Разработка цифрового секундомера

За последнее время разработка и производство новых микроконтроллеров (МК) безостановочно развивалось. Каждый месяц на свет появляются новые типы МК, различного применения, от простых бытовых с архитектурой RISC — Reduced Instruction Set Computing — вычисления с сокращённым набором команд, до высокопроизводительных с полным набором команд (CISC). Благодаря массовому производству цена МК неуклонно падает. Наиболее подходящими МК для проектирования, в современных экономических условиях сложившихся на территории России, являются изделия компании Atmel. Они, прежде всего, предпочтительны по соотношению цена\качество.

Поставленная перед нами задача создания цифрового секундомера является достаточно сложной инженерной задачей. Для её решения выберем 8-разрядный МК Attiny2313, серии Tiny фирмы Atmel.

Для организации отсчёта времени применим микросхему часов реального времени — DS1307. Микросхема использует шину передачи данных I²C.

В качестве индикатора применим жидкокристаллический индикатор WH1602, со встроенным контроллером HD44780.

Спроектируем принципиальную схему устройства (рисунок 1)

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная

ЖК индикатор использует для своей работы порт B контроллера. Матричная клавиатура подключена к порту D. Назначение кнопок управления:

Кнопка S9 не используется, кварцевый резонатор ZQ1 задаёт временные интервалы микросхемы DD1.

Кварцевый резонатор ZQ2 необходим для тактирования работы МК. DA1 — стабилизатор напряжения +5 В, необходимый для нормальной работы МК и ЖК.

На примере схемы, показанной на рис.1, хорошо видно, насколько упрощается схемотехника цифрового автомата при применении современного МК и современной элементной базы.

Для программирования удобно использовать один из языков высокого уровня. Для МК семейства AVR ATtiny наиболее распространённым является язык Си. Программу напишем в распространенной системе CVAVR. Данная система обладает конструктором кода, что в значительной степени упрощает создание программы МК.

После компиляции данного проекта, в среде CVAVR получаем следующие (рисунок 2):

Рис. 2. Информационное окно компилятора

Из рисунка 2 видно, что программа составлена, верно — ошибки отсутствуют. Программа довольно объёмна — имеет размер 994 байт и занимает почти 49 % памяти МК. Большой размер программы связан с использованием дополнительных библиотек компилятора: lcd.h; delay.h; ds1307.h. Первая предназначена для организации работы ЖК, вторая для организации задержек, третья используется для работы с часами реального времени DS1307.

Таким образом, разработан цифровой автомат, реализующий алгоритм работы цифрового секундомера. Устройство построено на базе современного МК ATtiny2313 производства фирмы ATMEL. Внешний вид примененного ЖК в различных режимах работы показан на рисунке 3.

Рис. 3. Результата работы секундомера

Выполненный проект показывает насколько сложные задачи можно решать с помощью простых 8-ми разрядных, МК фирмы ATMEL.

Литература:

1.                  Бростилов С. А. Метрологический анализ измерительной подсистемы информационно-измерительной системы для исследования средств воздушного охлаждения / С.А Бростилов, Н. В. Горячев, Т. Ю. Бростилова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 127–129.

2.                  Таньков Г. В. Механические и тепловые воздействия на РЭС / Г. В. Таньков, Н. В. Горячев, И. И. Кочегаров // Молодой ученый. — 2015. — № 1. — С. 112–113.

3.                  Горячев Н. В. Автоматизированный выбор системы охлаждения теплонагруженных элементов радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, К. С. Петелин, В. А. Трусов, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2013. № 4. С. 136–143.

4.                  Андреев П. Г. Анализ программных пакетов моделирования влияния электромагнитных воздействий на изделия радиоэлектронных средств / П. Г. Андреев, С. А. Бростилов, Т. Ю. Бростилова, Н. В. Горячев, Г. П. Разживина, В. А. Трусов // Информационно-вычислительные технологии и математическое моделирование в решении задач строительства, техники, управления и образования: сб. статей. Междунар. научн.чтения– Пенза: ПГУАС, 2014. — C 126–130.

5.                  Горячев Н. В. Концепция создания автоматизированной системы выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2010. № 11. С. 171–176.

6.                  Шишкин Ф. Д. Особенности программируемых логических устройств / Ф. Д. Шишкин, Н. В. Горячев, В. А. Трусов // Молодой ученый. — 2015. — № 1. — С. 115–117.

7.                  Горячев Н. В. Проектирование топологии односторонних печатных плат, содержащих проволочные или интегральные перемычки / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 122–124.

8.                  Стрельцов Н. А. SDR-трансиверы и их применение / Н. А. Стрельцов, Н. В. Горячев, В. А. Трусов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 281–282.

9.                  Горячев Н. В. Тепловая модель учебной системы охлаждения / Н. В. Горячев, Д. Л. Петрянин // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2014. № 2. С. 197–209.

10.              Белов А. Г. Обзор современных датчиков утечки воды / А. Г. Белов, Н. В. Горячев, В. А. Трусов, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 34–36.

11.              Петрянин Д. Л. Анализ систем защиты информации в базах данных / Д. Л. Петрянин, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 115–122.

12.              Меркульев А. Ю. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий / А. Ю. Меркульев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. — 2013. — № 11. — С. 143–145.

13.              Горячев Н. В. Концептуальная структура СППР в области выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 241–241.

14.              Горячев Н. В. Уточнение тепловой модели сменного блока исследуемого объекта / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 169–171.

15.              Подложенов К. А. Разработка энергосберегающих технологий для теплиц / К. А. Подложёнов, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 193–194.

16.              Grab I. D., Sivagina U. A., Goryachev N. V., Yurkov N. K. Research methods of cooling systems. Innovative Information Technologies: Materials of the International scientific — рractical conference. Part 2. –M.: HSE, 2014, 443–446 pp.

17.              Горячев Н. В. Концептуальная схема разработки систем охлаждения радиоэлементов в интегрированной среде проектирования электроники / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Проектирование и технология электронных средств. 2009. № 2. С. 66–70.

18.              Шуваев П. В. Формирование структуры сложных многослойных печатных плат / П. В. Шуваев, В. А. Трусов, В. Я. Баннов, И. И. Кочегаров, В. Ф. Селиванов, Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 364–373.

19.              Трифоненко И. М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И. М. Трифоненко, Н. В. Горячев, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396–399.

20.              Горячев Н. В. К вопросу реализации метода автоматизированного выбора системы охлаждения / Н. В. Горячев, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Алгоритмы, методы и системы обработки данных. 2013. № 3 (25). С. 16–20.

21.              Сивагина Ю. А. Разработка ретранслятора радиосигналов и его компьютерной модели / Ю. А. Сивагина, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков, И. Д. Граб, В. Я. Баннов // Современные информационные технологии. 2013. № 17. С. 207–213.

22.              Горячев Н. В. Исследование и разработка средств и методик анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры / Горячев Н. В., Танатов М. К., Юрков Н. К. // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 3. С. 70–75.

23.              Гусев А. М. Структурно-разностный анализ элемента, включающего вершинную, негативную, позитивную и позитивно-контурную пары направлений / А. М. Гусев и др.// Международный студенческий научный вестник. 2014. № 3. С. 7.

24.              Трусов В. А. Программно-определяемые приемопередатчики и их применение / В. А. Трусов, Н. В. Горячев, В. Я. Баннов // Молодой ученый. — 2014. — № 21. — С. 234–236.