Особенности разработки микропроцессорной системы и устройства для чтения электронных книг (стр. 1 из 13)
Содержание
Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов
Введение
1. Теоретические основы разработки
1.1 Разработка микропроцессорной системы на основе микроконтроллера
1.2 Устройства для чтения электронных книг
2. Разработка устройства для чтения электронных книг
2.1 Постановка задачи
2.2 Разработка структурной схемы устройства и функциональной
спецификации
2.3 Аппаратные средства микроконтроллеров серии AT90S8515
2.4 Разработка функциональной схемы устройства
2.5 Разработка программного обеспечения микроконтроллера
2.6 Выбор элементной базы
2.7 Разработка схемы электрической принципиальной
3. Технико-экономическое обоснование объекта разработки
3.1 Расчет расходов на ПО, которое разрабатывается
3.2 Расчет расходов на создание ПО
3.3 Расчет стоимости разработки конструкторской документации и сборки устройства
3.4 Расчет расходов на стадии производства изделия
3.5 Анализ устройств-аналогов
4. Охрана труда
4.1 Требования к производственным помещениям
4.1.1 Окраска и коэффициенты отражения
4.1.2 Освещение
4.1.3 Параметры микроклимата
4.1.4 Шум и вибрация
4.1.5 Электромагнитное и ионизирующее излучения
4.2 Эргонометрические характеристики рабочего места
4.3 Электропожаробезопасность
4.4 Режим труда
4.5 Расчет освещенности
4.6 Расчет вентиляции
4.7 Расчет уровня шума
Выводы
Перечень ссылок
Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов
АЛУ - арифметико - логическое устройство;
АЦП – аналого-цифровой преобразователь;
ВДТ - видеодисплейный терминал;
ЖКИ- дисплей – жидкокристаллический дисплей;
КПК – карманный персональный компьютер;
МПС – микропроцессорная система;
ОЗУ - оперативно-запоминающее устройство;
ОМК – однокристальные микроконтроллеры;
ПЗУ – программно-запоминающее устройство;
ПО – программное обеспечение;
РС – регистр сдвига.
Введение
Микропроцессоры и производные от них — микроконтроллеры — являются широко распространенным и при этом незаметным элементом инфраструктуры современного общества, основанного на электронике и коммуникациях. Исследования, проведенные в 2008 году, показали, что в каждом доме незаметно для нас «живет» около 100 микроконтроллеров и микропроцессоров. Они присутствуют буквально всюду: в звуковых открытках, стиральных машинах, микроволновых печах, телевизорах, телефонах, персональных компьютерах и разных других устройствах. Даже в самом обыкновенном автомобиле скрывается более двадцати таких элементов, где они, в частности, контролируют состояние беспроводных датчиков давления в шинах и отображают критичные данные.
Каждый год продается около четырех миллиардов подобных изделий, предназначенных для реализации «мозгов» разнообразных «умных» устройств, начиная от интеллектуальных таймеров для яйцеварок и заканчивая системами управления самолетом. Эволюция микропроцессоров, первые из которых были выпущены компанией Intel в далеком 1971 году, привела к коренному изменению структуры общества, спровоцировав в начале XXI века вторую промышленную революцию. Несмотря на то что микропроцессоры, являясь основным компонентом вездесущих ПК, известны лучше, объем продаж различных микропроцессоров, таких как Intel Pentium, составляет всего около 2% от общего объема продаж подобных устройств. Подавляющее же большинство продаж приходится на дешевые микроконтроллеры, встраиваемые в специализированные электронные устройства, такие как смарт-карты. Причем если основной задачей микропроцессоров является обеспечение собственно вычислительной мощности, то во втором случае акцент смещается в сторону объединения на одном кристалле центрального процессора, памяти и устройств ввода/вывода. Такая интегрированная вычислительная система называется микроконтроллером.
Появление микроконтроллеров повлекло за собой создание миниатюрных электронных устройств, выполняющих различные функции, а появление электронных книг повлекло за собой тенденции конструирования специальных устройств, книгочеев, которые можно было бы брать с собой вместо обычной книги. Развитие микроконтроллерных технологий приводит к созданию КПК умеющих читать книги, мобильных телефонов с встроенными программами и так далее. Но все это дорогое удовольствие.
Тема дипломной работы – «Разработка устройства для чтения книг», которая и является предметом исследования.
Цель работы – разработать электронное устройство, на базе микроконтроллера, для чтения электронных книг, которое бы отличалось от существующих своей простотой, новизной и относительно малой ценой.
Актуальность данной темы велика, так как популярность данных устройств неуклонно растет, в связи с появлением нового поколения устройств для чтения книг, которые не только выводят содержание книги на жидкокристаллический экран, но и могут воспроизводить содержание электронной книги при помощи связанной речи. А это огромное подспорье для людей с плохим зрением и для людей, которые страдают нехваткой времени для чтения книг.
Основные этапы исследования:
- ознакомление с теорией разработки электронных устройств на микроконтроллерах;
- разработка устройства для чтения книг;
- анализ технико-экономических показателей разработанного устройства и сравнение с показателями аналогичных существующих устройств.
1. Теоретические основы разработки
1.1 Разработка микропроцессорной системы на основе микроконтроллера
МПС на основе МК используются чаще всего в качестве встроенных систем для решения задач управления некоторым объектом. Важной особенностью данного применения является работа в реальном времени, т.е. обеспечение реакции на внешние события в течение определенного временного интервала. Такие устройства получили название контроллеров.
Перед разработчиком МПС стоит задача реализации полного цикла проектирования, начиная от разработки алгоритма функционирования и заканчивая комплексными испытаниями в составе изделия, а, возможно, и сопровождением при производстве. Сложившаяся к настоящему времени методология проектирования контроллеров может быть представлена так, как показано на рисунке 1.1.
В техническом задании формулируются требования к контроллеру с точки зрения реализации определенной функции управления. Техническое задание включает в себя набор требований, который определяет, что пользователь хочет от контроллера и что разрабатываемый прибор должен делать. Техническое задание может иметь вид текстового описания, не свободного в общем случае от внутренних противоречий.
На основании требований пользователя составляется функциональная спецификация, которая определяет функции, выполняемые контроллером для пользователя после завершения проектирования, уточняя тем самым, насколько устройство соответствует предъявляемым требованиям. Она включает в себя описания форматов данных, как на входе, так и на выходе, а также внешние условия, управляющие действиями контроллера.
Рисунок 1.1- Основные этапы разработки контроллера
Этап разработки алгоритма управления является наиболее ответственным, поскольку ошибки данного этапа обычно обнаруживаются только при испытаниях законченного изделия и приводят к необходимости дорогостоящей переработки всего устройства. Разработка алгоритма обычно сводится к выбору одного из нескольких возможных вариантов алгоритмов, отличающихся соотношением объема программного обеспечения и аппаратных средств.
При этом необходимо исходить из того, что максимальное использование аппаратных средств упрощает разработку и обеспечивает высокое быстродействие контроллера в целом, но сопровождается, как правило, увеличением стоимости и потребляемой мощности. При выборе типа МК учитываются следующие основные характеристики:
- разрядность;
- быстродействие;
- набор команд и способов адресации;
- требования к источнику питания и потребляемая мощность в различных режимах;
- объем ПЗУ программ и ОЗУ данных;
- возможности расширения памяти программ и данных;
- наличие и возможности периферийных устройств, включая средства поддержки работы в реальном времени (таймеры, процессоры событий и т.п.);
- возможность перепрограммирования в составе устройства;
- наличие и надежность средств защиты внутренней информации;
- возможность поставки в различных вариантах конструктивного исполнения;
- стоимость в различных вариантах исполнения;
- наличие полной документации;
- наличие и доступность эффективных средств программирования и отладки МК;
- количество и доступность каналов поставки, возможность замены изделиями других фирм.
Список этот не является исчерпывающим, поскольку специфика проектируемого устройства может перенести акцент требований на другие параметры МК.
Номенклатура выпускаемых в настоящее время МК исчисляется тысячами типов изделий различных фирм. Современная стратегия модульного проектирования обеспечивает потребителя разнообразием моделей МК с одним и тем же процессорным ядром. Такое структурное разнообразие открывает перед разработчиком возможность выбора оптимального МК, не имеющего функциональной избыточности, что минимизирует стоимость комплектующих элементов.