Миллениум сервис

Название	Миллениум сервис
Дата	28.06.2021
Размер	463.15 Kb.
Формат файла
Имя файла	Otchet_barometr.docx
Тип	Реферат #222151

Содержание

Введение
Основная часть
Краткая характеристика организации
Состав аппаратного и программного обеспечения
БАРОМЕТР
Заключение

Введение

Цель прохождения производственной практики в ООО "МИЛЛЕНИУМ - СЕРВИС", с 08 июня по 28 июня 2021 года - это формирование общих и профессиональных компетенций, приобретение практического опыта по проектированию цифровых устройств на основе пакетов прикладных программ. За время прохождения практики я закрепил умения по разработке и проектированию цифровых устройств, по отладки и тестированию устройств.
Краткая характеристика организации:

МИЛЛЕНИУМ – СЕРВИС, организация, чьей основной деятельностью является ремонт компьютеров и периферийного компьютерного оборудования. Кроме этого осуществляет как розничную так и оптовую торговлю компьютерами, периферийными устройствами к компьютерам и программным обеспечением уже больше трёх лет.

Состав аппаратного и программного обеспечения автоматизированных рабочих мест на предприятии

Аппаратно-программный комплекс предприятия представляет собой множество компьютеров, от офисных, в кабинетах бухгалтеров и руководства и заканчивая мощными машинами центральных диспетчерских серверов.
На предприятии имеется большое количество специального ПО на ровне и с общепризнанным.
Компьютер каждого рабочего места оборудован всем необходимым для конкретного работника. Так, инженеры и проектировщики зачастую не обделены несколькими широкоформатными мониторами для удобства проектирования или контроля каких-либо параметров.
Для ремонта компьютеров используются новейшее и актуальное оборудование.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 6

1.1Назначение изделия 6

1.2Условия эксплуатации изделия 7

Рабочие условия эксплуатации: 7

температура окружающего воздуха, С ……….. от плюс 5 до плюс 50; 7

относительная влажность окружающего воздуха при температуре +С и более низких температурах без конденсации влаги, %,не более ..… 80; 7

атмосферное давление, кПа (ммрт.ст.) …….…………. от 84,0 до 106,7(от 630 до 800). 7

1.3Формулирование технического задания 7

Техническое задание на проектирование, составляемое на основе исследований и обзора известных технических решений, включает указания о назначении прибора и его комплектности, сведения об условиях эксплуатации, формулировку технических требований к характеристикам прибора, его конструкции и экономической эффективности. 7

2. ВЫБОР МИКРОКОНТРОЛЛЕРА 8

2.1 Обоснование применения микроконтроллера 8

Применение микроконтроллеров в изделия обусловлено тем, что они позволяют резко сократить сроки его разработки и промышленного освоения; поднять на новый уровень технические характеристики. Применяя микроконтроллеры в устройстве, можно значительно расширить его функциональность. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи. Использование одной микросхемы, вместо целого набора элементов, как в случае обычных процессоров, применяемых в персональных компьютерах, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость устройств, построенных на базе микроконтроллеров.Критериями для выбора микроконтроллеров чаще всего служат: 8

быстродействие; 8

габаритные размеры и тип корпуса; 8

энергопотребление, наличие энергосберегающего режима работы, необходимость охлаждения; 8

встроенные периферийные устройства, начиная от EEPROM-памяти и заканчивая LAN или LCD-контроллером; 8

надежность. 8

Еще одной важной характеристикой, влияющей как на практичность, так и на цену устройства, является способ программирования: 8

перепрограммируемые микроконтроллеры с УФ или электрическим стиранием, являются самыми дорогими, но вместе с тем, и наиболее практичными устройствами для мелкосерийного и экспериментального производства; 8

однократно-программируемые микроконтроллеры дешевле перепрограммируемых, однако, программирование возможно только один раз; 9

масочно-программируемые микроконтроллеры - самый дешевый способ изготовления, но программирование осуществляется промышленным способом на заводе изготовителе, что делает возможным применение подобных микроконтроллеров только в крупносерийном производстве, при условии, что программа изменяться не будет; 9

2.2 Выбор микроконтроллера 9

Рис.2.1 - Микроконтроллер 11

2.3 Техническое описание микроконтроллера ATMEGA 8515 11

3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАБОТЫ ИЗДЕЛИЯ 13

3.2 Разработка и отладка аппаратных средств 14

3.3Разработка и отладка программного обеспечения 16

4.1 Разработка структурной схемы изделия 19

4.2 Разработка принципиальной схемы изделия 20

Принципиальная схема устройства описано в приложении B. Входное напряжение подается на вход VCC датчика давления, на вход VSS дисплея и в цепь с термистором, выполняющую функцию датчика внешней температуры.Выводы датчика BMP085 SCL и SDA подключены к портам ArduinoUno A5/SCL и A4/SDA соответственно. Посредством этих выводов на Arduino осуществляется связь I2C и передача информации между датчиком и микропроцессором.Порт назначения адреса А дисплея подключен к выводу D10 ArduinoUno, порты DB0-DB3, выполняющие функцию шин адреса / данных, подключены к D7-D4 соответственно. Порты дисплея R/W и RS предназначены для записи данных в модуль, подключены к выводам D9 и D8. Порты D4-D10 являются цифровыми входами, из которых D5, D6, D9, D10 обеспечивают широтно-импульсную модуляцию с разрешением 8 бит для получения изменяющегося аналогового сигнала.Принципиальная схема ArduinoUnoописано в приложении С. 20

4.3 Назначение компонентов и работа схемы 20

ВВЕДЕНИЕ

Одним из важнейших направлений научно-технического прогресса является развитие и применение микропроцессоров. Их малые размеры, высокая надежность, большие вычислительные и логические способности позволяют создавать контролирующие, управляющие и обрабатывающие цифровые устройства высокого качества и низкой стоимости. Начиная с 1971 года, объемы ежегодного производства микроконтроллеров в несколько раз превышают объемы производства процессоров. Микроконтроллеры применяются системах промышленной автоматики, в измерительной технике, в управлении транспортом, в бытовой технике, где необходима не столько мощность процессора, сколько баланс между ценой и достаточной функциональностью. На сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров.

Объектом исследования является разработка и программирование барометра на основе микроконтроллера ATMEGA 8515.

Предметом исследования является макет для демонстрации студентам в учебном процессе возможности программирования различных форм предметов.

Цель работы – анализ и изучение языка программирования для управления микроконтроллером ATMEGA8515.

1. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Назначение изделия

БАРОМЕТР, прибор для измерения давления атмосферного воздуха. Давление есть сила, действующая на единицу площади поверхности. Земная атмосфера, простирающаяся на сотни километров вверх, оказывает давление на поверхность Земли; барометр и служит для измерения этого давления. Существуют два основных типа барометров — ртутный и анероид.

Ртутный барометр более точен и надежен, чем анероид.

Анероид же более компактен и удобен, его можно сделать карманным.

Рис.1.1 – макетбарометра на основе микроконтроллера ATMEGA 8515

Условия эксплуатации изделия

Рабочие условия эксплуатации:

температура окружающего воздуха, С ……….. от плюс 5 до плюс 50;
относительная влажность окружающего воздуха при температуре +С и более низких температурах без конденсации влаги, %,не более ..… 80;
атмосферное давление, кПа (ммрт.ст.) …….…………. от 84,0 до 106,7(от 630 до 800).

Формулирование технического задания

Техническое задание на проектирование, составляемое на основе исследований и обзора известных технических решений, включает указания о назначении прибора и его комплектности, сведения об условиях эксплуатации, формулировку технических требований к характеристикам прибора, его конструкции и экономической эффективности.

2. ВЫБОР МИКРОКОНТРОЛЛЕРА
2.1 Обоснование применения микроконтроллера

Применение микроконтроллеров в изделия обусловлено тем, что они позволяют резко сократить сроки его разработки и промышленного освоения; поднять на новый уровень технические характеристики. Применяя микроконтроллеры в устройстве, можно значительно расширить его функциональность. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи. Использование одной микросхемы, вместо целого набора элементов, как в случае обычных процессоров, применяемых в персональных компьютерах, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость устройств, построенных на базе микроконтроллеров.Критериями для выбора микроконтроллеров чаще всего служат:

быстродействие;
габаритные размеры и тип корпуса;
энергопотребление, наличие энергосберегающего режима работы, необходимость охлаждения;
встроенные периферийные устройства, начиная от EEPROM-памяти и заканчивая LAN или LCD-контроллером;
надежность.

Еще одной важной характеристикой, влияющей как на практичность, так и на цену устройства, является способ программирования:

перепрограммируемые микроконтроллеры с УФ или электрическим стиранием, являются самыми дорогими, но вместе с тем, и наиболее практичными устройствами для мелкосерийного и экспериментального производства;
однократно-программируемые микроконтроллеры дешевле перепрограммируемых, однако, программирование возможно только один раз;
масочно-программируемые микроконтроллеры - самый дешевый способ изготовления, но программирование осуществляется промышленным способом на заводе изготовителе, что делает возможным применение подобных микроконтроллеров только в крупносерийном производстве, при условии, что программа изменяться не будет;

2.2 Выбор микроконтроллера

Микроконтроллеры являются основой современной электроники и электронной техники. Они находят применение в устройствах различного применения, будь то электронные часы или системы управления технологическим процессом на заводах. При выборе элементной базы не возникает вопросов, какие электронные компоненты использовать, поскольку сразу стало очевидно, что поставленные задачи можно решить только с использованием в разработке микроконтроллеров. Но совершенно очевидно, что хоть микроконтроллеры могут решать довольно сложные задачи, их использование требует глубоких знаний программирования, а также определенного умения и опыта.Компания Atmel – производитель популярных семейств микроконтроллеров, каждое из которых имеет свои направления. Интересен этот производитель тем, что микроконтроллеры Atmel семейства AVR очень популярны в среде радиолюбителей. Кроме AVR контроллеров компания выпускает устройства с архитектурой ARM и i8051.

Популярность устройств обусловлена огромным количеством литературы по микроконтроллерам AVR. Каждый может освоить с нуля и писать простые коды с минимальным набором знаний.

Самой подходящей для выполнения данной работы, является фирма Atmel, поскольку ее микроконтроллер ATMEGA8515в составе отладочной платы Arduinoимеет некоторые значительные преимущества:

плата имеет 15 цифровых входа/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6аналоговых входов,3 последовательных порта UART, кварцевый генератор 16МГц, USBконнектора, разъем питания, разъем ICSP;
наличие огромного количества примеров программ, библиотек, которые помогают значительно ускорить разработку электронных устройств;
наличие встроенного программатора;
большая устойчивость к воздействиям внешних факторов (резкие изменения температуры, удары молний).

Поэтому выбор был остановлен на микроконтроллере ATMEGA8515, поскольку он обладает необходимыми возможностями для выполнения моей работы, является высокопроизводительным, имеет хороший объем flashпамяти для программирования. В приложении А представлена схема выводов микроконтроллера ATMEGA8515.

Рис.2.1 - Микроконтроллер

2.3 Техническое описание микроконтроллера ATMEGA 8515
Технические характеристики

Микроконтроллер: ATMEGA 8515
Тактовая частота: 16мГц
Напряжение: 5,5В
Предельные напряжения: 6-15 В
Рекомендуемое напряжение питания: 8-13В
Макс. сила тока с одного вывода: 40 мА
Цифровые пины:32
Цифровыепины с поддержкой ШИМ: 6
Аналоговые входы: 6
Flash-память: 8 КБ
SRAM: 1КБ
EEPROM:512 КБ

Распиновка платы

Рис. 2.2 - Распиновка и назначение выводов – важнейшая информация для разработчика.

3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РАБОТЫ ИЗДЕЛИЯ

3.1 Основные этапы разработки

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 событийи 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.
реализации необходимого объема вычислений (алгоритмов управления) за отведенное время нужна дополнительная аппаратная поддержка. Отрицательный результат поиска МК с требуемыми характеристиками может быть связан также с необходимостью обслуживания большого числа объектов управления. В этом случае возможно использование внешних схем обрамления МК.

3.2 Разработка и отладка аппаратных средств

Этап разработки программного обеспечения (ПО) для МКС является очень ответственным и трудоемким. МК представляет собой стандартную, относительно недорогую микросхему, конкретное назначение которой определяет пользователь с помощью ПО. Высокие функционально-логические возможности МК резко понижают стоимость конечного изделия (МКС) в пересчете на выполняемую функцию, что в конечном итоге и обеспечивает достижение высоких технико-экономических показателей изделий на МК.Все многообразие программ, используемых в микропроцессорных системах, принято делить на два вида: системные и прикладные. Системные программы служат для управления ресурсами МПС. Примером системной программы является операционная система персонального компьютера, которая осуществляет планирование работой процессора, управление памятью и периферийными устройствами, управление данными и библиотеками программ, интерфейс с пользователем. Прикладные программы создаются пользователем или для пользователя и определился требованиям конкретного применения. В микроконтроллерных системах доля системных программ обычно очень мала, а часто они вообще отсутствует. Поэтому главной задачей разработки ПО для МКС является создание прикладных программ. Разработка прикладных программ для МКС включает в себя следующие крупные этапы, характерные для разработки любых программных средств: 1.точную постановку решаемой задачи и определение функциональных спецификаций; 2.разделение задачи на части и алгоритмизацию каждой из них – так называемое проектирование программы; собственно программирование (кодирование); проверку и отладку программы. Разработка функциональных спецификаций.Общие спецификации обычно в себя включают: четкое описание задачи, решаемой системой; список аппаратных средств и внешних сигналов; описание связей программных модулей; описание функционирования системы с упором на интерфейс с внешними устройствами; инструкцию для пользователей с описанием входных и выходных данных, реакций на особые случаи и т.п. Разделение задачи на части и алгоритмизация.Программная реализация каждой из частей называется блоком или модулем. Основные блоки выделяются из функциональных спецификаций и содержат: управляющий блок (основную программу), блоки интерфейса с внешними устройствами, блоки реакций на прерывание, блоки разнообразного преобразования данных. Особое внимание уделяется организации ввода/вывода. Большое значение имеет правильная организация структуры данных. Следует задать и описать форматы входа и выхода, промежуточных и окончательных результатов, возможные варианты упаковки данных, выбрать способы размещения данных в памяти. После выделения функциональных блоков разрабатываются алгоритмы их работы с ориентацией на выбранный МК. Кодирование.Преобразование блок-схемы алгоритма программы в операторы некоторого языка, воспринимаемого микроконтроллером, традиционно называют программированием или по другому данный этап стали называть кодированием. Результатом кодирования является входная программа, или входной код. В зависимости от возможностей дальнейшего преобразования входных программ кодирование может вестись на машинно-ориентированном языке Ассемблер или языке высокого уровня. Для преобразования текста программы с языка Си в машинные коды МК используются специальные компьютерные программы, называемые компиляторами. Кроме компиляторов необходимы программы-компоновщики для связи программных модулей, а также программы-библиотекари, которые содержат наборы готовых программ. Проверка и отладка.Тесно связанные друг с другом проверка и отладка программы заключается в локализации и удалении из программы ошибок. Программные средства поддержки проектирования и отладки ПО.В процессе разработки и отладки ПО используют следующие программные средства: ассемблеры, компиляторы; симуляторы; отладчики. Симуляторы (Simulators) – это программно-логические модели мк, используемые при отладке программ. Они редко поставляются в виде отдельных средств поддержки программирования.

Разработка и отладка программного обеспечения

Если МК имеет гарвардскую архитектуру, то память программ и данных физически и логически разделены. Память данных обычно имеет ограниченный объем. Это обстоятельство нужно учитывать при разработке программ для МК. Так, при программировании МК константы лучше хранить не как переменные, а заносить в ПЗУ программ. Прикладные программы должны ориентироваться на работу без использования больших массивов данных.В памяти данных МК также находится стек. Стековая память обычно имеет ограниченный объем. Разработчик микроконтроллерных систем должен следить за тем, чтобы стек не переполнялся. При разработке программ для компьютеров наполняемость стека контролируется интегрированной средой программирования.настоящее время существуют 2 способа написания программ: снизу вверх и сверху вниз. При написании программ снизу вверх нельзя приступить к ее отладке, не завершив полностью написания текста всей программы. При этом ошибки в написании блоков программы или непонимание алгоритма работы приводят к тому, что приходится переделывать или выбрасывать полностью отдельные фрагменты программного кода. При таком подходе ошибки могут привести к неработоспособности всего разрабатываемого устройства. При разработке программы сверху вниз она может быть оттранслирована и выполнена на уровне фрагментов алгоритма, а также можно воспользоваться подпрограммами.Следует заметить, что алгоритмы программ для МК отличаются от алгоритмов программ для универсальных компьютеров. При выполнении программы на универсальном компьютере ее запуск, взаимодействие с внешними и внутренними устройствами, и с человеком выполняет операционная система. Программа, написанная для МК, решает эти задачи самостоятельно. В компьютере программа в определенный момент времени запускается и завершается. Программа, управляющая МК, запускается при включении устройства и не завершает свою работу, пока не будет выключено питание. Она как бы «наблюдает» за использованием ресурсов микроконтроллерной системы, поэтому ее иногда называют «монитором». Схема алгоритма программы-монитора приведена на рис 3.1.

рис 3.1-схема алгоритма программы-монитора

Существует несколько различных вариантов алгоритма, в которых преобразования в «пол-раундах» классического RC5 несколько изменены. В классическом алгоритме используются три примитивных операции и их инверсии:

сложение по модулю 2w;
побитовое исключающее «ИЛИ» (XOR);
операции циклического сдвига на переменное число бит (X<<

Основным нововведением является использование операции сдвига на переменное число бит, не использовавшиеся в более ранних алгоритмах шифрования. Эти операции одинаково быстро выполняются на большинстве процессоров, но в то же время значительно усложняют дифференциальный и линейный криптоанализ алгоритма.Шифрование по алгоритму RC5 состоит из двух этапов. Процедура расширения ключа и непосредственно шифрование. Для расшифровки выполняется сначала процедура расширения ключа, а затем операции, обратные процедуре шифрования.Параметры. Алгоритм RC5 имеет переменные параметры, то для спецификации алгоритма с конкретными параметрами принято обозначение «RC5-W/R/b», где:

W - половина длины блока в битах, возможные значения 16, 32 и 64. Для эффективной реализации величину W рекомендуют брать равным машинному слову. Для нашего случая, для 32-битных платформ оптимальным будет выбор W=32, что соответствует размеру блока 64 бита;
R - число раундов, возможные значения от 0 до 255. Увеличение числа раундов обеспечивает увеличение уровня безопасности шифра. Так, при R=0 информация шифроваться не будет. Также алгоритм RC5 использует таблицу расширенных ключей размера 2(R + 1) слов, которая получается из ключа заданного пользователем;
b - длина ключа в байтах, возможные значения от 0 до 255.

Расширение ключа. Перед непосредственно шифрованием или расшифровкой данных выполняется процедура расширения ключа. Процедура генерации ключа состоит из четырех этапов:

генерация констант;
разбиение ключа на слова;
построение таблицы расширенных ключей;
перемешивание.

4. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ИЗДЕЛИЯ
4.1 Разработка структурной схемы изделия

Структурная схема цифрового барометра приведена на рисунке 4.1. Устройство состоит из четырех блоков: источника напряжения, цифрового программируемого устройства, семисегментного дисплея, датчика атмосферного давления и температуры в помещении и датчика внешней температуры.

Рисунок 4.1 - Структурная схема цифрового барометра
Основой цифрового барометра является цифровое программируемое устройство (ЦПУ).. Оно выполняет такие функции, как получение значений температуры и давления с датчиков, обработка полученных данных и вывод информации на дисплей. Датчик BMP180 измеряет атмосферное давление с высокой точностью, а также получает данные о температуре воздуха и высоты над уровнем моря. Он отличается производительностью, точностью (минимальное значения измерения давления - 0.03hPa) и очень низким энергопотреблением.

Принцип действия датчика внешней температуры состоит в использовании термистора - полупроводникового прибора, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от его температуры. ЦПУ получает значение падения напряжения с термистора, преобразует его в цифровой код и передает его в управляющую программу. Расчет значения температуры производится путем сопоставления полученного напряжения значению из таблицы соответствующих температур (таблицы температур находятся в технической документации термистора).

4.2 Разработка принципиальной схемы изделия

Принципиальная схема устройства описано в приложении B. Входное напряжение подается на вход VCC датчика давления, на вход VSS дисплея и в цепь с термистором, выполняющую функцию датчика внешней температуры.Выводы датчика BMP085 SCL и SDA подключены к портам ArduinoUno A5/SCL и A4/SDA соответственно. Посредством этих выводов на Arduino осуществляется связь I2C и передача информации между датчиком и микропроцессором.Порт назначения адреса А дисплея подключен к выводу D10 ArduinoUno, порты DB0-DB3, выполняющие функцию шин адреса / данных, подключены к D7-D4 соответственно. Порты дисплея R/W и RS предназначены для записи данных в модуль, подключены к выводам D9 и D8. Порты D4-D10 являются цифровыми входами, из которых D5, D6, D9, D10 обеспечивают широтно-импульсную модуляцию с разрешением 8 бит для получения изменяющегося аналогового сигнала.Принципиальная схема ArduinoUnoописано в приложении С.
4.3 Назначение компонентов и работа схемы

Барометр-анероид – это бытовой прибор, предназначенный для слежения за разностью давления атмосферы механическим способом. Это устройство очень чувствительно и способно показать разницу давления даже при подъёме на лифте. При наблюдении за его показателями можно заметить определённые изменения при смене погоды. Таким образом, можно предсказывать многие изменения: перед тем, как погода испортится, атмосферное давление уменьшается, а перед приходом ясного денька – увеличивается. Перед снятием показаний с устройства необходимо учитывать высоту его расположения над уровнем моря. Чем выше находится прибор, тем меньше будет атмосферное давление. При подъёме на незначительную высоту показания будут сокращаться на 1 мм рт. ст. примерно каждые 12 метров подъёма. У барометра-анероида есть один недостаток – это воздействие температуры воздуха на пружину. Разница температурных показаний заставляет металл сужаться при похолодании и расширяться от нагрева без изменения давления атмосферы. Чтобы сделать поправку на температуру, современные модели оснащаются термометрами-компенсаторами.
Заключение

В ходе прохождения производственной практики было разработано устройство, применение которому найдётся и дома и на производстве. Освоены несколько программных комплексов для работы с микроконтроллерами и их программированием. В дальнейшем полученный в ходе прохождения производственной практики опыт будет полезен при трудоустройстве на предприятия, осуществляющими рабочий процесс с электроникой.