Модуль управления кодовым замком

I.Вступ В нашчас комплекснамеханізаціяі автоматизаціявиробництвастають важливоюумовою економічногозросту країни.Розв’язокцих задачнеможливийбез швидкихтемпов розвиткуелектроніки,радіопромисловості,тобто всьоготого комплексугалузей, котрізадають технічнубазу для автоматизаціїта керування. Розвитокелектроніки,є однією ізпрогресивнихгалузей наукиі техніки, сприяєрозі’язвузадач фундаментальнихнауковихдослідженьі прикладнихпроблем, зв’язанихз науково-технічнимпрогрессом.За допомогоюелектроннихсистем здійснюєтьсяконтроль,керування ірегулювання,різними виробничимипроцесами іпристроями,вимір електричнихі неелектричнихвеличин, відбір,обробка і передачаінформаціїбудь-якогопризначення.Більшістьметодів дослідженняв різних сферахнауки і технікизв’язаноз використаннямелектроннихпристроїв. Сучаснізасоби електронноїтехніки виробляються,в основному,на основіінтегральнихмікросхем.Інтеграціярадіокомпонентівдозволила нетільки зменшитирозміри електронногоприладу івикористовуємуцим приладомпотужність,але і відкрилапринциповоновий етап врозвиткурадіоелектроніки,охоплюючийвсю сферуорганізаціївиробництва. Всьоголише десятиліттятому властивостямипрограмуванняхарактеризувалисьлише великіблоки і вузлирахувальнихі керуючихсистем, то наданний часцими особливостямиволодіє інтегральнаелементнаоснова (мікропроцесор,однокрестальнамікро-ЕОМ), щоі обгрунтовуєїї високіфункціональнівластивості.Правильневикористанняцих універсальнихВІС в народномугосподарствідозволитьсильно впливатина підвищеннякористі праціі підвищенняефективностівиробництва,тобто є однієюіз властивостейприскореннянауково-технічногопрогресу.Програмнівеликі інтегральнісхеми (ВІС) –мікропроцесори,однокрестальнімікро-ЕОМ ілогічні матрицівикористовуютьсяв автоматиці,інформаційно-розрахунковійтехніці, вавтоматичнихсистемах керуваннявиробництвом,транспортомі в інших галузяхнародногогосподарства.
					КТ КДПУКП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						2
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

II.Загальнийрозділ 2.1 Призначенняпристрою. Кодовізамки доситьшироко застосовуютьсядля обмеженнядоступу сторонніхосіб до охороннихоб'єктів. Зручністькористуваннятакими замкамиполягає вможливостіяк індивідуального,так і колективногодоступу (прохіду службовіприміщення,доступ до камерсхову і т.п.). Інтересдо кодовихзамків продовжуєзростати, по-перше, непотрібно матиіз собою ключіі, по-друге, нимможуть користатисявсі хто знаєкод, це зручноі безпечно впорівняннізі звичайнимизамками. Пристрійпризначенийдля застосуванняяк вузол таємності електронноїзамковий лечинкив кодових замках.Системах керуванняабо сигналізацієюв інших пристроях,доступ довикористанняяких необхіднообмежити чицілком в окремихрежимах. Модульзабезпечуєпояву високогологічногорівня на своємувиході принаборі з клавіатурисемизначногодесятковогочисла - коду.При повторномуйого наборіна виході виникаєнизький рівень.У складі модуля– два незалежнихдруг від другаканалу, кожнийз них керуєодним виходом.Коди доступув канал можутьбути задані(модифіковані)користувачему спеціальномурежимі предустановки.У нього каналпереходитьпри наборі зклавіатурисемизначногокоду предустановкикожен каналмає свій код). З цього режимуможна модифікуватияк код доступу,так і сам кодпредустановки.Усі коди обохканалів зберігаютьсяв электричнопрограмувальнійпам'яті даних(ЕЕР - RОМ) модуля, що доступнадля записупрограмно. 2.2 Розробкаструктурноїсхеми пристрою. Пропонованийзамок відрізняєтьсявід аналогічнихтим, що міститьвсього однумікросхемуі мінімальнукількістьдеталей . Цезвичайно, спрощуєповторенняконструкціїшироким коломрадіоаматорів.Більш того ,таке конструктивнерішення незнижує захищеностізамка віднеправильногонабору кодуі не погіршуєйого експлуатаційнихякостей упорівнянніз іншими пристроями. Конструкціяскладаєтьсяз десятикнопочнойклавіатури,плати замкаі виконавчогопристрою, щопредставляєсобою електромагніт,що втягує засувдверей. Можнадоповнитипристрій системоюсигналізації:вона будеспрацьовуватипри неправильномунаборі коду. Блок схемазамка показанана Мал. 1.1.Блок запису-обробкикоду складаєтьсяз 5-ти логічнихелементівИЛИ (DD1.1, DD1.2, DD1.3, DD1.4, DD1.5), 5-тирезисторів(R1,R2,R3,R4,R5), 5-тиконденсаторів(С1, С4, С5, С6, С7),а також7-ми діодів (VD1,VD4, VD5, VD6, VD7, VD8,VD9). Блоквводу кодускладаєтьсяз 10-ти кнопок(SB1..SB10). Блоккеруваннявключає в себеконденсаторС1 та два релеК1 і К2. Блок живленняскладаєтьсяз трансформаторута випрямляючогодіодного моста.
					КТ КДПУКП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						3
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

Блок живлення Блок запису/обробки коду Блок вводукоду Блоккерування Посилювач +5В Навантаження Посилювачзібраний натрьох транзисторах(VT1..VT3)тадвох діодах(VD10,VD11). Кодскладаєтьсяз 4-х цифр від0 до 9. Його набираютькнопками SB1-SB10.Установлюютькод розпаюваннямперемичок наскладальномуполі. Невикористованікнопки необхідноз'єднати ззагальнимпроводом. ПривключенніживленняконденсаторC1 заряджаєтьсячерез резисторR1 і приблизночерез 5 с. елементDD1.1 переключаєтьсяу вихіднийстан. На виходіDD1.1 і DD1.6 також високийрівень – замокготовий дороботи і можнанатискатипершу кнопкукоду. Принатисканнікнопки SB3 високийрівень сигналуз виходу елементаDD1.1 через діодVD1, резисториR3,R4 кнопку SB3 надходитьна вхід DD1.2. Навиході цьогоелемента виникаєвисокий рівень,що міститьсяв плині 2 с. післявідпусканнякнопки, покиконденсаторС4 розряджаєтьсячерез резисторR5. За цей часпотрібно натиснутинаступну кнопку,при цьому високийрівень надійдена вхід елементаDD1.3 і т.д. Післянатисканняостанньоїкнопки кодувисокий рівеньз виходу DD1.5 відкриваєтранзисторVT1. Відпрацьовуєреле К1, що своїмиконтактамивключає виконавчийпристрій, вінпрацює протягом5 с. – час зарядкиконденсатораС7. Теперрозглянемо,що відбудетьсяпри натисканнікнопок, що невходять у код,якщо порушитьсяпослідовністьнабору коду,а також у періодпаузи міжнатисканням,що триває більш2-х секунд. Допустимо,першою буланатиснутакнопка SB4 (замістьSB3). КонденсаторС1 швидко розрядитьсячерез резисторR4, кнопку SB4, діодVD6 і вихід елементаDD1.3, на якому вцей моментнизький рівень.Натисканнякнопки, що невходить у код,також приводитьдо розрядкиконденсатораС1. Мал. 1.1
						КТ КДПУКП. 19.00.000.ПЗ	Арк
							4
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата
Прицьому замокзаблокованийна вході і виходіелемента DD1.6низький логічнийрівень, транзисторVT2 –закривається,VT3 відкривається,спрацьовуєреле К2 і своїмиконтактамивключає сигналізацію.Якщо людина,що не знає кодуі принципуроботи замка,стане продовжуватинатискати накнопки, конденсаторЗ1 буде увесьчас розряджатися,підтримуючитим самим замоку закритомустані. Для тогощоб замок заробивнеобхіднопочекати, ненатискаючикнопок, 5...6 с. ДіодVD1 заважає розрядціконденсатораС1 через вихіделемента DD1.1, щознаходитьсяв нульовомустані під часзарядки С1 черезрезистор R1. ДіодиVD4, VD6,VD8,перешкоджаютьпроходженнювисокого рівняна входи наступнихелементів, адіоди VD5,VD7,VD9 недають розряджатисяконденсаторамС5,С6,С7 відповідно. Якщосигналізаціяне потрібна,то елементиDD1.6,R10,R11, VT2,VT3,R2,VD1.1 можновиключити зісхеми, при цьомувільний вхідэлементаDD1.6повинний бутиз'єднаний іззагальним чипроводом ізплюсовим висновкомджерела живлення(+10в). У пристроїзастосованірезисториМЛТ, керамічніконденсаториК10-17, К50-35.Електромагнітніреле К1,К2-РЭС-6(паспорт РФО,452.104)чи інші з напругоюспрацьовуванняне більш 20В іопором не менш500Ом. ТрансформаторТ1 можна застосуватисаморобнийчи заводськийз напругоюна вториннійобмотці 12-15В иструмом неменш100 мА. Транзистори– з будь-якимбуквеним індексом, а діоди –будь-якімалопотужнікремнієві. МікросхемуDD1 можна замінитина К561ПУ4, КР1561ПУ4.Якщо не виявитьсяпід рукоюзазначенихмікросхем,кожен елементприпустимозамінити ланцюгоміз двох послідовновключенихінверторів,застосовуючимікросхемиК561ЛН2,К561ЛА7, К561ЛЕ5(чи аналогічнісерії К176). Зібранийзі справнихдеталей замокпочинає працювативідразу іналагодженняне вимагає.Тривалостітимчасовихзатримок змінюютьпідборомконденсаторів,що задаютьчас С1,С4-С7. Опублікованийваріант кодовогозамка відрізняютьсяпростотою,але ця гідністьаж ніяк не самеголовне. Більшістотним требавважати надійністьроботи, а з цимнайважливішимпараметромсправа не завждиобстоїтьблагополучно.Наприклад,не обмеженийчас роботивиконавчогопристрою, щоможе викликатийого вихід зладу (у гіршомувипадку – перегріві загорянняобмотки електромагніта). Конструкціязамка, описаногонижче(Мал. 1.2),має, на мійпогляд, рядпереваг. Кодзамка складаєтьсяз чотирьохзнаків. Вузолзворотногопереключеннядозволяє набиратичотири закодованіцифри тількиу визначеномупорядку. Будь-якепорушенняпорядку наборуведе за собоюзворотнепереключеннянавіть приправильнонабраних першихцифрах коду.Час роботивиконавчогопристрою - 2 с;цього цілкомдостатньодля відкриваннядверей. Якщоза цей час дверіне буде відкрита,набір кодуприйдетьсяповторити.
						КТ КДПУКП. 19.00.000.ПЗ	Арк
							5
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис		Дата

Блок вводу коду Блок зворотнього переключення Одновібратор Нагрузка рівнемна його виходідорівнює: R6*C5=2с. Цей імпульсвключає виконавчийпристрій. Вузол зворотньогопереключеннязібраний наелементахDD3.3, DD3.4, DD4.1 - DD4.4. При натисканніна кнопкуSB1(SB2), а слідом занею - на кнопкуSB3 (чи SB4), на R-входітригера DD1.1з'являєтьсявисокий рівень,що переводитьйого у вихіднийстан. ТригерDD1.1 має пріоритет- до його D-входупостійноприкладенийодиничнийрівень. Принатисканніна кнопку SB1(SB2)на прямомувиході цьоготригера з'являєтьсяодиничнийрівень і дозволяєроботу другоготригера DD1.2 іт.д. При натисканніна кнопку SB4 наінверсномувиході тригераDD2.2 з'являєтьсянизький рівень,що запускаєодновібратор,зібраний налогічних елементахDD3.1, DD3.2. Тривалістьімпульсу знизьким Принатисканніпослідовнона кнопкиSB1(SB2), SB2(SB2) і SB4 тригериDD1.1 і DD1.2 також переходятьу вихіднийстан. Якщо жпослідовністьнабору непорушена, іпісля натисканняна перші двікнопки натискаютьна кнопку SB3, щоз'явившийсяна інверсномувиході тригераDD1.2 і відповіднона одному звходів елементаDD4.2 сигнал 0 блокуєспрацьовуваннявузла зворотньогопереключеннятригерів віднатисканняна кнопку SB3. Далі ,при натисканніна кнопку SB4,тригери DU1.1 іDD1.2 переходятьу вихіднийстан, а появанизького рівняна одному звходів елементаDD4.3, зв'язаним звиходом одновібратора,веде за собоюзворотнєпереключеннятригерів DD2.1,DD2.2., пристрійприходить увихідний стан. При натисканніна кнопку SB5 івключеніпаралельноїй інші п'ятькнопок відбуваєтьсязворотнєпереключеннявсіх тригерів,незалежновід числаправильнонабраних знаківкоду. Такимчином, імовірністьрозпізнаваннякоду дуже мала. Для виготовленнякодового замка,крім зазначених,можна такожвикористовуватимікросхемисерій К164, К561, К564. Для живленнязамка збираютьнайпростішийпараметричнийстабілізатор,що складаєтьсяз резистораопором 6,2-10 кОМстабілітронаД814Б и конденсатораємністю 1...10 мкф.Стабілізаторі виконавчийпристрій бажаноживити постійнимструмом напругою24...60 В. Мал.1.2
					КТ КДПУКП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						6
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

Описані вищеконструкціїкодови замківмають ряднедоліків,серед яких єдуже суттєві.Для першоїсхеми ряднедоліківмає вигляд: Заниженазахисна здатністьзамку віднеправильногонабору коду; Заниженіексплуатаційнівластивостіпо рівняннюз іншими пристроями; Живленнявід 220В забезпечуєустановкузамка тількипоблизу мережіструму; Великаелементнабаза; Нездатністьдо перепрограмування; Необмеженийчас роботивиконавчогопристрою. Другасхема, хоч івиправляєдеякі недолікипершої схеми,але натомістьдобавляє інші: Кодскладаєтьсяз 4-х цифр, щознижує кількістькомбінацій; Замалийчас роботивиконавчогопристрою; Які в першій схемі,нездатністьдо перепрограмуваннякоду. Тому,для виправленняцих недоліків,я вирішив прирозробці кодовогозамка використовуватимікроконтролер(PIC16F84). Блок-схематакого кодовогозамку представленана мал.1.3. Основнимелементомблоку керуванняє мікроконтролер,який керуєвсією схемою,а також сприймаєі виробляєсигнали керування(сигнали відкриваннязамку, або сигналищо надходятьвід кнопок).Ядром блокуживлення єстабілізаторКР142ЕН5. Блоксинхронізації- це кварцевийрезонатор.Блоки індикаціїта звуковоїіндикації –це набір світлодіодіві п’єзовипромінювач.Блок вводукоду – це набірз 12-ти кнопочнихперемикачів.Блок-механізмвідпираннязамка (навантаження)преставленийна мал.1.4. Принципдії запірногопристрою Вісьобертанняобрезиненогоролика 6, забитапід шліц чиобладнанаручкою, виведенана зовнішнюсторону дверей.При поворотіосі ролик передаєобертаннямаховику 3, наякому закріпленітяги 4 і 5, щоперетворятьобертальнийрух маховикав поступальнийрух запірнихпристроїв 7.Запираннявідбуваєтьсяв двох точкахвгорі і внизу.Глибина заходузапірних пристроїввизначаєтьсядіаметроммаховика іможе складати50...100 мм. Положеннямаховикавідповіднезакритомустану фіксуєзасувка 2. Вісьобертанняролика нефіксується.Ролик будепровертатисяз зусиллям,обумовленимйого ступенемпритисненнядо маховика.Таким чином,виключаєтьсяможливістьвиводу з ладузапірногомеханізму.Він відкриваєтьсятільки приспрацьовуванніелектромагніта1, для чого необхіднонабрати встановленийв електронномублоці код.
					КТКДПУ КП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						7
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

					КТКДПУ КП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						8
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

III.Спеціальнийрозділ 3.1Технічніхарактеристикипристрою. Вихідніданні 3.2Аналіз роботипристрою попринциповійелектричнійсхемі Схемамодуля показанана малюнку.Його основамікроконтролерPIC 16F84 фірми MIKROCHIP, щозабезпечуємале енергоспоживанняі мінімальнівитрати. Усіфункції реалізованіпрограмно.Виводи портуВ мікроконтролераDD1 (RBO-RB6) використовуютьсядля підключеннястандартної12-кнопковоїклавіатури.RBO-RB3 запрограмованіна введенняданих, а RB4-RB6- навивід. ВивідRB7, запрограмованийяк вихід, застосовуєтьсядля подачізвукових сигналів. Прикожному натисканніна будь-якуклавішу, щовиявляєтьсяй оцінюєтьсяпрограмою як«правдиве»,на виводі 13DD1з'являєтьсяпачка з 124 імпульсівз періодомміж ними близько4мс. Звучитькороткий звуковийсигнал. Привтриманніклавіші пачкиідуть другза другом безпауз (постійнийсигнал). Принаборі правильногокоду ( доступучи предустановки)на цьому виводіз'являються1240 таких імпульсів(звуковий сигналтривалістюблизько 5 с). НаелементахR5, R6, C4, VD1 виконанийвузол зовнішньогоскиданнямікроконтролерапри включенніживлення. Виводипорту А мікроконтролераRA0-RA4 запрограмованіяк виводи RА0є прапоромдозволу режимупредустановкидля обох каналів.Установкацього прапора(дозвіл режиму
					КТ КДПУКП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						10
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

предустановки)індицируєтьсясвітіннямсвітлодіодаHL1. Прапор установлюєтьсяпри натисканніна кнопку "*" клавіатури,а скидаєтьсяпри натисканніна кнопку "#"чи по закінченнюмодифікаціїкодів у режиміпредустановкив будь-якомуканалі чи вмомент системногоскидання (привідключенні- включенніживлення). RA1і RА2 – прапорирежимів предустановкиканалів 1 і 2.Кожний з нихустановлюєтьсяпри наборівідповідногокоду предустановки,а скидаєтьсяпри натисканніна кнопку “#”чипо закінченню модифікаціїкодів у режиміпредустановкиу відповідному каналі чи присистемномускиданні.Установкакожного з цихпрапорівіндицируєтьсясвітіннямвідповідногосвітлодіодаHL2, HL3. Модифікаціякодів в обраномуканалі можливатільки в томувипадку, якщовстановленіпрапор режимупредустановкицього каналуі прапор дозволурежиму предустановки. RA3і RА4 –виходиканалів 1 і 2відповідно.На кожнім зних виникаєвисокий рівеньпід час наборувідповідногокоду доступу,а скидається при повторномунаборі цього коду чи системномускиданні. RA3 маєТТЛ-рівні, аRA4 - вихід з відкритимстоком.. Довиходів каналівпідключаютьсявиконавчіпристрої. Зісказаноговипливає, щомодуль фактичноє чотирьохканальним:крім двох повнихканалів, встановлюванихі скидаємихтільки наборомкодів доступу,маються щедва «неповних»канали (RA1 і RA2) . Їхустановлюютьнабором кодів предустановки,а скидають натисканням на кнопку "#",тобто вониобмежують доступ тількидо включеннявиконавчихпристроїв,але не до їхвимикання.Щоб уникнутипомилковоїмодифікаціїкодів у EEPROM, привикористанні«неповних»каналів вартостежити, щобпрапор дозволурежиму предустановкибув скинутий. Спрощена блок – схемаалгоритмуроботи програмипоказана на мал.2. Післявключенняживленнявідбуваєтьсясистемне скидання,обнуліннявсіх прапоріві виходів портуА. Далі програмапочинає опитуватиклавіатуру.При виявленнінатиснутоїклавіші опитуванняприпиняється,поки клавішане буде відпущена.Захист відколиванняконтактівклавіш реалізованийпрограмно.Код, що набирається,накопичуєтьсяв реєстровомуОЗУ мікроконтролера. Післявведення сьомоїцифри набранийкод порівнюєтьсяз кодом предустановкиканалу 1. У випадкурозбіжності- порівнюєтьсяз кодом предустановкиканалу 2. Колинабраний кодзбігаєтьсяз одним з цихкодів, програмаустановлюєвідповіднийпрапор режимупредустановкиі скидає набранийкод. Якщо ж незбігається,він порівнюєтьсяпослідовноз кодами доступуканалів 1 і 2.Якщо і з ними набраний кодне збігається,він скидається. Слідомза введенняміз клавіатурикожної цифрипрограмаперевіряє,чи встановленийпрапор дозволурежиму предустановки.Переконавши,що це відбулося,програмапослідовноуточнює, чивстановленіпрапори режимупредустановкиканалів 1 і 2.Якщо хоча бодин з нихустановлений,відбудетьсяперехід у режимпредустановки.У результатікожного натискання
					КТКДПУ КП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						11
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

наклавіші «0»-«9»у цьому режимівиробляєтьсязапис в осередокEEPROM коду відповідноїцифри, стираючикод, що знаходивсятам раніше.Після введеннячотирнадцятицифр ( семи цифркоду доступуі семи –кодупредустановки)автоматично здійснюєтьсявихід з режимупредустановки(скидання всіхпрапорів). Вийтиз режиму предустановкиможна шляхомнабору будь-якоїкількостіцифр (меншечотирнадцяти),наприклад,коли потрібномодифікуватитільки коддоступу. Дляцього требанатиснутикнопку "#" післянабору семицифр. Припрограмуваннікристалу вартоустановитиOSC=XT, WDT=Off, PWRTE=On, CP=Off, a у EEPROM данихзаписати код00h по всіх адресах. Дляживлення модуля можна використовуватиджерело постійноїнапруги +7,5...+15В.струм споживаннямікроконтролераDD1 від інтегральногостабілізатораDA1 при погашенихсвітлодіодахHL1-HL3 складає близько1 мА. кварцовийрезонаторZQ1 можна застосуватикожний на частоту2...4Мгц (можназамінити RCланцюгом),однакварто враховувати,що від частотитактовогогенераторазалежитьтональністьзвукових сигналівна виводі 13DD1. НА1 – ЗП-3. Дляузгодженнялогічних рівнів на виході каналу2 (вивід 3 DD1) з виконавчимпристроємнижній за схемоювивід резистораR12 відключаютьвід стабілізатораі підключаютьдо плюсовоговиводу джерелаживленнявиконавчогопристрою. Конструктивневиконаннямодуля повиннебути таким,щоб виключитидоступ ззовнідо ланцюгівйого виходів.
					КТКДПУ КП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						12
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

IV.Проектнорозрахунковийрозділ 4.1Обгрунтуваннявикористовуємоїелементноїбази ІнтегральнийстабілізаторКР142ЕН5А Мікросхема142ЕН5А, являєсобою інтегральнийстабілізаторз фіксованоювихідною напругою,виконаною попланарно-дифузійнійтехнологіїз ізоляцієюдіелектриком.Мікросхемапризначенадля застосуванняв стабілізованихджерелах живленнярадіоелектронноїапаратурипостійноїнапруги. Для відводутепла і кріпленнямікросхемипередбаченийфланець іздвома кріпильнимиотворами.МікросхемуКР142ЕН5А випускаютьу прямокутномуполімерномукорпусі КТ-28-2із трьомапластинчастимививодами (мал.2.1). Для відводутепла і кріпленнямікросхемивикористовуєтьсяфланець з однімкріпильнимотвором. Мікросхемукріплять додрукованоїплати пайкоючи через перехідніелементи.Теплоотвідустановлюютьна плату іпригвинчуютьдо нього мікросхему. Приладрозрахованийна тривалуексплуатаціюв жорсткихумовах: притемпературінавколишньогосередовищавід –60 до +125 °С,зниженому до5 мм рт.ст. атмосферномутиску, впливіінею і соляноготумана, механічнихперевантажень.Мінімальнийнаробіток навідмовлення— 50000 годин, збереження— 25 років. Мал 2.1МікросхемаКР142ЕН5А ОсновнітехнічніхарактеристикимікросхемиКР142ЕН5А Uвх.min=7.5В Uпд.max=2.5В Uвх.max=15В Ppac.max=10Вт Uвих.min=4,9В Ku.max=0.05% Uвих.max=5,1В KI.max=1% Iвих.max=3A Kсг.max=70дБ
					КТ КДПУКП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						13
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

де: Uпд.max–мінімальнепадіння напругина стабілізаторі Ppac.max–падінняпотужностіпри температурікорпусу від–60°до +80° Ku.max–коефіціентнестабільностіпо напрузі KI.max– коефіціентнестабільностіпо току Kсг.max- коефіціентсглажуванняпульсаційпри частоті1 кГц МікроконтроллерPIC16F84 PIC16F84- це 8-pазpяднімікроконтролериз RISC архітектурою,виробленіфірмою Microchip Technology.Це сімействомікроконтролеріввідрізняєтьсянизькою ціною,низькименергоспоживаннямі високоюшвидкістю.Мікроконтролеримають убудованеЭППЗУ програми,ОЗУ даних івипускаютьсяв 18 і 28 вивіднихкорпусах. Дляналагодженняпрограм імакетуваннявипускаєтьсяваріант контролерівз ультрафіолетовимстиранням.Ці контролеридопускаютьвелике числоциклів запису/стиранняі мають дужемалий час стирання( звичайно 1-2хвилини. Однакціна такихконтролерівістотно вище,ніж однократнопрограмувальних,тому їх невигідновстановлюватив серійнупродукцію. Длявиробів, програмаяких можемінятися, абомістить які-небудьпереміннічастини, таблиці,параметрикалібрування,ключі і т.д.,випускаєтьсяэлектричностираємий іперепрограмувальнийконтролерPIC16F84. Він такожмістить электричноперепрограмувальнеПЗУ даних. Саметакий контролеря і використовувавв своїй роботі. PIC16F84відноситьсядо сімействаКМОП мікроконтролерів.Відрізняєтьсятим, що маєвнутрішнє1Kx14 біт EEPROM для програм,8-бітові даніі 64-байт EEPROM пам'ятіданих. При цьомувідрізняютьсянизькою вартістюі високоюпродуктивністю.Усі командискладаютьсяз одного слова(шириною 14 біт)і виповнюютьсяза один цикл(400 нс. при 10 Мгц),крім командпереходу, щовиконуютьсяза два цикли(800 нс.). PIC16F84 має переривання,що спрацьовуютьвід чотирьохджерел, і восьмирівневийапаратнийстік. Периферіямістить у собі8-бітний таймер/лічильникз 8-бітнимпрограмувальнимпопереднімдільником(фактично 16 -бітний таймер)і 13 ліній двунаправленноговведення/виводу.Висока навантажувальназдатність(25 мА макс. Струм,що втікає, 20 мАмакс. струм,що випливає,)ліній введення/виводаспрощуютьзовнішні драйвериі, тим самим,зменшуєтьсязагальна вартістьсистеми. Розробкина базі контролерівPIC16F84 підтримуєтьсяассемблером,програмнимсимулятором,внутрисхемнимемулятором(тільки фірмиMicrochip) і програматором. СеріяPIC16F84 підходитьдля широкогоспектра додатківвід схемвисокошвидкісногокеруванняавтомобільнимий електричнимидвигунами доекономічнихвіддаленихприйомопередатчиків,що показуютьприладів ізв'язних процесорів.НаявністьПЗУ дозволяєпідбудовуватипараметри
					КТ КДПУКП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						14
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

вприкладнихпрограмах(коди передавача,швидкостідвигуна, частотиприймача іт.д.). Малі розмірикорпусів, якдля звичайного,так і для поверхневогомонтажу, роблятьцю серіюмікроконтролерівпридатноїдля портативнихдодатків. Низькаціна, економічність,швидкодія,простотавикористанняі гнучкістьвведення/виводуробить PIC16F84 привабливимнавіть у тихгалузях, дераніше незастосовувалисямікроконтролери.Наприклад,таймери, замінажорсткої логікиу великихсистемах,співпроцесори. Позначеннявиводів мікроконтролераPIC16F84 Вартододати, щоубудованийавтомат програмуванняEEPROM кристалаPIC16F84 дозволяєлегко підбудовуватипрограму ідані під конкретнівимоги навітьпісля завершенняассемблюванняі тестування.Ця можливістьможе бутивикористанаяк для тиражування,так і для занесеннякаліброванихданих уже післяостаточноготестування.Кожнакоманда PIC16F84 - це14-бітове слово,що розділенеза змістомна наступнічастини: полекоду операціїOPCODE, поле для одногоі більш операндов,що можуть братиучасть чи нів цій команді. Системакоманд PIC16F84 міститьу собі байт(орієнтованікоманди,біт(орієнтовані,операції зконстантамиі команди передачікерування(Табл. 1). Длябайт(орієнтованихкоманд 'f' позначаєсобою регістр,з яким провадитьсядія; 'd' ( біт обумовлює,куди записатирезультат.Якщо 'd' = 0, то результатбуде поміщенийу W регістр, при'd' = 1 результатбуде поміщенийу регістр 'f',згаданий укоманді. Длябіт(орієнтованихкоманд 'b' позначаєномер біта,що участвуюту команді, а'f' ( це регістр, у якому цейбіт розташований.Для командпередачі керуванняй операцій зконстантами,'к' позначаєвосьми чиодинадцятибітнуконстанту. Усікоманди виконуютьсяпротягом одногокомандногоциклу. У двохвипадках виконаннякоманди займаєдва команднихцикли: перевіркаумови і перехід,зміна програмноголічильникаяк результатвиконаннякоманди. Одинкоманднийцикл складаєтьсяз чотирьохперіодівгенератора.Таким чином,для генератораз частотою 4Мгц час виконаннякомандногоциклу буде 1мкс. Набіркоманд мікроконтролераPIC16F84 Таблиця1
					КТ КДПУКП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						15
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

Перериванняв PIC16F84 можуть бутивід чотирьохджерел: -зовнішнєперериванняз ніжки RB0/INT, -перериваннявід переповненнялічильника/таймераT0CKI, -перериванняпо закінченнізапису даниху EEPROM -перериваннявід зміни сигналівна ніжках портуRB. УPIC16F84 існуютьрозходженняміж варіантамискидань: Скиданняпо включеннюживлення. Скиданняпо зовнішньомусигналі при нормальнійроботі. Скиданняпо зовнішньомусигналі в режимі SLEEP. Скиданняпо закінченнюзатримки таймераWDT при нормальнійроботі. Скиданняпо закінченнюзатримки таймераWDT у режимі SLEEP. 8-бітовашина данихз'єднує дваосновнихфункціональнихелементи разом:набір регістрів(включаючипорти) і арифметико-логічнийпристрій. Перші32 байта ОЗУадресуютьсяпрямо і називаються"Банк 0". ОбластьОЗУ організованаяк 128 х 8. До осередківОЗУ можнаадресуватися прямо чи побічно,через регістрпокажчик банкуFSR (04h). Це такожвідноситьсяі до EEPROM пам'ятіданних констант.
					КТ КДПУКП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						16
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

f0– Регістр непрямоїадресаціїIndirect add (00h) Регістрнепрямої адресаціїфізично неіснує. Він указуєзавжди тількина один регістр– покажчикнепрямої адресації(FSR). Будь-яка команда,що використовуєйого, насправдізвертаєтьсядо регістраданих, на якийуказує FSR. f1– Регістртаймера/лічильникаTMR0 (01h) Основнезастосуваннятаймера/лічильникапідрахунокчисла зовнішніхподій і вимірчасу. У регістрTMR0 можна завантажитидані чи зчитатиз нього, як збудь-якогоіншого регістра.Вміст цьогорегістра можебути інкрементованофронтом зовнішньогосигналу, щонадходить навхід RA4/T0CKI кристалу,чи внутрішнімсигналомсинхронізації(CLKOUT=FOSC/4). f2ПрограмнийлічильникPCL (02h чи 82h) Програмнийлічильникзабезпечуєдоступ до14-бітних коміроквбудованоїпостійноїпам'яті (EEPROM). Ширинапрограмноголічильника13 біт, що дозволяєпрямо адресувати8Кх14 комірокПЗУ. Однак, дляPIC16F84, фізичнодоступно тільки1К комірок (адреси0000h(03FFh). Звертаннядо адресу вище3FFh фактично єадресація втой же першийкілобайт. Векторскиданнязнаходитьсяза адресою0000h, вектор перериваннязнаходитьсяза адресою0004h. f3Регістр статусуSTATUS (03h) Регістрf3 містить арифметичніпрапори АЛУ,стан контролерапри скиданніі біти виборусторінок дляпам'яті даних.f3 доступнийдля будь-якоїкоманди таксамо, як будь-якийінший регістр f4Покажчик непрямоїадресаціїFSR (04h) Будь-якакоманда, щовикористовуєf0 (адресу 00h) якрегістр фактичнозвертаєтьсядо покажчика,що зберігаєтьсяв FSR (04h). Необхідна9 - бітна адресаформуєтьсяоб'єднаннямумісту 8- бітногоFSR регістра ібіта IRP з регістрастатусу.. f5,f6 Регістривведення/виводуPORTA, PORTB (05h, 06h) Регістриf5 і f6 відповідаютьдвом портамвведення/виводу,що мається вPIC16F84. Порт A має 5розрядів RA4(RA0,що можуть бутиіндивідуальнозапрограмованіяк входи чивиходи задопомогоюрегістра TRISA,розташованогона першій сторінцірегістрів заадресою 85h. ПортВ ( це двонаправленийпорт, шириноюу вісім біт(адреса регістра06h). Стосовнийдо порту Вкеруючий регістрTRISB розташованийна першій сторінцірегістрів заадресою 86h. f8,f9 Регістри EEPROMEEDATA, EEADR (08h, 09h) Пам'ятьданих EEPROM дозволяєпрочитати ізаписати байтінформації.При записібайта автоматичностираєтьсяпопереднєзначення, ізаписуютьсянові дані. Усіці операціїробить убудованийавтомат записуEEPROM. Доступ допам'яті здійснюєтьсячерез дварегістри: EEDATA(08h), що міститьу собі восьмибітнідані для читання/записуі EEADR (09h), що міститьадресу поточноїкомірки.
					КТ КДПУКП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						17
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

Керуваннязаписом ізчитуваннямздійснюєтьсячерез керуючірегістри: EECON1(88h) і EECON2 (89h). При зчитуванніданих з пам'ятіEEPROM необхіднозаписати необхіднуадресу в EEADR регістрі потім установитибіт RD EECON1 в одиницю. РегістриEECON1, EECON2 (88h, 89h) РегістрEECON1 - це керуючийрегістр шириноюп'ять біт. Молодшіп'ять біт фізичноіснують, а старшітри біти читаютьсязавжди як`0`.Регістр EECON2 нереалізованийфізично, йогочитання повертає00h. Регістр EECON2використовуєтьсявинятково вциклі записуданих. РегістриW, INTCON, OPTION Робочийрегістр Wвикористовуєтьсяв більшостікоманд як регістракумулятора.З його допомогоюпровадятьсявсі арифметичніі логічніоперації. РегістрперериваньINTCON (адреса 0Bh) служитьдля керуваннярежимамиперериванняі містить бітидозволу перериваньвід різнихджерел і прапорипереривань.Регістр режимівOPTION (адреса 81h) служитьдля завданняджерел сигналудля попередньогодільника ітаймера/лічильника,а також длязавданнякоефіцієнтарозподілупопередньогодільника,активногофронту сигналудля T0CKI і входупереривання. Регістризагальногопризначення Регістризагальногопризначенняявляють собоюстатичне ОЗУ,розташованепо адресах0Ch(2Fh. Усього вPIC16F84 можна використовувати36 комірок ОЗУ. Обзоросновниххарактеристик ВисокопродуктивнийRISC-процесор: Всього35 простих длявивчення команд Всікоманди виповнюютьсяза один такт(200 нс), крім командпереходу,виконуванихза два такти Швидкістьроботи: тактовачастота до20 МГц мінімальнатривалістьтакту 200 нс 14бітові команди 8- бітові дані 15апаратнихрегістрівспеціальногопризначення 8-рівневийапаратнийстек Прямий,непрямий івідноснийрежими адресаціїдля даних ікоманд чотириджерела переривання: - зовнішнійвхід RB0/INT - переповненнятаймера TMR0 -перериванняпри змінісигналів налінії портуB (PORTB) - по завершеннюзапису даниху ЄСППЗУ (EEPROM) 1000циклів запису/стиранняFLASH пам'яті програми 1000 000 циклівзапису/стиранняпам'яті данихЄСППЗУ Періодзбереженняданих ЄСППЗУ> 40 років
					КТ КДПУКП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						18
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

Пам'ятьпрограм (слів)- 1024FLASH Пам'ятьданих ОЗУ (байт)– 68 Пам'ятьданих ЄСППЗУ(байт)- 64 Периферія: 13ліній введення/виводуз індивідуальнимконтролемнапрямку Потужнострумовісхеми длябезпосередньогокерування світлодіоднимиіндикаторами: - 25 ма макс. вытек.струм - 25 ма макс.втек. струм Timer0:8-розряднийтаймер/лічильникз 8-розряднимпрограмувальнимпопереднімдільником Особливостімікроконтролера: Програмуванняна платі черезпослідовнийпорт (ICSPT) (з використаннямдвох виводів) Скиданняпри включенніживлення (POR) Таймервключенняживлення (PWRT) ітаймер запускугенератора(OST) Скиданняпо спаданнюнапруги живлення Сторожовийтаймер (WDT) ізвласним убудованимRC-генераторомдля підвищеннянадійностіроботи Програмувальнийзахист коду Режимекономії енергії(SLEEP) Обиранірежими тактовогогенератора ТехнологіяКМОП: Економічна,високошвидкіснатехнологіяКМОП ЄППЗУ/ЄСППЗУ Цілкомстатичнаархітектура Широкийробочий діапазоннапруг живлення- від 2,0В до 5,5В Комерційний,промисловийі розширенийтемпературнийдіапазони Низькеспоживанняенергії: - 2 мапри 5,0 В, 4,0 МГц - 15 мка (типовезначення) при2 В, 32 кгц - 0,5 мка(типове значення)у режимі STANDBY при2В 4.2 Розрахунококремих функціональнихвузлів Розрахунокпасивногозгладжуючогофільтру типу«С» Фільтртипу «С» застосовуєтьсяв схемах випростувачівз потужнимнавантаженнямменше ніж 300 Вт.Коефіціентпульсаційвипростаноїнапруги навиході такогофільтра заумови, що Трозр>10Твизначаєтьсяза формулою
					КТ КДПУКП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						19
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

де: Трозр– стала розрядуконденсатора; f– частотаосновної гармонікивипростаноїнапруги; Rн– опір навантаження; Сф– ємність фільтра. Длямоєї схемивеличинакоефіціентапульсаціївипростаноїнапруги дорівнює Аналізелектричногокола з послідовноз’єднанимисвітлодіодомі резистором Світлодіодивикористовуютьсяяк індикаториі включаютьсяв електричнеколо під прямунапругу. Протікаючийчерез них струмвизиває їхсвітіння. Основніпараметрисвітлодіодаприводятьсяв довідковійлітературі.Серед них такіяк: Uпр– постійнапряма напругана світлодіодіпри протіканнічерез ньогопостійногомаксимальногоструму. Iпр.макс– максимальнийпрямий струмпротікаючийчерез світлодіод. Розраховуюномінал необхідногорезистора Длятакого типусвітлодіодаUпр=2В,Iпр=20мА.При включеннісвітлодіодав схему, черезрезистор будепротікатьструм 20мА. Падіннянапруги насвітлодіодібуде дорівнювати2В, а останні5В-2В=3В необхіднокомпенсуватина резисторі.Тому величинурезисторарозраховуємопо формулі Якщовзяти резисторбільшого номіналу,струм черезсвітлодіоді резисторбуде меншим,знизитьсяяркість свіченнясвітлодіода.
					КТ КДПУКП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						20
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

1-йелемент резистор металоплів-ковий 2-йелемент конденсатор керамічний 3-йелемент конденсатор оксидний 4-йелемент діод імпульсний 5-йелемент світлодіод напівпровід-никовий 6-йелемент інтегральна мікросхема напівпровідникова 7-йелемент перемикач кнопочний 8-йелемент резонатор кварцевий 4.3Розрахункина надійність Хідроботи: 1.Задаємочас роботивиробу: tmin(мінімальне)=0г. tсер(середнє)=20000г. tпр(прирощування)=2000г. 2.Будуємо структурнусхему блокуз точки зорунадійності: 3.Надаємоінформаціюпро пристрійпо слідуючійсхемі: Кількістьтипів елементів–8 Кількістьтипів блоків–1 3.1Елемент 1-готипу:резисторпостійногоопору металоплівковий Інтенсивністьвідмов дляелементу 1-готипу становить: Min-0.004*10 Max-0.4*10 Середнє-0.202*10 Кількістьелементів1-го типу– 12 Коефіціентнавантаженняна 1-ий елемент-0.5 3.2Елемент 2-готипу:конденсаторпостійноїємкості керамічний Інтенсивністьвідмов дляелементу 2-готипу становить: Min-0,04*10 Max-0,7*10 Середнє-0,39*10 Кількістьелементів2-го типу– 3 Коефіціентнавантаженняна 2-ий елемент-0.7 3.3Елемент 3-готипу:конденсаторпостійноїємкості оксидний Інтенсивністьвідмов дляелементу 3-готипу становить: Min-0.003*10 Max-0.9*10 Середнє-0.4115*10 Кількістьелементів3-го типу– 3 Коефіціентнавантаженняна 3-ій елемент-0.7
					КТКДПУ КП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						21
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата
3.4Елемент 4-готипу:діоднапівпровідниковийімпульсний Інтенсивністьвідмов дляелементу 4-готипу становить: Min-0.2*10 Max-1*10 Середнє-0.6*10 Кількістьелементів4-го типу– 1 Коефіціентнавантаженняна 4-ий елемент-0.5 3.5Елемент 5-готипу:світлодіоднапівпровідниковий Інтенсивністьвідмов дляелементу 1-готипу становить: Min-0.05*10 Max-1*10 Середнє-0.525*10 Кількістьелементів5-го типу– 3 Коефіціентнавантаженняна 5-ий елемент-0.7 3.6Елемент 6-готипу:інтегральнамікросхеманапівпровідникова Інтенсивністьвідмов дляелементу 6-готипу становить: Min-0.01*10 Max-2.5*10 Середнє-1.255*10 Кількістьелементів6-го типу– 2 Коефіціентнавантаженняна 6-ий елемент-1 3.7Елемент 7-готипу:перемикачмалогабарітнийкнопочний Інтенсивністьвідмов дляелементу 7-готипу становить: Min-0.05*10 Max-0.5*10 Середнє-0.275*10 Кількістьелементів7-го типу– 12 Коефіціентнавантаженняна 7-ий елемент-0.5 3.8Елемент 8-готипу:кварцевийрезонатор Інтенсивністьвідмов дляелементу 8-готипу становить: Min-0.162*10 Max-0.162*10 Середнє-0.162*10 Кількістьелементів8-го типу– 1 Коефіціентнавантаженняна 8-ий елемент-1
					КТКДПУ КП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						22
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата

4проводимоорієнтовочнийрозрахунокнадійностіпристрою

5.Визначаємоочікуванеmin,max ісереднє значеннячастоти відмов:

λзат,min=Σλmin=0,9988*10

λзат,max=Σλmax=17,88*10

λзат,сер=Σλсер=9,4394*10

Визначаємоmin,max ісередній часнапрацюванняна відмову

КТКДПУ КП. 19.00.000.ПЗ

Арк




23 Зм. Арк № Докум Підпис Дата

6.Визначаємоможливістьбезвідмовноїроботи пристроюна протязі заданогочасу tз,використовуючиформулу tз=0г: Pmin(t)=2.718 =1;Pсер(t)=2.718 =1;Pmin(t)=2.718 =1 =2000г: Pmin(t)=2.718 =0.998;Pсер(t)=2.718 =0.9811;Pmax(t)=2.718 =0.9642; =4000г: Pmin(t)=2.718 =0.996;Pсер(t)=2.718 =0.9626;Pmax(t)=2.718 =0.9298; =6000г: Pmin(t)=2.718 =0.994;Pсер(t)=2.718 =0.9444;Pmax(t)=2.718 =0.8966; =8000г: Pmin(t)=2.718 =0.992;Pсер(t)=2.718 =0.9266;Pmax(t)=2.718 =0.8646;
					КТКДПУ КП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						24
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата
=10000г: Pmin(t)=2.718 =0.99;Pсер(t)=2.718 =0.9091;Pmax(t)=2.718 =0.8337; =12000г: Pmin(t)=2.718 =0.988;Pсер(t)=2.718 =0.892;Pmax(t)=2.718 =0.8039; =14000г: Pmin(t)=2.718 =0.9861;Pсер(t)=2.718 =0.8751;Pmax(t)=2.718 =0.7752; =16000г: Pmin(t)=2.718 =0.9841;Pсер(t)=2.718 =0.8586;Pmax(t)=2.718 =0.7476; =18000г: Pmin(t)=2.718 =0.9821;Pсер(t)=2.718 =0.8424;Pmax(t)=2.718 =0.7209; =20000г: Pmin(t)=2.718 =0.9802;Pсер(t)=2.718 =0.8265;Pmax(t)=2.718 =0.6951; 6.Поодержанимзначеннямвірогідностібезвідмовноїроботи (Pmin(t),Pmax(t), Pсер(t))будуємографік безвідмовноїроботи пристрою
					КТКДПУ КП. 19.00.000.ПЗ	Арк
						25
Зм.	Арк	№ Докум	Підпис	Дата