Радиолокационное устройство предупреждения аварийных ситуаций при движении по трассе

Рисунок 2 - Структурные схемы микроконтроллеров AVR в 1997 и 2003 годах

AVR - это относительно молодой продукт корпорации Atmel. В этой линии микроконтроллеров общего назначения постоянно появляются новые кристаллы, обновляются версии уже существующих микросхем, совершенствуется и расширяется программное обеспечение поддержки. Первое официальное издание - каталог Atmel, посвященный AVR, - был датирован маем 1997 года. Второе, существенно расширенное издание каталога, вышло в августе 1999 года [1], и в него уже были включены все три семейства AVR - "tiny", "classic" и "mega". И до сих пор более "свежей" версии каталога в печатном виде не существует, постоянно обновляются и добавляются лишь технические данные в электронном виде (DataSheet), которые Atmel Corp. регулярно размещает на своей информационной странице по AVR в Интернете и за которыми нужно постоянно следить. На этой странице также публикуются замеченные ошибки в кристаллах (Errata Sheet), списки микроконтроллеров, планируемых к снятию с производства, а также другая полезная информация. Все внесенные изменения на сайте корпорации за последние 30 дней отражаются на странице "What's Changed" (www.atmel.com/dyn/general/updates.asp). Также выпускается полная электронная техническая библиотека по всей продукции Atmel. Ее последняя версия (сентябрь 2003) вышла на двух CD-ROM. В дополнение к этой библиотеке для микроконтроллеров AVR ежемесячно издается отдельный диск "AVR Software and Technical Library", содержащий все существующие документы по микроконтроллерам AVR и программное обеспечение поддержки. В 2004 году корпорация Atmel планирует размещать содержимое этого CD на своем FTP-сайте.

Сама идея создания нового RISC-ядра родилась в 1994 году в Норвегии. В 1995 году два его изобретателя Альф Боген (Alf-Egil Bogen) и Вегард Воллен (Vegard Wollen) предложили корпорации Atmel выпускать новый 8-разрядный RISC-микроконтроллер как стандартное изделие и снабдить его Flash-памятью программ на кристалле. Руководство Atmel Corp. приняло решение инвестировать данный проект. В 1996 году был основан исследовательский центр в городе Тронхейм (Норвегия). Оба изобретателя стали директорами нового центра, а микроконтроллерное ядро было запатентовано и получило название AVR (Alf - Egil Bogen + Vegard Wollen + RISC). Первый опытный кристалл 90S1200 был выпущен на стыке 1996-1997 годов, а с 3 квартала 1997 года корпорация Atmel приступила к серийному производству нового семейства микроконтроллеров и к их рекламной и технической поддержке. Первый специализированный технический семинар по AVR состоялся в октябре 1997 года в городе Нетания (Израиль). Тогда в семейство AVR входило всего четыре базовых кристалла с объемами Flash-памяти программ от 1 до 8 кбайт. Первые опытные промышленные партии микросхем содержали много ошибок, технологических и архитектурных недочетов. Бывало даже, что пластмассовые корпуса микроконтроллеров иногда деформировались от перегрева кристалла, когда порты ввода-вывода "защелкивались" в линейном режиме. Множество нареканий было к устойчивости работы AVR в условиях сильных электромагнитных помех, часто терялось содержимое ячеек EEPROM и Flash-памяти программ при проблемах с напряжением питания микроконтроллеров и так далее. Тем не менее, новая платформа все же понравилась разработчикам во всем мире, ошибки и недочеты постепенно исправлялись и, начиная с 1998 года, началось активное внедрение AVR на микроконтроллерный рынок. В 2003 году Atmel Corp. торжественно отпраздновала крупное событие - количество выпущенных микросхем с ядром AVR превысило 500 миллионов штук! Сюда вошли не только микроконтроллеры AVR, выпускаемые как стандартные изделия. В это количество включены также специализированные микросхемы Atmel: изделия ASSP (управление приводами CD/DVD, микросхемы для цифровых фотоаппаратов, для счетчиков электроэнергии, для Wireless LAN, Bluetooth, комплектов IP-телефонии, системы на кристалле FPSLIC), микросхемы USB (семейство AT43), микроконтроллеры для изделий класса Smart Cards и ряд других специальных проектов.

В связи с постоянным ростом продаж AVR увеличиваются также инвестиции в это направление. Ежегодно проводятся технические семинары для дистрибьюторов (последний состоялся на "родине" AVR в Норвегии), растет число технических специалистов, осуществляющих поддержку этого направления в Atmel Corp. Так, в 1997 году команда AVR составляла не более 10 человек, сейчас это уже свыше 100 только в Норвегии, без учета технических специалистов по AVR в двух специализированных центрах (Франция и Финляндия). Постоянно улучшается сайт компании, появилась возможность размещать дополнительную техническую документацию по направлению.

Какое место занимают микроконтроллеры AVR на мировом рынке? В настоящее время заметная часть современного рынка микроэлектроники принадлежит микроконтроллерам и микропроцессорам общего назначения. По итогам 2002 года (данные независимых исследований компаний Semico и IC Insights) общая стоимость этой части рынка составляет $9,35 млрд, из которых 43% приходится на микроконтроллеры с Flash-памятью программ (или Flash-микроконтроллеры). Если перевести в штуки общую стоимость Flash-микроконтроллеров, то их количество составит 28% (рис. 2).

Рисунок 3 - Продажи микроконтроллеров в мире

Можно выделить две главных тенденции развития общего рынка микроконтроллеров. Во-первых, наиболее интенсивно развиваются высокопроизводительные 32-разрядные микроконтроллеры и микропроцессоры с богатыми периферийными возможностями. Рынок 4-разрядных микроконтроллеров практически стабилен и занимает не более 10% от общего объема продаж, хотя по количеству выпускаемых кристаллов на этот сегмент приходится не менее четверти всех выпускаемых в мире микроконтроллеров. Основную часть всех выпускаемых в настоящее время в мире изделий данного класса составляют микроконтроллеры разрядностью 16 и 8 бит. Во-вторых, исторически самый большой сегмент этого рынка - однократно программируемые (ОТР) и масочные микроконтроллеры - постоянно сокращается из-за быстрого развития и удешевления Flash-технологии и замещается Flash-версиями. По данным независимых исследований ожидается, что к 2007 году три четверти всех выпускаемых в мире микроконтроллеров с разрядностью от 32 до 4 бит будут иметь Flash-память программ на кристалле.

Рассмотрим подробнее 16- и 8-разрядные сегменты микроконтроллерного рынка. Мировые объемы выпуска 16-разрядных микроконтроллеров составляют на рынке 29% от его общей стоимости - $2,71 млрд. Темпы роста данного сегмента в 2002-2004 годах оцениваются на уровне не более 10%. При этом 50% общего количества выпускаемых 16-разрядных микроконтроллеров принадлежит именно Flash-микроконтроллерам. Из основных мировых лидеров здесь можно отметить Renesas (Hitachi + Mitsubishi), Infineon, Motorola и Texas Instruments. Эти четыре компании удерживают более 70% мирового рынка 16-разрядных микроконтроллеров (по данным IC Insight).

Но наиболее интересным представляется сегмент 8-разрядных микроконтроллеров. В 2002 и 2003 годах его стоимость составляла более $4 млрд. В каждом году этих микроконтроллеров производилось более 3,2 миллиардов штук. В данном сегменте 28% всего объема производства (в штуках) приходится на ОТР-микроконтроллеры, 45% - на масочные версии и 27% - на Flash-микроконтроллеры (34% всего сегмента по стоимости). При этом доля Flash-версий непрерывно растет и по оценкам независимых источников (Semico) составит к 2007 году до 64% общего количества выпускаемых в мире 8-разрядных микроконтроллеров. Средний прирост производства в этом сегменте планируется на уровне не менее 6-7% в год. Наиболее серьезными игроками на мировом рынке считаются Motorola (22%), Renesas (15%), Microchip (14%), ST Micro (9%) и Philips (8%) (рис. 3). Atmel находится здесь на почетном шестом месте с 6% долей рынка, одновременно лидируя в производстве именно Flash-микроконтроллеров. По итогам 2002 и 2003 годов доля Atmel составляет здесь 27%.

Рисунок 4 - Рынок 8-разрядных микроконтроллеров

Сама корпорация расценивает занимаемое ей шестое место в мире как большой успех. Дело в том, что Atmel продолжительное время выпускает микроконтроллеры и микропроцессоры всех разрядностей от 32 до 4 бит [2], но подлинный успех к компании пришел только после принятия стратегически верного решения объединить передовую Flash-технологию Atmel Corp. с популярным процессорным ядром MCS-51. Корпорация Atmel первой в мире в 1995 году реализовала электрически стираемые и программируемые Flash-микроконтроллеры семейства С51 как современную альтернативу уже существовавшим масочным версиям и дорогим перепрограммируемым кристаллам с ультрафиолетовым стиранием. Аналогичное решение было использовано и для AVR-микроконтроллеров. И Atmel Corp. сразу же вошла в группу лидеров на рынке 8-разрядных микроконтроллеров, потеснив такие известные фирмы, как Intel, Motorola, Philips и Siemens. Агрессивная ценовая политика компании довершила процесс вживания в "элиту" производителей 8-разрядных микроконтроллеров. Положение на рынке более или менее выровнялось только в 2000 году, когда остальные производители также стали выпускать Flash - микроконтроллеры. Но дело было уже сделано, и теперь Atmel имеет действительно законно заработанную долю рынка в размере 6%. Именно потому, что в этом сегменте Atmel является фигурой молодой и относительно новой, корпорация рассматривает данное положение как большой успех, который следует укреплять и развивать. Современная Flash-технология, "ноу-хау" Atmel, является тем базисом, на котором будет происходить дальнейшее укрепление позиций компании в растущем и перспективном секторе Flash-микроконтроллеров общего назначения.

Нельзя не упомянуть и о конкурентах Atmel. Первым "без сомнения" является компания Motorola. Это крупнейший производитель микропроцессоров и микроконтроллеров различного назначения высокой надежности с разрядностью от 8 до 64 бит. В настоящее время Motorola активно развивает 8-разрядное и 16-разрядное Flash-семейства (HCS08 и HCS12 соответственно) и планирует выпустить в 2004 году 14 новых микроконтроллеров. Вторым главным конкурентом Atmel является компания Microchip. Она представляет широкий спектр 8-разрядных RISC-подобных микроконтроллеров (всего более 180 различных наименований), среди которых имеются как ОТР, так и Flash-версии. Только в 2003 году Microchip выпустила 12 новых Flash-микроконтроллеров.

Рисунок 5 - Динамика роста продаж AVR в мире

У корпорации Atmel также есть собственный хороший сегмент рынка 8-разрядных микроконтроллеров. Компания Microchip традиционно доминирует на "low-end" рынке для низкостоимостных приложений (разнообразные охранные системы и системы доступа), а компания Motorola несомненно занимает лидирующие позиции в 16- и 32-разрядных сегментах рынка и в автомобильном секторе приложений. В этом смысле Flash - микроконтроллеры с архитектурами AVR и С51 производства Atmel Corp. отлично вписываются в среднюю нишу, на стык между 8- и 16-разрядными микроконтроллерами, где в полной мере можно использовать все несомненные преимущества Flash-технологии. Особенно это касается, конечно, микроконтроллеров AVR. На рис. 4 показаны темпы роста объемов продаж AVR за семь лет развития этой платформы, а на рис. 5 - распределение объемов продаж AVR по регионам за 2003 год. Примечательно, что на долю Азии приходится уже 44% (в 2000 году было менее 4%!), на долю США - 21% и на долю Европы - 35% всего объема продаж. Это говорит о колоссальном успехе AVR на рынках, где традиционно доминировали NEC и OKI (Азия), Motorola и Microchip (США) и Philips / Siemens (Европа). Естественно, такими же темпами росло и производство кристаллов AVR. Только за последние три года Atmel открыла в Европе три новых фабрики по производству кремниевых пластин.

Рисунок 6 - Распределение объемов продаж AVR по регионам

Для корпорации Atmel в настоящее время развитие и активное продвижение AVR является первостепенной задачей, самым приоритетным и инвестируемым направлением как минимум на ближайшие три года. Корпорация планирует и в дальнейшем уверенно лидировать в мировом производстве 8-разрядных Flash-микроконтроллеров, а собственную долю всего мирового рынка 8-разрядных микроконтроллеров довести до 20%. Для достижения этой очень непростой задачи Atmel Corp. собирается удвоить количество серийно выпускаемых стандартных микроконтроллеров в семействе AVR (сейчас их 20, а к концу 2004 года планируется выпускать уже 40). Одновременно планируется всемерно интегрировать усилия различных исследовательских центров. Например, новый кристалл mega128CAN11 с аппаратным модулем CAN, который появится в феврале 2004 года, разрабатывался уже совместно двумя центрами - в Финляндии и во Франции. Наконец, Atmel Corp. планирует кардинально перестроить свою информационную и рекламную деятельность, а также повсеместно пересмотреть организацию технической поддержки в регионах. Так, будет значительно увеличен и переквалифицирован штат FAE для более полной поддержки региональных дистрибьюторов, и в первую очередь в Европе. Активно создается сеть независимых консультантов по специальной программе "AVR Consultant Program". Проходящее заключительную фазу тестирования, новое оборудование по усовершенствованной технологии 0,35 мкм (0,35+) на трех фабриках корпорации позволит Atmel увеличить объемы выпуска AVR минимум на 50% уже к началу 3 квартала 2004 года.

Проанализировав эти данные, в качестве системы обработки данных был выбран микроконтроллер семейства типа МК-51 Atmel - AT89C51. Основными преимуществами этого прибора являются следующие:

- 4 кб встроенной перепрограммируемой Flash памяти

- работа на частотах от 0 до 40 МГц

- 128х8 бит ОЗУ

- 32 линии программируемых линий портов ввода/вывода

- два шестнадцати битных таймера счетчика

- шесть источников прерываний

- программируемый канал, совместимый с RS-232 (именно такой интерфейс имеет радар «Искра-1»)

- невысокая стоимость и серийность производства

4.3 Выбор пульта управления

При выборе пульта управления никаких особенных требований не выдвигалось. Поэтому основными критериями подбора можно считать удобство эксплуатации, достаточная механическая прочность и вариативность цветовой гаммы исполнения для органичного расположения в салоне автомобиля. Этим требованиям вполне удовлетворяют кнопки отечественного производства - КН1-I.

4.4 Выбор звуковой сигнализации

В качестве звуковой сигнализации можно выбрать абсолютно любую автомобильную сирену, так как ее единственное предназначение - оповещения водителя об опасности. Единственным требованием к ней является достаточная громкость. А именно не менее 100 дБ, чтобы водитель мог ее услышать на фоне городского шума.

4.5 Выбор панели индикации

Выбирая дисплей индикатора, остановимся на десятисигментном светодиодном индикаторе, который может отображать не только цифры, но и символы и полосу состояния (зеленая, желтая, красная - в зависимости от уровня опасности)

5 Составление функциональной схемы

Функциональную схему системы можно представить следующим образом (рисунок 7):

6 Разработка алгоритма

Рисунок 8

Таким образом, была разработана система, удовлетворяющая требованиям задания. Система построена на серийных элементах, имеющихся в свободной продаже. Общая стоимость является гораздо более низкой по сравнению с импортными аналогами. Основные трудности при установке касаются монтажа самого радара в головной части автомобиля. Возможны следующие варианты: крепление радара внутри салона автомобиля или монтаж его в подкапотном пространстве (за решеткой радиатора или где-нибудь в оптической части). Это уже зависит от особенностей конструкции автомобиля и пожеланий водителя. Исходя из хороших показателей всех элементов системы, можно сказать, что получившийся прибор должен обладать высокой надежностью и точностью. Очевидно, что массовый выпуск и внедрение этого прибора позитивно скажется на аварийной статистике среди транспортных средств, двигающихся по трассе.

Страницы: 1, 2, 3, 4