Введение

Микроконтро́ллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ или ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи.

До появления микроконтроллеров электронные устройства создавались на основе логических элементов, что предусматривало наличие в одной схеме большого количества однотипных микросхем и усложняло построение схемы. С появлением микроконтроллеров началась новая эра массового применения компьютерной автоматизации в области управления. Широкое распространение они получили благодаря относительной простоте использования, упрощению построения электрической схемы на их основе и широкому выбору данных устройств, что позволяет подобрать наиболее оптимальный вариант необходимый для реализации конкретной задачи.

В данной работе рассматривается один из возможных вариантов реализации часов с будильником на основе микроконтроллера. Актуальность этой разработки подтверждается несколькими причинами:

1) Часы с будильником на основе микроконтроллера один из наиболее простых и эффективных вариантов реализации данного устройства.

2) Эта одна из простейших задач, реализуемых на микроконтроллере, позволяющая ознакомится с их структурой и принципами работы.

Раздел 1. Анализ возможных вариантов реализации устройства и выбор наиболее подходящего варианта

1.1 Анализ литературы и источников сети «Интернет»

Разработка часов на микроконтроллерах очень распространенная тема на многих сайтах, форумах, пособиях по микроконтроллерам и т.д. Она рассматривается как в качестве практической реализации данных устройств с различными возможностями, так и в качестве примеров при изучении микроконтроллеров и работы с ними. Стоит отметить тот факт, что при поиске материала не встретилось ни одной схемы часов на логических или аналоговых элементах.

Далее рассмотрим некоторые варианты реализации часов.

1.2 Простые часы на Attiny 2313. [1]

На рис. 1.2.1 представлена схема простых часов на основе микроконтроллера Attiny 2313. Attiny – это ряд простых микроконтроллеров AVR имеющих с малым количество памяти и скромной функциональностью и соответственно малой стоимостью, однако идеально подходящих для реализации базовых задач.

Рис. 1.2.1 Часы на микроконтроллере Attiny 2313

Часы отображают часы и минуты. Индикатор: 7-сегментный, четырёх разрядный с общим анодом(на схеме изображено как 4 односегментных) и объединёнными одноименными сегментами. Для чего объединёнными? На плате тогда получается меньше дорожек и перемычек. И сама схема несколько компактнее. Транзисторных ключей на индикаторе нет, потому что при динамической индикации, даже при существенном превышении тока МК, он не успевает перегреться.

1.3 Часы - будильник на микроконтроллере PIC16F628A. [2]

На рис. 1.3.1 представлена принципиальная схема часов на микроконтроллере PIC16F628A.

PIC — микроконтроллеры Гарвардской архитектуры, производимые американской компанией Microchip Technology Inc. Название PIC является сокращением от Peripheral Interface Controller, что означает «периферийный интерфейсный контроллер». Название объясняется тем, что изначально PIC предназначались для расширения возможностей ввода-вывода 16-битных микропроцессоров CP1600.

Рис. 1.3.1 Часы на микроконтроллере PIC16F628A

Точность хода этих часов – 30 секунд в год.

В данной схеме реальизовано:

- 2 режима отображения часы-минуты и минуты-секунды. Переключение кнопкой "Инкремент".

- При нажатии кнопки "Коррекция" часы переходят в режим коррекции секунд (секунды обнуляются кнопкой "Инкремент"). Следующее нажатие кнопки "Коррекция" переводит часы в режим коррекции минут (минуты увеличиваются кнопкой "Инкремент"). Ещё одно нажатие кнопки "Коррекция" - переход к коррекции часов (часы увеличиваются кнопкой "Инкремент"). Следующее нажатие кнопки "Коррекция" - возврат в режим отображения часов-минут.

- При нажатии кнопки "Будильник" часы переходят в режим отображения уставки будильника. В этом режиме кнопкой "Инкремент" включаем будильник. Включение подтверждается коротким звуковым сигналом и включается мигающая точка. Корректируется уставка будильника после нажатия кнопки "Коррекция". После первого нажатия - минуты, после второго - часы (увеличиваются кнопкой "Инкремент"). После третьего нажатия - переход в обычный режим.

- В часах реализована функция коррекции посредством подстройки константы (режим подстройки включается при удержании кнопки "Коррекция" дольше 1-й секунды). По умолчанию константа равна 1032 микросекунды в секунду. При отставании часов константу увеличиваем (кнопка "Инкремент") на величину отставания вычисленное в микросекудах за 1 секунду. Если часы спешат, константу уменьшаем (кнопка "Будильник") по тому же принципу.

- Возврат в обычный режим осуществляется из режимов коррекции через 3 минуты после последнего нажатия любой из кнопок.

- При срабатывании будильника подаётся звуковой сигнал, который отключается нажатием любой из кнопок или автоматически через примерно 4 минуты.

- При установке батареек соответственно схеме, часы продолжают идти при отключении от сети. Использованы 3 батарейки А3 для наручных часов.

1.4 Часы реального времени на ATmega8535. [3]

На рис. 1.4.1 представлена схема часов реального времени на микроконтроллере ATmega8535.

Рис. 1.4.1 Часы реального времени на ATmega8535

Эта схема часов реального времени на основе микросхемы – хронометра DS1307 (RTS) (DD5), микроконтроллера ATmega8535 (DD4), дешифраторов двоичного кода в код семисегментного индикатора CD4511N (DD1, DD2) и светодиодных индикаторов с общим коллектором DC56 -11 RWA (DA2 – DA4), которые управляются ключами IRF7103 (DA5.1 – DA6). Будильник схемы состоит из управляемого генератора на микросхеме 4011 (DD3.3, DD3.4) и выходного каскада на IRF7103 (DA5.2), нагруженного на излучатель HCM1212A (Z1). Цепь сброса микроконтроллера, образована резистором R8, конденсатором С3 и микросхемой 4011 (DD3.1, DD3.2). Организация и стабилизация питания схемы +5В обеспечивается микросхемой L7805CV (DA1).

На светодиодных индикаторах высвечиваются часы (DA2), минуты (DA3), секунды (DA4), а при нажатии кнопки «Дата» (S6) – текущее число (DA2), месяц (DA3), год (DA4). Установка часов происходит при нажатии кнопoк: «Уст. часов» (S1), «->» (S3), «>» (S4), «<» (S5). Установка происходит от единиц к десяткам, в последовательности: число, месяц, год, час, минуты. Последним нажатием кнопки «->» происходит запуск часов: светодиод HL1 начинает мигать с частотой 1Гц.

Установка будильника происходит при нажатии кнопки «Уст. будильника» (S2). Кнопками «->», «>», «<» устанавливаются часы и минуты. Последнее нажатие кнопки «->» включает будильник (светодиод HL2 светится). Сигналом будильника является тональный сигнал частотой 3 КГц. Сброс будильника осуществляется общим сбросом микроконтроллера: нажатием кнопки «Сброс» (S8).

Запись в RTS и чтение из RTS производится с помощью модуля TWI микроконтроллера. В DS1307 информация часов и календаря содержится в соответствующих регистрах в виде байта, причем единицы хранятся в младшем полубайте, а десятки в старшем полубайте. Это позволяет считывать информацию из RTS, затем сбрасывать её в PortA и с помощью дешифраторов DD1, DD2 аппаратно решить вопрос индикации.

Из приведенных выше примеров видно, что для разной функциональности используются разные микроконтроллеры и вспомогательные микросхемы. В данном случае наиболее подходящим является устройство описанное в пункте 1.3, но с некоторыми изменениями. В следующем разделе приводятся требования к разрабатываемому устройству и его структурная схема.

Дата добавления: 2015-08-02