Разработка и Изготовление электронного устройства для проведения опросов Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

РАЗРАБОТКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПРОСОВ И.Н. Архипов (Лицей №344 Невского района Санкт-Петербурга) Научный руководитель - В.В. Илларионова

Разработано и изготовлено электронное программируемое устройство, которое можно использовать для проведения экспресс-опросов. Устройство представляет собой печатную плату с установленными на ней AVR контроллером ATmega8, знакосинтезирующим индикатором и другими электронными компонентами, обеспечивающими работоспособность устройства в соответствии с поставленной задачей.

Разработка и создание устройства включают в себя следующие этапы.

1. Разработка программного кода, в соответствии с которым контроллер работает в устройстве. Создан в среде CodeVisionAVR, которая представляет собой компилятор высокого уровня, предназначенный для создания программного кода для контроллеров типа AVR.

1.1. Создание алгоритма работы программы.

1.2. Написание программы на языке «Си» и ее компиляция.

2. Проектирование принципиальной схемы и подбор компонентов. Принципиальная схема устройства представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема

3. Контроллеры AVR включают в себя несколько семейств. В таблицах, представленных ниже, приводятся характеристики наиболее распространённых и часто используемых семейств Tiny и Mega.

Название Flash ROM EEP ROM I/O Внутренний RC-генератор Напряжение питания, Vcc Тактовая частота, МГц Тип корпуса

ATtiny13 1 KB 64 B 6 Есть 1.8-5.5, 2.7-5.5 0-10, 0-20 DIP8, SOIC8, SSOIC8, MLF20

ATtiny24 2 KB 128 B 12 Есть 1.8-5.5, 2.7-5.5 0-10, 0-20 DIP14, SOP14, MLF20

ATtiny44 4 KB 256 B 12 Есть 1.8-5.5, 2.7-5.5 0-10, 0-20 DIP14, SOP14, MLF20

Таблица 1. Характеристики контроллеров Tiny

Название Flash ROM EEP ROM I/O Интерфейсы Внутренний RC-генератор Сторожевой таймер Напряжение питания, Vcc Тактовая частота, Мгц Тип корпуса

ATmega48 4 KB 256 B 23 UART, 2 SPI, I2C Есть Есть 1.8-5.5 0-10, 0-20 PDIP28 TQFP32 MLF32

ATmega8 8 KB 512 B 23 UART, SPI, I2C Есть Есть 2.7-5.5 4.0-5.5 0-8, 0-16 DIP28, TQFP32 MLF32

ATmega16 16 KB 512 B 32 UART, SPI, I2C Есть Есть 2.7-5.5 4.5-5.5 0-8, 0-16 DIP40, TQFP44

Таблица 2. Характеристики контроллеров Mega

Анализ основных параметров микроконтроллеров показал, что могут использоваться микроконтроллеры семейства Mega. Контроллеры семейства Tiny в данном случае применять нельзя, так как они имеют мало портов ввода-вывода и не смогут управлять знакосинтезирующим индикатором и считывать состояние кнопок (минимум 7 ка-

налов ввода-вывода для дисплея и 4 для кнопок), или мало Flash-памяти, и если понадобится дополнить программу, то ее может не хватить. Было решено использовать контроллер в стандартном PDIP корпусе, а это значит, что ATmega16 не поместится в корпус устройства, и надо выбирать между ATmega48 и ATmega8. ATmega8 имеет больше Flash-памяти, чем ATmega48, по этой причине я выбрал микроконтроллер ATmega8.

Для правильной связи с компьютером (RS-232) необходим драйвер порта - микросхема MAX232.

3.1. Моделирование электронного устройства в программе-симуляторе Proteus.

3.2. Создание проверенной схемы в пакете программ DipTrace.

3.3. Преобразование принципиальной схемы в плату и ее трассировка.

4. Оптимизация как схемотехнического решения, так и программного кода с целью экономии ресурсов контроллера, увеличения скорости исполнения программы, уменьшения габаритов устройства. Проверка правильности монтажной схемы устройства, отсутствия наложения компонентов, наличия необходимых зазоров между дорожками токопроводящих цепей.

5. Изготовление печатной платы методом фототравления.

5.1. Вырезание из листа стеклотекстолита заготовки нужных размеров.

5.2. Зачистка и обезжиривание фольгированного стеклотекстолита.

5.3. Покрытие светочувствительным лаком (фоторезистом) фольгированной поверхности платы.

5.4. Печать фотошаблона (дорожек) на прозрачной пленке.

5.5. Экспонирование заготовки с наложенным фотошаблоном с помощью УФ излучения (например, лампа дневного света).

5.6. Проявка лака (растворение засвеченных участков в щелочной среде, напр. NaOH).

5.7. Травление печатной платы (химическое удаление медной фольги, не защи-щённой лаком).

5.8. Сверловка отверстий, необходимых для установки всех компонентов и элементов устройства на плате.

6. Монтаж всех электронных компонентов на печатной плате пайкой и установка в корпус.

Рис. 2. Внешний вид устройства

В процессе работы над устройством были самостоятельно изучены следующие

темы.

• Программирование контроллеров семейства AVR в среде CodeVisionAVR.

• Моделирование электронных схем в специализированной программе Proteus.

• Проектирование печатной платы с помощью пакета программ DipTrace.

• Изготовление печатных плат в домашних условиях с помощью фоторезиста.

Параллельно с этим устройством был собран программатор AVR контроллеров для возможности загрузки кода программы (прошивки) в память контроллера.

При создании устройства использована информация, размещенная на специализированных сайтах в сети Интернет.

В результате проделанной работы сконструировано работоспособное устройство. Оно запрограммировано для тестирования по информатике. Внешний вид устройства представлен на рис. 2.

Литература

1. Евстигнеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы «ATMEL». - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2004.

2. Голубцов М.С. Микроконтроллеры AVR: от простого к сложному. - М.: СОЛОН-Пресс, 2003.

3. Very Reasonable Technological Pages [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// www.vrtp.ru

4. Магазин «Микроника» в Санкт-Петербурге [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// www.micronika.ru