаний в процессе обучения и углубления знаний по предмету, она должна быть достигнута с помощью поставленных задач:

-        Построение электрической принципиальной схемы;

-       Расчет цепи схемы;

-       Программирование микроконтроллера;

-       Произвести расчет надежности системы.

1. Общая часть

1.1     Общие сведения о микроконтроллерах

Микропроцессорная система - представляет собой функционально законченное изделие, состоящее из одного или нескольких устройств, главным образом из микропроцессора и/или микроконтроллера.

Структура микропроцессорной системы (МПС) является магистрально-модульной. В такой структуре имеется группа магистралей (шин), к которым подключаются различные модули (блоки), обменивающиеся между собой информацией по одним и тем же шинам поочередно, в режиме разделения времени.

Типичная микропроцессорная система работает с помощью шин, по которым в систему передаются адреса модулей, к которым обращается микропроцессор. В шину включен шинный формирователь (ШФ), обеспечивающий работу микропроцессора (МП) на нагрузку, образуемую внешними цепями. Собственной нагрузочной способности у выводов МП, как правило, не хватает.

К настоящему времени более двух третей мирового рынка микропроцессорных средств составляют именно однокристальные микроконтроллеры.

Микроконтроллер - микросхема, предназначенная для управления электронными <#"730050.files/image001.gif">

Рисунок 1 - Расположение выводов микроконтроллера PIC16C84

О назначениях ножек входа и выхода описано в таблице. Серия PIC16C84 подходит для широкого спектра приложений от схем высокоскоростного управления автомобильными и электрическими двигателями до экономичных удаленных приемопередатчиков, показывающих приборов и связных процессоров. Наличие ПЗУ позволяет подстраивать параметры в прикладных программах (коды передатчика, скорости двигателя, частоты приемника и т.д.).

Обзор характеристик микроконтроллера:

-       только 35 простых команд;

-       все команды выполняются за один цикл(400ns), кроме команд перехода - цикла;

-       рабочая частота 0 Гц ... 10 МГц;

-       14 - битовые команды;

-       8 - битовые данные;

-       1024 х 14 электрически перепрограммируемой программной памяти на кристалле (EEPROM);

-       36 х 8 регистров общего использования;

-       15 специальных аппаратных регистров SFR;

-       64 x 8 электрически перепрограммируемой EEPROM памяти для данных;

-       восьмиуровневый аппаратный стек;

-       прямая, косвенная и относительная адресация данных и команд;

-       четыре источника прерывания;

-       внешний вход INT;

-       переполнение таймера RTCC;

-       прерывание при изменении сигналов на линиях порта B;

-       по завершению записи данных в память EEPROM.

-       улучшенный температурный диапазон эксплуатации

-       высокий максимальный выходной ток на Vss

-       15 аппаратных регистров специального назначения

-       прямой, косвенный и относительный режимы адресации для данных и инструкций

-       RISC архитектура.

Таблица 1 - Назначение ножек микроконтроллера

Функциональная схема микроконтроллера представлена в приложении А.

1.3     Программирование микроконтроллера

В основе схемы микросхема PIC16C84. Стабилизатор напряжения DA1 служит для получения напряжения стабилизированного +5В, которое питает все устройство. На элементах R1, C4 собрана частотно задающая цепочка, для внутреннего тактового генератора микросхемы. Вход RA0 используется для ввода стартового сигнала в микроконтроллер. Для этого на него, через резистор R2 подано напряжение питание, образующее на входе сигнал логической единицы. Контактная пара "Старт" срабатывает при резком ускорении движения устройства и замыкает вход RA0 на общий провод, создавая на нем нулевой уровень. Программа постоянно опрашивает состояние этого входа. Когда после очередного цикла опроса программа получит нулевой уровень в младшем разряде порта RA, она перейдет к циклу вывода изображения. Светодиоды подключены к пяти младшим разрядам порта RB процессора. Автор подключил светодиоды непосредственно к выходам микросхемы для получения большей яркости свечения, хотя такая схема включения создает слишком большую нагрузку на выходы. Для повышения надежности и яркости светодиодов не мешало бы подключить светодиоды через транзисторные ключи.

Для синхронизации процесса вывода изображения с движением палочки применяется инерционный контактный датчик движения. Устроен он следующим образом:

Рисунок 2 - Устройство инерционного контактного датчика движения

В состоянии покоя контакты разомкнуты. Если же резко махнуть палочкой, то груз под действием силы инерции замкнет контакты. На входе RA0 контроллера появится сигнал логического нуля. По этому сигналу процессор запустит процесс вывода изображения.

В этой программе реализован самый элементарный алгоритм. В авторском варианте она может выводить только заглавные латинские буквы. После включения программа сначала производит настройку портов (процедура init). Все разряды порта b переводятся в режим вывода. А порт b настраивается таким образом, что его младший разряд RA.0 включается в режим ввода. Для этого в управляющие регистры соответствующих портов записываются управляющие коды. Далее программа переходит к процедуре опроса датчика запуска getbut. Пока датчик не замкнут, программа находится в непрерывном процессе опроса датчика и из программы опроса не выходит. Как только программа обнаружит нулевой сигнал на RA0, она переходит к процедуре вывода слова letters.

Процедура вывода слова представляет собой последовательные обращения к подпрограммам вывода букв отображаемого слова. У автора программа выводит слово "HELLO". Поэтому она последовательно обращается к подпрограммам вывода именно этих букв. Для вывода каждой буквы имеется своя отдельная подпрограмма. Для вывода буквы «A» служит подпрограмма, на которую можно перейти по метке «la». Подпрограмма вывода буквы «B» имеет метку «lb» и так далее. Все подпрограммы вывода букв совершенно одинаковы. Различаются они лишь выводимыми кодами. Каждая подпрограмма последовательно выводит на выходные светодиоды четыре кода, соответствующие четырем столбцам матрицы, отображающей изображение буквы. Эта матрица, как мы знаем, образуется при движении пяти светодиодов в пространстве. Следовательно, каждый знак отображается матрицей 4X5 точек. После вывода очередного столбца матрицы, подпрограмма рисования буквы переходит к подпрограмме задержки wait. Подпрограмма задержки обеспечивает нужный темп вывода столбцов. Задержка подобрана таким образом, что бы при движении устройством с разумной для человека скоростью, ширина букв была пропорциональна их высоте.

После вывода всех четырех столбцов, подпрограмма вывода буквы переходит к процедуре space1, служащей для формирования промежутка между буквами. Подпрограмма space1 гасит все светодиоды и выдерживает необходимый временной интервал.

Описываемая программа содержит подпрограммы для высвечивания всех букв латинского алфавита. Поэтому вы сами легко можете переделать программу, заставив ее выводить ваше слово. Для этого нужно переписать процедуру letters таким образом, что бы она обращалась к подпрограммам вывода нужных букв.

2. Понятие о надежности системы

.1 Основные понятия надежности системы

Теория надёжности - наука, изучающая закономерности распределения отказов технических устройств, причины и модели их возникновения.

Базой математического аппарата теории надежности являются:

-        теория вероятностей;

-       математическая статистика;

-       математическая логика;

-       теория случайных процессов;

-       теория массового обслуживания;

-       теория графов;

-       теория оптимизации.

Основные понятия и определения теории надёжности технических устройств, сформулированы в ГОСТ 27.002 89 «Надёжность в технике. Основные понятия. Термины и определения»

Общие понятия (по ГОСТу 27.002 89):

-       Надежность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

-       Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

-       Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

-       Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта

-       Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования

Структурная надежность любого радиоэлектронного аппарата, в том числе и ЭВМ,- его результирующая надежность при известной структурной схеме и известных значениях надежности всех элементов, составляющих структурную схему. При последовательном включении элементов для надежной работы схемы необходима работа всех функциональных элементов. Рассчитываем надежную работу P(t) схемы по формуле

P(t)= P1(t)*P2(t)*…Pn(t) (1)

где n - число элементов надежностной схем, шт;

Р1(t) - работа первого элемента;(t) - работа второго элемента;(t) - работа n - го элемента.

Функциональная схема микроконтроллера PIC16C84

Заключение

В заключении описаны достоинства и недостатки микроконтроллеров PIC. Основным достоинством таких микроконтроллеров является простота в их использовании, программировании, установке и др. Также благодаря малому количеству компонентов в микроконтроллерах, используемых при построении приборов, их размеры уменьшаются, а надежность увеличивается. Основным недостатком PIC микроконтроллеров является их сравнительно большая стоимость, при том, что выполняют они не особо много функций.

Применение PIC-контроллеров целесообразно в несложных приборах с ограниченным током потребления (автономные устройства, приборы с питанием от телефонной линии и т.п.).

Список литературы

1.       Воловий А., Верлович Г. Интегральные акселерометры. - Компоненты и технологии, 2002.

.        Григорьев В.Л. Программное обеспечение микропроцессорных систем. - М.: Энергоатомиздат, 1983.

.        Грушвицкий Р.И., Мурсаев А.X., Угрюмов Е.П. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики. - СПб.: БХВ-Петербург, 2002.

.        Грушин С.И., Душутин И.Д., Мелехин В.Ф. Проектирование аппаратных средств микропроцессорных систем: Учеб.пособие. - Л.: ЛПИ им. Калинина, 1990.

.        Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергоатомиздат, 1988.

.        Кауфман М., Сидман А. Практическое руководство по расчетам схем в электронике 1991.

.        Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

.        Лебедев О.П., Мирошниченко А.И., Телец В.А. Изделия электронной техники. Цифровые микросхемы. Микросхемы памяти. Микросхемы ЦАП и АЦП: Справочник. - М.: Радио и связь, 1994.

.        Незнайко А.П.,. Геликман Б.Ю Конденсаторы и резисторы, 1974.

.        Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника2004.