Проектирование устройства контроля интенсивности движения автомобилей по автомагистрали на контроллере Atmega32

Тип:
Добавлен:

Министерство общего и профессионального образования

Свердловской области

Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение Свердловской области

«Краснотурьинский индустриальный колледж»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: Проектирование устройства контроля интенсивности движения автомобилей по автомагистрали на контроллере Atmega32

Введение

Целью выпускной квалификационной работы является освоение технологии проектных работ, выбор и обоснование технических решений, развитие навыков самостоятельной работы. Целью данного дипломного проектирования является закрепление и расширение знаний, полученных на лекциях, лабораторных и практических занятиях по принципам построения микропроцессорных устройств и систем на конкретном примере проектирования микроконтроллерного устройства. При этом в качестве аппаратных средств рекомендуется использование однокристальных микроконтроллеров.

Задачи данного дипломного проектирования:

в соответствии с заданием разработать алгоритм работы микроконтроллерного устройства или микроконтроллерной системы, выбрав при этом необходимые первичные преобразователи (датчики);

выбрать компоненты, удовлетворяющие требованиям быстродействия и функциональным возможностям реализации алгоритма;

с учетом выбранного микроконтроллера, выбрать инструментальные средства для разработки программы выполнения алгоритма и разработать программу;

создать интегрированную библиотеку для создания принципиальной схемы устройства и печатной платы;

в выбранной инструментальной среде осуществить создание печатной платы;

произвести расчет сетевого источника питания.

Оптические датчики делаться на 2 группы

·По типу устройства;

·По принципу работы;

По типу устройства оптические датчики делятся на моноблочные и двухблочные. В моноблочных излучатель и приёмник находятся в одном корпусе. У двухблочных датчиков источник излучения и приёмник оптического сигнала расположены в отдельных корпусах.

По принципу работы выделяют три группы оптических датчиков:

·тип T - датчики барьерного типа (приём луча от отдельно стоящего излучателя);

·тип R - датчики рефлекторного типа (приём луча, отражённого катафотом);

·тип D - датчики диффузионного типа (приём луча, рассеянно отражённого объектом).

У датчиков барьерного типа излучатель и приёмник находятся в отдельных корпусах, которые устанавливаются друг напротив друга на одной оси. Дальность разнесения корпусов может достигать 100 метров. Предмет, попавший в активную зону оптического датчика, прерывает прохождение луча. Изменение фиксируется приёмником, появившийся сигнал после обработки подаётся на управляемое устройство.

Датчики рефлекторного типа содержат в одном корпусе и передатчик оптического сигнала, и его приёмник. Для отражения луча используется рефлектор (катафот). Датчики такого типа активно используются на конвейере для подсчёта количества продукции. Для обнаружения объектов с зеркальной, отражающей металлической поверхностью в датчиках рефлекторного типа используют поляризационный фильтр. Дальность действия датчиков рефлекторного типа может достигать 8 метров.

В датчиках диффузионного отражения источник оптического сигнала и его приёмник находятся в одном корпусе. Приёмник учитывает интенсивность луча, отражённого контролируемым объектом. Для точности срабатывания в датчиках данного типа может включаться функция подавления фона. Дальность действия зависит от отражательных свойств объекта, может быть определена с помощью поправочного коэффициента, и при использовании стандартной мишени может достигать 2 метров.

Оптические датчики имеют индикатор рабочего состояния и, как правило, регулятор чувствительности, который даёт возможность настроить срабатывание на объект, находящийся на неблагоприятном фоне.

Источником излучения в современных оптических датчиках являются светодиоды. [8]

Для проектирования устройства контроля интенсивности движения автомобилей по автомагистрали нужны следующие комплектующие: оптический датчик, микроконтроллер АТmega 32, ЖКИ.

Устройство контроля движения автомобиля по автомагистрали нужно для подсчёта количества проехавших машин. В настоящее время это устройство популярно и необходимо, т.к. устанавливается на автомагистралях с целью мониторинга машин.

Основной составляющей этого устройства является оптический датчик. Он через определенные промежутки времени выдает сигналы, которые поступают на микроконтроллер, а с МК на ЖКИ в виде цифровой информации.

.Описательная часть

.1 Описание требуемых параметров МК

алгоритм микроконтроллер программа плата

ATmega32 представляет собой маломощный 8-разрядный микроконтроллер CMOS семейства AVR, построенным на RISC архитектуре, что позволяет выполнять мощные команды за 1 такт.достигает пропускной способности, приближающейся к 16 MIPS на 16МГц, что позволяет проектировщику оптимизировать энергопотребление и скорость обработки.

Ядро Atmel контроллера сочетает в себе богатый набор команд с 32 рабочими регистрами общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с Арифметико-логическим блоком (ALU), что позволяет двум независимым регистрам, которые должны быть доступны в одной инструкции, выполняться за один такт.

В результате архитектура становится более эффективной с точки зрения кода, а пропускная способность - в десять раз быстрее, чем обычные микроконтроллеры CISC.предоставляет следующие возможности:

·32 Кбайт встроенной программируемой Flash-памяти;

·Программная память с возможностью чтения в режиме записи;

·1024 байта EEPROM;

·2 Кбайт SRAM;

·32 общие линии ввода / вывода, 32 рабочих регистра общего назначения;

·интерфейс JTAG.

Встроенная поддержка отладки и программирование, три таймера / счетчика с режимами сравнения, внутренними и внешними прерываниями, последовательным программируемым USART. Двухпроводный последовательный интерфейс, 8-канальный, 10-разрядный АЦП с опциональным дифференциальным входным каскадом с программируемым усилением (только для TQFP), программируемый сторожевой таймер с внутренним генератором, последовательный порт SPI и шесть выбираемых программных режимов энергосбережения. В режиме ожидания останавливает CPU, позволяя USART, двухпроводному интерфейсу, аналого-цифровой преобразователю, SRAM, таймер / счетчику, SPI порту прерваться для продолжения нормальной работы.

Режим Power-down сохраняет регистр, но останавливает осциллятор, отключая все остальные функции чипа до следующего внешнего прерывания или аппаратного сброса. В режиме энергосбережения асинхронный таймер продолжает работать, позволяя пользователю поддерживать работу таймера, пока остальная часть устройства находится в режиме сна.

АЦП в режим Noise Reduction останавливает CPU и все модули ввода / вывода, кроме асинхронного таймера и самого АЦП, чтобы свести к минимуму шум при коммутации во время преобразования АЦП. В режиме ожидания кристалл осциллятора работает, пока остальное устройство находится в режиме сна. Это позволяет очень быстро загружаться в сочетании с низким энергопотреблением.

В режиме расширенного ожидания оба основных осциллятора и асинхронный таймер продолжает работать.

Устройство изготовлено с использованием технологии энергонезависимой памяти Atmel высокой плотности. Onchip ISP Flash позволяет перепрограммировать память программ в системе через последовательный порт SPI обычному программисту или программой On-chip Boot, работающей на ядре AVR. Загрузчик может использовать любой интерфейс загрузки приложения из флеш-памяти. Программное обеспечение в разделе Boot Flash будет продолжать работать, в то время как секция Application Flash обновляется, выполняя операцию чтения-записи.

Совмещая 8-битный RISC-процессор со встроенной самопрограммируемой Flash-памятью на монолитном чипе, ATmega32 является мощным микроконтроллером, который обеспечивает высокую гибкость и экономичность. Это решение для многих встроенных управляющих приложений.AVR ATmega32 поддерживает полный набор программных и системных разработок, инструменты, включая: компиляторы C, макроассемблеры, программные отладчики / симуляторы, внутрисхемные эмуляторы. [4]

.2 Основные параметры микроконтроллера

Технические характеристики

·Высокая производительность с низким энергопотреблением;

·Усовершенствованная RISC архитектура:

§131 упрощённая инструкция - большинство инструкций выполняются за 1 тактовый цикл;

§32 × 8 регистров общего назначения;

§фиксированный набор команд;

§Пропускная способность 16 MIPS до 16 МГц;

§2-х циклический умножитель на чипе.

·Дополнительный раздел кода загрузки с независимыми битами блокировки

·Программирование системы загрузки происходит с помощью прошивки на чипе. Безошибочные операции чтения/записи. Программы блокировки для обеспечения безопасности;

·JTAG (IEEE Std. 1149.1 совместимый) интерфейс:

§Возможность периферийного сканирования согласно стандарту JTAG;

§Обширные отладки поддержки чипов;

§Программирование памяти, EEPROM, предохранители, и биты блокировки через интерфейс JTAG

Периферийные модули:

§Два 8-разрядных таймеров / счетчиков с отдельными делителями и режимами сравнения;

§Один 16-разрядный таймер / счетчик с отдельным предделителем частоты, режим сравнения и режим захвата;

§Счетчик реального времени с отдельным генератором;

§Четыре ШИМ-контроллера

§8-канальный, 10-разрядный АЦП: 8 однополярный каналов, 7 дифференциальных каналов в TQFP пакете, 2 дифференциальных канала с программируемым коэффициентом усиления на 1x, 10x или 200x;

§Старт-бит двунаправленного последовательного интерфейса;

§Программируемый последовательный USART;

§ Master / Slave SPI для последовательного интерфейса;

§Программируемый сторожевой таймер с отдельным генератором;

§Аналоговый компаратор;

Специальные функции микроконтроллера:

§Сброс по включению питания и программируемое уменьшение напряжения;

§Внутренний калиброванный RC-осциллятор;

§Внешние и внутренние источники прерываний;

§Шесть режимов сна: Idle, АЦП снижение шума, экономии энергии, при отключении питания, в режиме ожидания и длительного ожидания.

·I / O и корпус

§32 вывода;

§40-контактный PDIP, 44-выводном TQFP и 44-накладка QFN / MLF;

·Напряжения питания по эксплуатации

§4.5V - 5.5V;

·Скорость

§0 - 16 МГц;

·Потребляемая мощность на частоте 1 МГц, 3V при 25 ° C

§Активный: 1.1mA;

§Пассивный: 0.35mA;

§Выключение режима питания: <1 мкА.

·Высокая износостойкость, энергонезависимые сегменты памяти:

§32 Кбайт самопрограммируемой системной флэш-памяти программ;

§2 Кбайта внутренняя SRAM-память;

§количество записи /стирания: 10000 Flash / EEPROM 100000;

§Хранение данных: 20 лет при 85 ° С / 100 лет при 25 ° C. [4]

Выводы контроллера - это проводники, предназначенные для электрического соединения с другими устройствами.

На рисунке 1 представлены выводы микроконтроллера:- Цифровой напряжению питания.- Земля.

Порт A (PA7.PA0) - служит в качестве аналоговых входов для A / D конвертера. Порт A также служит в качестве порта 8-разрядного двунаправленного ввода / вывода, если АЦП преобразователь не используется. Выводы портов обеспечены внутренними подтягивающими резисторами (выбранные для каждого бита).

Выходные буферы порта A имеют высокую пропускную способность. Когда PA0 и PA7 используются как входы, они будут источником тока, если внутренние подтягивающие резисторы активируются. Выводы порта A находятся в 3 состоянии, когда условие сброса становится активным.

Порт B (PB7.PB0) - Порт B является порт 8-разрядный двунаправленный ввода / вывода с внутренними нагрузочными резисторами (выбранных для каждого бита).

Выходные буферы порта B имеют симметричный привод с высокой пропускной способностью. В качестве исходных данных, порт B, который будет источником тока, если подтягивающие резисторы активируются. Выводы порта B находятся в 3 состоянии, когда условие сброса становится активным, даже если часы не работают.

Т0 и Т1 - входы подключения таймера счётчика.

PB2-PB3 - для подключения аналогового компаратора, так же для принятия сигнала прерывания, режим сравнения таймера и PB4 - разрешение кристалла.-PB7 - для подключения последовательного интерфейса.

Порт C (PC7.PC0) - представляет собой порт 8-разрядный двунаправленный порт ввода / вывода с внутренними нагрузочными резисторами (выбранных для каждого бита).

Выходные буферы порта C обладают высокой пропускной способностью. Порт С будет являться источником тока, если подтягивающие Выводы порта C находятся в третьем состоянии, когда условие сброса становится активным, даже если часы не работают.

Если интерфейс JTAG включен, то подтягивающие резисторы на выводах PC5 (ТДИ), РС3 (ТМС) и ПК2 (ТСК) будут активированы, даже если происходит сброс. Вывод TD0 будет находиться в 3 состоянии, то данные не будут введены.-7 - включение асинхронного режима таймера.-4 - вход\выход тестовых данных.

PC3-2 - тактирование тестовое и выбор режима тестирования.- двунаправленная линия данных. Для передачи данных ведущее устройство посылает ведомому

PC0 - тактирующая линия, которая управляется ведущим устройством.

Порт D (PD7.PD0) - Порт D представляет собой порт 8-разрядный двунаправленный порт ввода / вывода с внутренними нагрузочными резисторами (выбранных для каждого бита). Выходные буферы порта D имеют симметричный привод с высокой пропускной способностью. В качестве исходных данных, порт D, который является источником тока, если подтягивающие резисторы активируются. Выводы порта D находятся в 3 состоянии, когда условие сброса становится активным, даже если таймер в состоянии покоя.

PD0-1 - вывод\ввод данных.-3 - запрос на прерывание.-5 - выходы таймера\счётчика.

PD6 - сигнал работы таймера по захвату.- режим сравнения таймера.

RESET - вход сброса. Низкий уровень сигнала длится дольше, чем минимальная длительность импульса будет генерировать сброс, даже если часы не работают. - вход усилителя инвертирующего генератора. - выход из инвертирующего усилителя генератора.С - контакт напряжения питания для порта A и A / D конвертера. Он должен быть внешне подключен к VCC, даже если АЦП не используется. Если АЦП используется, он должен быть подключен к VCC через низкочастотный фильтр.F - является аналогом для A / D конвертера. [4]

Рисунок 1 - Цоколёвка

1.3 Описание особенностей работы микроконтроллера

Тактовый генератор - это упрощенное устройство синхронизации микроконтроллеров семейства Mega. На основе системного тактового сигнала формируются дополнительные сигналы, используемые для тактирования различных модулей и блоков микроконтроллера:

·clkCPU - тактовый сигнал центрального процессора, используется для тактирования блоков микроконтроллера, отвечающих за работу с ядром микроконтроллера (регистровый файл, память данных и т. п.). При выключении этого сигнала ЦПУ останавливается, все вычисления прекращаются;

·clkI/O - тактовый сигнал подсистемы ввода/вывода, используется большинством периферийных устройств, таких как таймеры/счетчики и интерфейсные модули. Этот сигнал используется также подсистемой внешних прерываний, однако ряд внешних прерываний могут генерироваться и при его отсутствии;

·lkFLASH - тактовый сигнал для управления FLASH - памятью программ. Как правило, этот сигнал формируется одновременно с тактовым сигналом центрального процессора;

·lkASY - тактовый сигнал асинхронного таймера/счетчика. Тактирование осуществляется непосредственно от внешнего кварцевого резонатора (32768 Гц). Наличие этого сигнала позволяет использовать соответствующий таймер/счетчик в качестве часов реального времени даже при нахождении микроконтроллера в «спящем» режиме;

·clkADC - тактовый сигнал модуля АЦП. Наличие этого тактового сигнала позволяет осуществлять преобразования при остановленном ЦПУ и подсистеме ввода/вывода. При этом значительно уменьшается уровень помех, генерируемых микроконтроллером, точность преобразования увеличивается.

Тактовый генератор микроконтроллеров семейства Mega может работать с внешним кварцевым резонатором, внешней или внутренней RC - цепочкой, а также с внешним сигналом синхронизации. Возможность использования того или иного источника тактового сигнала зависит от модели микроконтроллера

Поскольку архитектура микроконтроллеров полностью статическая, минимально допустимая частота ничем не ограничена (вплоть до пошагового режима работы), а максимальная рабочая частота определяется конкретной моделью микроконтроллера. [4]

Прерывание прекращает нормальный ход программы для выполнения приоритетной задачи, определяемой внутренним или внешним событием. [4]

Таблица 1 - Внутренние прерывания контроллера Atmega 32

№прерыв.Адрес прерыванияИсточникЗначение прерывания1$000RESETВнешний вывод, сброс по включению питания, brown-out сброс, сброс сторожевого таймера, и JTAG AVR сброс2$002INT0Запрос внешнего прерывания 03$004INT1Запрос внешнего прерывания 14$006INT2Запрос внешнего прерывания 25$008TIMER2 COMPТаймер / Счетчик 2 сравнение по совпадению6$00ATIMER2 OVFТаймер / Счетчик 2 по переполнению7$00CTIMER1 CAPTТаймер / Счетчик 1 Захват событий8$00ETIMER1 COMPAТаймер / Счетчик 1 сравнение по совпадению9$010TIMER1 COMPBТаймер / Счетчик 1 сравнение по совпадению10$012TIMER1 OVFТаймер / Счетчик 1 по переполнению11$014TIMER0 COMPТаймер / Счетчик 0 сравнение по совпадению12$016TIMER0 OVFТаймер / Счетчик 0 по переполнению13$018SPI, STCПоследовательное перемещение завершено14$01AUSART,RXCUSART, RX завершение15$01CUSART,UDREUSART регистр данных сброшен16$01EUSART,TXCUSART, TX завершение17$020ADCПреобразование АЦП завершено18$022EE_RDYГотовность EEPROM19$024ANA_COMPАналоговый компаратор20$026TWIДвухпроводной последовательный интерфейс21$028SPM_RDYГотовность сохранения в памяти программы

Внешние прерывания. В микроконтроллерах семейства Mega имеется две разновидности внешних прерываний. Прерывания первого типа генерируются при появлении на входе внешнего прерывания заданного сигнала. Прерывания второго типа генерируются при любом изменении состояния определенных выводов микроконтроллера. Микроконтроллер ATmega32 содержит такие прерывания как INT0..INT2; регистр для разрешения внешних прерываний GICR, адрес $3В.[13]

Таймер сторожевого таймера синхронизируется от отдельного осциллятора, который работает на частоте 1 МГц и напряжении питания VCC = 5V.

Таймер сторожевого таймера также сбрасывается, когда он отключен, и когда происходит сброс чипа. Для определения периода сброса можно выбрать восемь различных периодов тактового сигнала. Если сброс истекает без другого сброса сторожевого таймера, ATmega32 сбрасывается и выполняется сброс вектора.

Чтобы предотвратить непреднамеренное отключение сторожевого таймера, необходимо следовать специальной последовательности выключения, когда сторожевой таймер отключен. [4]

-разрядный таймер / счетчик может выбирать источник тактовых импульсов от CK, CK с предварительным масштабированием или внешний прерыванием. Кроме того, его можно остановить, как описано в регистр управления таймера / счетчика - TCCR0. Флаг состояния переполнения находится в разделе прерывание таймера / счетчика.Register - TIFR. Управляющие сигналы находятся в регистре контроля таймера / счетчика0 - TCCR0. Настройки включения / отключения прерывания для таймера / счетчика0 находится в «Регистре маски прерывания таймера / счетчика - TIMSK.

Когда таймер / счетчик 0 синхронизированы извне, внешний сигнал синхронизируется с частотой генератора ЦП. Для обеспечения правильной выборки внешних часов.

Минимальное время между двумя внешними тактовыми переходами должно быть не менее времени процессора. Внешний тактовый сигнал дискретизируется по нарастающему фронту внутреннего процессора.

-разрядный таймер / счетчик0 имеет как высокое разрешение, так и высокую точность использования более низкими возможностями прессования. Аналогичным образом, высокие возможности Таймер / Счетчик0 полезны для функций с более низкой скоростью или точных функций синхронизации с более частыми действиями. [4]

Все регистры общего назначения объединены в регистровый файл быстрого доступа. В микроконтроллерах AVR все 32 РОН непосредственно доступны АЛУ, в отличие от микроконтроллеров других фирм, в которых имеется только один такой регистр - рабочий регистр W (аккумулятор). Благодаря этому любой РОН может использоваться практически во всех командах и как операнд - источник и как операнд - приемник. Такое решение (в сочетании с конвейерной обработкой) позволяет АЛУ выполнять одну операцию (извлечение операндов из регистрового файла, выполнение команды и запись результата обратно в регистровый файл) за один машинный цикл.

Каждый регистр файла имеет свой собственный адрес в пространстве памяти данных. Поэтому к ним можно обращаться двумя способами (как к регистрам и как к памяти), несмотря на то что физически эти регистры не являются ячейками ОЗУ. Такое решение является еще одной отличительной особенностью архитектуры AVR, повышающей эффективность работы микроконтроллера и его производительность. [4]

Все регистры ввода/вывода условно можно разделить на две группы - служебные регистры микроконтроллера и регистры, относящиеся к конкретным периферийным устройствам (в т.ч. регистры портов ввода/вывода). Во всех микроконтроллерах семейства Mega (как и в микроконтроллерах остальных семейств) регистры ввода/вывода располагаются в так называемом пространстве ввода/вывода размером 64 байта. Введение дополнительных РВВ связано с тем, что для поддержки всех периферийных устройств этих моделей обычных 64-х РВВ недостаточно. Распределение адресов пространства ввода/вывода (как основного, так и дополнительного) зависит от конкретной модели микроконтроллера или, если точнее, от состава и возможностей периферийных устройств данной модели.

К регистрам ввода\выводы, расположенным в основном пространстве, можно напрямую обратиться с помощью команд IN и OUT, выполняющих пересылку данных между одним из 32-х регистров общего назначения пространством ввода/вывода. В системе команд имеется также четыре команды поразрядного доступа, использующие в качестве операндов регистры ввода/вывода: команды установки/сброса отдельного бита (SBI и CBI) и команды проверки состояния отдельного бита (SBIS и SBIC). К сожалению, эти команды могут обращаться только к 1-й половине основных регистров ввода/вывода (адреса $00…$1F). Помимо непосредственной адресации (с помощью команд IN и OUT), к РВВ можно обращаться и как к ячейкам ОЗУ с помощью соответствующих команд ST/SD/SDD и LD/LDS/LDD (для дополнительных РВВ этот способ является единственно возможным). В первом случае используются адреса РВВ, принадлежащие основному пространству ввода/вывода ($00…$3F). Во втором случае адрес РВВ необходимо увеличить на $20. Среди всех РВВ есть один регистр, используемый наиболее часто в процессе выполнения программ. Этим регистром является регистр состояния SREG. Он располагается по адресу $3F ($5F) и содержит набор флагов, показывающих текущее состояние микроконтроллера. Большинство флагов автоматически устанавливаются в «1» или сбрасываются в «0» при наступлении определенных событий (в соответствии с результатом выполнения команд). Все разряды этого регистра доступны как для чтения, так и для записи; после сброса микроконтроллера все разряды регистра сбрасываются в «0». [4]

Во всех микроконтроллерах семейства Mega стек реализован программно. Он размещается в памяти данных, и его глубина определяется только размером свободной области памяти программ. В качестве указателя стека во всех моделях используется пара регистров ввода/вывода SPH: SPL, расположенных по адресам $3E ($5E) и $3D ($5D) соответственно. Так как после подачи напряжения питания (или после сброса) в регистрах содержится левое значение, в самом начале программы указатель стека необходимо проинициализировать, записав в него значение верхнего адреса памяти данных. При вызове подпрограмм адрес команды, расположенной за командой вызова, сохраняется в стеке. Значение указателя стека при этом уменьшается на 2, т. к. для хранения счетчика команд требуется 2 байта. При возврате из подпрограммы этот адрес извлекается из стека и загружается в счетчик команд. Значение указателя стека соответственно увеличивается на 2. То же происходит и во время прерывания. При генерации прерывания адрес следующей команды сохраняется в стеке, а при возврате из подпрограммы обработки прерывания он восстанавливается из стека. Во всех моделях микроконтроллеров семейства Mega стек доступен программное. Для работы со стеком в наборе команд имеется две команды: команда занесения в стек (PUSH) и команда извлечения из стека (POP).

Нижние 2144 ячейки памяти данных адресуют регистровый файл, память ввода / вывода и внутренние данные SRAM.

Пять различных режимов адресации для крышки памяти данных:

§Косвенные;

§косвенные с предварительным убыванием

§косвенные с увеличением.

Прямая адресация достигает всего информационного пространства. Режим косвенного с перемещением достигает 63 адресов с базового адреса, указанного по Y- или Z-регистру.

При использовании режимов косвенной адресации регистров с автоматическим предварительным увеличениями и уменьшением, регистры X, Y и Z адреса уменьшаются или увеличиваются. [4]

Память программ предназначена для хранения команд, управляющих функционированием микроконтроллера. Память программ также часто используется для хранения таблиц констант, не меняющихся во время работы программы. Как уже было сказано, память программ представляет собой электрически стираемое ППЗУ (FLASH ПЗУ). В связи с тем, что длина всех команд S_END+1, то FLASH 32 регистра общего назначения, 64 регистра ввода/вывода, 160 доп. регистров ввода/вывода, внутреннее статическое ОЗУ, внешнее статическое ОЗУ, кратна одному слову (16 бит), память программ имеет 16разрядную организацию. Соответственно, объем памяти микроконтроллеров семейства составляет от 4К (4×1024) до 64К (64×1024) 16-разрядных слов.

Логически память программ разделена на две неравные части - область прикладной программы и область загрузчика.

В последней может располагаться специальная программа (загрузчик), позволяющая микроконтроллеру самостоятельно управлять загрузкой и выгрузкой прикладных программ. Если же возможность само программирования микроконтроллера не используется, прикладная программа может располагаться и в области загрузчика. Для адресации памяти программ используется счетчик команд (PC - Program Counter). Размер счетчика команд составляет 12…16 разрядов, в зависимости от объема адресуемой памяти. По адресу $0000 памяти программ находится вектор сброса.

После инициализации (сброса) микроконтроллера выполнение программы начинается с этого адреса (по этому адресу должна размещаться команда перехода к инициализационной части программы). Начиная с адреса $0002 памяти программ, располагается таблица векторов прерываний. Размер этой области зависит от модели микроконтроллера. При возникновении прерывания после сохранения в стеке текущего значения счетчика команд происходит выполнение команды, расположенной по адресу соответствующего вектора. Поэтому по этим адресам располагаются команды перехода к подпрограммам обработки прерываний. В моделях используются команды абсолютного перехода (JMP).

В отличие от микроконтроллеров AVR других семейств в большинстве микроконтроллеров семейства Mega положение вектора сброса и/или таблицы векторов прерываний может быть изменено. Они могут располагаться не только в начале памяти программ, как описано выше, но и в начале области загрузчика. Если прерывания в программе не используются либо таблица векторов прерываний располагается в области загрузчика, то основная программа может начинаться непосредственно с адреса $0001.

Как известно, память программ может использоваться не только для хранения кода программы, но также и для хранения различных констант. Для пересылки байта из памяти программ в память данных имеется две специальных команды - LPM. При использовании команды LPM адрес, по которому производится чтение, определяется содержимым индексного регистра Z. При этом старшие 15 разрядов содержимого регистра будут определять адрес слова (0…32К), а младший разряд будет определять, какой из байтов будет прочитан: «0» - младший байт, «1» - старший байт. [4]- Двухпроводной последовательный интерфейс идеально подходит для типичных приложений микроконтроллера. Протокол TWI позволяет разработчику системы объединить до 128 различных устройств с использованием только двух двунаправленных линий шины, один для синхронизации (SCL) и один для данных (SDA). Только внешние аппаратные необходимый для осуществления автобус является единственным нагрузочный резистор для каждой из линий шины TWI. Все устройства, подключенные к шине, имеют индивидуальные адреса, а также механизмы для разрешения разделения шин присущи протоколу TWI. [4]- последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, предназначенный для обеспечения простого и недорогого высокоскоростного сопряжения микроконтроллеров и периферии. SPI также иногда называют четырёхпроводным интерфейсом.- универсальный асинхронный приёмопередатчик. Узел вычислительных устройств, предназначенный для организации связи с другими цифровыми устройствами. Преобразует передаваемые данные в последовательный вид так, чтобы было возможно передать их по цифровой линии другому аналогичному устройству. Представляет собой логическую схему, с одной стороны подключённую к шине вычислительного устройства, а с другой имеющую два или более выводов для внешнего соединения. [4]COMPARATOR - аналоговый компаратор сравнивает входные значения на положительном контактном AIN0 и отрицательном зажиме AIN1. Когда напряжение на положительном контактном AIN0 выше, чем напряжение на отрицательном зажиме AIN1, аналоговый выход компаратора, ACO, устанавливается. Выход компаратора может быть установлен триггер, чтобы вызвать функцию входного захвата Таймера / счетчика. Кроме того, компаратор может вызвать отдельные прерывания, исключительно для аналогового компаратора. Пользователь может выбрать прерывание запуска на выходе компаратора - подъем, падение или переключение. [4]

.4 Описание используемых внешних устройств

Фототранзистор - это фоточувствительный полупроводниковый прибор, подобный полевому или биполярному транзистору. Разница заключается в том, что в его корпусе предусмотрено прозрачное окно, через которое световой поток попадает на кристалл. В отсутствии внешнего освещения - транзистор закрыт и ток коллектора ничтожно мал. При попадании лучей света на переход базы, транзистор открывается и коллекторный ток резко возрастает.

Главным параметром, за которым надо следить при разработке схем на фототранзисторах - это коллекторный ток. Чтобы не превышать его норму, нужно ставить достаточное количество сопротивлений в коллекторе/эмиттере.

В нашем случае мы использовали двухвыводной транзистор. В этих транзисторах имеется доступ только к коллектору и эмиттеру. Это, конечно, затрудняет стабилизацию рабочей точки и транзистор становится более уязвимым к условиям окружающей среды. Испытательное напряжение на его зажимах не должно превышать порядка 0,7В. Оптический датчик изображен на рисунке 2. [1]

Рисунок 2 - Оптический датчик

Если механически объединить несколько одноразрядных семисегментных индикаторов в одном корпусе, то получится многоразрядный семисегментный индикатор. С его помощью можно отображать не только целые числа, но и числа с десятичной дробью, а также простые надписи, сообщения, стилизованные рисунки.

В промышленных многоразрядных семисегментных индикаторах электрические соединения между отдельными модулями выполняются внутри корпуса, а наружу выводятся 7 линий для сегментов «А»…«Н», линия для точки «DP» (опционно, может отсутствовать) и 2…9 линий для выбора знакоместа. Различают многоразрядные индикаторы с активным НИЗКИМ (общий катод) и с ВЫСОКИМ (общий анод) уровнем.

Самодельную многоразрядную сборку легко изготовить в домашних условиях физической компоновкой «друг к другу», «бок в бок» нескольких одноразрядных семисегментных индикаторов. Электрические связи между ними выполняют жгутом параллельных проводов, исключение составляют отводы от общего катода или анода, которые выводятся отдельно из каждой индикаторной «восьмёрки». Сборные и монолитные многоразрядные семисегментные индикаторы имеют идентичную схемотехнику подключения к MK. В многоразрядных индикаторах широко применяется технология мультиплексирования. Это означает, что в каждый момент времени светится только один индикатор, остальные погашены. Если зажигать индикаторы по кругу с частотой обновления 16…25 Гц (рекомендуется 50….150 Гц), то за счёт инерционности зрения будет казаться, что изображение на табло неподвижное. Мультиплексирование предполагает генерацию «бегущей единицы» или «бегущего нуля» на тех выходах MK, которые связаны с выбором знакоместа индикатора. Соответственно на линиях управления сегментами должны в таком же темпе синхронно выставляться низкие/высокие уровни образов цифр или букв. Чтобы не было «паразитных» засветок при переходных процессах, рекомендуется в момент смены знакоместа на короткое время формировать пробел, то есть программно на несколько микросекунд полностью гасить индикатор.

Мультиплексирование требует повышенного импульсного тока через единичные излучатели, иначе будет снижаться общая яркость изображения. Теоретически импульсный ток должен увеличиваться прямо пропорционально числу знакомест. На практике ограничиваются током в импульсе 40…120 мА при среднем токе за один период не более 20…25 мА. Если многоразрядный семисегментный индикатор подключается к MK напрямую, то в статическом режиме ток не должен превышать 20…25мА на одну линию порта, а импульсный ток при динамической индикации не должен превышать 40 мА. Чтобы снять ограничения по току, ставят буферные ключи на транзисторах или на микросхемах с повышенной нагрузочной способностью. Семисегментный индикатор изображён на рисунке 2. [1]

Рисунок 2 - Семисегментный многоразрядный индикатор

.5 Описание алгоритма работы программы

Подключаем библиотеку для контроллера Atmega32. Задаём переменные.

Настраиваем порты на ввод и вывод. В основной программной части настраиваем стек, затем инициализируем прерывания для счётчика. Настраиваем счётчик.

Вводятся данные с порта А и ЖКИ проверяет таймер и счётчик. Если объект появился, то на индикатор выводится число. Если нет, то возвращаемся к вводу данных, проверки счётчика и датчика.

Принципиальная схема устройства контроля движения автомобилей по автомагистрали. К контроллеру подключен оптический датчик к выводу PA0, а семисегментный индикатор к выводам PC0- PC 7 и PD0- PD3.

Оптический датчик, подключенный к аналоговому входу, излучает свет, за счёт которого фиксирует появление каждого нового автомобиля на магистрали в течение дня. Затем преломленный объектом луч возвращается на выход оптического датчика, с помощью рефлектора. От оптического датчика на входы АЦП поступает аналоговый сигнал. АЦП преобразует этот сигнал в цифровой.

Далее, данные с преобразователя идут на встроенный в контроллер таймер\счётчик, который фиксирует поступивший на него цифровой сигнал и эти данные отправляются на порты ЖКИ-индикатора. Счётчик сбрасывает предыдущее значение, и вся процедура повторяется заново.

Рисунок 3 - Принципиальная схема устройства

2. Расчётная часть

.1 Код программы на языке СИ

- программа, представляющая собой интегрированную среду разработки ПО для AVR микроконтроллеров.

Из основных достоинств CodeVisionAVR можно отметить то, что он не слишком сложен для самостоятельного освоения, поддерживает все многочисленное семейство микроконтроллеров AVR (включая чипы с ядром ATxmega), формирует емкий и результативный программный код. Помимо компилирования среда разработки способна записать созданную программу в память микроконтроллера. Модуль прошивки может взаимодействовать со всеми популярными программаторами (AVR910, STK200/300 и многими другими). Редактор позволяет работать с двумя проектами одновременно, размещать закладки, настраивать время автоматического сохранения результатов. [17]

Код программы:

#include<mega32.h> // библиотека контроллера

#include<delay.h> // антидре без г контактов

unsigned char =0x06,// 1=0b1011011,//2=0b1001111,//3=0b1100110,// 4=0b1101101;//5=0b1111101,// 6=0b0000111,//7=0b1111111,//8 =0b1101111;//9char count; //номериндикатора[TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void)main(void)

{=0x00;

PORTA=0xFF;=0xFF;// порт С на выход =0x00;//сегменты не светятся =0x0f;// порт D на выход =0x00;//индикаторы не выбраны =0x01;//прерывание по переполнению =0x01;// коэффициент предделителя 1

#asm("sei")//разрешение прерываний(1){&=0xFF;//выключаем все индикаторы

PORTC&=0x00; =0b11111110; //1 индикатор(PINA==0b11111110){(count==1)PORTC=c1;if(count==2)PORTC=c2;if(count==3)PORTC=c3;if(count==4)PORTC=c4;if(count==5)PORTC=c5;if(count==6)PORTC=c6;if(count==7)PORTC=c7;if(count==8)PORTC=c8;if(count==9)PORTC=c9;}_ms(150); // задержка

count++; // бесконечный цикл}}

При компиляции программы в CodeVision были получены результаты, которые представлены на рисунке 4.

Рисунок 4 - результаты компиляции

На рисунке 5 видно, что программа выполнена без ошибок. Объем памяти выделяемой под стек - 512 байт. Аппаратный стек - 1536 байт.

Рисунок 5 - окно компиляции

Программа Proteus представляет собой мощную систему схемотехнического моделирования, сделанной на основе виртуальных моделей электронных элементов. Специфической чертой данного программного пакета (Proteus) - есть отличная возможность моделирования различной работы программируемых устройств: микропроцессоров, контроллеров, DSP и т.д. [18]

Модель устройства контроля движения автомобилей по автомагистрали изображена на рисунке 6. К МК подключен семисегментный ЖКИ и кнопка, имитирующая работу датчика.

При нажатии кнопки устройство начинает работать, а именно подсчитывать импульсы и выводить данные на ЖКИ количество проехавших машин.

Рисунок 6 - Схема эмуляции

2.2 Создание библиотеки компонентов в Pattern.exe, Symed.exe(P- CAD)

P-CAD - мощная система автоматизированного проектирования печатных плат радиоэлектронных и вычислительных устройств.

Программа способна выполнить весь цикл разработки печатных плат, интерактивное размещение элементов и автотрассировку проводников, поиск ошибок на любой стадии проекта, подготовку документации, проверку целостности всех сигналов, анализ перекрестных искажений.CAD состоит из двух автономных модулей - Schematic (редактор электрических схем) и PCB (редактор печатных плат). Проекты схем могут содержать до 999 листов, а проекты плат - до 999 слоев размером 60х60 дюймов. Существуют возможности интерактивной разводки дифференциальных пар для минимизации электромагнитных помех, мультимаршрутная трассировка по заданным параметрам, ортогональное перетаскивание проводников. Кроме основных подпрограмм P-CAD имеет вспомогательные: Library Executive (менеджер библиотек), Symbol Editor (редактор символов элементов), Pattern Editor (редактор посадочных мест, корпусов элементов) и некоторые другие. Библиотеки P-CAD хранят более 27 тысяч элементов, сертифицированных по стандарту ISO 9001. Полностью поддерживаются форматы Gerber и ODB++.

Система автоматизированного проектирования использует англоязычный интерфейс. Проверенных или официальных русификаторов нет. Использование шрифтов True Type позволяет делать надписи на русском языке. [19]

.Создание контактных площадок компонентов в редакторе PatternEditor:

МК имеет 40 выводов. Так как у микроконтроллера корпус PDIP контактные площадки не могут быть более 0,8 мм, поэтому предусматриваем посадочное место диаметром 0,6 мм. Шаг между выводами 0, 254 мм. Размер контроллера 5,40х13,80 мм. Посадочное место МК изображено на рисунке 7.

Рисунок 7 - Посадочное место контроллера

Посадочное место оптического датчика изображено на рисунке 8. Датчик имеет 1 контактную площадку. Сам датчик находится за пределами печатной платы, подключаясь с помощью электрического провода. Размер 50х18 мм.

Рисунок 8 - посадочное место оптического датчика

ЖКИ индикатор имеет 28 выводов. Размер индикатора. Посадочное место ЖКИ изображено на рисунке 9.

Рисунок 9 - посадочное место ЖКИ

К ЖКИ подключены подтягивающие резисторы. Посадочное место резитора изображено на рисунке 10.

Рисунок 10 - посадочное место резистора

Посадочное место питания и земли изображено на рисунке 11.

Рисунок 11 - посадочное место питания и земли

.Создание символов компонентов в редакторе SymbolEditor:

Микроконтроллер имеет 40 выводов и размер 5,40 х 13,80 мм. Символ микроконтроллера изображен на рисунке 12.

Рисунок 12 - Микроконтроллер

Символ ЖКИ индикатора 37,6 х 19. ЖКИ изображён на рисунке 13.

Рисунок 13 - ЖКИ индикатор

Резистор имеет размеры 8х2,54 мм. изображён на рисунке 14.

Рисунок 14 - резистор

Оптический датчик имеет размеры 50х18 мм. Изображён на рисунке 15.

Рисунок 15 - Оптический датчик

Источник питания на 5В имеет размеры 52х24 мм. Изображён на рисунке 16.

Рисунок 16 - источник питания

2.3 Схема печатной платы устройства в редакторе PCB.exe

Так как P-CADявляется бесплатным программным обеспечением - автоматическая трассировка не возможна (возможно только при покупке лицензии), поэтому схема проекта печатной платы создана сразу с ручной трассировкой.

На рисунке 17 видно, что плата имеет 2 стороны, перемещение с верхней стороны на нижнюю осуществляется через монтажное отверстие.

ПП построена в соответствии с реальными размерами компонентов. Имеет размер 80х120 мм. Шаг сетки - 2,5 мм.

Рисунок 17 - печатная плата устройства с трассировкой

2.4 Выбор материала печатной платы

Ниже приводится результаты выбора материала для изготовления печатной платы.

Для изготовления печатной платы могут быть применены фольгированные стеклотекстолиты марок: FR-4, Rogers 4350, СТНФ, СФ-2.

Стеклотекстолит - представляет собой слоистый стеклопластик, отличающийся особой упругостью и износостойкостью. Производится стеклотекстолит методом горячего прессования из пропитанной синтетической смолой стеклоткани.

Стеклотекстолит долговечен, стойкий к истиранию и воздействию химических реагентов, он отличается низким водопоглощением и хорошими диэлектрическими характеристиками. По прочности, теплостойкости и стойкости к контакту с агрессивными средами данный материал значительно превосходит текстолит.

Стеклотекстолит превосходит гетинакс по огнеупорности, прочности, сцеплению с фольгой и ряду других параметров, важных для электроники.

Выбор материалов произведен, по комплексной оценке, по группе основных параметров нескольких типов материалов.

Комплексный показатель качества Q варианта технического решения записывается в виде:

(1)

где - весовые коэффициенты, определяющие значимость каждого из n дифференциальных показателей качества варианта, ai - нормированные значения показателей.

Выбор марки фольгированного материала будет производиться по следующим параметрам:

-относительной диэлектрической проницаемости ;

-тангенсу угла диэлектрических потерь tg;

-плотности материала ;

-коэффициенту теплопроводности материала ;

-пределу прочности на изгиб .

Значения названных параметров для перечисленных выше марок материалов приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры для выбора марки фольгированного материала

Марка. МатериалаТангенсу угла диэлектрических потерь tgПлотности материала , г/см3Коэффициенту теплопроводности материала Вт/(м.К)Предел прочности на изгиб ,МПаFR-40,051,850,480СТНФ0,0342,470,378СФ-20,071,790,342,3Rogers 43500,072,250,470

Параметры марок материалов приводятся к тенденции понижения качества. С этой целью коэффициент теплопроводности материала и предел прочности на изгиб заменяются на обратные величины (так как их увеличение приводит к повышению качества изделия). Результаты приведем в таблице 3.

Таблица 3 - Параметры для выбора марки фольгированного материала

Марка МатериалаОтносительная диэлекрическая проницаемость Тангенсу угла диэлектриских потерь tgПлотности материала , г/см3Коэффициенту теплопроводности материала 1/, (м.К)/ВтПредел прочности на изгиб 1/, 1/МПаFR-450,051,852,50,0125СТНФ5,30,0342,473,330,0128СФ-270,071,793,330,0236Rogers 43505,40,072,252,50,0143

Нормирование дифференциальных показателей производится по формуле 2:

(2)

где aimax - максимальное из значений i-го дифференциального показателя для сравниваемых элементов.

Выбор весовых коэффициентов производится в однобалльной системе.

(3)

Повышенные требования предъявляются к прочности печатной платы поэтому весовой коэффициент полагаем равным 0,3. Также одним из важных параметров материала печатной платы является коэффициент теплопроводности, от которого зависят показатели теплового режима передатчика, поэтому = 0,3. Для тангенса угла диэлектрических потерь, плотности материала и относительной диэлектрической проницаемости соответственно принимаем = 0,2, = 0,1, = 0,1.

Рассчитываем комплексный показатель качества для выбранного материала по формуле 1:

Q = 0,1*1 + 0,2*1 + 0,1*0,724 + 0,3*1 + 0,3*1= 0,900

Аналогично выбирается материал для изготовления деталей корпуса. Предполагается, что корпус будет изготовлен методом штамповки-гибки из листовых металлических материалов.

Выбор марки материалов корпуса передатчика будет производиться по следующим параметром:

-температурный коэффициент линейного расширения ;

-модуль упругости Е;

-плотности материала ;

-коэффициенту теплопроводности материала ;

-пределу прочности на изгиб .

Для изготовления основания и крышки корпуса могут быть использованы сплавы алюминия марок: Д16, Д18, АД1, Амц. Параметры названных материалов приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Параметры марок для изготовления основания и крышки корпуса

Марка материалаТемпературный Коэф. Линейного расширения, Модуль упругости Е, МпаПлотности материала , г/см3Коэффициенту теплопроводности материала ,Вт/(м.К)Предел прочности на изгиб ,МПаД1622,9720002,8146460Д1820,3710002,76172300АД124710002,71216150АМЦ23,2700002,73180220

Таблица 5 - Параметры марок для выбора марки фольгированного материала

Марка МатериалаТемпературный Коэф. Линейного расширения, Модуль упругости Е, МПаПлот. материала , г/см3Коэффициенту теплопроводности материала 1/, (м.К)/ВтПредел прочности на изгиб 1/, 1/МПаД1622,9720002,80,010,002Д1820,3710002,760,0060,003АД124710002,710,0050,007АМЦ23,2700002,730,0060,05

Нормирование дифференциальных показателей производится по формуле:

(4)

Результаты нормирования приводится в таблице 6.

Таблица 6 - Результаты нормирования дифференциальных показателей

Марка материалаТемпературный К линейного расширения, *Модуль упругости Е*Плотности материала *Коэффициенту теплопроводности материала (1/ )*Предел прочности на изгиб (1/ )*Д160,9541110,040Д180,8450,9860,9850,6000,060АД110,9860,9670,5000,140АМЦ0,9660,9720,9750,6001

Для данного проекта по требуемым параметрам был выбран сплав марки Д18. Это высокопрочный сплав с низкой устойчивостью к коррозии. Для коррозийной защиты листы сплава плакируются слоем технического алюминия.

Значения параметров приведены к тенденции повышения качества, нормирование параметров произведено по формуле 1. При значениях весовых коэффициентов = 0,2, = 0,1, = 0,1, = 0,3, = 0,3 рассчитаны комплексные оценки качества.

Q = 0,1*0,845+0,2*0,986 + 0,1*0,985 + 0,3*0,600 + 0,3*0,060= 0,422

Таким образом, для изготовления печатной платы используются фольгированный стеклотекстолит СФ-2, для изготовления основания и крышки корпуса - сплав Д18.

В качестве фольги, используемой для фольгирования диэлектрического основания можно использовать медную. Медная фольга выпускается различной толщины. Стандартные толщины фольги наиболее широкого применения - 17,5; 35; 50; 70; 105 мкм. Во время травления меди по толщине, травитель воздействует также на медную фольгу со стороны боковых кромок под фоторезистом, вызывая так называемое подтравливание. Чтобы его уменьшить обычно применяют более тонкую медную фольгу толщиной 35 и 17,5 мкм. Выбираем толщину фольги 17,5 мкм. Таким образом получаем материал для печатной платы СФ-2-17,5. [2]

.5Выбор класса точности печатной платы

По конструкции печатные платы бывают односторонние, двусторонние и многослойные. ГОСТ 23751-86 устанавливает пять классов точности печатных плат в соответствии со значениями основных параметров и предельных отклонений элементов конструкции. [2]

Наименьшие номинальные значения основных размеров элементов конструкции печатных плат для узкого места в зависимости от класса точности приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Номинальные значения параметров для класса точности

Условное обозначениеНоминальное значение основных параметров для класса точности12345t, мм0,750,450,250,150,10S, мм0,750,450,250,150,10b, мм0,300,200,100,050,025γ *0,400,400,330,250,20

* γ - отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированных отверстий к толщине печатной платы.

Печатные платы обладают электрическими и конструктивными параметрами.

К электрическим параметрам относятся:

  • t - ширина печатного проводника
  • S - расстояние между печатными проводниками
  • b - радиальная ширина контактной площадки
  • R - сопротивление печатного проводника;
  • C - емкость печатного проводника;
  • L - индуктивность печатного проводника.
  • К конструктивным параметрам печатных плат относятся:
  • размеры печатной платы;
  • диаметры и количество монтажных отверстий;
  • диаметры контактных площадок;

- минимальное расстояние между центрами двух соседних отверстий для прокладки нужного количества проводников.

Выбрав материал печатной платы, определяем ширину печатного проводника по формуле 1:

= 0,8 /0,0175*0,0118 = 0,50мм (1)

где I - ток, А, протекающий по проводнику;

h - толщина фольги, мм;

j - плотность тока, А/мм2.

Максимально допустимая плотность тока для печатного проводника нашего устройства следующая:

А/мм2 для внешних слоев печатной платы специальной аппаратуры

J=I/S(2)

J= 20/1689,52=0,0118 А/мм2

Минимальное расстояние между печатными проводниками определяется из соображений обеспечения электрической прочности. Значения допустимых рабочих напряжений между элементами проводящего рисунка, расположенные на наружном слое печатной платы, приведены в таблице 8. [2]

Таблица 8 - Расстояние между элементами проводящего рисунка

Расстояние между элементами проводящего рисункаЗначение рабочего напряжения, ВГФСФОт 0,1 до 0,2 мм-25Св.0,2 '' 0,3 ''3050'' 0,3 '' 0,4 ''100150'' 0,4 '' 0,7 ''150300'' 0,7 '' 1,2 ''300400'' 1,2 '' 2,0 ''400600

Так как рабочее напряжение будет равняться 25 В, то на данной печатной плате расстояние между элементами проводящего рисунка будет 0,2 мм.

Плата соответствует 3 классу точности.

Выбрав класс точности изготовления печатной платы, можно определиться со способом изготовления печатной платы.

Сопротивление печатного проводника рассчитывается по формуле (3):

(3)

R =0,025*0,31/0,50*0,0175=0,140 Ом

где ρ - удельное сопротивление меди, Ом·мм2/м;

l - длина проводника, м.

Удельное сопротивление меди зависит от метода изготовления проводящего слоя. Если проводники формируются методом химического травления фольги, то удельное сопротивление меди будет равно 0,0175 Ом·мм2/м, а при электрохимическом наращивании меди пленка более рыхлая и удельное сопротивление равно 0,025 Ом·мм2/м, при комбинированном методе изготовления печатной платы, когда проводники получаются методом химического травления, а металлизация отверстий производится методом электрохимического наращивания, удельное сопротивление будет равно 0,020 Ом·мм2/м. [2]

2.6Определение конструктивных параметров платы

Для выбора размеров печатной платы необходимо определить ее площадь. Площадь можно определить по формуле 3, как

(3)

где FЭРЭ - площадь, занимаемая электрорадиоэлементами (ЭРЭ);

FТО - площадь, занимаемая технологическими и/или крепежными отверстиями;

FСВ - площадь, которую не должны занимать электрорадиоэлементы по конструктивным соображениям [таблицы 5 и 10];

КЗ - коэффициент заполнения печатной платы, обычно берется в пределах 0,3-0,8.

Площадь, занимаемая ЭРЭ, определяется по установочным размерам электрорадиоэлементов. Для упрощения расчетов исходные данные целесообразно занести в таблицу 9. [3] [4] [5]

Таблица 9 - Установочные размеры электрорадиоэлементов

Тип ЭРЭКол-воПлощадь, занимаемая одним ЭРЭПлощадь, занимаемая всеми ЭРЭATMega 321723,12723,12С2-29в 0.125928252BC56-11SRWA1714,4714,4Итог1689,52

(4)

где dТО - диаметр технологических и/или крепежных отверстий;

n - количество отверстий.

Fтo = 3,14*0,9*111/4 = 78,42 мм2

Посчитав площадь печатной платы, необходимо выбрать размеры платы согласно ГОСТ 10 317-79.

С учетом размера краевого поля и обеспечения теплового режима, выбираем размер платы 80х120 мм. Полученные размеры платы не расходятся с размерами, рекомендованными к применению ГОСТ 10.317-79.

После выбора размеров печатной платы определить реальный коэффициент заполнения печатной платы по формуле 5:

(5)

где и выбранные размеры печатной платы.

Диаметры монтажных отверстий должны быть несколько больше диаметров выводов ЭРЭ, причем dО = dВ + D, при d> 0,8 мм Δ = 0,3 мм.

ATmega32 do = 0,5 + 0,3 = 0,8 мм, где dВ = 0,8 мм из ГОСТа 29137-91

ЖКИ индикаторdo = 0,5 + 0,3 = 0,8 мм, где dВ = 0,5 мм

Оптический датчикdo = 0,7 + 0,3 = 1 мм, где dВ = 0,7 мм

Резисторdo = 0,6 + 0,3 = 0,9 мм, где dВ = 0,6 мм из ГОСТа 12661-67

Рекомендуется на плате иметь количество размеров монтажных отверстий не более трех. Поэтому диаметры отверстий, близкие по значению, увеличивают в сторону большего, но так, чтобы разница между диаметром вывода и диаметром монтажного отверстия не превышала 0,4.

Диаметры контактных площадок определяются по формуле:

где b - радиальная ширина контактной площадки, мм;

Δd - предельное отклонение диаметра монтажного отверстия, мм;

Тd - значение позиционного допуска расположения осей отверстий, мм;

ТD - значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок, мм.

Таблица 10 - Предельное отклонение диаметра монтажного отверстия

Предельно отклонение Δdмм. Наличие металлизацииПредельно отклонение диаметра Δd, мм. Для класса точности123До 1,0б/метал.±0,10±0,10±0,05с метал.б/оплавл.+0,05;-0,15+0,05;-0,15+0;0,10С метал.и оплавл+0,05; -0,18+0,05; -0,18+0;-0

Copyright © 2018 WorldReferat.ru All rights reserved.