Ознакомление с организацией, структурой и деятельностью структурных подразделений организации.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова (МГТУ) – один из авторитетных многопрофильных технических университетов России с разветвленной инфраструктурой, мощной материально-технической базой, высоким интеллектуальным потенциалом. Университет известен в стране и за рубежом своими научными школами, имеет широкую географию творческих и научных связей с ведущими российскими и зарубежными вузами.
Учебный комплекс №3 является структурным подразделением Многопрофильного колледжа. Он создан на базе Федерального государственного образовательного учреждения среднего профессионального образования «Магнитогорский государственный профессионально-педагогический колледж» и Государственного образовательного учреждения «Магнитогорский торгово-экономический техникум», которые реорганизованы в форме присоединения к ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова» на основании приказа №5 Федерального агентства по образованию от 14.01.2010 года.
Учебная материально-техническая база является составной частью хозяйства учебного комплекса, имеет необходимую техническую оснащенность и отвечает задачам профессиональной подготовки студентов при высокой интенсивности учебного процесса.
Преддипломная практика проводится в кабинете проектирования цифровых устройств, в котором имеется программное обеспечение National Instruments MultiSim и Free PCB на операционной системе Windows 7 Professional SP1. Так же в лаборатории «Сборки, монтажа и эксплуатации СВТ» имеется необходимое для работы оборудование и приборы: паяльная станция, мультиметр, осциллограф.
Проектирование цифрового устройства: характеристика объекта проектирования, выбор и обоснование структурной схемы устройства, выбор элементной базы устройства
Цифровое устройство на базе микроконтроллера:анализатор звукового спектра (графический эквалайзер) - это устройство с множеством фильтров с различными диапазонами пропускания частот. В результате прохождения через это устройство звуковой сигнал, состоящий из огромного количества частот, разделяется на несколько определенных сигналов с более узкими частотными диапазонами, которые отображаются в виде светодиодной диаграммы звуковых сигналов.
Технические характеристики устройства:
Напряжение питания устройства 5…12В
Ток потребления, не более 30мА
Управление микроконтроллером ATmega8
Использовать для световой индикации работы эквалайзера 100 светодиодов 5мм
Выбор и обоснование структурной схемы устройства
Данная структурная схема (рисунок 1) обеспечивает стабильность работы данного анализатора, т.к. на входе присутствует стабилизатор напряжения, что предохраняет устройство от перепадов напряжения, так же в схеме присутствует управляющий программируемый микроконтроллер (в разрабатываемом устройстве – ATmega8), что в свою очередь обеспечивает стабильность работы анализатора. Использование одного микроконтроллера подразумевает подключение сразу нескольких светодиодных полос. Для примера рассмотрим другую схему анализатора на нескольких управляющий микросхемах (Рисунок 2). Здесь к одной микросхеме можно присоединить максимально 10 светодиодов в одну полосу, при этом количество полос равно количеству микроконтроллеров.
Выбор элементной базы.
Из структурной схемы устройства (Рисунок 1) видно, что на входе нужен стабилизатор напряжения. В данном случае это стабилизатор положительного напряжения 7805 (рисунок 3).
Рисунок 1. – Стабилизатор 7805
Корпус to220
Максимальный ток нагрузки 1.5А
Диапазон допустимых входных напряжений +40В
Выходное напряжение +5В
Усилитель.
Так-же нужен усилитель, для повышения рабочей тактовой частоты микроконтроллера до задающего частоту кварца. Для этого за основу взят усилитель TL071 (рисунок 4).
Рисунок 2. – Усилитель TL071
Количество каналов 1
Напряжение питания ±12В
Частота, 4 МГц
Напряжение смещения 7.5 мВ
Температурный диапазон 0…70оC
Тип корпуса dip8
Управляющий микроконтроллер.
Микроконтроллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять относительно простые задачи. Один из таких ATmega8 от компании Atmel (рисунок 5). В зависимости от типа корпуса имеет 28(PDIP) или 32(TQFP Top View, MLF Tp View) вывода.
Рисунок 3. – Микроконтроллер ATmega8
Технические характеристики ATmega8:
Память для программ составляет 8 Кб с возможностью перезаписать 10 000 раз
512 байт флеш-памяти для хранения переменных (100 000 циклов перезаписи)
1 Кб ОЗУ и 32 регистра общего назначения
Два 8-разрядных Таймера/Счетчика с раздельным прескалером, режим сравнения
16-разрядный Таймер/Счетчик с раздельным прескалером, режим сравнения, режим захвата
Таймер реального времени с независимым генератором
3 канала ШИМ
6 каналов 10-разрядного АЦП
Двухпроводный последовательный интерфейс
Программируемый последовательный USART
Интерфейс SPI с режимами Master/Slave
Программируемый сторожевой таймер с отдельным независимым генератором
Встроенный аналоговый компаратор
Сброс при включении питания, программируемая защита от провалов питания
Встроенный калиброванный RC-генератор
Обработка внутренних и внешних прерываний
5 режимов с пониженным энергопотреблением: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, и Standby
Напряжение питания 4.5 - 5.5В
Тактовая частота 0-16 МГц
Дешифратор
В схеме дешифратор используется для распределения частот на полосы светодиодов, наиболее подходящий К176ИД1 (рисунок 6).
К176ИД1— универсальный дешифратор, применяется для преобразования входного четырехразрядного двоично-десятичного кода в десятичный. Данный дешифратор имеют десять выходов, а также четыре входа А — D (для получения основного кода необходимы только три входа А — С). Вход D, если на нём напряжение высокого уровня, используется как запрещающий при остальном преобразовании.
Напряжение питания 3-15В
Ток потребления при максимальном напряжении питания 1мА
Время задержки распространения 290нс
Выходной ток низкого уровня 0,45мА
Температура окружающей среды -45...+85оС
Корпус микросхемы 238.16-1
Рисунок 4. – Дешифратор К176ИД1
Схема данного анализатора взята из польского журнала «Электроника» за май 2008года. Она состоит из 2-х частей: управление (рисунок 7) и световая индикация (рисунок 8). Для создания электрической схемы использовался пакет программ для автоматизированного проектирования Proteus VSM, объединяющий в себе 2 программы: ISIS — программа синтеза и моделирования непосредственно электронных схем и ARES — программа разработки печатных плат, заменяющие National Instruments MultiSim и Free PCB.
Proteus VSM — пакет программ для автоматизированного проектирования (САПР) электронных схем. Разработка компании Labcenter Electronics (Великобритания). Пакет представляет собой систему схемотехнического моделирования, базирующуюся на основе моделей электронных компонентов, принятых в PSpice. Отличительной чертой пакета Proteus VSM является возможность моделирования работы программируемых устройств: микроконтроллеров, микропроцессоров, DSP и проч. Библиотека компонентов содержит справочные данные. Дополнительно в пакет Proteus VSM входит система проектирования печатных плат. Также в состав Proteus VSM входит среда разработки VSM Studio, позволяющая весьма быстро написать программу для микроконтроллера, используемого в проекте, и скомпилировать. Примечательной особенностью является то, что в ARES можно увидеть 3D-модель печатной платы, что позволяет оценить устройство ещё на стадии разработки.
Рисунок 5. – Электрическая схема №1.
Рисунок 6. – Электрическая схема №2