48696 (Разработка универсального программного модуля (УПМ) для РЭУ)

2016-07-30СтудИзба

Описание файла

Документ из архива "Разработка универсального программного модуля (УПМ) для РЭУ", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "информатика" из 1 семестр, которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "информатика, программирование" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "48696"

Текст из документа "48696"

Введение

Одним из основных факторов, определяющих темпы научно-технического прогресса в современном обществе, является совершенствование средств электронной вычислительной техники, методов и темпов их производства, а также насыщенность ими учебных, производственных, проектных и конструкторских учреждений.

Создание нового вида ЭВМ – сложный взаимосвязанный и многофакторный процесс. Он выполняется в несколько этапов коллективом ученых, инженеров и техников различных специальностей. Основными этапами разработки новой ЭВМ являются:

1) Проведение научно-исследовательских работ (НИР), подтверждающих возможность создания изделия;

2) Опытно-конструкторская разработка (ОКР), включающая в себя следующие стадии:

  1. техническое задание;

  2. аванпроект или техническое предложение;

  3. эскизный проект;

  4. технический проект;

  5. разработка рабочей документации;

  6. изготовление и испытание опытного образца;

  7. эксплуатация.

На первых этапах ОКР, кроме разработки документации, проводятся также исследования. Коллектив создателей нового вида ЭВМ условно принято делить на три группы специалистов: разработчики, конструкторы и технологи.

Разработчики определяют идеологию построения ЭВМ, ее назначение и функции, разрабатывают структуру, а также определяют функции устройств, элементную базу ЭВМ, разрабатывают логическую и схемную часть машины, математическое обеспечение.

Конструкторы осуществляют конструктивное исполнение ЭВМ и ее сборочных единиц, используя схемно-технические решения, принятые разработчиками.

Технологи разрабатывают технологические процессы изготовления компонентов и самой ЭВМ, а также необходимую для производства оснастку и специальное оборудование.

Процесс конструирования ЭВМ состоит из двух основных взаимосвязанных стадий.

Первая стадия включает разработку, согласование и утверждение технического задания, подбор материалов и составление технического предложения; разработку эскизного, а затем и технического проекта; выбор системы математического обеспечения.

Вторая стадия, называемая рабочим проектом, включает разработку рабочей конструкторской документации для изготовления опытных образцов, эксплуатационной документации, систему математического обеспечения и непосредственное изготовление и испытания опытных образцов.

Во время испытаний подтверждается соответствие образцов техническому заданию (ТЗ) и конструкторской документации, которая характеризует все его параметры. Во время испытаний подтверждаются также средства системы математического обеспечения.

После корректировки по результатам изготовления и испытаний опытного образца документация передается на завод для серийного изготовления ЭВМ. Каждый этап конструирования определяет состав и форму конструкторской документации, которой присваиваются соответствующие литеры.

Изготовление контрольной серии ЭВМ ведется только по зафиксированному и полностью оснащенному технологическому процессу.

Повышение качества и экономичности производства во многом зависит от уровня автоматизации технологического процесса. Предпосылки для широкой автоматизации производства элементов и блоков ЭВМ обеспечиваются высоким уровнем технологичности конструкции, широким внедрением типовых и групповых технологических процессов, а также средств автоматизации.

Автоматизация развивается в направлении от автоматизации отдельных операций (пайка, сварка) к широкому использованию автоматизированных линий.

Особенностью производства ЭВТ является также большая трудоемкость контрольных операций. На отдельных предприятий количество контролеров достигает до 30–40% от общего числа рабочих. Используют следующие методы контроля: ручной, неразрушающий, активный.

Производительность ручного контроля крайне низка и не отвечает современным требованиям. Поэтому возникла необходимость в создании высокопроизводительных методов контроля с использованием ЭВМ и автоматических измерительных устройств. Важное значение приобрели методы неразрушающего контроля, которому можно подвергать 100% изделий на всех стадиях производства. Весьма эффективны активные методы контроля, при которых проверяются режимы технологического процесса, и исключается возможность появления брака. Такой контроль осуществляется по ходу технологического процесса и облегчает введение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) с применением ЭВМ.

Полное решение проблемы качества возможно лишь на основе системного подхода к планированию, организации, управлению проектно-конструкторскими работами, производству, испытаниям и эксплуатации.

В свете вышеизложенного в данном курсовом проекте разрабатывается действующий макет, ориентированный на изучение и приобретение навыков разработки устройств для программирования и отладки программ на микроконтроллерах фирмы Microchip.

1. Обоснование выбора схемы и элементной базы УПМ

УПМ построен на следующих основных элементах и устройствах

Рис. 1. Условно-графическое обозначение микропроцессора БИС PIC16F877

Основные параметры БИС:

Технология – КМОП

Шина данных – 8 бит

Тактовая частота – до 20 МГц

Сильноточные линии ввода / вывода: 25 мА

FLASH память программ до 8K x 14 слов

Память данных (ОЗУ) до 368 x 8 байт

ЭСППЗУ память данных до 256 x 8 байт

Количество прерываниий – 14

Напряжение питания – 2,0…5,5 В

Низкое потребление энергии:

– < 2 мА при 5 В, 4 МГц

– 20мкА (типичное значение) при 3 В, 32 кГц

– < 1 мкА (типичное значение) в режиме STANDBY

Рис. 2. Условно-графическое обозначение ОЗУ БИС DS1230

Основные параметры ОЗУ:

Объем памяти 32 Кбит х 8

Uпит.=5В

Uвх =0,45…2,4 В

Uвых.=0,5… 2,7 В

Количество выходных состояний – 3

Рис. 3. Условно-графическое обозначение логического элемента «2И»

Основные параметры логического элемента:

Номинальное напряжение питания – 5В±10%

Выходное напряжение низкого уровня – 0,4 B

Выходное напряжение высокого уровня 2,5 B

Iпотр,0» = ≤ 4 мА

Iпотр,1» = ≤ 2,4 мА

Iвх,0» = ≤ /-0,1/ мкА

Iвх,1» = ≤ 20 мкА

Время задержки распространения

сигнала при включении – < 15 нс

Время задержки распространения сигнала при выключении – < 54 нс

Емкость входа – < 5 пФ

Емкость выхода – < 7 пФ

Масса не более 1 г

ИМС КР1533ЛИ2.

Рис. 4. Условно-графическое обозначение логического элемента «НЕ» ИМС КР1533ЛН1

Основные параметры логического элемента:

Номинальное напряжение питания – 5В±10%

Выходное напряжение низкого уровня – ≤ 0,5 B

Выходное напряжение высокого уровня – ≥ 2,5 B

Iпотр,0» = ≤ 3,8 мА

Iпотр,1» = ≤ 1,1 мА

Iвх,0» = ≤ /-0,2/ мкА

Iвх,1» = ≤ 20 мкА

Время задержки распространения

сигнала при выключении – ≤ 12 нс

Емкость входа – ≤ 5 пФ

Масса не более 1 г

Основные параметры

стабилизатора напряжений:

Uвых max = 15В

Uвых пред. = 20В

Iпотр при Uвх=15В -10 мА

Iвых = 10мА

Iвых max = 2А

Статический потенциал – 2000 В

MAX рассеиваемая мощность:

– Тк = -45°…+70°С – 10 Вт

– Тк = +100°С – 5 Вт

– Токр.ср = -45°…+100°С

Рис. 5. Условно-графическое обозначение стабилизатора напряжений ИМС КР142ЕН5А

Из представленных параметров, видно, что данная элементная база является доступной, надёжной, имеет малую потребляемую мощность, высокое быстродействие, малые ток потребления и напряжение питания. Это и обусловило выбор данной элементной базы.

Применение микропроцессоров и микроконтроллеров в устройствах электроники имеет в последние годы массовый характер, что сопровождается стремительным ростом «интеллектуальности» создаваемых приборов. В таких устройствах на разработку и отладку рабочего программного обеспечения расходуется много времени. Без использования достаточно эффективных отладочных средств этот процесс сложен и непредсказуем. Из-за неразрывной связи программного обеспечения и аппаратуры необходимо уделять особое внимание этапу отладки программ непосредственно на реальном «железе» при рабочих тактовых частотах. Всё это стимулирует потребность в эффективных, универсальных, удобных и доступных широкому кругу пользователей инструментальных средствах для отладки рабочих программ и диагностики неисправностей микропроцессорной и микроконтроллерной аппаратуры.

Данное устройство для программирования и отладки программ представляет собой плату расширения, которая может быть установлена в любой свободный LPT-порт, работающий на тактовой частоте 0–99 Гц и предназначена для программирования устройств через инструментально РС-совместимый компьютер, в удобном для пользователя виде. Программирование макета осуществляется с помощью программатора Р16РRО через разъем Х6.

Основные технические характеристики УПМ:

Напряжение питания: +12 В.

Ток потребления, не более: 250 мА.

Частота сигнала, поданного на вход: 0–99 Гц.

Вход для аналогового сигнала: Х1.

Вход для цифрового сигнала: Х4.

Индикация POST кодов: в шестнадцатеричном виде, один байт.

Индикация сигналов со входов Х1, Х4 шины: RA (0–3) (левая точка индикатора), RD (0–7) (правая точка индикатора).

Индикаторы наличия напряжений питания Х3, Х5: +5В; +12В; -12В; +3.3 В. Размер печатной платы: 112 х 90 мм.

Разрабатываемый макет также может использоваться в качестве универсального программируемого модуля для разработки различных РЭУ, а также в качестве измерительного контроллера часов, датчиков температуры и других подобных приложений бытовой техники и автоматики. Кроме того, удобен в применении, доступен широкому кругу пользователей. Возможно использование УПМ в учебных процессах по курсу: «Изучение и приобретение опыта программирования и отладки программ» для лабораторных работ, что и обусловило выбор схемы.

2. Описание работы УПМ по схеме электрической структурной

Схема электрическая структурная УПМ, представленная на 11 листе, состоит из следующих устройств.

Микропроцессор PIC 16F877, имеющий встроенные модули АЦП, сигнала с ШИМ модуляцией, внутреннего таймера, FLASH-память данных и т.д. Он обеспечивает выполнение всех операций по вводу, обработке и выводу данных через любые доступные порты и интерфейсы.

Программатор Р16PRO предназначен для программирования макета через разъем Х6, подключаемый к LPT-порту инструментального РС-совместимого компьютера.

Стабилизатор служит для стабилизации напряжения питания, осуществляющегося через разъем Х9 от внешнего источника напряжением +12 В и током 250 мА.

Оптрон используется для развязки цифрового сигнала, поступающего через разъем Х4.

Семисегментные индикаторы HG1-HG4, подключенные к выводам портов RA (0–3) и RD (0–7).

Пьезоэлектрический излучатель ВА1 для формирования звуковых сигналов. Также макет содержит входной разъем аналогового сигнала Х1, выходной разъем сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) Х2. Управление макетом осуществляется кнопками SB1, SB2, SB3 и тумблером SA1, предназначенным для остановки и сброса микроконтроллера. Через разъем Х7 осуществляется передача по интерфейсу I2C. Перемычка J2 предназначена для подключения фильтра на выходе ШИМ, а J1 – для установки напряжения, необходимого для программирования PIC на слотах Х3, Х5.

В макете предусмотрена возможность расширения памяти данных путем подключения микросхем ОЗУ непосредственно к его шинам через разъем расширения Х8, а также слоты Х3 и Х5 для программирования микроконтроллеров серий 12ХХ и 16ХХ.

Рассмотрим работу схемы электрической принципиальной УПМ, представленной на листе 15, в положительной логике (уровень логической единицы U1=2,4В, уровень логического нуля U0= 0,45 В).

Сигналы с ZQ1 (кварцевого резонатора) поступают на входы OSC1 и OSC2 МП (DD2 БИС PIC16F877) (выводы 14, 15). МП обеспечивает выполнение операций по вводу, обработке и выводу данных через любые доступные порты и интерфейсы. От МП с выводов RA (0–3) и RD (0–7) по магистралям данные поступают на семисегментные индикаторы HG1-HG4. С контактов 21,22,23,24,30,31,32,33 данные из МП поступают в разъем расширения (Х8) на выводы D (0–7). Из МП с контактов 3,4,5,6 данные поступают в разъем расширения (Х8) на выводы А (0–3). С выводов RE (0–2) данные поступают из МП в разъем расширения (Х8) на выводы Е (0–2).С вывода 37 данные поступают на пьезоэлектрический излучатель для формирования звуковых сигналов. С выводов RC (0–7) данные из МП поступают на выводы С (0–7) разъема расширения. На входной разъем (Х1) поступает аналоговый сигнал, на выходной разъем (Х2) – сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), а на разъем Х4 поступает цифровой сигнал, для развязки которого используется оптрон (DD1).

Для управления устройством используются кнопки (SB1, SB2, SB3), которые устанавливаются программно. Данные от них поступают в МП на выводы 36,41,42. С тумблера (SA1) сигналы поступают в МП на вывод MCLR для остановки и сброса МП. Передача данных по интерфейсу I2C осуществляется сигналами, поступающими на выводы 20 и 25 МП с разъема Х7. Программирование устройства осуществляется с помощью программатора P16PRO через разъем Х6, подключаемый к LPT-порту инструментального РС-совместимого компьютера. Частотомер измеряет частоту сигнала, поданного на вход Х4 (вход PIC – RA4), в пределах 0–99 Гц. Сигналы напряжения питания с разъема Х9 поступают на вход стабилизатора напряжений DA1. Для питания необходим внешний источник напряжением +12В и током 250 мА. Работу схемы электрической принципиальной поясняют таблица истинности и временные диаграммы.

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Нет! Мы не выполняем работы на заказ, однако Вы можете попросить что-то выложить в наших социальных сетях.
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
4121
Авторов
на СтудИзбе
667
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее