В рамках данной курсовой работы мне было предложено разработать устройство вывода информации в виде бегущей строки на матричный индикатор. Устройство необходимо выполнить на базе микроконтроллера.
Применение МК можно разделить на два этапа: первый – программирование, когда пользователь разрабатывает программу и прошивает ее непосредственно в кристалл, и второй – согласование спроектированных исполнительных устройств с МК. В данной курсовой работе, безусловно, сначала необходимо разработать структурную схему устройства, затем определиться с элементами, входящими в схему, разработать принципиальную схему и рассчитать номиналы. Затем будет составлен алгоритм работы программы. По разработанной электрической схеме изготавливается конструкторская документация на печатную плату.
Такой подход позволит быстро и качественно спроектировать РЭС на базе микроконтроллера.

2 Анализ технического задания

По заданию, схема должна принимать информацию по последовательному интерфейсу и выдавать её в виде бегущей строки на 16 светодиодных матриц размером 5•7. С такой задачей может справиться любой современный микроконтроллер. Выбираем для этой цели микроконтроллер intel80С51. Подробнее о причинах выбора именно этого МК написано в разделе ПЗ «Выбор микроконтроллера».
Для уменьшения и увеличения скорости перемещения бегущей строки в устройстве будут применены две кнопки типа DTS-32 (TC-0121). Для питания контроллера используется маломощный трансформатор и диодный мост RS601. Амплитуда напряжения, подаваемого на плату, должна составлять 6-7В.
В качестве индикаторов выберем матричные индикаторы HCMS-2000, аналоги наших ИПВ70А-4/5Х7К.
Индикаторы питаются от сети +5В, имеют 4 матрицы 5•7 светодиодов каждая. В индикатор встроен сдвиговый регистр на 28 бит, который хранит логические уровни, подающиеся через драйвер постоянного тока на строки матрицы: 1..7 биты определяют состояние уровней на соответственно 1..7 строках 4 матрицы индикатора, 8..14 биты – на 1..7 строках третьей матрицы и т.д. Для простоты будем считать, что нам нужно выводить в каждый момент времени лишь один столбец из всех матриц всех индикаторов. Для этого в соответствующую область сдвигового регистра соответствующего индикатора (выше они указаны) мы должны поместить один из пяти байтов символа. Точнее, не целый байт, а лишь первые 7 его младших бит. Остальные биты всех сдвиговых регистров (их четыре) зануляем. Далее нам необходимо открыть транзистор соответствующего столбца, и нужные точки (для которых в сдвиговом регистре записаны единицы) загорятся. Алгоритм работы программы описан в соответствующем разделе ПЗ.
Последовательный порт будет работать в асинхронном 8-ми битовом режиме. Передаются (через TXD) или принимаются (через RXD) 10 бит: старт-бит (логический 0), 8 бит данных (младшим разрядом вперед) и стоп-бит (логическая 1). При приеме, стоп-бит поступает в бит RB8 регистра SCON. Скорость передачи в этом режиме переменная: для управления скоростью передачи можно использовать таймер Т2.

3 Разработка структурной схемы прибора

Основным структурным звеном прибора является микроконтроллер. По последовательному порту он получает информацию от устройства ввода. Обработав ее и просканировав кнопки, он должен вывести информацию на индикаторы. Структурная схема прибора следующая:
4 Выбор микроконтроллера
Для данного прибора выберем микроконтроллер Intel 80C51. Этот микроконтроллер имеет классическую гарвардскую архитектуру, то есть данные и команды хранятся и обрабатываются в нем раздельно.
Микроконтроллер Intel 80C51 имеет следующие характеристики:
- Состоит из процессорного ядра (CPU), ОЗУ, ПЗУ, последовательного порта, параллельного порта, логики управления прерываниями, таймера и др.
- Шина данных — 8-ми битная. Возможность обработки 8 бит данных за одну операцию.
- Шина адреса — 16 битная.
- Встроенное ОЗУ — 128 байт.
- Встроенное ПЗУ — 4 КБ.
- Четыре порта ввода/вывода: один двунаправленный и три квазидвунаправленных.
- Последовательный интерфейс UART (Универсальный асинхронный приёмопередатчик).
- Два 16-битных таймера.
- Два уровня приоритета прерываний.
- Энергосберегающий режим.
Микроконтроллер производится в корпусе dip40.

Наш микроконтроллер Intel80C51 построен по CISC-концепции.
Она характеризуется следующим набором свойств:
- нефиксированное значение длины команды;
- арифметические действия кодируются в одной команде;
- небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.
Эта концепция удобна для программирования микроконтроллера, но она неэффективна с точки зрения производительности. В 90-х годах появились RISCконтроллеры, которые используют сокращенный набор команд одинаковой длины. Но они не совсем удобны для программиста и достаточно дороги. Например, это микроконтроллеры Atmel AVR. В нашем простом устройстве вполне достаточно микроконтроллера Intel 80C51.

5 Разработка принципиальной схемы. Расчет режимов элементов
К микроконтроллеру 80С51 через последовательный порт (ножки 3.0 и 3.1) подключено устройство ввода и проверки через разъем.

К ножкам VDDи GNDчерез стабилизатор DD2 L7805 подключаем питание. Максимальный ток через стабилизатор L7805 1,5А. Емкости С1 и С3 берем из документации на стабилизатор: С1=0,33мкФ, С3=0,1мкФ. Выбираем конденсаторы КМ5-Н90 напряжением 50В. Конденсатор С2 выбираем по документации на стабилизатор LM7833: С2=0,1 мкФ.

***

В ходе выполнения работы было разработано устройство, считывающее данные по последовательному порту и выводящее символы на экран в виде бегущей строки. Устройство может быть использовано как составная часть настольных часов для вывода текущего времени, даты. Прибор может быть подключен к ПК, а также использоваться для вывода информации от любого устройства, поддерживающего последовательный протокол передачи данных.

Список литературы

1) А.В. Фрунзе Микроконтроллеры? Это же просто! Том 1, «ИД СКИМЕН», 2002;
2) Н.Н.Васерин, Н.К.Дадерко, Г.А.Прокофьев Применение полупроводниковых индикаторов – М, «Энергоатомиздат», 1991;
3) Technical Data CMOS 5x7 Alphanumeric Displays HCMS-200X Series.

Полная версия работы в архиве. Её можно скачать асболютно бесплатно.