Разработка музыкального звонка с двумя режимами работы: автономным и от сети (стр. 2 из 14)

Данное устройство рекомендуется использовать как электромузыкальный звонок.

2.2 Разработка структурной схемы устройства и функциональной

спецификации

Структурная схема разрабатываемого электромузыкального звонка приведена на рис. 2.1.

S8

Звуковой излучатель

220 В

Рисунок 2.1- Структурная схема электромузыкального звонка

Функциональная спецификация представляет собой:

1. Входы

а. 7 кнопок выбора мелодий (S1-S7);

b. Кнопка запуска электромузыкального звонка (S8);

с. Источник бесперебойного электропитания звонка (ИП).

2. Выходы

а. Электронный ключ (Э/кл);

b. Звуковой динамик (Звуковой излучатель).

3. Функции

а. Запись мелодии в память, при нажатии кнопки S8;

b. Воспроизведение мелодии из памяти;

c. Осуществление бесперебойного электропитания в двух режимах: автономном и от сети.

2.3 Аппаратные средства микроконтроллеров серии ATtiny2313

В разработке электромузыкального звонка предлагается использовать, широко распространенный, относительно недорогой и надежный в эксплуатации 8 битный AVR микроконтроллер серии ATtiny2313 с 2 КБ программируемой в системе Flash памяти.

ATtiny2313 - низкопотребляющий 8 битный КМОП микроконтроллер с AVR RISC архитектурой. Выполняя команды за один цикл, ATtiny2313 достигает производительности 1 MIPS при частоте задающего генератора 1 МГц, что позволяет разработчику оптимизировать отношение потребления к производительности.

AVR ядро объединяет богатую систему команд и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с арифметико-логическим устройством (АЛУ), что позволяет получить доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной команды. В результате эта архитектура позволяет обеспечить в десятки раз большую производительность, чем стандартная CISC архитектура.

ATtiny2313 имеет следующие характеристики: 2 КБ программируемой в системе Flash память программы, 128 байтную EEPROM память данных, 128 байтное SRAM (статическое ОЗУ), 18 линий ввода - вывода общего применения, 32 рабочих регистра общего назначения, однопроводный интерфейс для встроенного отладчика, два гибких таймера/счетчика со схемами сравнения, внутренние и внешние источники прерывания, последовательный программируемый USART, универсальный последовательный интерфейс с детектором стартового условия, программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором и три программно инициализируемых режима пониженного потребления. В режиме Idle останавливается ядро, но ОЗУ, таймеры/счетчики и система прерываний продолжают функционировать. В режиме Power-down регистры сохраняют свое значение, но генератор останавливается, блокируя все функции прибора до следующего прерывания или аппаратного сброса. В Standby режиме задающий генератор работает, в то время как остальная часть прибора бездействует. Это позволяет очень быстро запустить микропроцессор, сохраняя при этом в режиме бездействия мощность.

Прибор изготовлен по высокоплотной энергонезависимой технологии изготовления памяти компании Atmel. Встроенная ISP Flash позволяет перепрограммировать память программы в системе через последовательный SPI интерфейс или обычным программатором энергонезависимой памяти. Объединив в одном кристалле 8- битное RISC ядро с самопрограммирующейся в системе Flash памятью, ATtiny2313 стал мощным микроконтроллером, который дает большую гибкость разработчика микропроцессорных систем.

ATtiny2313 поддерживается различными программными средствами и интегрированными средствами разработки, такими как компиляторы C, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисхемные эмуляторы и ознакомительные наборы.

Характеристики микроконтроллера ATtiny2313

AVRRISC архитектура

AVR - высококачественная и низкопотребляющая RISC архитектура

120 команд, большинство которых выполняется за один тактовый цикл

32 8 битных рабочих регистра общего применения

Полностью статическая архитектура

ОЗУ и энергонезависимая память программ и данных

2 КБ самопрограммируемой в системе Flash памяти программы, способной выдержать 10 000 циклов записи/стирания

128 Байт программируемой в системе EEPROM памяти данных, способной выдержать 100 000 циклов записи/стирания

128 Байт встроенной SRAM памяти (статическое ОЗУ)

Программируемая защита от считывания Flash памяти программы и EEPROM памяти данных

Характеристики периферии:

Один 8- разрядный таймер/счетчик с отдельным предделителем

Один 16-разрядный таймер/счетчик с отдельным предделителем, схемой сравнения, схемой захвата и двумя каналами ШИМ

Встроенный аналоговый компаратор

Программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором

USI - универсальный последовательный интерфейс

Полнодуплексный UART

Специальные характеристики микроконтроллера :

Встроенный отладчик debugWIRE

Внутрисистемное программирование через SPI порт

Внешние и внутренние источники прерывания

Режимы пониженного потребления Idle, Power-down и Standby

Усовершенствованная схема формирования сброса при включении

Программируемая схема обнаружения кратковременных пропаданий питания

Встроенный откалиброванный генератор

Порты ввода - вывода и корпусное исполнение

18 программируемых линий ввода - вывода

20 выводной PDIP, 20 выводной SOICи 32 контактный MLF корпуса

Диапазон напряжения питания:

от 1.8 до 5.5 В

Рабочая частота:

0 - 16 МГц

Потребление

Активный режим:

300 мкА при частоте 1 МГц и напряжении питания 1.8 В

20 мкА при частоте 32 кГц и напряжении питания 1.8 В

Режим пониженного потребления

0.5 мкА при напряжении питания 1.8 В

Блок- схема ATtiny2313 представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Блок-схема микроконтроллера ATtiny2313

Расположение выводов МК ATtiny2313 приведено на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Расположение выводов микроконтроллера ATtiny2313

2.4 Разработка функциональной схемы устройства

В проектируемом устройстве можно выделить следующие функциональные блоки: микроконтроллер ATtiny 2313, кнопка запускаэлектромузыкального звонка, кнопки выбора мелодии, кварцевый резонатор, электронный ключ, звуковой излучатель, источник питания. Функциональная схема электромузыкального звонка приведена на рисунке 2.4.

При нажатии на кнопку S8 (дверная кнопка) и любой выбранной кнопке S1-S7 (кнопки выбора мелодии) производится запуск работы устройства, собранного на МК ATtiny 2313. Кварцевый резонатор служит для стабилизации частоты кварцевого генератора. Электронный ключ служит для развязки выхода микроконтроллера с низкоомным входом громкоговорителя. Источник питания служит для электропитания всего устройства. Источник питания работает в двух режимах: от сети (схема бестрансформаторного питания) и автономно (от элементов постоянного тока).