Цифровий дозиметр (стр. 2 из 4)

Мікроконтролери сімейства AVR є пристроями синхронного типу. Дії, які виконуються в мікроконтролері, прив'язані до імпульсів тактового сигналу.

Як генератор тактового сигналу (GCK) використовуються:

- внутрішній генератор із зовнішнім кварцовим чи керамічним резонатором (XTAL);

- внутрішній RC-генератор (ІRC);

- внутрішній генератор із зовнішнім RC-колом (ERC);

- зовнішній генератор (ЕХТ).

У мікроконтролерів, які мають внутрішній генератор із зовнішнім резонатором. XTAL1 і XTAL2 є входом і виходом інвертуючого підсилювача, на якому можна зібрати генератор тактових імпульсів. Можна використовувати як кварцові, так і керамічні резонатори. Якщо сигнал генератора необхідно використовувати для управління зовнішніми пристроями, сигнал з виводу XTAL2 знімається через одиночний буфер. При подачі зовнішнього тактового сигналу вивід XTAL2 залишається непідключеним, а XTAL1 підключається до виходу зовнішнього генератора.

Процесор (CPU) формує адреса чергової команди, вибирає команду з пам'яті й організовує її виконання.

До складу процесора крім лічильника команд (PC), арифметико-логічного пристрою (ALU) і блоку регістрів загального призначення (GPR) входять:

- регістр стану мікроконтролера SREG;

- регістр-показник стека SP чи SPL і SPH.

Високопродуктивно AVR ALU з'єднано безпосередньо з усіма 32 швидкодіючими регістрами загального призначення. За один тактовий цикл ALU виконує операцію між регістрами цього реєстрового файлу. Також ALU підтримує арифметичні і логічні операції між регістрами, а також між константою і регістром. Після виконання арифметичної операції регістр статусу (прапорів) обновлюється для відображення результату виконання операції. Прапори цього регістра в більшості випадків дозволяють відмовитися від використання інструкцій порівняння, роблячи код програми більш компактним і швидким.

2.2 Розробка функціональної схеми

Функціональна схема наведена на додатку В.

Налаштування:

1- Налаштовуємо контрастність дисплея резистором R8, R7-яркість підсвічування до найкращого результату.

2- найподатливіша ділянка схеми блокинг-генератор, який підключається до роз’єму Р1, спершу правий за схемою контакт КТ1 приєднуємо до ділянки схеми +5в (КТ2). Потім підключаємо осцилограф до колектора VT4, який знаходиться на блокинг-генераторі, повинна спостерігатися генерація, якщо немає генерації слід поміняти на трансформаторі місцями кінці обмотки 3.

2.3 Вибір додаткових елементів схеми

1. Мікросхеми в DIP корпусі, DD1-К561ЛА7. Використовується тому що, вони є перетворювачами імпульсів, які надходять з датчика, в імпульс потрібний за часом і амплітуди для мікроконтролера DD2.

2. Транзистори VT3,4 кт315, кт3107 і другі малопотужні N-P-N , використовується в якості ключа.

3. Транзистор VT2 кт361, і другі малопотужні P-N-P, використовується в якості ключа.

4. Транзистор VT1 кт312 N-P-N, використовується в якості ключа.

5. Конденсатори КД104А на блокинг генераторi вибрано такої ємностi щоб створювався зглажувальний фільтр.

6. Лічильник Гейгера СБм20 випускається в трьох варіантах замінюється на СТС-5 тільки міняються габарити. Використовується в якості датчика.

7. Світло діод будь-яий на струм 5-20мА, використовуються для світлової сигналізації випромінювання.

8. Тактові кнопки стандартні 5х7мм, використовуються для перемикання режимів

9. Акустичний випрямляч пєзоелектричного типу, можуть бути ЗП-19, ЗП-5, ЗП-3, імпортні (HPE-227), використовується для звукової сигналізації випромінювання.

10. Звуковий генератор з серії HCMxxxx, на напругу від 1-3в.

11. LCD-дисплей HG1 W 360 2D-YYH-CTK призначений для відображення результатів вимірювання. Вибраний тому що, являється англо-російським з підсвічуванням і живеться від 5В.

12. Роз’єм Р1 до нього підключається блокинг-гернератор.

Пристрій живеться від напруги 6-9в, використовується крона або акомулятор з вбудованим контролером заряду.

Трансформатор блокинг генератора виконаний на кільці з фериту проникністю 2500-4000, розміром від К16х10х4,5 мм до К20х12х6мм або імпортне що вже округляє і покрите лаком кільце типу B64290-L743-X8316х9х5. Розрахунок трансформатора був проведений за формулами:

1. Середнє значення випрямленої напруги рівне:

2. Середнє значення випрямленого струму:

3. Напруга вторинної обмотки:

4. Значення струму навантаження, що діє:

5. Потужність, на яку повинна бути розрахована вторинна обмотка трансформатора:

6. Габаритна потужність трансформатора (без урахування ККД.) рівна напівсумі потужностей, що виділяються первинною і вторинними обмотками:

Обмотка1містить - 200 витків дротом ПЕВ 0.07мм Обмотка 2 містить - 8 витків дротом ПЕВ або краще з шовковою ізоляцією 0.1-0.3мм Обмотка 3 містить - 3 витки тим же дротом. На Рис. 2.4показано як правильно мотати і кріпити трансформатор.

Рисунок 2.4 – Намотування та кріплення трансформатора

3.РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

3.1 Розробка алгоритму роботи

Цифровий дозиметр з трьома режимами вимірювання і світлозвуковою реалізації випромінювання працює наступним чином:

За допомогою одновібратора зібраного на DD1 перетворюються імпульси з датчика в імпульс потрібний за часом і амплітуди для контролера DD2. Перемичка J1 (за умовчанням не стоїть), вмикає другий датчик і служить для збільшення чутливості приладу але при цьому слід виконати коректування. Перемичка J1 (за умовчанням стоїть) включає акустичний випромінювач.

Перемикання режимів виконується кнопками «<» «>» (SB2/SB3). Вмикання/вимикання режимів кнопками «V» «X» (SB1/SB4). Спочатку вибраний режим одиничного виміру, натискуємо SB1 виконується виміри за час 1хв, після чого результат заноситься в буфер для подальшого запису значення і перегляду попереднього виміру. Для вмикання режиму безперервного виміру

необхідно перейти в меню «режим 1-тест/2-цикл» натиснути «X»-режим 2, «V»-режим 1. Для збереження результату вибираємо меню «Зона1 або зона2» натискуємо «V» Запис з буфера, натискуємо «X» прочитуємо з комірки пам’яті. Для вмикання підсвічування вибираємо меню «Підсвічування вкл/викл»- «X»-викл, «V»-вкл. Регулювання рівня тривожної сигналізації виконується в меню «Тревога/Рівень», кнопками «X»--1, «V»-+1 змінюємо рівень і записуємо в пам'ять.

Рівень змінюється в одиницях ПРФ, При збігу вибраного рівня з рівнем вимірюваним включається тривожний звуковий сигнал і на екрані висвічується «Внимание высокий уровень радиации!».

У сплячому режимі виконується вимірювання із зниженим енергоспоживанням, блокинг генератор працює в імпульсному режимі, відключається підсвічування, на екрані через кожні 10сек виводиться

«сканування», в цьому режимі не записуються ніякі значення, лише реагує на перевищення рівня радіації, звуковим сигналом. Світлодіод HL1 і резонатор HA1 сигналізує про попадання радіоактивної частки на датчик. Граф-схема алгоритму функціонування пристрою приведена на додатку Б.

3.2 Організація пам’яті та розподіл адресного простору

Регістровий файл зі швидким доступом містить 32 x 8-розрядних робочих регістрів загального призначення з однотактовим циклом доступу. Завдяки цьому досягнута однотактність роботи АЛП. При звичайній роботі в АЛП спочатку з регістрового файлу завантажується два операнда, потім виконується операція, а після результат відправляється назад у регістровий файл і все це відбувається за один машинний цикл. Шість регістрів з 32 можуть використовуватися як три 16-розрядних регістра непрямої адреси для ефективної адресації в межах пам'яті даних. Один з цих покажчиків адреси може також використовуватися як покажчик адреси для доступу до таблиці перетворення у флеш-пам'яті програм. Дані 16-разр. регістри називаються X-регістр, Y-регістр і Z-регістр.

АЛП підтримує арифметичні і логічні операції між регістрами, а також між константою і регістром. Крім того, АЛП підтримує дії з одним регістром. Після виконання арифметичної операції регістр статусу (прапорів) обновлюється для відображення результату виконання операції. Прапори цього регістра в більшості випадків дозволяють відмовитися від використання інструкцій порівняння, роблячи код програми більш компактним і швидким. Крім того, архітектурою МК підтримуються операції множення зі знаком і без знака і дробовим форматом. Кожна арифметико-логічна операція встановлює прапори в регістрі прапора (див. рис. 3.1).

Рисунок 3.1 –Регістр прапора контролера

· I - прапор дозволу переривання;

· T - прапор-охоронець біта - встановлюється і аналізується лише спецінструкціями;

· H - прапор додаткового перенесення з 3-го розряду в 4-й;

· S - прапор знаку результату;

· V - прапор переповнювання;

· N - прапор негативного результату операції;

· Z - прапор нуля;

· C - прапор перенесення.

Підтримується апаратний стек у внутрішньою статичною пам'яттю.

Структура регістрового файлу показана на рис. 3.2.

Рис. 3.2 – Структура регістрового файлу AVR

Як видно, 6 старших регістрів утворюють регістрові пари - індексні регістри. Ядро процесора за допомогою цих регістрів допускають автоінкрементну, автодекрементну адресацію і адресацію з малим зсувом.