Цифровий дозиметр (стр. 1 из 4)

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 базімікроконтролерів.

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.

RISCМК 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 (ReducedInstructionSetComputer) архітектуру.

Особлівістю МК, виконаних за RISCархітектурою є ті, що всі команди виконуються за один-три такти, тоді як в CISCконтролерах - за один-три машинних циклі, кожний з яких складається з кількох тактів, наприклад для і80х51 - з 12 тактів. Тому RISCконтролері мають значно більшу швидкодію. Однак повніша система команд CISCконтролерів 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 AVRфірми Atmel, МК PIC16 і PIC17 (PeripheralInterfaceController) фірми Microchip і інші.

RISCМК 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 CISCМК 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 RISCархітектура

· 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 Atmega8має 23 регістри вводу/виводу, які іменовані, як:

PortB (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.

PortC (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.

PortD (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.