49865 (Устройство управления электроплитой), страница 2

Рассмотрим разбиение устройства управления электроплитой на функциональные модули. Из рассмотрения функциональной спецификации следует, что система состоит из трех частей: вход, выход и функции.

1) Входной модуль выполняет считывание состояния со всех кнопок.

2) Выходной модуль выполняет включение/выключение светового и звукового сигнала.

Для части функциональной спецификации функции можно выделить следующие модули:

1) Модуль ожидания. Выполняет проверку состояний всех кнопок и ожидание изменения этих состояний, чтобы предпринять соответствующие действия.

2) Модуль таймера. Выполняет управление таймером: запускает и останавливает таймера, а также считывает его состояние.

3) Модуль проверки. Выполняет проверку состояния всех кнопок.

4) Модуль восстановления. Выполняет инициализацию устройства при начальном включении питания.

5) Модуль управления конфорками. Выделяет коды уровней мощности и выполняет включение/выключение конфорок.

После разбиения на функциональные модули строится функционально-модульная структура устройства управления электроплитой, которая представляет собой иерархию модулей. На высшем уровне модульной структуры находится исполнительный модуль, который содержит средства, необходимые для реализации управляющей функции. На следующем уровне находятся модуль проверки и модуль ожидания. Затем располагаются модуль управления конфорками и модуль восстановления. Входной модуль, выходной модуль и модуль таймера находятся на самом нижнем уровне иерархии. Полученная модульная структура устройства управления электроплитой представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Функционально-модульная структура устройства управления электроплитой

Р аспределение функций по модулям устройства управления электроплитой:

1)Исполнительный модуль выполняет:

а) управление системой

2)Входной модуль выполняет следующие действия:

а) считывание состояния кнопки “Старт”

б) считывание состояния кнопки “Стоп”

в) считывание состояния кнопки “Время”

г) считывание состояния кнопки “Мощность”

д) считывание состояния кнопки “+”

е) считывание состояния кнопки “–”

ж) считывание состояния кнопки “1”

з) считывание состояния кнопки “2”

3) Выходной модуль выполняет следующие действия:

а) включение/выключение светового индикатора

б) включение/выключение звукового сигнала

в) включение/выключение семисегментных индикаторов

г) подача уровня мощности на соответствующую конфорку

е) включение/выключение нагревателей

4) Модуль ожидания выполняет следующие действия:

а) ожидание включения кнопки “Старт”

б) ожидание включения кнопки “Стоп”

в) ожидание включения кнопки “ Время ”

г) ожидание включения кнопки “Мощность”

д) ожидание включения кнопки “+”

е) ожидание включения кнопки “–”

ж) ожидание включения кнопки “1”

з) ожидание включения кнопки “2”

5) Модуль таймера выполняет следующие действия:

а) запуск таймера

б) останов таймера

в) считывание состояния таймера

6) Модуль проверки выполняет:

а) проверку состояния кнопки “Старт”

б) проверку состояния кнопки “Стоп”

в) проверку состояния кнопки “Время”

г) проверку состояния кнопки “ Мощность”

д) проверку состояния кнопки “+”

е) проверку состояния кнопки “–”

ж) проверку состояния кнопки “1”

з) проверку состояния кнопки “2”

7) Модуль восстановления выполняет:

а) инициализацию системы (аппаратных и программных средств) при начальном включении (включение питания).

8) Модуль управления конфорками выполняет следующие действия:

а) выделяет код уровня мощности

б) включение/выключение конфорки

Полная функционально-модульная структура устройства управления электроплитой, включающая функции для каждого модуля, показана на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Функционально-модульная структура устройства управления электроплитой, включающая функции для каждого модуля

2.2 Соотношения между аппаратными и программными средствами

Функция управления системы реализуется управляющей микро ЭВМ в результате выполнения основной (управляющей) программы путем последовательного вызова функций соответствующих программных модулей системы.

Связь между программными и аппаратными средствами устройства управления электроплитой представлена на рисунке 2.4. Из данного рисунка видно, что функции таймера переданы аппаратным средствам.

Рисунок 2.4 – Связь между аппаратными и программными средствами устройства управления электроплитой

2.3 Построение структурной схемы аппаратной части

На основе функций выполняемых системой построим структурную схему аппаратной части.

Электрическая структурная схема проектируемой системы приведена на чертеже БГУИ.ХХХХХХ.001 Э1 в приложении Б.

2.4 Описание структурной схемы

Центральным модулем структурной схемы является процессорный модуль. Он выполняет функции управления процессом обмена данными с периферийными устройствами, обработки информации. В модуле памяти хранятся коды, константы и переменные программ и подпрограмм процессорного модуля. А также в отдельный блок можно выделить модуль ГТИ. Для отсчета требуемых промежутков времени и организации задержек используется модуль таймера.

Входной и выходной модули необходимы для координирования операций ввода-вывода. Предположительно они будут представлены последовательными и параллельными портами микропроцессорного устройства. Для подключения внешних устройств у микроконтроллера предусмотрено пять восьмиразрядных портов. В нашем случае периферийными устройствами будут служить: кнопки, световые индикаторы, семисегментные индикаторы, средства звуковой сигнализации. Они и будут подключены к входному и выходному модулям.

3. Проектирование аппаратных средств системы

3.1 Выбор типа микроконтроллера

Управление и контроль устройством управления электроплитой будет производиться микроконтроллером МС68НС11А8. Он является основой аппаратной части.

В данном проекте микроконтроллер будет работать в однокристальном режиме. Поэтому на входы MODA, MODB нужно подать логические сигналы ‘0’ и ‘1’ соответственно.

Микроконтроллер адресует до 64 Кбайт памяти (адреса $0000-$FFFF), которые делятся на 16 страниц по 4 Кбайта. Полный объем памяти доступен в расширенном режиме, когда к выводам портов B, C подключается внешняя память. В нашем случае используется однокристальный режим работы. Поэтому доступна только внутренняя память микроконтроллера: ПЗУ, РПЗУ, ОЗУ, а порты В, С служат для обмена данными с внешними устройствами. Две последние страницы адресного пространства (адреса $E000-$FFFF) занимает внутреннее масочное ПЗУ, содержимое которого программируется в процессе изготовления микроконтроллера по заказу пользователя. В ПЗУ будет содержаться наша программа. РПЗУ размещается по адресам $B600-$B7FF и в данном курсовом проекте не используется. ОЗУ при начальной установке микроконтроллера (процедура RESET) занимает адресное пространство $0000-$00FF.

3.2 Разработка принципиальной схемы системы

Для проектируемого устройства управления электроплитой нам понадобятся кнопки, светодиоды, зуммер и семисегментные индикаторы.

3.2.1 Устройства управления светодиодами

Светодиоды применяются для сигнализации и индикации различных состояний электронных устройств. Для проектирования данного устройства понадобится стандартный светодиод. В схеме последовательно со светодиодом используется резистор, сопротивление которого выбирается в зависимости от напряжения питания (таблица 3.1). Схема управления светодиодом изображена на рисунке 3.1.

Таблица 3.1 – Таблица зависимости сопротивления от напряжения питания.

Рисунок 3.1 – Схема управления светодиодом

3.2.2 Управление звуковыми устройствами

Для проектирования устройства управления электроплитой будем использовать полупроводниковый зуммер на транзисторе ZTX300. Для генерации звука на базу ZTX300 необходимо подать высокий уровень напряжения. На рисунке 3.2 представлена схема управления полупроводниковым зуммером на транзисторе ZTX300.

Рисунок 3.2 – Схема управления полупроводниковым зуммером на базе транзистора ZTX300

3.2.3 Многоразрядные светодиодные дисплеи со встроенными схемами управления

Микросхема TSM6234T представляет собой четырехразрядный зеленый светодиодный дисплей со встроенным последовательным входом. Потребляемый каждым сегментом ток равен 2,0мА. Ток необходимый светодиодам, определяется внешним резистором и обычно в 25 раз превышает ток, протекающий через вывод управления яркостью.

Структура схемы TSM6234T представлена на рисунке 3.3 между выводом управления яркостью и общим выводом должен быть включен конденсатор емкостью 0,1мкФ. Для работы дисплея необходимо два напряжения питания: Vdd и Vled. Напряжение Vdd предназначено для питания внутренней схемы управления и может меняться от 4,75 до 12 В. Потребляемый ток равен 7 мА для напряжения 12 В. Напряжение Vled обычно составляет 5 В и служит для питания светодиодов дисплея.

Рисунок 3.3 – Структура микросхемы TSM6234T

Последовательная передача данных осуществляется по трем ТТЛ - совместимым линиям: «Последовательные данные», и CLOC. На рисунке 3.4 изображены временные диаграмма загрузки данных в дисплей.

Рисунок 3.4 – Временные диаграммы светодиодного дисплея TSM6234T

Формат передачи данных состоит из стартовой единицы и 35 бит данных. По каждому положительному фронту тактового импульса биты данных последовательно записываются во входной сдвиговый регистр. Чтобы открыть вход, надо подать на вход сигнал низкого уровня. При прохождении 36-го фронта тактового импульса генерируется сигнал загрузки, который перезаписывает 35бит данных из регистра сдвига в буфер-защелку. Во время прохождения следующего фронта формируется сигнал «Сброс», который очищает регистр сдвига. При включении питания генерируется сигнал «Сброс или включение», который очищает все регистры сдвига и буфер-защелку. Стартовый бит и тактовый импульс возвращают микросхему в режим загрузки данных. Для очистки дисплея необходимо подать стартовый бит и 35 нулей. Эта процедура также сбрасывает микросхему. Бит 1, следующий сразу за стартом, определяет состояние сегмента А первой цифры, бит 2 – состояние сегмента В первой цифры и т.д.

Функции 35 бит последовательных данных можно определить так:

биты 1…8 – сегменты A…DP первой цифры;

биты 9…16 – сегменты A…DP второй цифры;

биты 17…24 – сегменты A…DP третьей цифры;

биты 25…32 – сегменты A…DP четвертой цифры;

3.3 Описание работы системы по принципиальной схеме

В данном курсовом проекте микроконтроллер будет работать в однокристальном режиме. Поэтому на входы MODA, MODB нужно подать сигналы логических ‘0’ и ‘1’ соответственно.

Кнопка “1” подключена к РС0, “2” – к РС1, “Время” – к РС2, “Мощность” – к РС3, “+” – к РС4, “–” – к РС5, “Старт” – к РС6, “Стоп” – к РС7. При нажатии на кнопку на соответствующий порт подается логический ‘0’.

Светодиоды подключены к порту В (РВ2 – PВ3). Включение и выключение светодиода происходит при подаче логической ‘1’ и ‘0’ соответственно на РВ2, РВ3.

К порту В (РВ4) подключен зуммер, включение и выключение которого происходит при подаче логической ‘1’ и ‘0’ соответственно на РВ4.

Отображение информации о времени и мощности осуществляется на семисегментный индикатор, шина данных которого подключены к порту РВ0, а к РВ1 – тактирующий вход. Цифровой индикатор работает в соответствии с описанием, которое приведено в пункте 3.2.3.

Уровни мощности конфорок подключены к порту D (PD0 – PD2). К PD3 – включение/выключение конфорки 1, к PD4 – включение/выключение конфорки 2. При подаче логической ‘1’ на PD3 происходит включение конфорки 1 на установленную мощность(PD0 – PD2). При подаче логической ‘1’ на PD4 происходит включение конфорки 2 на установленную мощность(PD0 – PD2).

Перечень элементов схемы электрической принципиальной приведён на чертеже БГУИ. XXXXXX.002 ПЭ3.

Схема электрическая принципиальная устройства управления электроплитой приведена на чертеже БГУИ. ХХХХХХ.003 Э3.

4. Проектирование программного обеспечения

4.1 Разработка схемы алгоритма работы системы и программы на ассемблере

С точки зрения программирования разработанное устройство управления электроплитой состоит из программно доступных регистров микроконтроллера и трех портов: В, С и D. Работа системы заключается в определении состояния входных портов, выполнения определённых вычислений и выводе данных из микроконтроллера.

Подробная блок-схема алгоритма программного обеспечения устройства, включающая в себя все аспекты работы периферийных устройств и микроконтроллера приведена в БГУИ. XXXXXX.004 Э8.

Листинг программы с комментариями приведен в приложении А.