Разработка солнечных часов (стр. 1 из 11)
Дипломная работа
Тема: Разработка солнечных часов
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка к дипломному проекту: 75 страницы, 15 рисунков, 29 таблиц, 20 источников, 5 приложений, 3 листа чертежей формата А1.
Объект исследований: разработка солнечных часов.
Предмет исследования: солнечные часы.
В первом разделе рассмотрены общие принципы разработки устройств на микроконтроллерах и внедрения их в производство, принцип действия солнечных часов.
Во втором разделе выполнена разработка структурной, функциональной и принципиальной схем устройства солнечных часов с использованием микроконтроллера, разработаны алгоритм и ПО микроконтроллера, осуществлен выбор элементной базы.
В третьем разделе выполнено технико-экономическое обоснование объекта разработки, сделан вывод о целесообразности производства данного устройства.
В четвертом разделе проведены расчеты вентиляции, природного и искусственного освещения, уровня шума и полученные значения сопоставлены с нормативными.
АЛГОРИТМ, КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР, ЛАЗЕР, МИКРОКОНТРОЛЛЕР, МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА, СОЛНЕЧНЫЕ ЧАСЫ
СОДЕРЖАНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
ВВЕДЕНИЕ
1 Разработка микропроцессорной системы на основе микроконтроллера
1.1 Основные этапы разработки
1.2 Разработка и отладка аппаратных средств
1.3 Разработка и отладка программного обеспечения
1.4 Методы и средства совместной отладки аппаратных и программных средств
1.5 Солнечные часы
2 РАЗРАБОТКА СОЛНЕЧНЫХ ЧАСОВ
2.1 Постановка задачи
2.2 Разработка структурной схемы устройства и функциональной спецификации
2.3 Выбор микроконтроллера
2.4 Разработка функциональной схемы устройства
2.5 Разработка алгоритма управления
2.6 Разработка программного обеспечения микроконтроллера
2.7 Выбор и описание элементной базы
2.8 Разработка схемы электрической принципиальной
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОБЪЕКТА РАЗРАБОТКИ
3.1 Расчет расходов на ПО для микроконтроллера, которое разрабатывается
3.2 Расчет расходов на создание ПО
3.3 Расчет стоимости разработки конструкторской документации и сборки устройства
3.4 Расчет расходов на стадии производства изделия
4 ОХРАНА ТРУДА
4.1 Требования к производственным помещениям
4.1.1 Окраска и коэффициенты отражения
4.1.2 Освещение
4.1.3 Параметры микроклимата
4.1.4 Шум и вибрация
4.1.5 Электромагнитное и ионизирующее излучения
4.2 Эргономические требования к рабочему месту
4.3 Режим труда
4.4 Расчет освещенности
4.5. Расчет вентиляции
4.6 Расчет уровня шума
ВЫВОДЫ
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
АЦП – аналого-цифровой преобразователь;
ВДТ - видеодисплейный терминал;
ЖКИ- дисплей – жидкокристаллический дисплей;
КЗ – короткое замыкание;
МПС – микропроцессорная система;
ОЗУ - оперативно-запоминающее устройство;
ОМК – однокристальные микроконтроллеры;
ПЗУ – программно-запоминающее устройство;
ПО – программное обеспечение.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в системах управления и обработки данных все чаще применяются микроконтроллеры, решающие широкий спектр задач. Однокристальные микроконтроллеры (ОМК) являются наиболее массовым видом устройств современной микропроцессорной техники, годовой объем выпуска которых составляет более 2,5 млрд. штук. Интегрируя на одном кристалле высокопроизводительный процессор, память и набор периферийных схем, ОМК позволяют с минимальными затратами реализовать высокоэффективные системы и устройства управления различными объектами (процессами). В отличие от обычных микропроцессоров, для работы которых необходимы внешние интерфейсные схемы, в корпусе ОМК наряду с основными функциональными узлами размещены такие вспомогательные узлы, как тактовый генератор, таймер, контроллер прерываний, цифро-аналоговый и аналого-цифровой преобразователи, порты ввода-вывода.
Благодаря этим качествам ОМК находят широкое применение в системах промышленной автоматики, контрольно-измерительных приборах и системах, аппаратуре связи, автомобильной электронике, медицинском оборудовании, бытовой технике и многих других областях.
Применение однокристальных микроконтроллеров позволяет перенести основные затраты, связанные с разработкой встраиваемых систем управления, из аппаратной в программную область. Это неминуемо влечет за собой увеличение сложности программного обеспечения (ПО) микроконтроллеров.
Особенностью разработки ПО для ОМК является использование языка низкого уровня - языка ассемблера. Это связано с тем, что при реализации встраиваемых систем критичными являются время реакции на внешние воздействия, время выполнения заданных процедур обработки данных, размер программного кода и области данных.
Часы — прибор для определения текущего времени суток и измерения продолжительности временных интервалов, в единицах, меньших чем одни сутки.
По размерам и портативности часы классифицируются: карманные часы, наручные часы, каретные часы, настольные часы, настенные часы, напольные часы, башенные часы.
По механизму измерения: солнечные часы, огненные часы, песочные часы, водяные часы, механические часы, камертонные часы, кварцевые часы, электронные часы, астрономические часы, атомные часы.
Солнечные часы - эти часы основаны на том, что солнце отбрасывает тень от предметов, и его путь по небу одинаков в одинаковые дни разных лет. Используя расчерченный круг и поправки на широту местности можно оценить, который сейчас час.
Тема дипломной работы – «Разработка солнечных часов».
Основная цель дипломного проекта – на основании задания на проектирование разработать устройство солнечных часов, которое должно от существующих отличаться:
- простотой схемы (минимальное количество компонентов);
- функциональной насыщенностью, многообразием регулируемых параметров;
- долговечностью;
- стабильных «ходом»;
- низким энергопотреблением.
1 Разработка микропроцессорной системы на основе микроконтроллера
1.1 Основные этапы разработки
МПС на основе МК используются чаще всего в качестве встроенных систем для решения задач управления некоторым объектом. Важной особенностью данного применения является работа в реальном времени, т.е. обеспечение реакции на внешние события в течение определенного временного интервала. Такие устройства получили название контроллеров.
Перед разработчиком МПС стоит задача реализации полного цикла проектирования, начиная от разработки алгоритма функционирования и заканчивая комплексными испытаниями в составе изделия, а, возможно, и сопровождением при производстве. Сложившаяся к настоящему времени методология проектирования контроллеров может быть представлена так, как показано на рис. 1.1.
В техническом задании формулируются требования к контроллеру с точки зрения реализации определенной функции управления. Техническое задание включает в себя набор требований, который определяет, что пользователь хочет от контроллера и что разрабатываемый прибор должен делать. Техническое задание может иметь вид текстового описания, не свободного в общем случае от внутренних противоречий.
На основании требований пользователя составляется функциональная спецификация, которая определяет функции, выполняемые контроллером для пользователя после завершения проектирования, уточняя тем самым, насколько устройство соответствует предъявляемым требованиям. Она включает в себя описания форматов данных, как на входе, так и на выходе, а также внешние условия, управляющие действиями контроллера.
Рисунок 1.1- Основные этапы разработки контроллера
Этап разработки алгоритма управления является наиболее ответственным, поскольку ошибки данного этапа обычно обнаруживаются только при испытаниях законченного изделия и приводят к необходимости дорогостоящей переработки всего устройства. Разработка алгоритма обычно сводится к выбору одного из нескольких возможных вариантов алгоритмов, отличающихся соотношением объема программного обеспечения и аппаратных средств.
При этом необходимо исходить из того, что максимальное использование аппаратных средств упрощает разработку и обеспечивает высокое быстродействие контроллера в целом, но сопровождается, как правило, увеличением стоимости и потребляемой мощности. При выборе типа МК учитываются следующие основные характеристики:
- разрядность;
- быстродействие;
- набор команд и способов адресации;
- требования к источнику питания и потребляемая мощность в различных режимах;
- объем ПЗУ программ и ОЗУ данных;
- возможности расширения памяти программ и данных;
- наличие и возможности периферийных устройств, включая средства поддержки работы в реальном времени (таймеры, процессоры событий и т.п.);
- возможность перепрограммирования в составе устройства;
- наличие и надежность средств защиты внутренней информации;
- возможность поставки в различных вариантах конструктивного исполнения;
- стоимость в различных вариантах исполнения;
- наличие полной документации;
- наличие и доступность эффективных средств программирования и отладки МК;
- количество и доступность каналов поставки, возможность замены изделиями других фирм.
Список этот не является исчерпывающим, поскольку специфика проектируемого устройства может перенести акцент требований на другие параметры МК.
Номенклатура выпускаемых в настоящее время МК исчисляется тысячами типов изделий различных фирм. Современная стратегия модульного проектирования обеспечивает потребителя разнообразием моделей МК с одним и тем же процессорным ядром. Такое структурное разнообразие открывает перед разработчиком возможность выбора оптимального МК, не имеющего функциональной избыточности, что минимизирует стоимость комплектующих элементов.