Разработка универсального программного модуля (УПМ) для РЭУ (стр. 1 из 5)
Введение
Одним из основных факторов, определяющих темпы научно-технического прогресса в современном обществе, является совершенствование средств электронной вычислительной техники, методов и темпов их производства, а также насыщенность ими учебных, производственных, проектных и конструкторских учреждений.
Создание нового вида ЭВМ – сложный взаимосвязанный и многофакторный процесс. Он выполняется в несколько этапов коллективом ученых, инженеров и техников различных специальностей. Основными этапами разработки новой ЭВМ являются:
1) Проведение научно-исследовательских работ (НИР), подтверждающих возможность создания изделия;
2) Опытно-конструкторская разработка (ОКР), включающая в себя следующие стадии:
а) техническое задание;
б) аванпроект или техническое предложение;
в) эскизный проект;
г) технический проект;
д) разработка рабочей документации;
е) изготовление и испытание опытного образца;
ж) эксплуатация.
На первых этапах ОКР, кроме разработки документации, проводятся также исследования. Коллектив создателей нового вида ЭВМ условно принято делить на три группы специалистов: разработчики, конструкторы и технологи.
Разработчики определяют идеологию построения ЭВМ, ее назначение и функции, разрабатывают структуру, а также определяют функции устройств, элементную базу ЭВМ, разрабатывают логическую и схемную часть машины, математическое обеспечение.
Конструкторы осуществляют конструктивное исполнение ЭВМ и ее сборочных единиц, используя схемно-технические решения, принятые разработчиками.
Технологи разрабатывают технологические процессы изготовления компонентов и самой ЭВМ, а также необходимую для производства оснастку и специальное оборудование.
Процесс конструирования ЭВМ состоит из двух основных взаимосвязанных стадий.
Первая стадия включает разработку, согласование и утверждение технического задания, подбор материалов и составление технического предложения; разработку эскизного, а затем и технического проекта; выбор системы математического обеспечения.
Вторая стадия, называемая рабочим проектом, включает разработку рабочей конструкторской документации для изготовления опытных образцов, эксплуатационной документации, систему математического обеспечения и непосредственное изготовление и испытания опытных образцов.
Во время испытаний подтверждается соответствие образцов техническому заданию (ТЗ) и конструкторской документации, которая характеризует все его параметры. Во время испытаний подтверждаются также средства системы математического обеспечения.
После корректировки по результатам изготовления и испытаний опытного образца документация передается на завод для серийного изготовления ЭВМ. Каждый этап конструирования определяет состав и форму конструкторской документации, которой присваиваются соответствующие литеры.
Изготовление контрольной серии ЭВМ ведется только по зафиксированному и полностью оснащенному технологическому процессу.
Повышение качества и экономичности производства во многом зависит от уровня автоматизации технологического процесса. Предпосылки для широкой автоматизации производства элементов и блоков ЭВМ обеспечиваются высоким уровнем технологичности конструкции, широким внедрением типовых и групповых технологических процессов, а также средств автоматизации.
Автоматизация развивается в направлении от автоматизации отдельных операций (пайка, сварка) к широкому использованию автоматизированных линий.
Особенностью производства ЭВТ является также большая трудоемкость контрольных операций. На отдельных предприятий количество контролеров достигает до 30–40% от общего числа рабочих. Используют следующие методы контроля: ручной, неразрушающий, активный.
Производительность ручного контроля крайне низка и не отвечает современным требованиям. Поэтому возникла необходимость в создании высокопроизводительных методов контроля с использованием ЭВМ и автоматических измерительных устройств. Важное значение приобрели методы неразрушающего контроля, которому можно подвергать 100% изделий на всех стадиях производства. Весьма эффективны активные методы контроля, при которых проверяются режимы технологического процесса, и исключается возможность появления брака. Такой контроль осуществляется по ходу технологического процесса и облегчает введение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) с применением ЭВМ.
Полное решение проблемы качества возможно лишь на основе системного подхода к планированию, организации, управлению проектно-конструкторскими работами, производству, испытаниям и эксплуатации.
В свете вышеизложенного в данном курсовом проекте разрабатывается действующий макет, ориентированный на изучение и приобретение навыков разработки устройств для программирования и отладки программ на микроконтроллерах фирмы Microchip.
1. Обоснование выбора схемы и элементной базы УПМ
УПМ построен на следующих основных элементах и устройствах
Рис. 1. Условно-графическое обозначение микропроцессора БИС PIC16F877
Основные параметры БИС:
Технология – КМОП
Шина данных – 8 бит
Тактовая частота – до 20 МГц
Сильноточные линии ввода / вывода: 25 мА
FLASH память программ до 8K x 14 слов
Память данных (ОЗУ) до 368 x 8 байт
ЭСППЗУ память данных до 256 x 8 байт
Количество прерываниий – 14
Напряжение питания – 2,0…5,5 В
Низкое потребление энергии:
– < 2 мА при 5 В, 4 МГц
– 20мкА (типичное значение) при 3 В, 32 кГц
– < 1 мкА (типичное значение) в режиме STANDBY
Рис. 2. Условно-графическое обозначение ОЗУ БИС DS1230
Основные параметры ОЗУ:
Объем памяти 32 Кбит х 8
Uпит.=5В
Uвх =0,45…2,4 В
Uвых.=0,5… 2,7 В
Количество выходных состояний – 3
Рис. 3. Условно-графическое обозначение логического элемента «2И»
Основные параметры логического элемента:
Номинальное напряжение питания – 5В±10%
Выходное напряжение низкого уровня – 0,4 B
Выходное напряжение высокого уровня 2,5 B
Iпотр,0» = ≤ 4 мА
Iпотр,1» = ≤ 2,4 мА
Iвх,0» = ≤ /-0,1/ мкА
Iвх,1» = ≤ 20 мкА
Время задержки распространения
сигнала при включении – < 15 нс
Время задержки распространения сигнала при выключении – < 54 нс
Емкость входа – < 5 пФ
Емкость выхода – < 7 пФ
Масса не более 1 г
ИМС КР1533ЛИ2.
Рис. 4. Условно-графическое обозначение логического элемента «НЕ» ИМС КР1533ЛН1
Основные параметры логического элемента:
Номинальное напряжение питания – 5В±10%
Выходное напряжение низкого уровня – ≤ 0,5 B
Выходное напряжение высокого уровня – ≥ 2,5 B
Iпотр,0» = ≤ 3,8 мА
Iпотр,1» = ≤ 1,1 мА
Iвх,0» = ≤ /-0,2/ мкА
Iвх,1» = ≤ 20 мкА
Время задержки распространения
сигнала при выключении – ≤ 12 нс
Емкость входа – ≤ 5 пФ
Масса не более 1 г
Основные параметры
стабилизатора напряжений:
Uвых max = 15В
Uвых пред. = 20В
Iпотр при Uвх=15В -10 мА
Iвых = 10мА
Iвых max = 2А
Статический потенциал – 2000 В
MAX рассеиваемая мощность:
– Тк = -45°…+70°С – 10 Вт
– Тк = +100°С – 5 Вт
– Токр.ср = -45°…+100°С
Рис. 5. Условно-графическое обозначение стабилизатора напряжений ИМС КР142ЕН5А
Из представленных параметров, видно, что данная элементная база является доступной, надёжной, имеет малую потребляемую мощность, высокое быстродействие, малые ток потребления и напряжение питания. Это и обусловило выбор данной элементной базы.
Применение микропроцессоров и микроконтроллеров в устройствах электроники имеет в последние годы массовый характер, что сопровождается стремительным ростом «интеллектуальности» создаваемых приборов. В таких устройствах на разработку и отладку рабочего программного обеспечения расходуется много времени. Без использования достаточно эффективных отладочных средств этот процесс сложен и непредсказуем. Из-за неразрывной связи программного обеспечения и аппаратуры необходимо уделять особое внимание этапу отладки программ непосредственно на реальном «железе» при рабочих тактовых частотах. Всё это стимулирует потребность в эффективных, универсальных, удобных и доступных широкому кругу пользователей инструментальных средствах для отладки рабочих программ и диагностики неисправностей микропроцессорной и микроконтроллерной аппаратуры.
Данное устройство для программирования и отладки программ представляет собой плату расширения, которая может быть установлена в любой свободный LPT-порт, работающий на тактовой частоте 0–99 Гц и предназначена для программирования устройств через инструментально РС-совместимый компьютер, в удобном для пользователя виде. Программирование макета осуществляется с помощью программатора Р16РRО через разъем Х6.
Основные технические характеристики УПМ:
Напряжение питания: +12 В.
Ток потребления, не более: 250 мА.
Частота сигнала, поданного на вход: 0–99 Гц.
Вход для аналогового сигнала: Х1.
Вход для цифрового сигнала: Х4.
Индикация POST кодов: в шестнадцатеричном виде, один байт.
Индикация сигналов со входов Х1, Х4 шины: RA (0–3) (левая точка индикатора), RD (0–7) (правая точка индикатора).
Индикаторы наличия напряжений питания Х3, Х5: +5В; +12В; -12В; +3.3 В. Размер печатной платы: 112 х 90 мм.
Разрабатываемый макет также может использоваться в качестве универсального программируемого модуля для разработки различных РЭУ, а также в качестве измерительного контроллера часов, датчиков температуры и других подобных приложений бытовой техники и автоматики. Кроме того, удобен в применении, доступен широкому кругу пользователей. Возможно использование УПМ в учебных процессах по курсу: «Изучение и приобретение опыта программирования и отладки программ» для лабораторных работ, что и обусловило выбор схемы.