Пояснительная_записка (1211002), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

«Вырезать» - перемещает выбранный объект в буфер обмена;

«Копировать» - копирует выбранные объекты в буфер обмена;

«Вставить» - вставляет объекты из буфера обмена;

«Отменить» - один шаг назад;

«Повторить» - один шаг вперед. Он активируется только после использования инструмента «Отменить». Если вы редактируете схему после использования инструмента «Отменить», инструмент «Повторить» становится неактивным;

«Окно масштабирования» - устанавливает текущий масштаб и панорамирование схемы в определенное окно;

«Масштабы экстентов» - устанавливает текущую масштаб и панорамирование схемы для отображения всех объектов;

«Отменить масштабирование» - возврат к предыдущему масштабу и панорамирование;

«Масштаб» - позволяет определить масштаб схемы (от 25% до 800% или печатать вручную). Изменение масштаба также возможно с помощью колеса мыши или нажатием клавиш «+» и «-» или с помощью главного меню;

«Размер сетки» - выбор текущего размера сетки из раскрывающегося списка или путем ввода значения.

Инструменты редактора представлены на рисунке 2.11. Они используются для создания принципиальных схем в окне редактора.

Рисунок 2.11 – Панель инструментов

Включает следующие инструменты слева на право:

«Default Mode» - включает режим по умолчанию. Обратите внимание, что вы также можете переключиться в режим по умолчанию с помощью правого клика или клавиши «Esc»;

«Define Origin» - позволяет начало координат;

«Place Component» - открывает диалоговое окно размещения детали. Найти компонент - позволяет искать компонент через все доступные библиотеки;

«Place Wire» - установка связи;

«Place Bus» - установка шины;

«Place Page Connector» - размещает соединители страниц для подключения схемных листов. Чтобы соединить разъемы страниц вместе, задайте для них одинаковые имена. Все шины, подключенные к разъемам страниц с похожими именами, будут объединены;

«Edit Mode» - редактирование существующих проводов и шин. Он активируется автоматически, когда вы пытаетесь отредактировать провод или шину в режиме по умолчанию;

«Place Hierarchy Connector» - устанавливает иерархический вывод на страницу;

«Place Hierarchy Block» - размещает иерархический блок на основе иерархической страницы;

«Place Table» - помещает таблицу в схему;

«Shapes, Text, Picture» - эти инструменты позволяют размещать следующие объекты: линия, дуга, прямоугольник, заполненный прямоугольник, эллипс, заполненный эллипс, полилиния, заполненный многоугольник, текст, изображение.

В программной оболочке PCB Layout реализована возможность автоматического создания печатной платы на основе принципиальной электрической схемы, спроектированной в Schematic Capture. В настройках автоматической трассировки можно настроить на одной или на обеих сторонах платы будут пролегать дорожки, так же настраиваются ширина дорожек, расстояние между смежными дорожками и количество переходов.

Рисунок 2.12 Интерфейс PCB Layout

Интерфейс на рисунке можно разбить на следующие составляющие элементы:

«Стандартная панель» - инструменты для работы с файлами, печати, настройки форматок, запуска 3D режима, изменения сетки и масштаба;

«Панель Элементы» - перейти в режим по умолчанию, линейка, изменить начало координат, установить компонент, создать таблицу, линию связи, медную заливку, монтажное отверстие и т.д.;

«Панель трассировки» - инструменты для создания и редактирования медных дорожек, автотрассировщик, проверка правил проекта, выбора активного слоя платы;

«Панель позиционирования» - автоматическое и ручное позиционирования компонентов на плате;

«Панель Установить компонент» - выберите библиотеку и установите компонент в области построения. Группы библиотек, настройка системы библиотек, сортировочные фильтры, предпросмотр корпусов;

«Менеджер проекта» - позволяет быстро найти объект на плате. Панель точно такая же, как и в Schematic Capture.

2.2.3 Программатор USB AVR

Для того чтобы сконструированное устройство запрограммировать тем кодом который будет написан, необходимо иметь программатор который сможет записать исходный код. Так как производство устройства происходит в обустроенной лаборатории, то мы воспользуемся уже имеющимся устройством USB программатор AVR — USBAsp. Программатор работает только с приложением прошивки AVRDUDE, через которое и происходит программирование самого устройства.

В этой программе необходимо указать файлы с скомпилированным кодом после разработки программного обеспечения устройства. Так же важной является вторая вкладка Fuses на которой устанавливаются конфигурационные биты устройства. В Atmel AVR сброшенный в ноль fuse bit считается активным.

2.2.4 Интегрированная среда разработки Delphi

Так как исходный код модернизируемого комплекса «ПОЛИГОН» написан на языке Object Pascal при помощи интегрированной среды разработки программного обеспечения Delphi7, то выберем данную оболочку для создания программ тестирования и диагностики лабораторного стенда, а также для доработки исходного кода программы для функционирования с разрабатываемым устройством.

Рисунок 2.13 – Интерфейс Delphi 7

В программной оболочке можно выделить несколько основный частей интерфейса:

«Меню» - служит для сохранения, загрузки проектов, печати и создания новых программ;

«Компоненты формы» - предназначено для наглядного отображения связей между отдельными компонентами, размещенными на активной форме или в активном модуле данных;

«Свойства компонента» - служит для установки нужных свойств компонента;

«События компонента» - позволяет определить реакцию компонента на то или иное событие;

«Редактор кода» - окно в котором располагается основной код программы, а также отображается структура формы;

«Форма» - представляет собой проект Windows-окна будущей программы;

«Палитра компонентов» - это каталог, состоящий из визуальных и невизуальных компонентов. Компонент – это структурная единица Delphi.

Кроме этого на панели инструментов имеются кнопки для запуска, отладки проекта и быстрые клавиши для сохранения и загрузки.

2.3 Разработка принципиальной схемы и печатной платы устройства

Проектируемое устройство должно выполнять ряд условий, в числе которых малое количество используемых элементов, универсальность в подключении, возможность использования с уже существующим оборудованием.

Учитывая все перечисленные условия, проектируемое устройство имеет в своем составе:

• микроконтроллер ATmega16;

• кварцевый резонатор 16 МГц;

• кнопка RESET – для сброса и перезапуска микроконтроллера;

• светодиод – для индикации подключенного питания;

• набор розеток для подключения USB и LPT интерфейсов, а также COM для программирования устройства.

Электропитание микроконтроллера AVR ATmega16 обеспечивается напряжением 5 вольт, причём все выводы Vcc и GND должны быть подключены для равномерного питания кристалла со всех сторон во избежание перегрузки внутренних цепей питания. Также для сглаживания кратких импульсных помех в шине питания между Vcc и GND устанавливаются конденсаторы на 47 мкФ и 104 нФ, и светодиод с ограничивающим сопротивлением для индикации подключения. Напряжение будем использовать с шины USB, от блока питания ПК.

Для подключения регистров микроконтроллера к УСО и ПК, а также подключения программатора к ATmega16 на схеме требуется установить LPT, USB и COM розетки. Схема сброса требует установки кнопки на GND от ножки RESET микроконтроллера и установки резистора номиналом 10 кОм на Vcc во избежание сброса контроллера при возникновении помех.

В USB уровень сигнала на линиях D+ и D- составляет 3,3 В, а схема подключена к 5 В, поэтому для согласования необходимо установить два стабилитрона на 3,6 В уменьшающих сигнал микроконтроллера на гасящих резисторах, установленных на INT0 и INT1. Для определения версии протокола устанавливается делитель напряжения на резисторах 2,2 кОм и 4,7 кОм обеспечивающий 3,4 В для D- на холостом ходу.

Внутренний генератор микроконтроллера имеет низкую стабильность работы по сравнению с внешним, а стабильность тактовых импульсов крайне важна для корректной работы USB протокола в микроконтроллере. Исходя из этого требования будет установлен кварцевый генератор 16 МГц и с двумя керамическими конденсаторами на 22 пФ.

На основе составленных требований к схеме устройства, можно спроектировать принципиальную схему. На основе схемы выполнить создание печатной платы, на которую будут установлены все элементы.

Таким образом устройство будет выполнено на двухстороннем текстолите размеры которого составляют 110 мм в длину и 60 мм в ширину, для удобство подключения интерфейсов USB, LPT, COM их розетки будут расположены по краям печатной платы.

Блок схема проектируемого устройства, принципиальная схема, печатная плата, спецификация, а также алгоритм работы прошивки устройства с подпрограммами прерываний показан на листе 6 графического материала.

2.4 Разработка программного обеспечения

2.4.1 Разработка управляющей программы микроконтроллера

2.4.1.1 Функции и задачи управляющей программы

Разрабатываемое устройство должно в обязательном порядке иметь постоянный канал передачи данных с программой хостом находящейся на ПК. То есть основной задачей устройство является получение информации от программы и передача этой информации в УСО, также устройство должно отправлять на компьютер информацию об опрашиваемых объектах контроля. Каналом связи будет выступать 4-проводный экранированный USB кабель подключенный непосредственно к компьютеру.

Программа должна обеспечить такие функции как:

• обеспечивать соединение с компьютером;

• обеспечивать постоянный опрос объектов контроля;

• передавать команды от ПК к УСО;

• проверять систему на зависание.

Написание программы для управления устройством будет производиться на языке программирования Си, так как разработка кода на этой языке займёт наименьше количество времени.

2.3.1.2 Алгоритм работы управляющей программы

Устройство работает под управлением специально разработанной управляющей программы. Она обеспечивает бесперебойную работу устройства за счет соблюдения HID протокола обмена данными с ПК.

Программу можно разделить на 3 части:

• подпрограммы прерываний;

• стартовая часть;

• основной цикл.

После того как был создан проект в AVR Studio 4 нужно подключить файлы c программным кодом V-USB для работы по HID протоколу. Такие файлы как:

• usbdrv.c;

• usbdrvasm.S;

• oddebug.c.

Чтобы компьютер опознал устройство как HID, требуется настроить в файле «usbconfig.h» аппаратные настройки. Предварительно добавив файл в папку с проектом.

#define USB_CFG_VENDOR_ID 0x16, 0x00

#define USB_CFG_DEVICE_ID 0xc0, 0x00

#define USB_CFG_IOPORTNAME D

#define USB_CFG_DMINUS_BIT 3

#define USB_CFG_DPLUS_BIT 2

#define USB_CFG_CLOCK_KHZ (F_CPU/1000)

#define USB_CFG_INTERFACE_CLASS 3

Хост программа ПК подключит устройство только в том случае, если Vendor ID и Device ID, установленные в его прошивке, будут совпадать записанными в хост программе компьютера. Далее указывается порт который будет использован для подключения шины USB и номера битов куда будут подключены D- и D+ соответственно, последний в любом случае необходимо так же подключить к ножке прерывания INT0. Clock_KHZ тактовая частота чипа AVR в килогерцах. Последняя строчка отвечает за то, к какому классу устройств будет принадлежать устройство. Цифра «3» означает что оно принадлежит классу HID.

Для того чтобы исходный код программы был корректно воспринят компилятором необходимо - перед началом работы подключить все библиотеки, функции которых будут использованы.

#include <avr/io.h>

#include <avr/interrupt.h>

#include <avr/wdt.h>

#include "usbdrv/usbdrv.h"

#include <util/delay.h>

В библиотеке «io.h» содержится информация о всех регистрах и портах микроконтроллера. Причём компилятор подключает нужный фрагмент кода в соответствии с выбранным контроллером при создании проекта. Для работы с прерываниями необходима библиотека «interrupt.h». Задачу по контролированию устройства на зависания помогает выполнить сторожевой таймер «wdt.h» имеющий три функции:

• void wdt_enable(timeout) – разрешает работу сторожевого таймера, задаёт время тайм-аута в зависимости от аргумента;

• void wdt_reset(void) – сбрасывает таймер, необходимо вызывать функцию не реже периода сторожевого таймера;

• void wdt_disable(void) – отключает работу таймера.

Работа устройства с ПК обеспечивается библиотекой «usbdrv.h», в ней находятся все функции которые используются для приёма (usbFunctionRead(uchar *data, uchar len)) и передачи (usbFunctionWrite(uchar *data, uchar len)) данных. Контроллер должен отвечать на запросы от ПК, формат управляющего сообщения определяется структурой usbRequest_t, находящейся в библиотеке «usbdrv.h».

Последняя библиотека содержит в себе функции задержек времени, позволяющие задавать секундные, миллисекундные задержки используя тактовую частоту процессора в герцах.

Для упрощения написания исходного текста программы, стоит выполнить определение функций языка программирования Си на более удобные их обозначения для разработчика прошивки микроконтроллера. Также заранее выполним расчёт скорости Usart Boud Rate Registr (UBRR) для проектируемого устройства.

#define true 1

Характеристики

Список файлов ВКР