Часть 2. Разработка таймера на основе микроконтроллера.

2. Анализ задания и составление функциональной схемы

Задача второй части данного курсового проекта состоит в проектировании микропроцессорной системы, выполненной на базе однокристального микроконтроллера, реализующей функцию электронного таймера, отсчитывающего временной интервал в диапазоне от 0 до 99 с, информирующего об окончании отсчета прерывистым звуковым сигналом частотой 1 кГц и индикацией текущего состояния.

Основой микропроцессорной системы, реализующей поставленную задачу, является микроконтроллер. К нему должны предъявляться требования точности при отсчете временных интервалов. Микроконтроллер должен производить управление устройством индикации, представляющем собой два семисегментных индикатора, а также управлять устройством генерации звука или же генерировать прерывистый звуковой сигнал частотой 1 кГц. В устройстве должны быть предусмотрены клавиши установки временного интервала, а также клавиши пуска и остановки таймера.

Точность при отсчете временных интервалов обеспечивается стабилизацией частоты счетных импульсов или частоты тактового генератора кварцевым или керамическим резонатором.

Для уменьшения числа используемых выводов микроконтроллера следует применить динамическую индикацию, принцип которой состоит в попеременном подключении индикаторов с частотой от 25 до 200 Гц. Оптимальным является значение частоты динамической индикации 50-70 Гц. Также целесообразно применить специализированный дешифратор, преобразующий BCD код в код семисегментного индикатора.

Многие микроконтроллеры имеют встроенную систему генерации сигналов, при применении микроконтроллера в качестве источника звуковой сигнализации, необходимо использовать ключ для коммутации питания к излучателю (динамической головке), управляемый микроконтроллером.

С учетом данных требований составим функциональную схему таймера.

Рис. 5 Функциональная схема таймера

2. Выбор элементной базы

6.1 Выбор микропроцессорного устройства

Промышленностью изготавливается множество микропроцессоров и микроконтроллеров, специализированных для выполнения различных задач. Большую популярность приобрели микроконтроллеры AVR компании Atmel. Серия AVR включает три семейства микроконтроллеров: «Classic», «Mega» и «Tiny». В настоящее время семейство AVR микроконтроллеров «Classic» устарело и снято с производства. Таким образом основу серии составляет семейство «Mega» и семейство «Tiny». Семейство «Tiny» – это микроконтроллеры минимальной конфигурации и, преимущественно, небольших габаритов, предназначенные для простых недорогих и миниатюрных электронных устройств управления. Они имеют минимальный набор возможностей и невысокую цену. Микроконтроллеры семейства «Mega», напротив, имеют развитую архитектуру и предназначены для более мощных микропроцессорных систем.

Требованиям, предъявляемым к заданной микропроцессорной системе, удовлетворяет AVR микроконтроллер семейства «Tiny». Рассмотрим более подробно микроконтроллер ATTiny2313, который имеет более высокую конфигурацию, улучшенные характеристики и наиболее развитую архитектуру.

ATTiny2313 представляет собой восьмиразрядныймикроконтроллер с внутренней программируемой Flash-памятью размером 2 Кбайт.

Общие сведения:

• использует RISC архитектуру;

• имеет 120 мощных инструкций, большинство из которых выполняется за один машинный цикл;

• в составе микроконтроллера имеется 32 регистра общего назначения;

• 2 Кбайт встроенной программируемой Flash-памяти, до 10000 циклов записи/стирания;

• 128 байт встроенной программируемой энергонезависимой памяти данных (EEPROM) до 100000 циклов записи/стирания;

• 128 байт внутреннего ОЗУ (SRAM).

Периферийные устройства:

• один 8-разрядный таймер/счетчик с программируемым предделителем и режимом совпадения;

• один 16-разрядный таймер/счетчик с программируемым предделителем и режимом совпадения;

• четыре канала ШИМ (PWM);

• встроенный аналоговый компаратор;

• программируемый сторожевой таймер;

• встроенный тактовый генератор.

Особенности микроконтроллера:

• поддержка внешних и внутренних источников прерываний;

• встроенная система аппаратного сброса при включении питания;

• внутренний перестраиваемый тактовый генератор

• 18 программируемых линий ввода-вывода;

• диапазон частот тактового генератора 0 – 20 МГц.

Напряжение питания 2,7 – 5,5 В.

Рис. 6.1.1 Назначение выводов микроконтроллера

V_CC – напряжение питания

GND – общий провод

RESET – вход сброса

XTAL1 – инвертирующий вход для кварцевого резонатора, вход внешнего генератора

XTAL2 – выход на внешний резонатор

Port B (PB0..PB7) – порт B, восьмиразрядный двунаправленный порт ввода-вывода

Port D (PB0..PB6) – порт D, семиразрядный двунаправленный порт ввода-вывода

Рис. 6.1.2 Блок-схема микроконтроллера ATTiny2313