Разработка цифрового прибора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Обзор существующих схем

1.1. Счетчик на микроконтроллере AVR AT90S2313

1.2. Электронные часы с будильником на микроконтроллере AT90S2313-10PI 11

2. Разработка структурной схемы

3. Выбор элементной базы

3.1. AT90S2313-10PI

3.2. индикатор HDSP-F501

3.3. транзистор - KT3107A

4. Анализ и разработка принципиальной электрической схемы

5. Расчётная часть

Заключение

Список используемой литературы

Приложение

Перечень элементов

Введение

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 микроэлектронных средств в изделиях производственного и культурно-бытового назначения не только приводит к повышению технико-экономических показателей изделий и позволяет многократно сократить сроки разработки и отодвинуть сроки «морального старения» изделий, но и придает им принципиальное новое потребительские качества.

Электронные вычислительные машины являются одним из наиболее важных средств автоматизации производства и повышения качества продукций, а также служат основой наиболее перспективных технологий. Эффективное использование современных вычислительных и управляющих машин определяют уровень научно-технического прогресса на всех отраслях промышленности, в с/х, научных исследованиях и др.

Электроника прошла несколько этапов развития, за время которых сменилось несколько поколений элементной базы: дискретная электроника электровакуумных приборов, дискретная электроника полупроводниковых приборов, интегральная электроника микросхем (микроэлектроника), интегральная электроника функциональных микроэлектронных устройств (функциональная микроэлектроника).

Элементная база электроники развивается непрерывно возрастающими темпами. Каждое из приведенных поколений, появившись в определенный момент времени, продолжает совершенствоваться в наиболее оправданных направлениях. Развитие изделий электроники от поколения к поколению идет в направлении их функционального усложнения, повышения надежности и срока службы, уменьшения габаритных размеров, массы, стоимости и потребляемой энергии, упрощения технологии и улучшения параметров электронной аппаратуры.

Современный этап развития электроники характеризуется широким применением интегральных микросхем (ИМС). Это связано со значительным усложнением требований и задач, решаемых электронной аппаратурой, что привело к росту числа элементов в ней. Число элементов постоянно увеличивается. Разрабатываемые сейчас сложные системы содержат десятки миллионов элементов. В этих условиях исключительно важное значение приобретают проблемы повышения надежности аппаратуры и ее элементов, микроминиатюризация электронных компонентов и комплексной миниатюризации аппаратуры. Все эти проблемы успешно решает микроэлектроника.

Изделия микроэлектроники: интегральные микросхемы различных степеней интеграции, микросборки, микропроцессоры, мини- и микро- ЭВМ - позволили осуществить проектирование и промышленное производство функционально сложной радио- и вычислительной аппаратуры, отличающейся от аппаратуры предыдущих поколений лучшими параметрами, более высокой надежностью и сроком службы, меньшей потребляемой энергией и стоимостью. Аппаратура на базе изделий микроэлектроники находит широкое применение во всех сферах деятельности человека. Созданию систем автоматического проектирования, промышленных роботов, автоматизированных и автоматических производственных линий, средств связи и многому другому способствует микроэлектроника.

1. Обзор существующих схем

1.1 Счетчик на микроконтроллере AVR AT90S2313

Рисунок 1.1.1 - Принципиальная схема счетчика на микроконтроллере AVR AT90S2313

Во многих устройствах бытовой техники и промышленной автоматики сравнительно недавних лет выпусков установлены механические счетчики. Они считают расход ленты в магнитофонах, продукцию на конвейере, витки провода в намоточных станках и т. п. В случае выхода из строя найти аналогичный счетчик оказывается непросто, в отремонтировать невозможно ввиду отсутствия запасных частей. Автор предлагает заменить механический счетчик электронным.

Электронный счетчик, разрабатываемый на замену механическому, получается слишком сложным, если строить его на микросхемах малой и средней степени интеграции (например, серий К176, К561). особенно если необходим реверсивный счет. А чтобы сохранить результат при выключенном питании, необходимо предусмотреть резервную батарею питания.

Но можно построить счетчик всего на одной микросхеме -- универсальном программируемом микроконтроллере, имеющем в своем составе разнообразные периферийные устройства и способном решать очень широкий круг задач. Многие микроконтроллеры имеют особую область памяти -- EEPROM. Записанные в нее (в том числе во время исполнения программы) данные, например, текущий результат счета, сохраняются и после отключения питания.

В предлагаемом счетчике применен микроконтроллер AT90S2313 из семейства AVR фирмы Almel Подробнее о микроконтроллерах этого семейства можно прочитать в [1]. В приборе реализован реверсивный счет, вывод результата с гашением незначащих нулей на четырехразрядный светодиодный индикатор, хранение результата в EEPROM при выключенном питании. Встроенный в микроконтроллер аналоговый компаратор использован для своевременного обнаружения уменьшения напряжения питания. От аналогичного счетчика на микроконтроллере PIC16FB4 [2] рассматриваемый отличается меньшим числом микросхем и некоторыми дополнительными функциями. Например, он запоминает результат счета при отключении питания, восстанавливая его при включении, и аналогично механическому счетчику снабжен кнопкой обнуления показаний.

Схема счетчика представлена на рис. 1. Шесть линий порта В (РВ2-- РВ7) и пять линий порта D (PDO, PD1, PD4--PD6) использованы для организации динамической индикации результата счета на четырех одноразрядных семисегментных светодиодных индикаторах HG1--HG4. Коллекторными нагрузками фототранзисторов VT1 и VT2 служат встроенные в микроконтроллер и включенные программно резисторы, соединяющие соответствующие выводы микроконтроллера с цепью его питания.

Счетчик работает согласно диаграмме, изображенной на рис. 2. Увеличение результата счета N на единицу происходит в момент прерывания оптической связи между излучающим диодом VD1 и фототранзистором VT1, что создает нарастающий перепад уровня на входе INT0 микроконтроллера. При этом уровень на входе INT1 должен быть низким, т. е. фототранзистор VT2 должен быть освещен излучающим диодом VD2. В момент нарастающего перепада на входе INT1 при низком уровне на входе INT0 результат уменьшится на единицу. Другие комбинации уровней и их перепадов на входах INT0 и INT1 результат счета не изменяют.

По достижении максимального значения 9999 счет продолжается с нуля. Вычитание единицы из нулевого значения дает результат 9999. Если обратный счет не нужен, можно исключить из счетчика излучающий диод VD2 и фототранзистор VT2 и соединить вход INT1 микроконтроллера с общим проводом. Счет будет идти только на увеличение.

Как уже сказано, детектором снижения напряжения питания служит встроенный в микроконтроллер аналоговый компаратор. Он сравнивает нестабилизированное напряжение на выходе выпрямителя (диодного моста VD3) со стабилизированным на выходе интегрального стабилизатора DA1. Программа циклически проверяет состояние компаратора. После отключения счетчика от сети напряжение на конденсаторе фильтра выпрямителя С1 спадает, а стабилизированное еще некоторое время остается неизменным. Резисторы R2--R4 подобраны так. что состояние компаратора в этой ситуации изменяется на противоположное. Обнаружив это, программа успевает записать текущий результат счета в EEPROM микроконтроллера еще до прекращения его функционирования по причине выключения питания. При последующем включении программа прочитает число, записанное в ЕЕРРОМ, и выведет его на индикатор. Счет будет продолжен с этого значения.

Ввиду ограниченного числа выводов микроконтроллера для подключения кнопки SB1, обнуляющей счетчик, использован вывод 13, служащий инвертирующим аналоговым входом компаратора (AIM) и одновременно -- "цифровым" входом РВ1. Делителем напряжения {резисторы R4, R5) здесь задан уровень, воспринимаемый микроконтроллером как высокий логический При нажатии на кнопку SB1 он станет низким. На состояние компаратора это не повлияет, так как напряжение на входе AIN0 по-прежнему больше, чем на AIN1.

При нажатой кнопке SB1 программа выводит во всех разрядах индикатора знак "минус", а после ее отпускания начинает счет с нуля. Если при нажатой кнопке выключить питание счетчика, текущий результат не будет записан в EEPROM, а хранящееся там значение останется прежним.

Коды, которые необходимо загрузить в программную память микроконтроллера, приведены в таблице. Исходный текст программы написан на языке ассемблера AVR Assembler версии 1.3. Программа построена таким образом, что ее легко адаптировать к счетчику с другими индикаторами (например, с общими катодами), с другой разводкой печатной платы и т. п. Небольшая коррекция программы потребуется и при использовании кварцевого резонатора на частоту, отличающуюся более чем на 1 МГц от указанной.

Счетчик собран на двух односторонних печатных платах одинакового размера из фольгированного стеклотекстолита. Их чертежи приведены на рис. 3. На одной из плат установлены индикаторы HG1--HG4 и кнопка SB1, на другой -- остальные детали счетчика, за исключением трансформатора Т1 с плавкой вставкой FU1, излучающих диодов VD1, VD2 и фототранзисторов VT1, VT2, размещенных отдельно.

Контактные площадки Х2.1--Х2.14 одной платы соединены с соответствующими площадками другой отрезками гибкого провода такой длины, чтобы при проверке и налаживании изготовленного прибора платы можно было положить рядом. По окончании налаживания платы складывают печатными проводниками внутрь и соединяют винтами МЗ через изолирующие шайбы.

К контактным площадкам Х1.1--Х1.6 подключают вторичную обмотку трансформатора, фототранзисторы и соединенные последовательно излучающие диоды. Расстояние между оптическими окнами излучающего диода и соответствующего ему фототранзистора не должно превышать 50 мм. Если по условиям применения счетчика этого недостаточно, нужно установить более мощные излучающие диоды, например, АЛ 106А или АЛ123А, и уменьшить номинал резистора R1.

Трансформатор Т1 -- ТВК-70-Л2 от лампового телевизора. Подойдет и другой маломощный трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 10...20 В.

Налаживание счетчика начинают, не устанавливая микроконтроллер в панель на плате. К контактным площадкам Х1.2, XI .5 вместо вторичной обмотки трансформатора временно подключают регулируемый источник постоянного напряжения.

При напряжении источника 15 В измеряют напряжение на контактах 12 и 13 панели микроконтроллера относительно общего провода (конт.10). Первое должно находиться в интервале 4...4.5 В, а второе -- быть больше 3,5 В, но меньше первого. Далее постепенно уменьшают напряжение источника. Когда оно упадет до 9... 10 В, разность значений напряжения на контактах 12 и 13 должна стать кулевой, а затем поменять знак.

Теперь можно установить в панель запрограммированный микроконтроллер, подключить трансформатор и подать на него сетевое напряжение. Спустя 1,5...2 с нужно нажать на кнопку SB1. На индикатор счетчика будет выведена цифра 0. Если на индикатор ничего не выведено, еще раз проверьте значения напряжения на входах AIN0.AIN1 микроконтроллера. Первое должно быть больше второго.

Когда счетчик успешно запущен, остается проверить правильность счета, поочередно затеняя фототранзисторы непрозрачной для ИК лучей пластиной. Для большей контрастности индикаторы желательно закрыть светофильтром из красного органического стекла.

Достоинства:

· Высокая производительность.

· Низкое энергопотребление.

· Высокая степень интеграции.

· Простота использования.

· Развитые средства разработки.

Недостатки:

· Материалы постепенно изнашиваются.

1.2. Электронные часы с будильником на микроконтроллере AT90S2313-10PI

Выбор именно AT90S2313-10PI объясняется широкой доступностью и невысокой ценой этого кристалла, а также наличием в нем памяти программ объемом 2 КБ и программно реализованного стека.

Рисунок 1.2.1 - Принципиальной электрической схемы часов

На рисунке представлена принципиальная электрическая схема часов. Как видно, микроконтроллер является основной и единственной микросхемой. Для задания тактовой частоты контроллера используется кварцевый резонатор на 10 МГц, но управляющую программу очень легко переделать и для резонаторов с другими частотами. В качестве устройства отображения использованы два индикатора красного цвета свечения с общим анодом, каждый индикатор состоит из двух цифр с десятичными точками. Цифры имеют отдельные аноды. Можно применить любые индикаторы с общим анодом, лишь бы ток сегмента не превышал 20 миллиампер и каждая цифра имела бы собственный анод. Рекомендуется выбирать индикаторы с большими цифрами, тогда часы будут хорошо видны в темноте.

Индикация текущего времени осуществляется динамически, в данный конкретный момент времени отображается лишь одна цифра, что позволяет значительно снизить аппаратные затраты. Происходит это так. Аноды каждой из четырех цифр обоих индикаторов являются раздельными, что позволяет в данный момент времени подключить к источнику питания только один анод и отобразить одну цифру. Для этого часы имеют четыре транзисторных кюча, выполненных на транзисторах типа КТ361Е (VT1 … VT4), и резисторах (R2 … R9). Ключи управляются микроконтроллером, причем соответствующий ключ открыт, если на выводе контроллера присутствует логический ноль. Одноименные сегменты всех четырех цифр соединены вместе и через токоограничивающие резисторы R21 … R27 подключены к выводам порта "B" (выводы PB.0 … PB.6). Десятичная точка не используется, она "принесена в жертву" добавленному в часы будильнику и всегда выключена. Управляющая программа один за другим подключает цифры к источнику питания , и одновременно на соответствующие выводы порта "B" выставляется код отображаемой цифры. Поскольку сканирование индикатора происходит очень быстро, мерцание цифр становится незаметным.

Для перевода минут, часов и установки будильника используются кнопки S1 … S3. Обновление показаний индикатора происходит каждую секунду. При нажатии более чем на одну кнопку управляющая программа игнорирует нажатие кнопок. Для установки будильника следует нажать кнопку "ALARM" и подождать двукратного звукового сигнала (не более секунды) для входа в режим будильника. Для перехода обратно в режим часов кнопку "ALARM" нужно удерживать до подачи однократного сигнала. В качестве выхода для сигнала будильника используется вывод PB.7 порта "B", а в качестве усилителя - схема на транзисторе VT5. В роли сигнализатора применен звонок от импортных часов сопротивлением около 15 Ом. Для отключения будильника используется выключатель S4 (лучше всего - кнопка с фиксацией).

Питаются часы от стабилизированного источника напряжением 6 Вольт. Причем индикация работает только при работе часов от сети. Ток потребления при наличии индикации - около 80 мА. При работе от аккумуляторов (четыре аккумулятора типа Д-0,26) индикация отключается, но часы продолжают идти и функционирует будильник . Диоды D5 … D7 обеспечивают правильное использование источников питания при работе от сети и от аккумуляторов, сами же аккумуляторы при работе часов от сети заряжаются через резистор R10. Поскольку при отсутствии индикации часы потребляют ток около 6 мА, предложенный "UPS" способен поддерживать работу часов более суток, что чрезвычайно удобно. Лично я не люблю наводить часы всякий раз после броска сетевого напряжения. Кстати, это явилось одной из движущих сил данного проекта.

Достоинства:

· Динамическая индикация .

· В конкретные моменты времени отображается лишь одна цифра, что позволяет значительно снизить аппаратные затраты.

· Обеспечение правильного использования питания.

· Работа в случае отключения источника питания.

Недостатки:

· Невысокая надежность.

· Номинальное рабочее напряжение +9...12 В (при меньшем могут неустойчиво работать.

· Узкий диапазон рабочих температур (-10...+70"С).

Разработка структурной схемы

Размещено на http://www.allbest.ru/

~220В

Рисунок2.1 - Структурная схема таймера на микроконтроллере

Сигнал проходит через выключатель, далее он поступает на микроконтроллер. Так же сигнал от выключателя проходит блок фильтров. На микроконтроллер сигнал подаётся через пьезоэлектрический излучатель. Далее начинается работа микроконтроллера.

От микроконтроллера сигнал идёт к блоку синхронизации. Микроконтроллер подаёт сигнал к блоку формированию импульсов , и от него к блоку индикаторов.

И потом к блоку формирования сигналов, после сигнал поступает к кнопкам и от него к блоку фиксирования сигнала.

После сигнал подаётся к блоку индикаторам. Далее микроконтроллер подаёт подаёт сигнал к узлу исполнительного устройства от него к предохранителю и к неоновой лампе, от неоновой лампе ко второму предохранителю и всё подключено к 220В.

3. Выбор элементной базы

3.1 Микроконтроллер AT90S2313-10PI

AT90S2313 является КМОП 8-разрядный микроконтроллер на основе AVR ® расширенной архитектурой RISC. Выполняя команды в одном часы

цикл, AT90S2313 достигает производительности 1 MIPS на МГц, что позволяет разработчику оптимизировать энергопотребление по сравнению с скорость обработки данных.

Основные AVR сочетает богатый набор инструкций и 32 рабочих регистра общего назначения.

Все 32 регистра напрямую подключены к арифметико-логическое устройство (ALU), который позволит двум независимым регистрам быть доступны в выполнении одной инструкции за один такт. В результате данная архитектура имеет более высокую эффективность кода, при достижении пропускная способность до десяти раз быстрее, чем обычными микроконтроллерами CISC

Рисунок 3.1.1 - Микроконтроллер AT90S2313

AT90S2313 предоставляет следующие возможности: 2 Кбайт Страх Flash, 128 байт EEPROM, 128 байт SRAM, 15 общего назначения линий ввода-вывода, 32 рабочих регистра общего назначения, гибких таймера / счетчика с режимами сравнения, внутренних и внешних прерываний, программируемый Serial UART, программируемый сторожевой таймер с внутренним генератором, SPI Serial порт для флэш-памяти, загрузка и два программно выбираемых режима экономии энергопотребления. Холостой режим остановки процессора в то время как позволяющие SRAM, таймер / счетчики, SPI порт и система прерываний продолжают функционировать. Power Down режиме экономит

Зарегистрируйтесь, но останавливает тактовый генератор, отключая все остальные функции микроконтроллера, вплоть до следующего прерывания или аппаратного сброса.

Устройство производится с помощью высокой плотности фирмы Atmel Non-Volatile технологию памяти. On-Chip Страх Flash

Программа позволяет памяти быть перераспределены в системе через последовательный интерфейс SPI или обычного энергонезависимую

память программиста. Объединив усовершенствованная RISC 8-битный процессор с загружаемым Flash на одном кристалле, Atmel

AT90S2313 является мощным микроконтроллером, который обеспечивает очень гибкий и экономически эффективные решения для многих Embedded Control приложениями.

AVR AT90S2313 поддерживается полным набором программ и разработки, включая: компиляторы, макроассемблеры, отладчики / симуляторы, в эмуляторы и оценка материалов.

Pin Описание:

VCC

Напряжение питания PIN-кода.

GND

Заземлением.

Порт B (PB7.. PB0)

Порт B представляет собой 8-разрядный двунаправленный порт ввода / вывода. Порт контакты могут обеспечить внутренние Подтягивания (отдельные для каждого разряда). PB0 а также PB1 служить в качестве положительного входа (AIN0) и отрицательный вход (AIN1), соответственно, на чипе аналоговый компаратор. Порт B выходной буфер может тонуть 20мА и может управлять светодиодные дисплеи напрямую. Когда Pins PB0 к PB7 используются как входы и внешне вытащил низок, что они будут источник тока (III), если активирована внутренних Подтягивания. Порт B также выполняет функции различных особенностей AT90S2313. Порта D (PD6.. PD0) Порт D имеет семь двунаправленного ввода-вывода с внутренними Подтягивания, PD6 .. PD0. Буферы порта D выходе может тонуть 20 мА. Как

входа, порт D булавки, которые внешне надвинутой будет источник тока (III), если активирована Подтягивания.

Порт D также выполняет функции различных особенностей AT90S2313.

RESET

Сброс ввода. Низко на этом выводе на два машинных цикла, а генератор работает сброс устройства.

XTAL1

Вклад в инвертирующий усилитель осциллятора и материалы для внутренней схемы операционных часов.

XTAL2

Выход из обращения генератор-усилитель

Быстрый доступ Регистрация файлов Концепция содержит 32 х 8-битных рабочих регистра общего назначения с одним доступа такт

время. Это означает, что выполняется в течение одного тактового цикла, одна ALU (арифметико-логическое устройство) операции. Двумя операндами

выводятся из регистра файла, выполняется операция, и результат помещается обратно в регистр файла - в одном часы цикла.

Шесть из 32 регистров могут использоваться как три 16-бита косвенных адресный регистр указатели для пространства данных решений - позволяя эффективные расчеты адрес. Один из трех указателей адрес также используется как указатель адреса для постоянной таблицы

Смотри выше функции. Эти дополнительные функции регистры являются 16-бита X-регистр, Y-и Z регистра-регистра.

АЛУ поддерживает арифметические и логические функции между регистрами или между постоянным и зарегистрироваться. Единый реестр операции также выполняются в АЛУ. Рисунок 2 показывает, AT90S2313 AVR Enhanced RISC микроконтроллеров архитектуры.

В дополнение к регистру операции, обычные режимы адресации памяти могут быть использованы в регистре, а также файлов.

Это возможно благодаря тому, что регистр файла присваивается 32 нижнего пространства данных адресов ($ 00 - $ 1F), позволяющей им доступ как будто они обычные ячейки памяти. I / O памяти содержит 64 адресов для процессоров периферийные функции, как контроль регистры, таймеры / счетчики / Dconverters, и другие функции ввода / вывода. Те из регистра файла, $ 20 - $ 5F. AVR имеет Гарвардской архитектуры - с воспоминаниями и отдельные автобусы для программ и данных. Программа памяти

Доступ с одной конвейерной уровне. Хотя одна команда выполняется, следующая инструкция предварительно извлекается из программы памяти. Эта концепция позволяет инструкций, выполняемых в каждом такте. Программа памяти в системе загружаемый флэш-памяти. С относительный скачок и призываем инструкциями, весь 1K адресное пространство непосредственно доступ. Большинство AVR инструкции одна 16-битный формат слова. Каждый адрес памяти программ содержит 16 - или 32-битных инструкций.

В прерывания и вызовы подпрограмм, программа обратного адреса счетчика (PC) сохраняется в стеке. Стек эффективной выделяется в общей SRAM данных, а следовательно, и размер стека ограничен только общий объем ОЗУ и использование SRAM. Все пользовательские программы должны инициализировать СП в обычной сброса (до подпрограммы или прерывания выполнения). 8-разрядный указатель стека SP чтения / записи в области ввода-вывода. 128 байтов данных SRAM + зарегистрировать файла ввода / вывода и регистры могут быть легко доступны через пять различные решения режимы поддерживаются архитектуры AVR.

Памяти пространства в архитектуре AVR все линейных и регулярных карт памяти.

3.2 Светодиодный индикатор HDSP-F501

10 мм (0,40 дюйма) Светодиодные дисплеи семь сегмент. Наиболее пространстве Avago's эффективных размеров характер. Они, предназначенные для просмотра на расстояние до 4,5 метра (15футов). Эти устройства используют стандартные размеры пакет и распиновка. Dual числовые, одно числовое, и ± 1. Переполнение устройства функцию правой руки десятичной точка. Все устройства доступны в виде либо общепринятая анодом или общим катодом. Типичные области применения включают инструменты,точки продаж терминалами, и техникой.



Рисунок3.2.1 - Внешний вид и расшифровка обозначении

Рисунок3.2.2 - Внешний вид и расшифровка обозначении

Особенности

* Стандартные размеры

* Стандартные распиновка

7,6 мм (0,3 дюйма) DIP одного

15,24 мм (0,6 дюйма) DIP Dual

Подводит 2,54 мм (0,1 дюйма) центры

* Выбор цвета

* Категории для света

Желтый и зеленый цвета по категориям

Использование как категория дает равномерное дисплеем

* Высокая светоотдача

* Высокий пиковый ток

* Отличное долгое цифр мультиплексирования

* Интенсивность и опцией выбора цвета

* Солнечный свет просматриваться AlGaAs

AlGaAs красный, высокая эффективность красный, оранжевый, желтый, зеленый

* отличный внешний вид

Равномерно освещенная сегменты

Наклонная углах по сегментам

Серые пакет дает оптимальный контраст

Черного цвета поверхности и тонированными эпоксидных (HDSP-F161 только)

± 50 ° Угол обзора

* Гибкий дизайн

3.3 Биполярный транзистор - KT3107A

Транзисторы кремниевые эпитаксиальнопланарные структуры p-n-p усилительные. Предназначены для применения в усилителях высокой, промежуточной и низкой частоты. Выпускаются в пластмассовом корпусе с гибкими выводами. Тип прибора указывается в этике, а также на корпусе прибора в виде буквы соответствующего типа номинала.



Масса транзистора не более 0,18 г.

Рисунок 3.3.1 - внешний вид транзистора KT3107A

Таблица 3.3.1 - Предельные параметры транзистора KT3107A



Таблица 3.3.2 - Электрические параметры

Таблица 3.3.3 - Параметры биполярных транзисторов серии КТ3107

Корпус:

Uкбо - Максимально допустимое напряжение коллектор-база

Uкбои- Максимально допустимое импульсное напряжение коллектор-база

Uкэо - Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер

Uкэои- Максимально допустимое импульсное напряжение коллектор-эмиттер

Iкmax- Максимально допустимый постоянный ток коллектора

Iкmax и- Максимально допустимый импульсный ток коллектора

Pкmax- Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода

Pкmax т- Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора с теплоотводом

h21э- Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

Iкбо- Обратный ток коллектора

fгр- граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером

Кш- коэффициент шума биполярного транзистора

4. Анализ и разработка принципиальной электрической схемы

В рассматриваемом таймере предусмотрено два режима обратного отсчета интервалов времени длительностью от 1-й до 999 минут или такого же числа секунд. Схема устройства представлена на рисунке. В нем имеется выключатель SA1, с помощью которого выбирают, в каких единицах, минутах или секундах будет вестись счет, кнопки управления SB1-- SB3, трехразрядный светодиодный индикатор HG1 (разряд сотен) -- HG3 (разряд единиц). После включения питания таймера RC-цепь R2C3 формирует импульс, устанавливающий микроконтроллер DD1 (AT90S2313-10PI) в исходное состояние.

При установке продолжительности формируемой выдержки каждым

нажатием на кнопку SB1 (А) показания индикатора увеличивают на единицу. Если удерживать эту кнопку нажатой более 3 с, значение на индикаторе станет в каждую секунду увеличиваться на 5 единиц (минут или секунд). Кнопка SB2 (V) действует аналогично кнопке SB1, но значение на индикаторе не увеличивается, а уменьшается. По достижении значений 999 или 0 дальнейшее изменение показаний в соответствующую сторону автоматически блокируется.

Выбрав выключателем SA1, в минутах или в секундах будет отсчитываться время и установив кнопками SB1 и SB2 необходимую продолжительность выдержки, следует нажать на кнопку SB3 (С). С этого момента начинается работа таймера -- высокий уровень на выходе PD6 микроконтроллера сменяется низким, подается напряжение на исполнительное устройство, подключенное к разъему Х2, о чем сигнализирует неоновая лампа HL1 (со встроенным балластным резистором), и начинается обратный отсчет заданного времени. Число, выведенное на индикатор, каждую минуту или секунду уменьшается на единицу. Десятичная точка в разряде единиц мигает с периодом 1 с.

Как только показания индикатора достигнут нуля, низкий уровень на

выходе PD6 вновь станет высоким, что приведет к выключению

исполнительного устройства. Кроме того, в режиме отсчета минут в этот момент на выходе PD4 будет сформирована импульсная последовательность длительностью 60 с -- прозвучит звуковой сигнал. Затем прибор возвратится в исходное состояние.

Для досрочного завершения выдержки на кнопку SB3 следует нажать еще раз -- исполнительное устройство будет выключено. Чтобы сформировать новую выдержку, необходимо задать ее продолжительность заново.

Узел управления исполнительным устройством собран на твердотельном реле U1, излучающий диод которого соединен с выходом PD6 микроконтроллера. Благодаря этому реле цепи, связанные с сетью 220 В, изолированы от остальных цепей таймера. Пьезоэлектрический излучатель НА1, подающий звуковой сигнал окончания выдержки, подключен к выходу PD4.

На выходах порта В микроконтроллер DD1 формирует сигналы, поступающие через токоограничительные резисторы R4--R11 на катоды элементов светодиодных индикаторов HG1--HG3, и сигналы, используемые для определения состояния кнопок SB1-- SB3. Вторые выводы всех кнопок соединены вместе и подключены к входу PD3 микроконтроллера. Диоды VD1--VD3 предотвращают замыкания между линиями порта В при одновременном нажатии на несколько кнопок.

Транзисторы VT1-- VT3, управляемые сигналами с выходов PDO--PD2, поочередно соединяют с источником питания общие аноды индикаторов HG1--HG3, что требуется для организации динамической индикации.

Тактовая частота микроконтроллера DD1 задана кварцевым резонатором ZQ1 равной 10 МГц.

Загружаемая в микроконтроллер таймера программа, исходный текст которой имеется в приложении к статье, состоит из трех основных частей: модуля инициализации (метка INIT), основного бесконечного цикла (метка SE1) и обработчика прерывания от таймера Т/С1 (метка TIM0).

Она начинает свою работу, инициализируя регистры, счетчики, стек, таймер Т/С1, сторожевой таймер, порты ввода--вывода. По завершении инициализации на индикатор выведено число 001, все десятичные точки выключены, на выходе PD6 установлен высокий уровень, поэтому цепь исполнительного устройства разомкнута. Отсчет времени остановлен.

Задача формирования точных интервалов времени длительностью 1 с решена с помощью прерываний от таймера Т/С1, запросы которых следуют через каждые 3,9 мс (1/256 с). Их подсчитывает счетчик в регистре г25. С помощью счетчика, организованного в регистре г21, формируется интервал в 1 мин.

В процессе обработки прерываний производятся также смена отображаемого на индикаторе разряда и преобразование двоичного значения цифры, выводимой в этом разряде, в "семисегментный" код. Кроме того, выполняется опрос состояния кнопок, формируются сигналы управления оптоэлектронным реле и звуковым сигнализатором.

В памяти данных микроконтроллера с адреса $060 по $062 организован буфер, хранящий значение оставшегося до завершения выдержки интервала времени. Именно из него программа обработки прерывания берет цифры для динамического вывода на индикатор. При нажатии на кнопку SB1 хранящееся в буфере значение увеличивается на единицу. Одновременно запускается счетчик секунд в регистре М. Если кнопка удерживается нажатой более 3 с, значение в буфере начинает увеличиваться на единицу пять раз за каждую секунду. Подсчет интервала времени, в течение которого происходит это увеличение, организован в регистре r0. После отпускания кнопки SB1 счетчики в регистрах r1 и r0 обнуляются.

Совершенно аналогичным образом организована обработка нажатий на кнопку SB2, уменьшающих число в буфере. Счетчики времени для этой кнопки находятся в регистрах гЗ и г2.

В процессе отсчета заданной выдержки число в буфере декрементиру-

ется (уменьшается на единицу) каждую минуту или секунду в зависимости от положения выключателя SA1. Учтите, что при переводе его в другое положение до завершения заданной выдержки соответственно изменится период де-крементирования.

В регистре г22 хранится двоичный код с единицей в разряде, соответствующем включенному в данный момент разряду индикатора. При инициализации в него записывается 00000001 (включен индикатор HG3), а в регистр Y -- начальный адрес буфера ($060). При каждом вызове процедуры обработки прерывания содержимое регистра г22 сдвигается на один разряд влево, а регистр Y инкрементируется. Понятно, что как только единица в регистре г22 будет сдвинута в третий разряд (пройдены все индикаторы), регистры г22 и Y следует перезагрузить, восстановив в них исходные значения.

На время опроса состояния кнопок SB1--SB3 все индикаторы выключаются, а на выходах PB0--PB2 микроконтроллера формируется код "бегущий ноль". Обнаружив низкий уровень на входе PD3 и зная, на каком из выходов PB0--PB2 уровень в данный момент низкий, процедура обработки прерывания принимает решение о том, какая кнопка нажата.

Вся программа занимает около 670 байт памяти программ микроконтроллера.

Таймер собран на макетной плате, помещенной в пластмассовый корпус, на переднюю панель которого выведены индикаторы HG1-- HG3, кнопки SB1 -- SB3, выключатель SA1 и неоновая лампа HL1. Потребляемый от источника напряжения 5 В ток не превышает 100 мА.

Пьезоэлектрический излучатель НРМ14АХ можно заменить на НРА17АХ или НРА14АХ. Вместо индикаторов HDSP-F501 подойдут и другие светодиодные семиэлементные индикаторы с общими анодами. Индикаторную лампу N-702R со встроенным резистором можно заменить обычной неоновой лампой, включив последовательно с ней резистор номиналом 200...560 кОм и мощностью не менее 0,25 Вт.

5. Расчетная часть

Под надежностью ЭВМ понимается свойство машины выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в допустимых пределах в течении требуемого промежутка времени, и возможность возобновления функционирования, утраченного по тем или иным причинам. Расчет надежности помогает выяснить слабые места конструкции и изыскать пути повышения ее надежности, рассчитать систему на надежность значит определить одну или несколько количественных характеристик надежности: вероятность безотказной работы в течении определенного интервала времени, среднее время безотказной работы.

При расчете надежности узлов и блоков электрической аппаратуры предполагают, что отказы элементов входящих в состав устройства являются случайными. Интенсивность отказов И(t) = const. Отказ любого элемента ведет за собой отказ всей системы, т.е. имеет место основное соединение элементов.

Порядок расчета следующий:

1) Определить количество, типы и режимы работы отдельных элементов, входящих в состав устройства.

2) Для всех элементов выбирается интенсивность отказов по таблице. Определяют для всех элементов поправочные коэффициенты «а», учитывающие действительные режимы работы.

3) Определяется метод монтажа и подсчитывается количество паек в схеме.

Большое влияние на надежность работы элементов электрических приборов оказывает нагрузка и тепловые режимы используемого устройства, которые учитываются коэффициентом нагрузки «К_н» равным отношением нагрузки в рабочем режиме. Все данные расчета сводим в таблицу.

Поправочные коэффициенты, учитывающие зависимость от величины электрические нагрузки.

При расчете надежности учитываем, что устройство работает при нормальной температуре окружающей среды равной 20-25⁰ и относительной влажностью 60-70%.

Таблица 5.1 - Интенсивность отказов элементов

Наименование элементов	Кол-во (шт.)	Интенсивность отказов *10-7 (ч/1)	Общая интенсивность отказов *10-7 (ч/1)
Резистор постоянный	18	0,19	3,42
конденсатор оксидноэлектролетический	6	0,002	0,012
соединение пайкой при односторонней печатной плате	80	0,0007	0,056
Пьезоэлектрический излучатель	1	0,4	0,4
Кварцевый резонатор	1	0,2	1,2
Транзистор биполярный полевой	3	0,17	0,51
кнопки	3	0,5	1,5
микроконтроллер	1	1,4	1,4
Диоды выпрямительные	3	0,1	0,3
Светодиоды	3	0,8	2,4
Неоновая лампа	1	0,4	0,4
Оптрон	1	0,8	0,8
			12,398

Определим общую интенсивность отказов элементов устройства:

Определим среднее время работы элементов:

Определим вероятность:

;

где t беру равной 1000 ч, тогда

Заключение

При выполнении моей курсовой работы я рассмотрел таймер на микроконтроллере.

В настоящее время существует большой выбор различных таймеров на микроконтроллерах использующихся во многих устройствах бытовой техники и промышленной автоматики.

В результате проделанной работы я получил навыки в разработке сложных устройств, разработал блок-схему, рассчитал надежности, провел обзор и анализ существующих схем управления, которые также могут быть использованы в качестве самостоятельных устройств для управления сложной техникой или технологическими процессами.

микроконтроллер будильник счетчик транзистор

Список использованной литературы

1. Горюнова Н.Н. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. Под общ. ред. Н.Н.Горюнова. Изд.4-е, перераб. и доп. М.,"Энергия”, 1977г. - 744 с.

2. Новаченко И.В. Справочник микросхем для бытовой радиоаппаратуры / И.В. Новаченко, В.М. Петухов, И.П. Блудов. - М.: Радио и связь, 1989. - 384с.

3. Якубовский С.В. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И.Кулешова и др.; Под ред С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1989 - 496 с.

4. Николай Королев, Дмитрий Королев. AVR: программирование в среде AVR Studio.// Компоненты и технологии, 2004 № 3

5. Николай Королев, Дмитрий Королев. AVR-микроконтроллеры второго поколения: средcтва разработчика.// Компоненты и технологии, 2003 № 7.

6. Николай Королев, Дмитрий Королев. AVR-микроконтроллеры второго поколения: новые аппаратные возможности.// Компоненты и технологии, 2003 № 4.

7. Jo Uthus, Joyvind Strjom. "MCU Architectures for Compute-Intensive Embedded Applications" // www.atmel.com

8. www.eemoc.org

9. www.avrfreaks.net

10. www.trzrus.narod.ru

11. www.radio.ru

12. www.trimmer.ru

13. www.mister-grey.narod.ru

Приложение

позиционное обозначение	наименование	количество	приме-чание
	Резисторы
R1,R2,R3, R12-R17	С3,С1	8
R4-R11	С1-200	7
	Конденсаторы оксидноэлектролитические
C1, С2, C3	K50-35	3
C5, C6	К73-17	2
	Индикаторы
HG1, HG2, HG3	HDSP-F501	3
	Микроконтроллер
DD1	AVR AT90S2313	1
	Кварцевый резонатор
ZQ1	ZQ1 - 10 МГц	1
	Полевые транзисторы
VT1, VD2, VT3	KТ310A	3
	Светодиоды
HL1	N-702R	1
	Выпрямительные диоды
VD1, VD2, VD3	КД522A	3
	Контакты
X1	пружинные	1
X2	пластинчатые	1
	Выключатель
SA1		1
	Предохранитель
FU1, FU2	2A	2
	Оптрон
U1	S202T02	1
	Кнопки
SB1, SB2, SB3		3

Размещено на Allbest.ru