Реферат: Методические указания к курсовому проекту по курсу «Микропроцессорные устройства в системах управления»

Методические указания к курсовому проекту

по курсу

«Микропроцессорные устройства в системах управления »

для студентов специальности 210100

Управление и информатика в технических системах

Факультет вычислительных систем

Профилирующая кафедра «Компьютерные системы в управлении и проектировании»

Разработчик Рождественский Д.А.

Целью курсового проекта является закрепление теоретических знаний и формирование практических навыков при выполнении самостоятельной разработки микропроцессорного устройства, приобретение навыков работы с отечественным и зарубежным информационно-справочным материалом.




^ Типовое задание на курсовое проектирование предполагает выполнение шести этапов:

Выбор и анализ задания – изучение объекта и предмета исследований, обзор информационно-справочного материала по предложенной теме, поиск аналогов. (сентябрь-1)

Разработка ТЗ -сравнительный анализ аналогов, оформление и защита ТЗ(сентябрь-2)

Разработка схемы внешних соединений и создание алгоритма работы устройства (октябрь-1)

Изучение элементной базы для разрабатываемого устройства и разработка алгоритма управляющего МК (октябрь-2)

Создание принципиальной схемы, спецификации элементов (ноябрь-1)

Создание схемы соединений, габаритного и сборочного чертежа, дизайн (ноябрь-2)

Разработка пользовательской документации к прибору и созданным программам (декабрь-1)

Защита курсового - подготовка доклада и плакатов. (декабрь-2)




Методические рекомендации по выполнению курсового проекта

Основные правила

Курсовой разбивается на 8 этапов. Максимальная оценка за каждый этап - 15баллов. Итого120баллов.

Внимание! После окончания срока сдачи этапа баллы за этап обнуляются. Невыполненный этап суммируется к следующему с индексацией баллов (задержка на 0,5 этапа 75%, на 1этап 50%, на 1,5 этапов 25%, при задержке на более 1,5этапов 0%)

Требования по выполнению этапа «Выбор и анализ задания»

Этап состоит из частей:

формирование задания;

поиск и обзор аналогов;

Формирование задания:

Студенту необходимо изучить предложенное задание на курсовой проект, выделить объект и предмет исследований, произвести обзор информационно-справочного материала для детального ознакомления с объектом и предметом исследований. Поставить основные цели, назначение и функции разрабатываемого устройства.

Назначение устройства - должно быть указано функциональное и эксплуатационное назначение изделия, четко определить, для чего нужно это устройство, кто будет его покупать и как можно его использовать.

Результат первой части оформить в виде структуры с описанием.

Требования к выбору задания на разработку. Разрабатываемое устройство должно включать в себя:

востренный микропроцессор;

поддержку не менее пяти типов датчиков и двух типов устройств управления;

местную операторскую панель с устройством отображения и кнопками управления;

связь с персональным компьютером.



Поиск и обзор аналогов

Необходимо произвести поиск аналогов разрабатываемого устройства. Необходимо найти не менее пяти аналогов устройства, наиболее полно удовлетворяющих предложенному заданию. Для каждого аналога необходимо указать:

назначение устройства, область применения;

реализуемые функции и основные технические характеристики;

структурную схему и алгоритм работы.

Внимание! В отчете приводить не выдержки из Интернета, а пояснения своими словами, как Вы поняли его назначение, алгоритм и т.д.


Требования по выполнению этапа «Разработка ТЗ»

Этап включает в себя:

сравнительный анализ найденных аналогов на соответствие заданию;

оформление ТЗ.




Сравнительный анализ найденных аналогов на соответствие заданию

Результаты анализа необходимо представить в виде таблицы.


«отрицательные» черты устройства, не позволяющие использовать его для реализации Вашего задания;

«положительные» черты устройства, которые вы можете использовать при разработке.

Экономическое сравнение

Внимание! В анализе необходимо приводить обоснования Ваших утверждений: «лучше», «больше» и т.д.

Оформление ТЗ

Необходимо оформить результаты исследований в виде технического задания на разработку.

Техническое задание должно содержать следующие пункты:

Введение

Наименование разрабатываемого устройства;

Назначение разрабатываемого устройства – выполняемые функции, области применения.

Привести основные характеристики внешних приборов (наименование и тип связи с разрабатываемым устройством)

Расписать реализацию функций устройства;

рассчитать себестоимость и предполагаемую рыночную цену устройства;

Обоснование актуальности разработки вашего устройства.

Требования по выполнению этапа «Разработка схемы внешних соединений и создание алгоритма работы устройства»

Обзор и выбор внешних приборов

В данном пункте разрабатываемое устройство рассматривается в качестве «черного ящика». Студент производит обзор, анализ и выбор внешних приборов к разрабатываемому устройству (датчиков и исполнительных механизмов), необходимых для решения поставленных задач. В результате он должен разработать схему внешних соединений устройства

Для каждого внешнего прибора (датчика, устройства управления, источника питания и т.д.) необходимо указать:

Тип прибора: наименование, группа, изготовитель, цена на рынке;

Выполняемые им задачи по реализации функций для работы разрабатываемого устройства;

Входные (физические) характеристики прибора:

по паспорту: максимальный диапазон, точность преобразования.

для разрабатываемого устройства: рабочий диапазон, пределы для формирования блокировок, аппаратных защит и предупредительных сообщений (предупредительные и аварийные), максимальная скорость изменения.

Выходные характеристики прибора:

электрические: ток, напряжение, частота, сопротивление;

динамические характеристики прибора(скорость изменения, время установления и т.д.)

Питание: напряжение, мощность (ток).

Условия эксплуатации : по паспорту и по применению в вашем устройстве.




Разработать схему внешних соединений:

Для разрабатываемого устройства необходимо привести основной алгоритм функционирования. В данном случае устройство рассматривается как цельный блок без детализации.


Для каждого датчика или исполнительного механизма необходимо указать на схеме его тип, клемму и контакт цепи питания, измерительной цепи. Необходимо показать цепи соединения всех датчиков с внешним разъемом разрабатываемого устройства и с внешним(внутренним) блоком питания датчиков.



Разработать алгоритм работы устройства

Алгоритм должен включать в себя:

Подготовку устройства к работе(первое включение, настройка)

Описание основного режима функционирования

Описание внештатных ситуаций и их обработку

Описание алгоритма работы с компьютерными системами верхнегоуровня

Описание алгоритма работы с пользователем

Внимание!!! На данном этапе нужно разработать алгоритм для всего утсройства, а не для управляющего микроконтроллера.

Требования по выполнению этапа «Изучение элементной базы для разрабатываемого устройства и разработка алгоритма управляющего МК»

Разработать алгоритм управляющего микропроцессора:

Алгоритм должен включать в себя:

инициализация всех внутренних и внешних устройств после подачи питания на микропроцессор c указанием цифровых значений регистров (Пример: запуск таймера1 с тактированием периодом в 100мксек);

разрешение используемых прерываний, описание работы обработчиков прерываний.

тело основного цикла

Рекомендуется использовать прерывания, переход в режим низкого энергопотребления.

Требования по выполнению этапа «Создание принципиальной схемы и спецификации элементов»

Разработать принципиальную схему устройства:

В данной схеме необходимо рассмотреть внутреннюю структуру разрабатываемого устройства:

представить внутреннюю структуру устройства с указанием основных его блоков и их взаимосвязи;

Произвести выбор внутренних блоков;

для каждого блока необходимо привести краткий алгоритм его работы в устройстве, а для линий связи между блоками необходимо представить электрические и временные характеристики;

произвести расчет внутренних блоков устройства и схем их сопряжения;

При создании принципиальной схемы устройства желательно использовать пакеты PCAD или Orcad. На схеме для каждого элемента должны быть указанны:

Тип и порядковый номер;

Наименование (для микросхем) или значение (для пассивных элементов).

Создать спецификацию элементов принципиальной схемы.

Пример оформления спецификации элементов принципиальной схемы:

№

Поз.обозн.

Наименование

Кол.

Примечания







Микросхемы







1

DD1

AT90S8535 – 8AI

1

Корпус TQFP – 44pin







Конденсаторы







2

С1,С3..С5

0805 - 25В - 18 пФ 5

4

чиповые

^ Требования по выполнению этапа «Создание схемы соединений, габаритного и сборочного чертежа, дизайн корпуса»

Создать чертеж конструкции устройства в трех видах с указанием габаритных и установочных размеров, желательно использовать программу «Компас».

Создать дизайн пользовательского меню управления.

Привести в порядок все чертежи и схему по курсовому.


Разработка пользовательской документации к прибору и созданным программам

Руководство по эксплуатации (пояснительная записка к курсовому)

Паспорт прибора (краткие характеристики для защиты)




Защита курсового проекта

Подготовить доклад и демонстрационный плакат для защиты курсового проекта.

В докладе необходимо привести вывод, в котором нужно отметить:

полноту проведенного обзора аналогов устройства, экономические преимущества разработки по сравнению с лучшими отечественными и зарубежными образцами или аналогами

возможные пути совершенствования устройства,

вероятность конкурентоспособности разработанного Вами устройства на рынке

ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанного устройства,

нереализованные аспекты, пути дальнейшей доработки системы и т.д.



^ Приложение 1 Варианты заданий
Внимание!! Можно взять собственный вариант задания(в течении первой недели курса), но в нем обязательно должны быть части:

- Микроконтроллер

- блок связи с внешними датчиками и исполнительными механизмами (не менее 5 различных типов)

- блок связи с интеллектуальным оборудованием верхнегоурвня

- интерфейс общения с пользователем

Регулятор температуры и влажности воздуха в помещении.

Устройство поддерживать заданную температуру и влажность воздуха в помещении посредством их измерения и управления нагревательным прибором(3кВт) и вентилятором (500Вт). Индикация и задания значений через 4кнопки и 4-х семисегментных индикаторов.

ПИД-регулятор температуры для печи с 4-мя комфорками.

Устройство должно поддерживать заданную температуру в каждой комфорки стандартной электропечи. Индикация и задания значений через 4кнопки и 4-х семисегментных индикаторов.

Реле времени, программируемое пользователем, многоканальное.(модульное исполнение: основной, индикация, кнопки задания уставок, последовательный порт и программирование через HyperTerminal)

Прибор управление нагрузкой(лампы) по заложенной программе (вычисление восход-заход на каждый день) с изменяемой пользователем временами смещения на вкл/выкл.

Экономичный уличный фонарь: датчик движения(машины, люди) - включение светильника на задонное время.

Аудио-таймер: прибор проигрывает записанные в памяти аудио-фрагменты(моно, голос) в заданные временные интервалы.

Бегущая строка, прибор отображает на световом табло заранее записанный текст.

Уличный регулятор освещенности с лампой накала переменного тока.

Устройство должно измерять освещенность на участке улицы, сравнивать с заданным суточным графиком (ночь, утро, день, вечер) и плавно управлять выходным напряжением лампы накала переменного тока частотой 50Гц и напряжением 220В. Задание графика освещенности производится пользователем посредством четырех кнопок и жидкокристаллического индикатора. Необходимо обратить внимание на меню пользователя, защиту от неправильного подключения внешних цепей устройства пользователем, а также самотестирование устройства.

Кодовый замок с возможностью перепрограммирования.

Прибор должен позволять с основной клавиатуры изменять код доступа. Должен быть продуман механизм защиты кода от взлома и переход на резервное питание прибора при отсутствии основного. Должна быть предусмотрена пожарная сигнализация, а также сигнализация при попытке взлома самого замка или двери. Необходимо обратить внимание на меню пользователя, защиту от неправильного подключения внешних цепей устройства пользователем, а также самотестирование устройства.

Цифровой таймер для электробытовых машин и приборов

Прибор должен коммутировать цепи питания электробытовых машин и приборов (~220В). Требования к прибору: бесконтактная коммутация, не менее трех управляющих выходов с программируемыми временными интервалами включения и выключения, контроль короткого замыкания в коммутируемых цепях. Задание всех временных уставок производится пользователем посредством четырех кнопок на передней панели и жидкокристаллического индикатора. Необходимо обратить внимание на меню пользователя, защиту от неправильного подключения внешних цепей устройства пользователем, а также самотестирование устройства.

Цифровой таймер для автомобильных приборов

Прибор должен коммутировать цепи питания автомобильных приборов (12В). Требования к прибору: бесконтактная коммутация, не менее трех управляющих выходов с программируемыми временными интервалами включения и выключения, контроль короткого замыкания в коммутируемых цепях. Задание всех временных уставок производится пользователем посредством четырех кнопок на передней панели и жидкокристаллического индикатора. Необходимо обратить внимание на меню пользователя, защиту от неправильного подключения внешних цепей устройства пользователем, а также самотестирование устройства.

Звуковой таймер

Устройство предназначено для записи коротких звуковых фрагментов и их воспроизведения в установленное пользователем время. Задание временных интервалов осуществляется посредством четырех кнопок и двух семисегментных индикаторов. Необходимо обратить внимание на меню пользователя, компактность и низкую себестоимость.

Говорящие «часы-будильник-календарь»

Устройство предназначено для ведения времени, представление его на жидкокристаллическом индикаторе и звуковое оповещение в соответствии с заданными уставками. Пример режимов оповещения: начало часа , подъем, сон, дни рождения друзей-знакомых и т.д. Необходимо обратить внимание на меню пользователя, компактность и низкую себестоимость.

Спорт-табло

Устройство предназначено для управления спортивным табло, состоящим из 200 ламп (200Вт каждая). Взаимодействие с пользователем осуществляется через клавиатуру и жидкокристаллический индикатор. Необходимо обратить внимание на расположение ламп на табло, меню пользователя, защиту от неправильного подключения внешних цепей устройства, а также самотестирование прибора.

Устройство оповещения в салоне городского транспортного средства

Устройство предназначено для оповещения пассажиров салона городского транспортного средства информацией о маршруте транспортного средства, городских достопримечательностях и реклама товаров. Необходимо обратить внимание на механизм записи новых голосовых сообщений в устройство (реклама и т.д.), механизм определения местоположения транспорта, а также самотестирование прибора.

Устройство бесконтактной идентификации объектов

Устройство предназначено для бесконтактной идентификации проходящих через ворота объектов (скот, тележки и т.д.). На панели прибора отображается число объектов за сутки. Необходимо осуществлять бесконтактную идентификацию, а также самотестирование прибора.

Электронный словарь

Система контроля за сторожем

Сторож совершает обход вверенной ему территории по установленному маршруту с заданным интервалом. В нескольких пунктах маршрута обхода стационарно смонтированы (например, замурованы в стены) контрольные точки, которые представляют из себя простые устройства размером примерно 70х70х10мм и не требуют питания. Охранник имеет при себе контрольный прибор, который питается от батареи или аккумулятора и легко помещается в кармане. При обходе территории прибор подносится к контрольным точкам на расстояние 3-5 см. При этом в его память записывается текущее время и номер контрольной точки. Имеется световая и звуковая сигнализация корректного считывания информации. По окончании дежурства контрольный прибор сдается в офис, где соединяется с компьютером и вся накопленная в его памяти информация анализируется и распечатывается. Руководитель получает подробный отчет о том, как проходило дежурство.

Метроном музыканта - Этот прибор обычно используют при обучении игре на музыкальных инструментах как задатчик темпа исполнения   Прибор должен задавать любой темп от Largo до Ргеstissimo, тактовый размер - 2/4, 3/4, 4/4

Контроллер велотренажера(скорость, путь, пульс и т.д.)

Контроллер управления микроволновкой

Охранная сигнализация с возможностью отключения через пластиковую карточку

Терминал оплаты услуг связи

Контроллер управления лифтом (номер этажа, таймаут закрытия дверей, вызов и т.д.)

Контроллер игрового автомата (цифры меняются с разной частотой и при нажатии кнопки стоп – останов счета, если цифры совпадут, то горит светодиод «выигрыш» иначе «проигрыш»)

контроллер игры на память