Разработка микропроцессорной системы на базе микроконтроллера для спортивного велотренажера

Реферат

Микроконтроллер, Геркон, Датчик, СВЕТОДИОД.

Цель работы: разработка микропроцессорной системы на базе микроконтороллера, велотренажер с игровым уклоном. Ребенку задается определенная физическая нагрузка-программа, после чего он должен ее выполнить, чтобы продолжить игру на компьютере.

Содержание работы: в работе выполнено построение структурной схемы, построение функциональной схемы, сформирован алгоритм работы системы, выбор элементной базы, оптимальной для реализации поставленных задач по диапазону характеристик, разработана программа, разработана принципиальная схема устройства.

Содержание

Введение

1. Описание объекта и функциональная спецификация

2. Описание структуры системы

3. Описание ресурсов МК AT90S2313-10P1

4. Ассемблирование

5. Программирование микроконтроллера

6. Разработка алгоритма работы устройства

7. Описание выбора элементной базы и работы принципиальной схемы

Заключение

Список литературы

Приложение А. Листинг программы

Приложение Б. Объектный файл

 

Введение

В настоящее время более тридцати зарубежных фирм выпускают микроконтроллеры массового применения с разрядностью 8 бит, недорогие и пригодные для использования в самых разнообразных приложениях. Однако именно микроконтроллеры серии РІС фирмы Microchip® Technology Inc. переживают последние три-четыре года в Украине поистине взрывной рост популярности. Эти микроконтроллеры также крайне популярны во всем мире, как у производителей электронной техники, так и среди радиолюбителей.

В чем же причина такой популярности? Конечно, не последнюю роль сыграли правильная маркетинговая политика, мощная и продуманная поддержка разработчиков со стороны фирмы и низкая стоимость микросхем. Кроме этого, сам продукт обладает целым рядом неоспоримых достоинств. Микроконтроллеры РІС фирмы Microchip® объединили в себе все передовые технологии, применяемые в производстве микроконтроллеров: развитую RISC-архитектуру, минимальное энергопотребление при высоком быстродействии, ППЗУ, программируемое пользователем, функциональную законченность.

Четкая и продуманная внутренняя структура контроллеров и небольшая, но мощная система команд с интуитивно понятной мнемоникой значительно облегчают процесс изучения контроллеров РІС и написание для них программ.

Мировая промышленность выпускает огромную номенклатуру микроконтроллеров. По области применения их можно разделить на два класса: специализированные, предназначенные для применения в какой-либо одной конкретной области и универсальные, которые не имеют конкретной специализации и могут применяться в самых различных областях микроэлектроники, с помощью которых можно создать как любое из перечисленных выше устройств, так и принципиально новое устройство.

Цель курсовой работы - разработать микропроцессорную системы на базе микроконтроллера для спортивного велотренажера.

1. Описание объекта и функциональная спецификация

Проблема ограничения времени, которое дети проводят за компьютером, многим родителям известна не понаслышке. О вреде здоровью, школьной успеваемости сказано уже немало, поэтому сразу перейдем к техническим аспектам решения этой проблемы. В интернете можно найти немало программ для PC, которые лимитируют «машинное время». Первая же скачанная программа NikLock V1.53 мне понравилась. Однако после некоторого опыта эксплуатации возникла идея усовершенствовать процесс. Суть идеи сводится к следующему - изначально в день «бесплатно» выделяется небольшой отрезок «машинного времени», а остальное время предлагается заработать с помощью... велотренажера. Т.е. чем больше крутишь и чем больше нагрузка, тем больше зарабатываешь времени для компьютерных игр. Таким образом решается заодно и проблема гиподинамии.

Итак, начнем с велотренажера. В нашем случае это был Body Sculpture ВЕ6200, но это не принципиально. В данном случае можно использовать практически любой тренажер (как с «бортовым компьютером», так и без него), т.к. предлагается полностью автономный интерфейс съема данных.

Основой схемы является микроконтроллер AT90S2313-10PI. С помощью геркона S1 микроконтроллер отслеживает каждый оборот педалей тренажера. Ротор резистора R1 сопрягается с регулятором нагрузки тренажера. Большую часть времени микроконтроллер находится в спящем режиме, поэтому в схеме отсутствует выключатель питания. В тренажере ВЕ6200 имеется датчик оборотов, который состоит из постоянного магнита, закрепленного на «рабочем колесе», и геркона, закрепленного на неподвижном кронштейне. Закрепляем «наш» геркон возле «родного» геркона таким образом, чтобы он тоже попадал в поле вращающегося магнита. Регулятор нагрузки в ВЕ6200 управляет натяжением ременного тормоза. Между минимальной и максимальной нагрузкой ручка регулятора делает около шести полных оборотов.

Теперь о повседневном использовании. Ребенок включает компьютер. Программа NikLock отмеряет ему (согласно настройке) небольшой начальный интервал времени. Его можно сразу истратить на компьютерные игры, либо, запустив программу Velo, заработать с помощью велотренажера себе еще некоторое количество «машинного времени». Когда начальный интервал времени истечет, компьютер нужно перезагрузить (или включить снова, если NikLock его уже выключил) и теперь программа NikLock отмерит заработанный интервал времени. Его можно использовать частично на игру, частично опять на заработок нового времени с помощью тренажера и программы Velo и т.д.

Программу Velo можно использовать и в фоновом режиме, т.е. запускаем сначала Velo, затем игру. В результате один ребенок может играть, а другой в это время зарабатывать себе время.

Функциональная спецификация

1.  Входы

a.  Герконовый датчик

2.  Выходы

a.  Светодиод – индикатор вращения колеса велотренажера

b.  Компьютер с программой Velo

3.  Функции

a.  Запись программы

b.  Отсчет оборотов вращения колеса велотренажера

c.  Передача данных на компьютер

d.  Индикация вращения колеса велотренажера и работоспособности системы

2.Описание структуры системы

После определения входов и выходов устройства разработана структурная схема устройства. Структурная схема велотренажера приведена на рис. 1.

Велотренажер

 Магнит Светодиод

 Геркон

 

 

 

 

Рис. 1. Структурная схема велотренажера

 

3.Описание ресурсов МК AT90S2313-10P1

В курсовом проекте был выбран 8- ми разрядный AVR микроконтроллер AT90S2313-10P1 с 2 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

2 Кбайт Flash- памяти с поддержкой внутрисистемного программирования

 SPI- последовательный интерфейс для загрузки программного кода Ресурс: 1000 циклов записи/ стирания

128 байта EEPROM:

Ресурс: 100 000 циклов запись/ стирание

Рабочие регистры общего назначения 32 х 8

15 программируемых линий I/O

Питание VCC: от 2.7 В до 6.0 В

Полностью статический режим работы:

От 0 до 10 МГц, при питании от 4.0 В до 6.0 В

От 0 до 4 МГц, при питании от 2.7 В до 6.0 В

Производительность, вплоть до 10 MIPS при 10 МГц

Один 8-ми разрядный таймер/ счетчик с отдельным предварительным делителем частоты

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

Полнодуплексный UART

Выбираемые 8, 9, или 10-ти разрядные режимы широтно- импульсной модуляции (ШИМ)

Внешние и внутренние источники прерывания

Программируемый следящий таймер с встроенным тактовым генератором

Встроенный аналоговый компаратор

Экономичные режимы ожидания и пониженного энергопотребления

Программируемая блокировка для безопасности программного обеспечения