Особенности разработки микропроцессорной системы и устройства для чтения электронных книг (стр. 3 из 13)

2. Разработка устройства для чтения электронных книг

2.1 Постановка задачи

Разработать устройство для чтения книг на микроконтроллере, которое бы удовлетворяло следующим требованиям:

- простота схемы (минимальное количество компонентов);

- вывод информации на жидкокристаллический индикатор;

- долговечность;

- новизна конструкции;

- низкое энергопотребление.

Разработка этого устройства была вызвана желанием читать книги в электронном виде не только дома, с помощью настольного компьютера, но и в прочих местах - там же, где можно прочитать и обычную бумажную книгу.

2.2 Разработка структурной схемы устройства и функциональной спецификации

Структурная схема устройства для чтения электронных книг приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Структурная схема устройства для чтения электронных книг

На рисунке 2.1 изображены функциональные узлы:

УВИ – устройство ввода информации;

БУ – блок управления;

КР – кварцевый резонатор;

МК – микроконтроллер;

РС- регистр сдвига;

ПУ – преобразователь уровней;

РСЧ – регулятор скорости чтения;

ЖКИ- жидкокристаллические индикаторы буквенно-цифровые.

Функциональная спецификация:

Входы

а. 3 кнопки управления (БУ) – закладка страницы, «перелистывание» страниц, вперед и назад ;

b. устройство ввода информации, записанной по COM-порту во flash-память;

с. регулятор скорости чтения (РС);

d. кварцевый резонатор – стабильность частоты генератора (КР).

Выходы

а. регистр - для защёлкивания младших 8 бит адреса (РС);

b. преобразование уровней (ПУ).

Функции:

а. запись на COM-порт во flash-память записанную книгу;

предусмотрена возможность "пролистывания" книги - на случай, если закладка не была положена, а питание устройства было отключено;

выбор функций и чтение происходит по нажатию трёх клавиш: выбор, вверх и вниз (БУ);

"сердцем" устройства является микроконтроллер (МК), управляющий шинами адреса-данных, принимающий команды от компьютера и выводящий на индикатор;

для защёлкивания младших 8 бит адреса служит регистр (РС);

преобразование уровней (ПУ);

вывод текста книги на алфавитно-цифровой индикатор с русифицированным знакогенератором (ЖКИ);

регулировка скорости чтения (РС).

2.3 Аппаратные средства микроконтроллеров серии AT90S8515

Для разработки устройства для чтения электронных книг выберем микроконтроллер серии AT90S8515.

AT90S8515 8-ми разрядный AVR® микроконтроллер с 8 Кбайт Flash памятью с поддержкой внутрисистемного программирования

Отличительные особенности:

AVR® - высокая производительность и RISC архитектура с низким энергопотреблением

118 мощных инструкций - большинство из них выполняются за один такт

8 Кбайт Flash- памяти с поддержкой внутрисистемного программирования:

- SPI последовательный интерфейс для загрузки программного обеспечения

Ресурс: 1000 циклов записи/ стирания

512 байт EEPROM

Ресурс: 100 000 циклов записи/ стирания

512 байт внутренней SRAM

32 х 8 рабочих регистров общего назначения

32 программируемые шины I/O

Программируемый последовательный UART

SPI последовательный интерфейс

Напряжение VCC: от 2.7В до 6.0 В

Полностью статический режим работы

От 0 до 8 МГц (от 4.0 В до 6.0 В)

От 0 до 4 МГц (от 2.7 В до 4.0 В)

Производительность, вплоть до 8 MIPS при 8 МГц

Один 16-ти разрядный таймер/ счетчик с отдельным предварительным делителем частоты с режимами сравнения, захвата

Сдвоенный ШИМ

Внешние и внутренние источники прерывания

Программируемый следящий таймер с встроенным тактовым генератором

Встроенный аналоговый компаратор

Режимы пониженного энергопотребления:

Покоя (Idle)

Отключения (Power Down)

Программируемая блокировка для безопасности программного обеспечения

Блок- схема AT90S8515 (Рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Блок- схема AT90S8515

Расположение выводов микроконтроллера AT90S8515 (Рисунок 2.3).

Рисунок 2.2 – Расположение выводов микроконтроллера AT90S8515

Описание:

AT90S8515 является 8-ми разрядным CMOS микроконтроллером с низким уровнем энергопотребления, основанным на усовершенствованной AVR RISC архитектуре. Благодаря выполнению высокопроизводительных инструкций за один период тактового сигнала, AT90S8515 достигает производительности, приближающейся к уровню 1 MIPS на МГц, обеспечивая разработчику возможность оптимизировать уровень энергопотребления в соответствии с необходимой вычислительной производительностью.

Ядро AVR содержит мощный набор инструкций и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра напрямую подключены к арифметико - логическому устройству (АЛУ), что обеспечивает доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной инструкции за один такт. В результате, данная архитектура имеет более высокую эффективность кода, при повышении пропускной способности, вплоть до 10 раз, по сравнению со стандартными микроконтроллерами CISC.

AT90S8515 имеет: 8 Кбайт Flash - памяти с поддержкой внутрисистемного программирования, 512 байт EEPROM, 512 байт SRAM, 32 линий I/O общего назначения, 32 рабочих регистра общего назначения, универсальные таймеры/ счетчики с режимами сравнения, внутренние и внешние прерывания, программируемый UART последовательного типа, программируемый следящий таймер с встроенным тактовым генератором и программируемый последовательный порт SPI, а также, два программно выбираемых режима экономии энергопотребления. Режим ожидания «Idle Mode» останавливает CPU, но позволяет функционировать SRAM, таймеру/ счетчикам, SPI порту и системе прерываний. Режим экономии энергопотребления «Power Down» сохраняет значения регистров, но останавливает тактовый генератор, отключая все остальные функции микроконтроллера, вплоть до следующего внешнего прерывания, или до аппаратной инициализации.

Устройство производится с применением технологи энергонезависимой памяти с высокой плотностью размещения, разработанной в корпорации Atmel. Встроенная Flash - память с поддержкой внутрисистемного программирования обеспечивает возможность перепрограммирования программного кода в составе системы, посредством SPI последовательного интерфейса, или с помощью стандартного программатора энергонезависимой памяти. Благодаря совмещению усовершенствованного 8-ми разрядного RISC CPU с Flash- памятью с поддержкой внутрисистемного программирования на одном кристалле получился высокопроизводительный микроконтроллер AT90S8515, обеспечивающий гибкое и экономически- высокоэффективное решение для многих приложений встраиваемых систем управления.

AVR AT90S8515 поддерживается полным набором программ и пакетов для разработки, включая: компиляторы С, макроассемблеры, отладчики/ симуляторы программ, внутрисхемные эмуляторы и наборы для макетирования.

2.4 Разработка функциональной схемы устройства

Теперь, когда мы составили структурную схему разрабатываемого устройства, зная тип микроконтроллера, мы можем приступить к построению функциональной схемы устройства для чтения электронных книг (Рисунок 2.3).