Цифровий дозиметр

Цифровий дозиметр

Міністерство освіти і науки України

Вінницький технічний коледж

ЦИФРОВИЙ ДОЗИМЕТР

Пояснювальна записка

до курсового проекту з дисципліни «Мікропроцесорні системи» за спеціальністю 5.091504 “Обслуговування комп'ютерних та інтелектуальних систем та мереж ”

ВТК5.091504 007 ПЗ

Розробив студент гр. 4ОК2

Гладкий А.В.

Вінниця ВТК 2009

ЗМІСТ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ

ВСТУП

1 АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ

2 РОЗРОБКА СХЕМИ ПРИСТРОЮ

2.1 Архітектура мікроконтролера

2.2 Розробка функціональної схеми

2.3 Вибір додаткових елементів схеми

3 РОЗРОБКА ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

3.1 Розробка алгоритму роботи

3.2 Організація пам'яті та розподіл адресного простору

3.3 Розробка програмного забезпечення

4 МОДЕЛЮВАННЯ РОБОТИ

ВИСНОВКИ

ЛІТЕРАТУРА

Додаток А. Повна структура мікроконтролера Amega8

Додаток Б. Граф-схема алгоритму функціонування пристрою

Додаток В. Функціональна схема пристрою

Додаток Г. Друкована плата пристрою

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ

АЛП - арифметико-логічний пристрій

АЦП - аналого-цифровий перетворювач

МК - мікроконтролер

МП - мікропроцесор

ОЗП - оперативно-запоминаючий пристрій

ПРФ - природній радіаційний фон

ЦАП - цифро-аналоговий перетворювач

ВСТУП

Пристрої вимірювання рівня радіації поділяються на Дозиметри. і Радіометри. Дозиметр - це пристрій який показує дозу отриманого радіоактивного випромінювання за час, на протязі якого пристрій знаходився біля точки випромінювання. Радіометр - це пристрій який визначає потужність (щільність) радіоактивного випромінювання, але такі пристрої як правило габаритні і використовуються тільки спеціальними службами. Тому в побуті більш доцільним є використання дозиметрів, а саме цифрових на базі мікроконтролерів - вони є більш надійні і продуктивніші.

Мікроконтролер (МК) - мікросхема, призначена для управління електронними пристроями [1]. Типовий мікроконтролер поєднує в собі функції процесора і периферійних пристроїв, може містити ОЗП і ПЗП. По суті, це однокристальний комп'ютер, здатний виконувати прості завдання. Використання однієї мікросхеми, замість цілого набору, як у разі звичайних процесорів, вживаних в персональних комп'ютерах, значно знижує розміри, енергоспоживання і вартість пристроїв, побудованих на базі мікроконтролерів.

З метою досягнення максимальної продуктивності і паралельності виконання операцій в AVR-МК використовується Гарвардська архітектура з роздільними пам'яттю і шинами програм і даних. Команди в пам'яті програм виконуються з однорівневою конвеєризацією. У процесі виконання однієї інструкції наступна попередньо зчитується з пам'яті програм. Дана концепція дозволяє виконувати одну інструкцію за один машинний цикл.

RISC МК характеризуються досить розвиненою системою команд, наприклад, МК серії і80х51 мають 111 команд. Однак аналіз програм показавши, що 20% з них використовується в 80% випадків, а дешифратор команд займає більше 70% площі кристалу. Команди достатньо складні і виконуються за різний час. Тому в розробників виникла ідея скоротити кількість команд, надати їм єдиний формат і зменшити площу кристала, тобто використати RISC (Reduced Instruction Set Computer) архітектуру.

Особлівістю МК, виконаних за RISC архітектурою є ті, що всі команди виконуються за один-три такти, тоді як в CISC контролерах - за один-три машинних циклі, кожний з яких складається з кількох тактів, наприклад для і80х51 - з 12 тактів. Тому RISC контролері мають значно більшу швидкодію. Однак повніша система команд CISC контролерів в деяких випадках сприяє економії годині виконання певних фрагментів програми та економії пам'яті програм.

Особлівості МК RISC архітектури

В процесорах з RISC-архітектурою набір команд, що виконуються, скорочений до мінімуму. До МК із RISC-процесором відносяться МК AVR фірми Atmel, МК PIC16 і PIC17 (Peripheral Interface Controller) фірми Microchip і інші.

RISC МК мають наступні характерні риси.

1. Всі команди мають формат фіксованої довжини (наприклад, 12, 14 або 16 біт).

2. Вібірка команди з пам'яті і її виконання здійснюється за один цикл (такт) синхронізації.

3.Система команд процесора припускає можливість рівноправного використання всіх регістрів процесора. В МК із RISC-процесором усі регістри (часто й акумулятор) розташовуються після адрес, що явно задаються. Це забезпечує додаткову гнучкість при виконанні ряду операцій.

На перший погляд, МК із RISC-процесором повинні мати більш високу продуктивність в порівнянні з CISC МК при одній і тій же тактовій частоті внутрішньої магістралі ВКМ. Однак на практиці питання про продуктивність більш складенні і неоднозначне.

1 АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ

При виконані даної курсової роботи було розроблено дозиметр на мікроконтролері.

В основі роботи пристрою лежить апаратно-програмний спосіб виміру радіації. Особливістю даного дозиметра є те, що він виконаний на мікроконтролері Atmega8 і має такі характеристики: 1) наявність 3-х режимів вимірювання(одиничний/циклічний/режим сну); 2) збереження даних в енергонезалежній пам'яті; 3) збереження на дисплеї значення попереднього вимірювання; 4) наявність звукової та світової індикації; 5) Регулювання рівня сигналізації тривоги. Для індикації значення вимірювання використовується двохрядковий англо-російський дисплей. При розробці даного пристрою керувалися тим, що він має забезпечувати високу точність, за рахунок спеціалізованої мікросхеми К561ЛА7, також він не повинен містити дефіцитних елементів, повинен забезпечувати високу надійність роботи, зручність використання.

2 РОЗРОБКА СХЕМИ ПРИСТРОЮ

2.1 Архітектура мікроконтролера

В якості мікроконтролера використовуємо МК фірми ATMEL: ATmega8.

Рисунок 2.1 - Розташування виводів

Вибраний тому, що він має такі характеристики:

· 8-розрядний високопродуктивний мікроконтролер AVR з малими потребами

· Прогресивна RISC архітектура

· Незалежна пам'ять програм і даних

· Вбудована периферія

· Спеціальні функції мікроконтролера

· Виводи I/O і корпуси

· Робоча напруга (4,5-5,5В)

· Робоча частота (0-16Мгц)

Мікроконтролери сімейства AVR мають єдину базову структуру [2]. Узагальнену структурну схему мікроконтролера ATmega8 зображено на рисунку 2.2. Повну структуру мікроконтролера зображено на додатку А.

Рисунок 2. 2 - Архітектура мікроконтролера ATmega8

До складу даного мікроконтролера входять:

· генератор тактового сигналу (GCK);

· процесор (CPU);

· постійний запам'ятовуючий пристрій для збереження програми виконаний за технологією Flash (FlashROM), яка містить -8 Кбайт внутрісистемно програмованої пам'яті і забезпечує 10000 циклів стирання/запис;

· оперативний запам'ятовуючий пристрій статичного типу для збереження даних (SRAM), який містить 1 Кбайт вбудованої пам'яті;

· постійний запам'ятовуючий пристрій для збереження даних, виконаний за технологією EEPROM, (EEPROM), який містить 512 байт і забезпечує 100000 циклів стирання/запис;

· набір периферійних пристроїв для вводу/виводу даних і керуючих сигналів, і виконання інших функцій.

- Два 8-розрядних таймера/лічильника з окремим попереднім дільником, один з режимом порівняння

- Один 16-розрядний таймер/лічильник з окремим попереднім дільником і режимами захвату і порівняння

- Лічильник реального часу з окремим генератором

- Три канали PWM

- 8-канальний аналого-цифровий перетворювач (у корпусах TQFP і MLF)

6 каналів з 10-розрядною точністю

2 канали з 8-розрядною точністю

- 6-канальний аналого-цифровий перетворювач (у корпусі PDIP)

4 канали з 10-розрядною точністю

2 канали з 8-розрядною точністю

- Байт орієнтований 2-проводний послідовний інтерфейс

- Програмований послідовний USART

- Послідовний інтерфейс SPI

- Програмований сторожовий таймер з окремим вбудованим генератором

- Вбудований аналоговий компаратор

До складу процесора (CPU) входять:

· лічильник команд (PC);

· арифметико-логічний пристрій (ALU);

· блок регістрів загального призначення (GPR, General Purpose Regіsters) і інші елементи.

o Крім регістрів загального призначення в мікроконторолері є регістри спеціальних функцій, що у сімействі AVR називаються регістрами вводу/виводу (І/O Regіsters, IOR). За участю цих регістрів здійснюються:

· керування роботою мікроконтролера і окремих його пристроїв;

· визначення стану мікроконтролера і окремих його пристроїв;

· ввід даних у мікроконтролер й окремі його пристрої.

o Кожен регістру має ім'я, пов'язане з функцією, яку виконує цей регістр. Мікроконтролер Atmega8 має 23 регістри вводу/виводу, які іменовані, як:

Port B (PB7…PB0) - Порт B є 8-розрядний двонаправлений порт вводу/виводу з внутрішніми резисторами натягнення. Вихідні буфери порту B можуть поглинати струм до 20мА. Якщо виводи PB7..PB0 використовуються як входи і ззовні встановлюються в низький стан, вони є джерелами струму, якщо включені внутрішні підтягаючі резистори.

Port C (PC5…PC0) - Пор C є 7-розрядний двонаправлений порт вводу/виводу з внутрішніми резисторами натягнення. Вихідні буфери порту С можуть поглинати струм до 20мА. Якщо виводи PС5…PС0 використовуються як входи і ззовні встановлюються в низький стан, вони є джерелами струму, якщо включені внутрішні підтягаючі резистори.

Port D (PD7…PD0) - Порт D є 8-розрядний двонаправлений порт вводу виводу з внутрішніми резисторами натягнення. Вихідні буфери порту B можуть поглинати струм до 20мА. Якщо виводи PD0..PD7 використовуються як входи і ззовні встановлюються в низький стан, вони є джерелами струму, якщо включені внутрішні підтягаючі резистори.

RESET - вхід скидання. Утримання на вході низького рівня протягом двох машинних циклів (якщо працює тактовий генератор), скидає пристій.

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-X83 16х9х5. 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. 2.4 показано як правильно мотати і кріпити трансформатор.

Рисунок 2.4 - Намотування та кріплення трансформатора

Страницы: 1, 2