Міністерство освіти І науки україни icon

Міністерство освіти І науки україни




Скачати 344.44 Kb.
НазваМіністерство освіти І науки україни
Дата20.08.2012
Розмір344.44 Kb.
ТипДокументи

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ



ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА


МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до виконання самостійної роботи з дисципліни

«Мікропроцесорна техніка»
(для студентів 4 курсу денної і заочної форм навчання

спеціальності 6.090605 – «Світлотехніка та джерела світла»)


ХАРКІВ – 2008

Методичні вказівки до виконання самостійної роботи з дисципліни «Мікропроцесорна техніка» для студентів 4 курсу денної і заочної форм навчання спеціальності 6.090605 – «Світлотехніка та джерела світла» / Укл. Білоусов О.Ф., Колонтаєвський Ю.П., Махов І.О. – Харків: ХНАМГ, 2008. –

47 с.


Укладачі: О.Ф. Білоусов,

Ю.П. Колонтаєвський,

І.О. Махов


Рецензент: проф., д.т.н. А.Г. Сосков


Рекомендовано кафедрою теоретичної і загальної електротехніки, протокол № 2 від 27.09.2007 р.





Вступ


Ці методичні вказівки призначені для виконання самостійної роботи з дисципліни „Мікропроцесорна техніка” студентами 4 курсу денної і заочної форм навчання спеціальності 6.090605 – „Світлотехніка та джерела світла”.

Метою виконання самостійної роботи є формування у студентів знань і практичних навиків з побудови цифрових автоматів, що призначені для керування світлотехнічними установками різного призначення.

У результаті виконання даної роботи студенти повинні засвоїти принципи роботи мікроконтролерів і цифрових автоматів, побудованих на їх основі.

Для виконання самостійної роботи студенти повинні заздалегідь ознайомитися з технічними характеристиками цифрових мікросхем серій К561, 564 і мікроконтролерів AVR фірми Atmel і методами їх програмування.

Самостійну роботу виконують на аркушах паперу формату А4 відповідно до вимог державних стандартів із застосування креслярського знаряддя.

Робота повинна включати: чітке формування завдання, короткий опис роботи автомата, часові діаграми, схему електричну принципову, електротехнічні розрахунки вузлів.

Світлофори і світлова реклама, що виконують комутацію необхідних символів, можна розглядати як систему, що працює в режимі реального часу за жорсткою програмою і видає одержаний результат зі швидкістю, що необхідна для своєчасної реакції на зміни, які відбуваються в зовнішньому середовищі. Темп змін повинен відповідати комфортності сприймання їх людиною.


Варіант своєї самостійної роботи кожен студент визначає за останніми двома цифрами номера залікової книжки з табл.1.1, 1.2.


Таблиця 1.1 - Вихідні дані для побудови автомата керування світлофором

Тип світлофора

b

g

c

d

e

f

Останні дві цифри номера залікової книжки

01

02

03

04

05

06

10

20

30

40

50

60

31

32

33

34

35

36

51

52

53

54

55

56

71

72

73

74

75

76

91

92

93

94

95

96



Таблиця 1.2 - Вихідні дані для побудови автомата керування світловою рекламою

^ Тип світлової реклами

4/5

5/6

6/8

7/10

8/5

9/3

10/5

11/4

12/7

13/4

14/3

Останні дві цифри номера залікової книжки

11

12

13

14

15

16

17

18

19

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

37

38

39

37

38

39

41

42

43

45

46

47

48

49

57

58

59

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

97

98

99

07

08

09


Примітка: В табл.1.2 у рядку „Тип світлової реклами” чисельник показує кількість символів реклами, а знаменник – кількість гілок, що розміщуються поблизу реклами.


^ 1. ПОБУДОВА І АНАЛІЗ РОБОТИ ЦИФРОВОГО АВТОМАТА,

ЩО ПРАЦЮЄ ЗА ЖОРСТКОЮ ПРОГРАМОЮ


1.1. Мета роботи

Мета даної роботи: набуття навиків побудови цифрових автоматів керування світлотехнічними пристроями.


^ 1.2. Вихідні дані і завдання на проектування


1.2.1. Світлофори

  1. Вихідні дані.

Побудувати електричну схему світлофора, що може бути встановлений на перехресті доріг.

  1. Необхідно:

а) розробити алгоритм роботи світлофора, встановленого на перехресті доріг;

б) для виконання автомата на елементах жорсткої логіки:

  • побудувати часові діаграми роботи;

  • скласти таблиці істинності і логічні функції роботи світлофора;

  • виконати розрахунок джерела живлення і симісторного ключа, що вмикає лампи розжарювання світлофора;

в) для виконання цифрового автомата на основі мікроконтролера:

  • розробити програму, що реалізує алгоритм роботи цифрового автомата на мові високого рівня і представити її як НЕХ- файл;

  • виконати розрахунок джерела живлення і транзисторного силового ключа, що працює на світлодіодну матрицю світлофора.



^ 1.2.2. Світлова реклама

  1. Вихідні дані.

Побудувати електричну схему світлової реклами, що може бути встановлена на фасадні стіни будови.

  1. Необхідно:

а) розробити алгоритм роботи світлової реклами;

б) для виконання пристрою керування на елементах жорсткої логіки:

  • побудувати часові діаграми роботи;

  • скласти таблиці істинності і логічні функції роботи;

  • виконати розрахунок джерела живлення і силового ключа, що працює на світловий пристрій;

в) для виконання цифрового автомата на основі мікроконтролера:

  • розробити блок-схему програми;

  • розробити програму на мові високого рівня, а потім транслювати її в Асемблер;

  • виконати розрахунок джерела живлення і силового ключа.



^ 2. ПОЯСНЕННЯ ДО ВИКОНАННЯ РОБОТИ


2.1. Світлофори


2.1.1. Різновиди світлофорів. Алгоритм роботи і функціональна схема пристрою керування на ІМС середнього ступеня інтеграції.


З метою упорядкування руху транспортних засобів і пішоходів, зменшення аварій на транспорті на перехрестях доріг встановлюють світлофори, що регулюють послідовність переїзду. Світлофор – це електротехнічний прилад, що має три фари, розміщені вертикально або горизонтально. Якщо фари розміщено вертикально, то завжди верхня фара червоного кольору, середня – жовтого, а нижня – зеленого.

Якщо світить фара червоного кольору, то будь-який рух у даному напрямку забороняється.

Світіння жовтої фари після червоної вказує на те, що необхідно підготуватися до руху. Світіння зеленої фари вказує на те, що необхідно рухатися в даному напрямку.

Пульсуюче світіння зеленої фари вказує на те, що закінчується час проїзду. Світіння жовтої фари після пульсуючої зеленої вказує на те, що необхідно припинити рух.


Для прикладу розглянемо чотиристоронній світлофор.


У табл. 2.1 і 2.2 наведено різновиди світлофорів, що встановлюються на перехресті доріг для регулювання руху транспорту і пішоходів.


Таблиця 2.1 - Різновиди світлофорів




^ Схема перехрестя

Тип світлофора

a)



Чотиристоронній світлофор.

1, 2, 3, 4 – місця, де встанов-люють світлофори (тут і надалі стрілками вказано основні напрямки руху транспорту)

b)



Тристоронній світлофор

c)



Двосторонній світлофор на регульованому пішохідному переході.

1, 3 – світлофори для пішоходів

d)



Тристоронній світлофор з пішохідним переходом


Таблиця 2.2 - Різновиди світлофорів




^ Схема перехрестя

Тип світлофора

e)



Чотиристоронній світлофор з пішохідним переходом у одному напрямку

f)



Чотиристоронній світлофор з пішохідним переходом у двох напрямках

g)



Чотиристоронній світлофор з пульсуючими зеленою фарою або з зеленою стрілкою

У табл. 3 вказано порядок роботи фар світлофора, а також тривалість свічення. Тривалість світіння фар залежить від довжини перехрестя і тому може регулюватися в межах від 20 с до 60 с.


Таблиця 3 - Порядок роботи фар світлофора


^ Порядок чергування фар світлофора

Тривалість світіння фар, с

Ч

Ж

З

y1

y2

y3

1

0

0

32

0

1

0

4

0

0

1

32

0

0

*

4

0

1

0

4


Примітка: В таблиці позначено:

Ч – червона фара;

Ж – жовта фара;

З – зелена фара;

* – пульсуюча зелена фара;

y1; y2; y3 – вихідні логічні змінні, що відповідають лампам світлофора.


На пішохідному переході встановлюють світлофор з двома фарами – зеленого й червоного кольорів. Світлофор розміщується праворуч за напрямком руху пішохода.

Світіння фар світлофорів усіх напрямків, у тому числі й пішохідних, повинно бути синхронізованим.

На основі наведеного словесного алгоритму побудуємо часову діаграму роботи світлофора.



^ Рис. 1 - Часова діаграма роботи світлофора


З часових діаграм видно, що зміна кольорів світлофорів відбувається циклічно, через задані часові інтервали.

Розглянутий алгоритм можна реалізувати за наведеною на рис. 2 функціональною схемою.



^ Рис. 2 - Автомат керування світлофором. Схема функціональна

Джерело живлення ДЖ постачає енергію необхідної якості на генератор прямокутних імпульсів G, двійковий лічильник ДЛ, перетворювач коду ПК, вихідний підсилювач ВП.

Генератор G працює в автоколивальному режимі, частоту його прямокутних імпульсів можна регулювати резистором R.

ДЛ працює в режимі 1-2-4-8 і утворює необхідну імпульсну послідовність. Імпульси ДЛ керують роботою ПК, що перетворює двійковий код у позиційний. Необхідна імпульсна послідовність приходить на ВП, що виконує роль пристрою узгодження низьковольтної частини світлофора з високовольтними силовими ключами СК. СК вмикають або вимикають лампи розжарення EL1, EL2, EL3 фар світлофора.

Позначимо виходи двійкового лічильника через:

20 = х1; 21 = х2; 22 = х3; 23 = х4

і побудуємо часові діаграми роботи перетворювача коду ПК орієнтуючись на рис. 1.

Тепер складемо логічні рівняння на основі законів алгебри Буля для вихідних змінних y1; y2; y3.

; (1)

; (2)

; (3)

, (4)

де – додаткова логічна змінна.

На основі цих рівнянь побудуємо схему перетворювача коду ПК.


^ 2.1.2. Будова окремих вузлів світлофора


2.1.2.1. Для виконання генератора, двійкового лічильника й перетворювача коду необхідно вибрати тип і серію цифрових елементів, що дозволять побудувати електричну схему дешевою, з малим споживанням енергії і габаритами. Цим вимогам відповідає серія 564, що виконується на комплементарних К-МОН транзисторах і має високу завадостійкість. Елементи відповідної серії можуть працювати в діапазоні температур – 60 °С - + 70 °С.

Вихідний струм елементів цієї серії становить 0,5 - 2 мА, що занадто мало для вмикання світлодіодів вхідних оптопар ВП. Оскільки необхідно, щоб через світлодіод протікав струм 10 - 20 мА, виходи цифрових елементів підключають через підсилювачі струму. Підсилювачі струму можна виконувати на біполярних або польових транзисторах за схемами СЕ, СК або СС, СВ.




Рис. 3 - Цикли роботи ДЛ, ПК та ВП




Рис. 4 - Перетворювач коду (ПК)


2.1.2.2. При побудові генератора прямокутних імпульсів треба забезпечити: коефіцієнт підсилення системи підсилювач – зворотний зв’язок більшим за одиницю і фазовий зсув вихідного сигналу відносно вхідного на 0° або 360°. Такі умови виникають у системі компаратор – інтегратор з ємнісним позитивним зворотним зв’язком. Компаратор і інтегратор можуть виконуватися на основі логічних елементів НІ, як показано на рис.5, АБО-НІ, І-НІ та ін. Період надходження прямокутних імпульсів повністю залежить від значення ємності конденсатора С1 і опору резистора зворотного зв’язку компаратора R1.


T = 1,4 R1C1 (5)



Рис. 5 - Генератор прямокутних імпульсів (G)


2.1.2.3. Для забезпечення енергією G, ДЛ, ПК, ВП необхідно мати джерело постійної напруги, схему якого наведено на рис. 6. До його складу повинні входити знижуючий трансформатор Т з напругою на вторинній обмотці 18 В при необхідному струмі й відповідній ізоляції між обмотками, вентильну схему VD1, що перетворює синусоїдну напругу в однополярну пульсуючу і фільтр С1 - С3, що знижує пульсації випрямленої напруги до рівня, необхідного для роботи пристрою керування світлофором.

Напруга мережі живлення може змінюватися і навіть пропадати на короткий час. Тому після згладжуючого фільтра встановимо інтегральний стабілізатор DA1, що має систему стабілізації вихідної напруги і систему захисту від надмірних вихідних струмів.



Рис. 6 - Джерело напруги. Схема електрична принципова



Рис. 7 - Силові ключі світлофора. Схема електрична принципова


2.1.2.4. Силові ключі виконано на симісторах VS1, VS2, VS3 як показано на рис. 7. Вони призначені для управління лампами розжарювання EL1, EL2, EL3 світлофора. Вмикання симістора відбувається при виконанні двох умов: між катодом і анодом симістора повинна бути прикладена напруга і через керуючий перехід повинен протікати струм необхідного значення.

Запобіжники FU1, FU2, FU3 призначені для захисту силових ключів у аварійних режимах, коли виникає КЗ у підвідних провідниках або лампах розжарювання EL1, EL2, EL3. Спіраль ламп розжарювання в холодному стані (не протікає струм) має малий опір, і тому в момент її вмикання в мережу в СК виникають великі струми, що можуть вивести з ладу симістор і зруйнувати спіраль лампи.

Для зменшення пускових струмів послідовно з симісторами вмикаються термістори RK1, RK2, RK3, що в холодному стані мають більший опір ніж при протіканні струму. Наприклад, термістор SCK-103NTC у холодному стані має опір 10 Ом, а у робочому 2 Ом.

Резистори R1 – R3 шунтують кола керування симісторів, що запобігає їх вмиканню від завад, що виникають при комутації сусідніх силових ключів.

Для вмикання силових симісторів потрібно надати на світлодіоди оптопар U1, U2, U3 керуючі сигнали у вигляді імпульсів струму. Світлодіоди оптопар ввімкнено послідовно з транзисторами ВП.

2.1.2.5. Таймер – це пристрій, що формує часові інтервали необхідної тривалості зовнішнього запуску: імпульси потрібної тривалості.

У даному разі часові інтервали можуть змінюватися в межах від 20 с до 90 с. Цей час достатній для того, щоб людина вільно перейшла дорогу через пішохідний перехід.

Натискаючи на кнопку, вмонтовану в опору, на якій закріплено світлофор, пішохід втручається в рух транспорту і показує свій намір перейти дорогу.

Найбільш раціональною є побудова таймера на основі мікросхеми 564ИЕ16 або К561ИЕ16, що являють собою поєднання двійкового лічильника й дешифратора. Такий таймер дозволяє формувати необхідні часові інтервали з малими похибками без застосування резисторів і конденсаторів з великими значеннями опору й ємності в часо-задаючих колах, а також працювати при значних коливаннях температури оточуючого середовища. Схему таймера наведено на рис. 8.





Антибрязкітний тригер, виконаний на елементах АБО-НІ DD1.1 і DD1.2, через резистори R1, R2 підімкнений до пускової кнопки SB1. Він через диференціюючий ланцюг C1, R4 встановлює в нульовий стан тригер DD3 (на виході 1 низький рівень напруги). При цьому на виході 2 тригера DD3 встановлюють високий рівень напруги, що надходить на ключ DD1.3 та забороняє подачу імпульсів генератора (DD2.1, DD2.2) на лічильний вхід 10 мікросхеми лічильника DD4. На всіх виходах DD4 встановлюється нульовий рівень напруги. В такому стані таймер перебуває до того моменту, коли пішохід натискує на кнопку SB1. Тригер DD3 змінює свій стан – на виході 1 з’являється високий рівень напруги. Диференціюючий ланцюг C4, R6 і діод VD2 формують імпульс, що надходить на вхід установки в нульовий стан лічильника DD4 (встановлює нульовий рівень напруги на всіх його виходах). На виході 2 DD3 встановлюється нульовий рівень напруги, що дозволяє відкриватися ключеві DD1.3 кожного разу при появі імпульсів генератора. Ці імпульси надходять на вхід 10 двійкового лічильника DD4 і підраховуються ним.

Якщо в двійковому лічильнику накопичилось n = 211 (для даного випадку) імпульсів, на виході 1 DD4 з’являється високий рівень напруги, що через диференціююче коло C2, R4 і діод VD1 формує позитивний імпульс, що приходить на вхід 4 DD3 і змінює стан тригера: на виході 2 з’являється високий рівень напруги, що надходить на ключ DD1.3 і забороняє надходження імпульсів генератора на вхід 10 DD4 двійкового лічильника.

Таким чином таймер формує часовий інтервал тривалістю

T = 1,4 C3 (R5 + α R3) n [с], (6)

де α ≤ 1 – положення бігунка змінного резистора R3;

n – кількість імпульсів, що накопичив двійковий лічильник після натискання на кнопку SB1.


На основі розглянутих вузлів побудовано схему пристрою керування світлофором, наведену на рис. 9.




^ 2.1.3. Пристрій керування світлофором на основі мікроконтролера


Використання програмованого мікроконтролера дозволяє значно розширити функціональні можливості світлофора при незначній кількості ІМС пристрою керування. Такий світлофор може бути встановлено на чотиристоронньому перехресті доріг, на якому є керований пішохідний перехід. Пішохід, натискаючи на кнопку, втручається в роботу світлофора, показуючи свій намір перейти дорогу.

Процес побудови пристрою керування можна розбити на 5 етапів:

  1. вибір типу мікроконтролера, схеми пристрою керування і розробка блок-схеми програми;

  2. запис програми на мові високого рівня (за допомогою Блокнота, AVR-Studio, або іншої програми);

  3. асемблерування програми (перетворення написаної програми в форму, що може бути прийнятною для вибраного мікроконтролера, НЕХ-файл);

  4. симуляція або емуляція програми, для перевірки її достовірності;

  5. програмування мікроконтролера (на цьому етапі програма записується в постійну пам’ять і виконується пробний пуск схеми керування).

На даний час в Україні найбільше розповсюджені мікроконтролери російського виробництва К1816ВЕ51, AVR-контролери компанії Atmel і PIC-контролери компанії Microchip.

Вибір контролера повинен бути обумовлений технічним завданням на розробку пристрою керування, а також його можливостями, наявністю програмного забезпечення, ціною, швидкодією та іншими факторами.

У даному випадку світлофор має два вхідних канали і 5 вихідних.

Мікроконтролери AVR і їхній аналог K1816BE51 мають однакову внутрішню структуру, виконують одну команду за один або декілька тактів тактового генератора. Ці контролери мають вбудовані FLASH-пам’ять програм і тактовий генератор. FLASH-пам’ять може бути перепрограмована багато


разів. Широке програмне забезпечення мікроконтролерів AVR, а також добре відпрацьовані програматори, через які відбувається прошивка ПЗП і низька ціна (близько 3 у.о.) дозволяють виконувати ефективні цифрові автомати, в нашому випадку – пристрій керування світлофором.

Швидкодія будь-якого процесора залежить від частоти його тактового генератора. За технічними умовами максимально допустима частота генератора контролерів AVR – 24 МГц, але для правильної роботи алгоритмів підтримки FLASH-пам’яті потрібна частота 12 МГц. Частота надходження імпульсів тактового генератора, перед тим як прийти на всі вузли контролера, за допомогою вбудованого дільника ділиться на шість. У результаті частота синхроімпульсів основної схеми дорівнює 1 МГц. На такій частоті можна бути цілком впевненим, що контролер відпрацює найбільш швидку команду – команду пішохода, що натискає на кнопку.

Через вхідні й вихідні порти 8-ми розрядного контролера можна під’єднати 255 входів і виходів будь-якого пристрою, що значно більше ніж потрібно в даному випадку.

Обираємо 8-ми розрядний контролер AVR типу AT90S1200.

На основі вибраного контролера виконаємо схему пристрою керування світлофором, маючи на увазі, що вихідні порти PB з’єднуються з силовими ключами СК через вихідні підсилювачі ВП.

Керуюча кнопка пішохода SB1 через антибрязкітний тригер, виконаний на елементах I-HI DD2, з’єднується з вхідним портом PD0.

Схему такого світлофора наведено на рис. 10.1 і 10.2.

Ідея блок-схеми програми полягає у виділенні основних етапів виконання алгоритму керування, а також, якщо це потрібно, часової діаграми, за якою будь-яка людина змогла б зрозуміти хід обчислюваного процесу, що виконує процесор. На етапі розробки блок-схеми формується основа, за допомогою якої значно простіше скласти програму. Блок-схема повинна відображати основні етапи функціонування мікропроцесорної системи, а також чітко прояснювати структуру програми.




Блок ініціалізації представляє собою дію, яку необхідно виконати на початку виконання програми, і зображається прямокутником з округлими кутами. Прямокутниками зображають всі дії, що необхідно виконати системі, а ромби використовують для позначення умовних переходів. Умовні переходи означають - якщо виконалась одна дія, то треба перейти до виконання однієї з можливих дій.

Об’єм коду, що відповідає кожному конкретному елементу блок-схеми, може бути різним і особливого значення не має.

Блок-схему програм світлофора, що може працювати на чотиристоронньому перехресті доріг з пішохідним переходом, наведено на рис. 11.

Наступним етапом розробки програми є загрузка шаблону і написання на його основі всієї програми. Таку дію можна виконати за допомогою будь-якого текстового редактора, наприклад Блокнота (така програма входить до складу Windows®), або спеціального середовища розробки, такої як AVR Studio.




Рис. 11 - Блок-схема програми роботи світлофора

Програма «Світлофор»

; Версія: 1.0

; Ім’я файла: traffic.asm

; Для AVR: 1200

; Тактова частота: 2.4576 МГц

; Виконує функції: світлофора на чотиристоронньому перехресті

. device at 90 s 1200

. nolist

. include “C:\Program files\Atmel\AVRStudio\Appnotes\1200def.inc”

list

; = = = = = = = = = = = = = = = = =

; Об’яви:

. def temp = r16

. def Counter = r17

. def tog = r18

. def Delay 1 = r19

. def Delay 2 = r20

. def Delay 3 = r21

. def Mark 240 = r22

. def Count 250 = r23

; = = = = = = = = = = = = = = = = =

; Початок програми

rjmp Init ; Перша команда, що виконується

; = = = = = = = = = = = = = = = = =

; Підпрограма:

HalfSecond:

cir Delay 1 ; Ініціалізація рахуючих регістрів

ldi Delay 2,0 x СO ;

ldi Delay 3,0 x O3 ;

HalfLoop:

subi Delay 1,1 ; Формування затримки

sbci Delay 2,0 ;

sbci Delay 3,0 ;

brcc Half Loop ;

ret ;

; = = = = = = = = = = = = = = = = =

Timer:

brts PC+2 ; Якщо біт Т=1, пропустити команду

ret ; Якщо біт Т=0, повернутися

in temp, TCNTO ; Зчитуємо стан Т/СО в temp

cpse temp, Mark 240 ; Зрівняти temp з Mark 240

ret ; Якщо не рівно, вертаємося

subi Mark 240, -240 ; Додати 240 до Mark 240

dec Count 250 ; Зменшуємо Count 250 на 1

breq PC+2 ; Якщо 0 - пропустити команду

ret ; Якщо не 0 - повернутися

ldi Count 250, 250 ; Переставити Count 250

clt ; Скинути біт Т

ret ;

; = = = = = = = = = = = = = = = = =

Init:

set temp ; PB0-5 – виходи (інші не використовують)

out DDRB, temp ;

ldi temp, 0b11111110 ; PD0 – вхід (інші не використовують)

out DDRD, temp ;

ldi temp, 0b00000001 ; PD0 – підтяжка (інші не використовують)

out Port D, temp ;

ldi temp, 0b00000101 ; Частота таймера дорівнює CR/1024

out TCCRO, temp ;

ldi Mark 240, 240 ;

ldi Count 250, 250 ;

clt ; Скинути біт Т

; = = = = = = = = = = = = = = = = =

Start:

ldi temp, 0b00010001 ; Автомобілі: зелений

out Port B, temp ; Пішоходи: червоний

rcall Timer ; Перевіряємо час

sbic Pin D, 0 ; Перевіряємо стан кнопки

rjmp Start ; Не натиснута

sbi Port B, 5 ; Ввімкнути сигнал «Чекати»

Loop:

rcall Timer ; Перевірка часу

brts Loop ; Залишатися в циклі до скидання біта Т

sbi Port B, 1 ; Жовтий (авт.) – ввімкнути

cbi Port B, 0 ; Зелений (авт.) – вимкнути

ldi temp, 8 ; Затримка 4 с

FourSeconds:

rcall HalfSecond ;

dec temp ;

brne FourSeconds ;

ldi temp, 0b00001100 ; Автомобілі: червоний

out Port B, temp ; Пішоходи: зелений

ldi temp, 16 ; Затримка 8 с

EightSeconds:

rcall HalfSecond ;

dec temp ;

brne EightSeconds ;

ldi tog, 0b00001010 ; Автомобілі: жовтий

out Port S, tog ; Пішоходи: зелений

ldi Counter, 8 ; Ініціюємо регістр Counter

FlashLoop:

rcall HalfSecond ; Чекаємо 0,5 с

in temp, PinB ; Зчитує стан сигналу

eot temp, tog ; Перемикаємо

out Port B, temp ; Виводимо

dec Counter ; Повторюємо 8 разів

brne FlashLoop ;

set ; Встановити біт Т

rjmp Start ; Повернення до мітки Start


^ 2.2. Світлова реклама


2.2.1. Принципи будови світлотехнічного рекламного пристрою. Алгоритм роботи й функціональна схема пристрою керування


Розглянемо принципи побудови пристрою керування електричною світловою рекламою, що повинна привертати увагу людей до напису, вміщеного на ній.

Схему світлотехнічної установки можна умовно розділити на дві частини: світлотехнічна установка і пристрій керування.

Світлотехнічну установку монтують на жорсткому каркасі, що виконується на металевих ріжках і кріпиться до фасадної стіни будови на висоті декількох метрів від поверхні землі. До каркасу кріплять світлові прилади, що можуть утворювати напис символів будь-якої конфігурації і розмірів.

Світлотехнічними приладами можуть бути: лампами розжарювання будь-якої напруги і потужності, високовольтні трубки тліючого розряду, яскраві світлодіоди.

Всіма європейськими мовами прийнято читати зліва направо, тому перший символ, що може означати літеру або цифру, повинен засвітитися зліва, а останній справа. Після того, як рекламний напис засвітився повністю, через деякий час він повинен згаснути, а потім знову засвічувати символи в тому ж порядку.

Весь час навколо або поруч з написом розходяться в різні боки мигаючі гілки вогників («бігаючий вогник»). Робота «бігаючого вогника» може бути синхронізована або несинхронізована з появою світлових символів напису реклами. Кількість символів у рекламному написі й кількість гілок «бігаючого вогника» може бути будь-якою.

Виконаємо рекламу на вісім символів і 10 гілок.

На основі словесного алгоритму будуємо часові діаграми роботи автомата світлової реклами, що управляє символами напису. Часові діаграми вказують на те, що зміна символів і їхнє вмикання відбуваються циклічно через чіткі часові інтервали, як показано на рис. 12. Такий алгоритм можна реалізувати за приведеною на рис. 13 функціональною схемою.





Рис. 12 - Часова діаграма роботи пристрою керування світлової реклами



^ Рис. 13 - Світлова реклама. Схема функціональна


Джерело живлення ДЖ постачає енергію необхідної якості на генератор прямокутних імпульсів G, перетворювач коду ПК, вихідний підсилювач ВП. Генератор працює в автоколивальному режимі, частоту імпульсів можна регулювати резистором R. ПК перетворює імпульсну послідовність у необхідний код, що через ВП керує роботою СК. Після спрацювання СК вмикаються високовольтні трубки тліючого розряду, що призводить до світіння необхідного символу реклами.


^ 2.2.2. Силовий ключ для трубок тліючого розряду





Рис. 14 - Силовий ключ для трубок тліючого розряду.

Схема електрична принципова

Силовий ключ безпосередньо підмикається до мережі з діючим значенням напруги 220 В. Під час дії позитивного півперіоду через резистор R2, діод VD1, первинну обмотку трансформатора T1 протікає зарядний струм конденсатора C1, що заряджає його до напруги 320 В. Тиристор VS1 у цей час закритий. Під час дії негативного півперіоду, якщо керуючим сигналом відкривається тиристор оптрона U1, конденсатор C1 починає розряджатися через VS1, VD2, обмотку W1 трансформатора T1. Під час протікання змінного струму в T1 на його вторинній обмотці індукується напруга значенням 1000 В. Така напруга викликає світіння трубки, наповненої газом. Форма трубок повинна відповідати формі символів реклами.


^ 2.2.3. Пристрій керування символами світлової реклами на ІМС середнього ступеня інтеграції


Виходячи з алгоритму роботи світлової реклами й функціональної схеми, можна побудувати пристрій керування, схему якого показано на рис. 15.1 і 15.2.



Рис. 15.1 - Джерело живлення. Схема електрична принципова


Розглянемо роботу цифрового автомата.

На логічних елементах I-HI DD1.1 - DD1.4 виконано генератор прямокутних імпульсів з частотою надходження близько 1 Гц. Ці імпульси подаються на входи синхронізації 9 і 1 двосекційного послідовного регістра DD3. Інформаційний вхід 7 першої секції підімкнено до позитивного полюсу джерела живлення, а входи встановлення в нульовий стан 6, 14 до виходу логічного елемента АБО, виконаного на логічних елементах DD2.1 - DD2.3.

Після подачі напруги живлення імпульс високого рівня, сформований диференційним колом C5, R3 і елементом АБО, встановлює всі розряди регістра DD3 у нульовий стан. Входи встановлення в нульовий стан мають абсолютний пріоритет над іншими входами і тому регістр на імпульси генератора не реагує.

Після закінчення дії імпульсу генератор імпульсів записує в перший розряд секції DD3.1 одиницю - встановлює високий рівень напруги на виході 5.





Поява високого рівня напруги на виході першого розряду призводить до вмикання VT1, колекторний струм якого починає протікати через світлодіод оптопари U1.1. Світловий потік, що при цьому виникає, вмикає фототиристор силового ключа. Силовий ключ вмикається і подає високу напругу на газорозрядні трубки першого символу, що починає світитися. Другий імпульс генератора переписує одиницю з першого розряду в другий, а в перший також записує одиницю. Починають світитися два символи. Після приходу третього імпульсу вмикається третій символ, при цьому перший і другий продовжують світитись. Таким чином, послідовно засвітяться всі символи реклами.

Восьмий імпульс генератора приводить до появи одиниці на восьмому розряді регістра DD3. Високий рівень напруги дев’ятого розряду регістра DD4 через логічний елемент АБО встановлює в нульовий стан секції DD3 і DD4. Усі символи реклами одночасно будуть світитися впродовж тривалості періоду генератора імпульсів.


^ 2.2.4. Пристрій керування біжучим вогником світлової реклами


Тепер розглянемо будову схеми пристрою, що забезпечує реверсивне обертання допоміжних гілок, які світяться і оточують напис реклами. Цей пристрій може забезпечити режим «біжучого вогника», тільки необхідним чином треба розмістити на рекламі світлові гілки.

Схему пристрою приведено на рис. 16.1 і 16.2.



Рис. 16.1 - Джерело живлення. Схема електрична принципова




На логічних елементах DD1.1, DD1.2 виконується генератор, імпульси якого подаються на лічильний вхід 15 двійкового реверсивного лічильника DD2. Частота імпульсів визначає швидкість, з якою виконується обертання гілок навколо реклами.

Виходи лічильника DD2 з’єднано з входами дешифратора DD3, що перетворює двійковий код лічильника в необхідний позиційний.

Якщо одночасно на всіх виходах лічильника фіксується логічний 0, то на виході 0 дешифратора з’являється високий рівень напруги (логічна 1). Він переводить RS-тригер, виконаний на логічних елементах DD1.3, DD1.4 у стан, що забезпечує появу логічної 1 на вході 10 лічильника DD2. Цей рівень високої напруги примушує працювати двійковий лічильник у режимі накопичування. З збільшенням вмісту лічильника дешифратор забезпечує почергове вмикання транзисторів VT1 - VT11 вихідного підсилювача, які через силові ключі в тому ж порядку вмикають світлові прилади. Почергове переключення світлових приладів, що розташовуються в певному порядку на рекламі, забезпечує ефект обертання або бігу світлових вогників.

Якщо в лічильник імпульсів записалось 11 імпульсів генератора, то на виході 10 дешифратора DD3 з’являється імпульс високого рівня напруги (логічна 1), що змінює стан RS-тригера - на вхід 10 DD2 подається напруга низького рівня. Це примушує працювати лічильник у режимі зменшення вмісту. Тепер кожний імпульс генератора зменшує вміст лічильника, що викликає зміну напрямку руху світлових гілок.


^ 2.2.5. Пристрій керування світловою рекламою на мікроконтролері

При побудові схеми світлової реклами на основі мікроконтролера будемо користуватися рядом полегшень, розглянутих при побудові електричної схеми світлофора.

Пристрій повинен мати два вхідних порти, до яких підмикаються регулюючі кнопки зменшення і збільшення швидкості зміни символів реклами. До восьми вихідних портів підмикаються вихідні підсилювачі, що керують силовими ключами. Схему, виконану на основі контролера AT90S1200, наведено на рис. 17.1 та 17.2.

Блок-схему програми роботи (алгоритму) пристрою керування наведено на рис. 18.






Рис. 18 - Блок-схема програми світлової реклами

Текст програми світлової реклами

. device at 90 s 1200

. nolist

. include “C:\Program files\Atmel\AVRStudio\Appnotes\1200def.inc”

. list

; = = = = = = = = = = = = = = = = =

; Об’яви:

. def temp = r16

. def Mark 240 = r17

. def Counter = r18

. def Speed = r19

; = = = = = = = = = = = = = = = = =

; Початок програми

rjmp Init ; Перша команда, що виконується

; = = = = = = = = = = = = = = = = =

Init:

set temp ; PB0-7 – виходи

out DDRB, temp ;

ldi temp, 0b11111100 ; PD0, 1 – входи (інші не використовуються)

out DDRD, temp ;

ldi temp, 0b00000001 ; При старті ввімкнено тільки PB0

out Port B, temp ;

ldi temp, 0b00000011 ; PD0, 1 – підтяжка (інші не використовуються)

out Port D, temp ;

ldi temp, 0b00000101 ; Частота таймера дорівнює CК/1024

out TCCRO, temp ;

ldi Mark 240, 240 ;

ldi Counter, 5 ;

ldi Speed, 5 ;

; = = = = = = = = = = = = = = = = =

Start:

sbic Pin D, 0 ; Контролюємо кнопку зменшення

швидкості

rjmp UpTest ; Не натиснута, переходимо

inc Speed ; Зменшити швидкість

cpi Speed, 11 ; Speed = 11?

brne ReleaseDown ; Переходимо до ReleaseDown, якщо ні

dec Speed ; Зменшуємо Speed на 1

ReleaseDown:

sbic Pin D, 0 ; Чекаємо відпускання кнопки зменшення

швидкості

rjmp ReleaseDown ;

UpTest:

sbic Pin D, 1 ; Перевіряємо кнопку збільшення

швидкості

rjmp Timer ; Не натиснута, переходимо

dec Speed ; Збільшуємо швидкість

brne ReleaseUp ; Переходимо до Timer, якщо не 0

inc Speed ; Збільшуємо Speed на 1

ReleaseUp:

sbic Pin D, 0 ; Чекаємо відпускання кнопки збільшення

швидкості

rjmp ReleaseUp ;

Timer:

in temp, TCNTO ;

cp temp, Mark 240 ;

brne Timer ; Якщо не дорівнює, повертаємося до Timer

subi Mark 240, 240 ; Додаємо 240 до Mark 240

dec Counter ; Зменшуємо Counter на 1

brne Start ; Якщо не 0, повертаємося до Start

; Заданий час пройшов, змінюємо світлову секцію

mov Counter, Speed ; Скидаємо Counter

in temp, Port B ; Визначаємо плинний стан секції

lsl temp ; Зсув вліво

brcc PC+2 ; Якщо переносу не було,

пропустити команду

ldi temp, 0b00000001 ; Скидаємо: PB0 – ввімкнено,

інші вимкнені.

out Port B, temp ; Виводимо в порт B

rjmp Start ; Повернутися до мітки Start


Одержану програму необхідно відкомпілювати та занести HEX-файл за допомогою програматора в постійну пам’ять контролера AT90S1200. Компілювання виконують спеціальною програмою, яку фірма AVR розміщує на своєму FTP-сервері мережі Internet.

Приводимо текст HEX-файла програми:

: 020000020000FC

: 1000000000C0FFEFF7BBF0E0F8BB3E32CD000C07B

: 10001000C09A29D0C098C19A26D0C198C29A23DO3C

: 10002000C298C39A20D0C398C49A1DD0C498C59AC8

: 100030001AD0C59C69A17D0C698C79A14D0C79830

: 10004000C69A11D0C698BC59A0ED0C59C49A0BD033E

: 10005000C498C39A08D0C398C29A05D0C298C19ACE

: 1000600002D0C198D5CFE0E2D0E2DA95FIF7EA9577

: 080070009F7A95CIF70895D4

: 00000001FF

Список літератури


  1. А.Л. Ланцов, Л.Н. Зворыкин, И.Ф.Осипов. Цифровые устройства на комплементарных МДП интегральных микросхемах. – М.: Радио и связь, 1983.-268 с.

  2. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікро- схемотехніка. – К.: Каравела, 2003.-368 с.

  3. Б.П. Афанасьев, О.Е. Гольдин, И.Г. Кляцкин, Г.Я. Пинес. Теория линейных электрических цепей. – М.: Высшая школа, 1973.-587 с.

  4. А.В. Белов. Самоучитель по микропроцессорной технике. – СПб: Наука и техника, 2003.-224с.

  5. Р. Токхайм. Микропроцессоры. Курс и упражнения. – М.: Энергоатом-издат.



ЗМІСТ





стор.
Вступ…………………………………………………………………...

3

1. Побудова і аналіз роботи цифрового автомата, що працює за жорсткою програмою……………………………………………………

5

1.1. Мета роботи………………………………………………………….

5

1.2. Вихідні дані і завдання на проектування………………………….

5

1.2.1. Світлофори………………………………………………………...

5

1.2.2. Світлова реклама…………………………………………………..

5

2. Пояснення до виконання роботи……………………………………..

7

2.1. Світлофори…………………………………………………………..

7

2.1.1. Різновиди світлофорів. Алгоритм роботи та функціональна схема пристрою керування на ІМС середнього ступеня інтеграції…..

7

2.1.2. Будова окремих вузлів світлофора……………………………….

12

2.1.3. Пристрій керування світлофором на основі мікроконтролера…

21

2.2. Світлова реклама…………………………………………………….

31

2.2.1. Принципи будови світлотехнічного рекламного пристрою. Алгоритм роботи і функціональна схема пристрою керування...…….

31

2.2.2. Силовий ключ для трубок тліючого розряду……………………

34

2.2.3. Пристрій керування символами світлової реклами на ІМС середнього ступеня інтеграції…………………………………………...

35

2.2.4. Пристрій керування біжучим вогником світлової реклами….…

37

2.2.5. Пристрій керування світловою рекламою на мікроконтролері...

39
Список літератури………………………………………………….

45



^

Навчальне видання


Методичні вказівки до виконання самостійної роботи з дисципліни «Мікропроцесорна техніка» (для студентів 4 курсу денної і заочної форм навчання спеціальності 6.090605 – «Світлотехніка та джерела світла»).


Укладачі: Олександр Федорович Білоусов,

Юрій Павлович Колонтаєвський,

Ігор Олександрович Махов


Редактор: З.М. Москаленко

Комп’ютерна верстка: І.О. Махов


План 2008, поз. 163М

Підп. до друку 04.02.2008 р. Формат 60х84/16 Папір офісний.

Друк на ризографі Умовн.– друк. арк. 2,0 Обл.- вид. арк. 2,5

Замовл. № Тираж 100 прим.


61002, Харків, ХНАМГ, вул. Революції, 12


Сектор оперативної поліграфії ІОЦ ХНАМГ


61002, Харків, вул. Революції, 12


Схожі:

Міністерство освіти І науки україни iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "А. С. Макаренко" Міністерства освіти І науки України
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки україни iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "Василь Сухомлинський" Міністерства освіти І науки України
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки україни iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "Софія Русова" Міністерства освіти І науки України
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки україни iconРішення про нагородження Нагрудним знаком ухвалюється Колегією Міністерства освіти І науки України, затверджується наказом Міністра І публікується в газеті "Освіта України"
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки україни iconРішення про нагородження Нагрудним знаком ухвалюється Колегією Міністерства освіти І науки України, затверджується наказом Міністра І публікується в газеті "Освіта України"
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки україни iconРішення про нагородження Нагрудним знаком ухвалюється Колегією Міністерства освіти І науки України, затверджується наказом Міністра І публікується в газеті "Освіта України"
Міністерству освіти І науки України Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки україни iconМіністерство освіти І науки україни 01135, м. Київ, проспект Перемоги
Міністерства освіти і науки України від 17. 04. 2009 року №341 «Про затвердження Плану дій щодо вдосконалення викладання дисципліни...
Міністерство освіти І науки україни iconПоложення про нагородження нагрудним знаком "Петро Могила" Міністерства освіти І науки України
Міністерство освіти І науки Автономної Республіки Крим, управління освіти І науки обласних, Київської І севастопольської міських...
Міністерство освіти І науки україни iconМіністерство освіти І науки україни пр. Перемоги
Міністерство освіти і науки Автономної Республіки Крим, управління (департаменти) освіти і науки обласних, Київської і Севастопольської...
Міністерство освіти І науки україни iconМіністерство освіти І науки україни пр. Перемоги
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту Автономної Республіки Крим, управління (департаменти) освіти і науки обласних, Київської...
Міністерство освіти І науки україни iconМіністерство освіти І науки україни пр. Перемоги
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту Автономної Республіки Крим, управління (департаменти) освіти і науки обласних, Київської...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи