Разработка электронного кодового замка (стр. 4 из 5)

Рисунок 3.2.1 - Схема сопряжения микроконтроллера и исполнительного элемента электромеханического замка

3.3 Сопряжение микроконтроллера и устройства сигнализации открытия двери

Зелёный светодиод D3 подключается к порту P2.2 микроконтроллера через ограничивающий резистор R4 (рисунок 3.3.1). Диод включается высоким уровнем сигнала на выводе. Максимальное прямое напряжение на диоде 2,8В при токе 10мА. Как раз такой ток способен обеспечить один вывод порта этого микроконтроллера. Сопротивление резистора будет равно (5-2,8)В/0,01=220Ом

Рисунок 3.3.1 - Схема сопряжения МК и светодиода

3.4 Сопряжение микроконтроллера и устройства звуковой сигнализации

Пьезоэлектрический излучатель звука LS1 подключается к выводу P2.1 микроконтроллера через резистор R5, ограничивающий ток, и включается при появлении сигнала высокого уровня на выводе микросхемы. Напряжение питания динамика 1,5-24В, возьмём 3В. Максимальный ток 3,8мА. Сопротивление резистора будет равно (5-3)В/0,0038А=526,32Ом. Используем резистор 530Ом.

Рисунок 3.4.1 - Схема сопряжения микроконтроллера и динамика

3.5 Сопряжение микроконтроллера и датчика открытия двери

Датчик подключается к выводу порта P0.7 через резистор R9, который подтягивает напряжение на выводе до единицы, когда контакты датчика разомкнуты (рисунок 3.5.1). При замыкании контактов напряжение +5В замыкается на землю, и на выводе порта появляется ноль. Длина провода от резистора к датчику много больше длины провода к микроконтроллеру, поэтому подтягивающий резистор R9 возьмём номиналом 1КОм, а для борьбы с помехами используем конденсатор С6 на 100пФ.

Рисунок 3.5.1 - Схема сопряжения микроконтроллера и датчика открытия двери

3.6 Подключение микроконтроллера к цепям, обеспечивающим его работу

Подключение микроконтроллера к цепям питания, сброса, внешнему кварцевому резонатору и выводу блокировки работы с внутренней памятью (рисунок 3.6.1) является стандартным, рекомендованным производителем [4].

Рисунок 3.6.1 - Схема подключения микроконтроллера

4. Разработка алгоритма работы системы и программного обеспечения

Алгоритм функционирования программы кодового замка включает в себя следующие основные блоки:

- включение;

- ввод кода;

- проверка введённого кода;

- контроль количества попыток ввода кода;

- открытие замка;

- закрытие замка;

- световая индикация;

- звуковой сигнал.

На рисунке 4.1 представлена блок-схема алгоритма работы программы.

Рассмотрим алгоритм функционирования программы более подробно.

- Включение устройства

При подаче питания производится инициализация переменных: для хранения адреса ячейки памяти с текущей введённой цифрой кода используется регистр r0, для количества попыток ввода – память данных по адресу 38h. Затем выключаются светодиод и динамик установкой в 0 соответствующих битов порта p2. Настраивается таймер t0, который будет далее использоваться для формирования программной задержки. Режим – 16-битный таймер. Далее задаётся адрес для первой цифры кода и количество попыток ввода.

- Ввод кода

Ввод кода производится посредством опроса клавиатуры и регистрации нажатий клавиш. Клавиатура опрашивается в бесконечном цикле. При обнаружении нажатия кнопки во избежание регистрации нескольких нажатий из-за явления дребезга контактов вызывается подпрограмма формирования временной задержки длительностью 5 мс (delay2). После отпускания кнопки происходит запоминание введённого значения и возврат в цикл опроса клавиатуры, если ещё не все цифры введены.

Рисунок 4.1 - Блок-схема работы программы

- Проверка введённого кода

Когда введены все цифры кода, производится последовательная проверка всех цифр, начиная с последней (метка code_wrong). Здесь для примера выбран шестизначный код “123456” В случае несовпадения цифры кода с заданной проверяется количество оставшихся попыток ввода кода (метка code_wrong).

- Контроль количества попыток ввода кода

Если все попытки ввода израсходованы, включается звуковой сигнал длительностью 1 с. Для формирования задержки используется подпрограмма delay. Во время действия звукового сигнала устройство не реагирует на нажатия клавиш.

- Открытие замка

Открытие замка производится установкой бита p2.0.

- Закрытие замка

Закрытие замка производится сбросом бита p2.0.

- Световая индикация

Световая индикация включается установкой бита p2.2 и выключается его сбросом.

- Звуковой сигнал

Звуковой сигнал включается установкой бита p2.1 и выключается его сбросом.

- Формирование программной временной задержки.

1) Формирование задержки длительностью 5 мс.

Подпрограмма реализации временной задержки использует метод программных циклов. При этом в некоторый рабочий регистр загружается число, которое затем в каждом проходе цикла уменьшается на 1. Так продолжается до тех пор, пока содержимое рабочего регистра не станет равным нулю, что интерпретируется программой как момент выхода из цикла. Время задержки при этом определяется числом, загруженным в рабочий регистр, и временем выполнения команд, образующих программный цикл.

mov r2,#0ffh

loop3:

djnz r2,loop3

Команда mov выполняется за 1 машинный цикл, команда djnz – за 2. При тактовой частоте 24 МГц каждый машинный цикл выполняется за 0,5 мкс. Таким образом, максимальная длительность задержки, реализуемая с помощью одного цикла, составляет (1+255*2)*0,5=255,5 мкс (в регистре r2 значение 255). Задержка большой длительности может быть реализована методом вложенных циклов.

delay2: ;задержка 5 мс

mov r3,#13h

loop4:

mov r2,#0ffh

loop3:

djnz r2,loop3

djnz r3,loop4

ret

Так, максимальная длительность задержки при использовании двух циклов составляет (1+((1+2*255)+2)*255)/2=65408 мкс=65,41 мс. Рассчитаем значение регистра r3 для формирования задержки длительностью 5 мс. Очевидно, что в регистр r2 нужно загрузить максимальное значение 255. При расчёте нужно учесть, что на выполнение команд call и ret требуется по 2 машинных цикла на каждую. (2+2+1+((1+2*255)+2)*X)/2=5000. X=19,42. В регистр заносим значение 13h.

2) Формирование задержки длительностью 1 с.

При формировании задержки длительностью 1 с используется таймер T0.

delay: ;задержка 1 с

movr1,#1fh

loop1:

mov th0,#0h

mov tl0,#0h

setb tcon.4

loop2:

jb tcon.4,loop2

djnzr1,loop1

ret

В 16-битном режиме (диапазон значений таймера 0-65535) при тактовой частоте 24МГц таймер позволяет формировать задержки длительностью до 32767,5 мкс. Для создания задержки в 1 с таймер должен переполниться 1/ 0,0327675=30,52 раз. Таким образом, в регистр r1 нужно загрузить значение 1fh.

5. Описание среды разработки программного обеспечения

При разработке и отладке программного обеспечения для данного проекта использовался пакет ProView. ProView фирмы Franklin Software Inc. – интегрированная среда разработки программного обеспечения для однокристальных микроконтроллеров семейства Intel 8051 и его клонов. Она включает в себя все компоненты, необходимые для создания, редактирования, компиляции, трансляции, компоновки, загрузки и отладки программ:

- стандартный интерфейс Windows;

- полнофункциональный редактор исходных текстов с выделением синтаксических - элементов цветом;

- организатор проекта;

- транслятор с языка C;

- ассемблер;

- отладчик;

- встроенную справочную систему.

Среда разработки подобна Visual C++ Microsoft и Borland C++ для Windows. Пользователи, знакомые с любым из этих изделий, будут комфортно чувствовать себя в ProView. Первый этап разработки программы – запись её исходного текста на каком-либо языке программирования. Затем производится компиляция или трансляция его в коды системы команд микроконтроллера, используя транслятор или ассемблер. Трансляторы и ассемблеры – прикладные программы, которые обрабатывают текстовый файл, содержащий исходный текст программы, и создают объектные файлы, содержащие объектный код. После компоновки объектных модулей наступает этап отладки программы, устранения ошибок, оптимизации и тестирования программы. ProView объединяет все этапы разработки прикладной программы в единый рекурсивный процесс, когда в любой момент времени возможен быстрый возврат к любому предыдущему этапу. Далее описаны основные компоненты ProView.