Разработка тестера уровня заряда аккумуляторов с использованием запрограммированного микроконтроллера

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА
• 1.1 Микроконтроллеры семейства megaAVR
• 1.2 Микроконтроллер ATmega16
• 2. ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА
• 3. ИСПЫТАНИЕ РАЗРАБОТАННОГО УСТРОЙСТВА
• Заключение
• Список использованных источников
• ПРИЛОЖЕНИЕ А

ВВЕДЕНИЕ

Микроконтроллер - это специальная микросхема, предназначенная для управления различными электронными устройствами.

На сегодняшний день существует большое количество микроконтроллеров разных типов. Популярностью у разработчиков пользуются микроконтроллеры РiС фирмы Microchip Technology, а также AVR и ARM компании Atmel Corporation.

Чтобы заставить микроконтроллер выполнять поставленные задачи, его необходимо запрограммировать с помощью определенной программы. Обычно она прилагается к принципиальной схеме и содержится в файле с расширением .hex. Чаще эту программу называют “прошивка” (firmware). Для различных микроконтроллеров пишутся разные прошивки. Любая прошивка содержит машинные коды, понятные микроконтроллеру. Но человеку трудно запомнить соответствие управляющих команд и машинных кодов. Поэтому программу вначале пишут с помощью какого-нибудь языка программирования (Assembler, С), а затем переводят в машинные коды контроллера с помощью программы-транслятора.

Использование микроконтроллеров в различных изделиях не только приводит к улучшению всех показателей (стоимость, надежность, потребляемая мощность, габариты) и позволяет многократно сократить сроки разработки и отодвинуть сроки морального старения изделий, но и придаёт им принципиально новые потребительские качества: расширенные функциональные возможности, модифицируемость, адаптивность и т.д.

На сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров, совместимых с i8051, выпускаемых двумя десятками компаний, и большое количество микроконтроллеров других типов. Популярностью у разработчиков пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, 16-битные MSP430 фирмы TI, а также 32-битные микроконтроллеры, архитектуры ARM, которую разрабатывает фирма ARM Limited и продаёт лицензии другим фирмам для их производства.

Целью данной курсовой работы служит разработка тестера уровня заряда аккумуляторов с использованием запрограммированного микроконтроллера.

1. ОПИСАНИЕ ИСПОЛЬЗУЕМОГО МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

1.1 Микроконтроллеры семейства megaAVR

Микроконтроллеры megaAVR оптимизированы для систем, в которых требуется высокая производительность, эффективное использование энергии, простота применения и компактность. Все микроконтроллеры megaAVR имеют общую архитектуру и совместимы с другими устройствами AVR. Поскольку в эти микроконтроллеры встроены АЦП, память EEPROM и детектор понижения напряжения питания, для проектирования систем не требуются дополнительные внешние компоненты. Микроконтроллеры megaAVR обладают флеш-памятью и встроенным инструментом отладки, что ускоряет и делает безопасным внутрисхемное обновление программного обеспечения, снижает стоимость этого процесса и ведет к сокращению времени вывода готового изделия на рынок.

Микроконтроллеры megaAVR уникальным образом сочетают в себе миниатюрность, вычислительную мощность, высокую производительность аналоговой части и интеграцию на системном уровне. Это самые компактные полнофункциональные устройства в семействе AVR - и только они могут работать с напряжением питания всего 0,7 В, что является их главным преимуществом.

Микроконтроллеры megaAVR находят применение во множестве устройств, включая:

– Препроцессоры и контроллеры мобильных телефонов;

– Автоматические выключатели, реле мягкого старта и детекторы пересечения нуля в промышленной автоматике;

– Электрические зубные щётки, электробритвы и другие предметы личной гигиены;

– Электронные игрушки и игры;

– Связующие логические схемы систем общего назначения;

– Устройства домашней автоматизации и бытовую технику;

– Интеллектуальные датчики, АЦП и интерфейсы датчиков для систем отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC);

– Электронные балласты, системы управления яркостью свечения;

– Медицинские измерительные приборы, раздаточные устройства и ингаляторы;

– Портативные устройства GPS, медиа-плееры, спортивный инвентарь и другие портативные устройства;

– Устройства дистанционного управления;

– Устройства с питанием от солнечных батарей;

– Беспроводные компьютерные аксессуары;

– Беспроводные датчики в системах безопасности зданий;

Микроконтроллеры megaAVR прекрасно подходят для устройств с батарейным питанием, так как в дополнение к низкому собственному энергопотреблению имеют ещё и широкий набор спящих режимов.

Повышающий преобразователь, встроенный в отдельные микроконтроллеры megaAVR, позволяет им работать от одной батарейки типа AA или AAA. Данный преобразователь превращает напряжение батареи в стабильное напряжение величиной 3В, что обеспечивает достаточно энергии для питания всех узлов микроконтроллера. Возможность работы даже при напряжении питания 0.7В позволяет полностью использовать все преимущества батарейного резервирования системы питания и продлевает срок службы батарей.

Микроконтроллеры столь малого размера могут найти применение во множестве разнообразных устройств, для которых размеры и стоимость являются ключевыми характеристиками. Чаще всего их используют в качестве связующих логических схем в больших системах или как элементы распределённых вычислительных систем в тех случаях, когда организация централизованного мощного вычислительного ядра оказывается нерациональной.

Примеры микроконтроллеров семейства megaAVR изображены на рисунке 1.

Рисунок 1 - Микроконтроллеры семейства megaAVR

1.2 Микроконтроллер ATmega16

· 8-разрядный высокопроизводительный AVR микроконтроллер с малым потреблением

· Прогрессивная RISC архитектура 130 высокопроизводительных команд, большинство команд выполняется за один тактовый цикл 32 8-разрядных рабочих регистра общего назначения Полностью статическая работа Производительность приближается к 16 MIPS (при тактовой частоте 16 МГц) Встроенный 2-цикловый перемножитель

· Энергонезависимая память программ и данных 16 Кбайт внутрисистемно программируемой Flash памяти (In-System Self-Programmable Flash) Обеспечивает 1000 циклов стирания/записи Дополнительный сектор загрузочных кодов с независимыми битами блокировкиВнутрисистемное программирование встроенной программой загрузки Обеспечен режим одновременного чтения/записи (Read-While-Write) 512 байт EEPROM Обеспечивает 100000 циклов стирания/записи 1 Кбайт встроенной SRAM Программируемая блокировка, обеспечивающая защиту программных средств пользователя

· Интерфейс JTAG (совместимый с IEEE 1149.1) Возможность сканирования периферии, соответствующая стандарту JTAG Расширенная поддержка встроенной отладки Программирование через JTAG интерфейс: Flash, EEPROM памяти, перемычек и битов блокировки

· Встроенная периферия Два 8-разрядных таймера/счетчика с отдельным предварительным делителем, один с режимом сравнения Один 16-разрядный таймер/счетчик с отдельным предварительным делителем и режимами захвата и сравнения Счетчик реального времени с отдельным генератором Четыре канала PWM 8-канальный 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь 8 несимметричных каналов 7 дифференциальных каналов (только в корпусе TQFP) 2 дифференциальных канала с программируемым усилением в 1, 10 или 200 крат (только в корпусе TQFP) Байт-ориентированный 2-проводный последовательный интерфейс Программируемый последовательный USART Последовательный интерфейс SPI (ведущий/ведомый) Программируемый сторожевой таймер с отдельным встроенным генератором Встроенный аналоговый компаратор

· Специальные микроконтроллерные функции Сброс по подаче питания и программируемый детектор кратковременного снижения напряжения питания Встроенный калиброванный RC-генератор Внутренние и внешние источники прерываний Шесть режимов пониженного потребления: Idle, Power-save, Power-down, Standby, Extended Standby и снижения шумов ADC

· Выводы I/O и корпуса 32 программируемые линии ввода/вывода 40-выводной корпус PDIP и 44-выводной корпус TQFP

· Рабочие напряжения 2,7 - 5,5 В (ATmega16L) 4,5 - 5,5 В (ATmega16)

· Рабочая частота 0 - 8 МГц (ATmega16L) 0 - 16 МГц (ATmega16)

микроконтроллер мощность сигнал датчик

Рисунок 2 - Расположение выводов ATmega16

Блок-схема микроконтроллера ATmega16 расположена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Блок-схема ATmega16

ATmega16 просто незаменим для обработки сигналов с датчиков, для применения в компактных устройствах и устройствах не требующих сложных вычислений и большой функциональности.

2. ИСПЫТАНИЕ РАЗРАБОТАННОГО УСТРОЙСТВА

Для испытания разработанного устройства в среде автоматизированного проектирования Proteus была собрана схема.

В качестве источника напряжения аккумулятор - VCC.

На рисунках 4 и 5 изображена демонстрация работы программы.

Рисунок 4 -Демонстрация работы программы

Рисунок 5 -Демонстрация работы программы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проделанной работы была достигнута цель курсового проектирования - разработать устройство на базе микроконтроллера, которое сигнализирует о появлении тёплых объектах.

Для реализации проекта были разработаны структурная схема устройства, схема электрическая принципиальная и алгоритм работы программы.

Файл прошивки для программирования микроконтроллера был создан в интегрированной среде разработки Atmel Studio7.0 .

Проверка работоспособности программы и разработанного устройства в целом производилась с помощью системы автоматизированного проектирования Proteus от компании Labcenter Electronics, позволяющая моделировать работу электронных схем.

Разработанное устройство может применяться как в составе различных устройств, так и самостоятельно.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

[1] Wikipedia [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org

[2] Техническое описание микроконтроллера ATmega16, Atmel Corporation 2004. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.microchip.com/.

[3] Схемы радиолюбителей [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://sxem.org/.

[4] Atmel Studio [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.atmel.com/

[5] «Цифровые и микропроцессорные устройства. Микроконтроллеры AVR. Лабораторный практикум», Петров С.Н., 2016 г.

[6] Белов, А.В. Разработка устройств на микроконтроллерах AVR / А.В. Белов. - М. : Наука и техника, 2012. - 528 с.

[7] Хартов, В.Я. Микроконтроллеры AVR. Практикум для начинающих [Текст] / В.Я. Хартов. - М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. - 240 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ A

Листинг программы

.def temp=r16

.def temp2=r17

.def lamp=r18

.cseg

.org 0x00

rjmp RESET

.org 0x012

rjmp TIMER0_OVF

RESET:

ldi temp, low(ramend)

out spl, temp

ldi temp, high(ramend)

out sph, temp

clr temp

out ddrB, temp

ser temp

out ddrd, temp

ldi temp, 0

out TCNT0, temp

ldi temp, 0b00000101

out tccr0, temp

ldi temp, 0b00000001

out timsk, temp

ldi lamp, 1

sei

wait: rjmp wait

TIMER0_OVF:

cli

sbic PINB, 0

rjmp on

rjmp off

off:

ldi temp2, 0

out PORTD, temp2

rjmp exit

on:

ldi temp2, 1

out PORTD, temp2

exit:

ldi temp, 0x00

out tcnt0, temp

sei

reti

ВЕДОМОСТЬ ДОКУМЕНТОВ

Размещено на Allbest.ru