Проектирование и создание шахматных часов с функцией будильника на основе микроконтроллера - Дипломная работа

.1.4 Генератор сигналов 2.2 Proteus - среда для проектирования и отладки 2.3 SPLAN - черчение электронных схем Разработка шахматных часов на микроконтроллереШахматные часы стали использовать для игры в шахматы сравнительно недавно - лишь во второй половине 19 века. До этого играли в шахматы без часов, и нередко шахматные партии крайне затягивались [1]. Часы имели два циферблата (для каждого из игроков), стрелки, фиксирующие падение флажка и флажок. Часы заводились вручную. Наряду с механическими часами большую популярность завоевали кварцевые шахматные часы.Сделав ход, игрок нажимает свою кнопку, чем выключает свой часовой механизм и включает часовой механизм противника. Таким образом, можно будет по показанию циферблатов определить, сколько времени потратил на раздумье каждый игрок [4]. Но, проблема в том, что у популярных переключателей типа П2К или ПКН кнопки расположены слишком близко, и такой переключатель приходится располагать между корпусами двух будильников (рисунок 1). Необходимо, чтобы кнопки располагались на максимальном удалении так, как показано на рисунке 2. В этом случае то, какой из будильников включен, а какой выключен будет зависеть не от конкретного положения переключателя, а от того, переключатели находятся в одинаковых положениях или в разных (рисунок 3).Если представить все типы современных микроконтроллеров (МК), то можно поразиться огромным количеством разнообразных приборов этого класса, доступных потребителю. Однако все эти приоры можно разделить на следующие основные типы: - Встраиваемые (embedded) 8-разрядные МК; В них все необходимые ресурсы (память, устройства ввода-вывода и т.д.) располагаются на одном кристалле с процессорным ядром [3]. Обычно МК содержат значительное число вспомогательных устройств, благодаря чему обеспечивается их включение в реальную систему с использованием минимального количества дополнительных компонентов. В состав этих МК входят: - Схема начального запуска процессора (Reset);В зависимости от числа используемых кодов операций системы команд МК можно разделить на две группы: CISC и RISC. Термин CISC означает сложную систему команд и является аббревиатурой английского определения Complex Instruction Set Computer. Аналогично термин RISC означает сокращенную систему команд и происходит от английского Reduce Instruction Set Computer. Основная идея RISC архитектуры - это тщательный подбор таких комбинаций кодов операций, которые можно было бы выполнить за один такт тактового генератора.Эта память не изменяет содержимого в процессе выполнения программы. Память данных предназначена для хранения переменных в ходе выполнения программы. Регистры МК - этот вид памяти включает внутренние регистры процессора и регистры, которые служат для управления периферийными устройствами. Для хранения программ обычно служит один из видов постоянной памяти: ROM (масочные ПЗУ), PROM (однократно программируемые ПЗУ), EPROM (электрически программируемые ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием) или EEPROM (ПЗУ с электрической записью и стиранием, к этому виду также относятся современные микросхемы Flash-памяти). В настоящее время протоколы программирования современной EEPROM памяти позволяют выполнять программирование МК непосредственно в составе системы, где он работает.Во многих приложениях используется батарейное питание МК, а в некоторых случаях применяются даже конденсаторы большой емкости, которые обеспечивают сохранение работоспособности при кратковременных отключениях питания.Кнопка RESET используется в процессе разработки устройств для сброса МК в начальное состояние (рисунок 5): Рисунок 5 - Схема RESETСуществует три способа задания тактовой частоты МК. Командный цикл состоит обычно из нескольких тактов, которые необходимы процессору для выполнения команды. На рисунке 6 показан командный цикл, состоящий из четырех тактов: Рисунок 6 - Командный цикл и машинные тактыПрограммный счетчик (Program Counter) или счетчик команд (СК) используется для указания следующей команды выполняемой программы. Реализация этой функции значительно усложняется, когда необходимо сохранить содержимое СК при вызове подпрограмм и обработке запросов прерывания или обеспечить ветвление программы. В процессорах с Принстонской архитектурой содержимое СК поступает по шине данных в схему управления памятью, указывая адрес считываемой команды. При загрузке в СК нового адреса, он поступает по шине данных частями по 8-бит, что требует выполнения дополнительных машинных циклов. При выполнении такой команды достаточно передать по шине данных только один байт, тогда как для загрузки полного 16-разрядного адреса требуется пересылка двух байт.При вызове подпрограммы или функции требуется сохранить содержимое СК для того, чтобы команда возврата могла вернуть управление исходной программе. При возврате к исходной программе адрес извлекается из стека и загружается в СК. Если нельзя непосредственно загрузить в стек содержимое СК, то адрес возврата к исходной программе можно сохранить в эмулированном стеке. Один из самых эффе

Содержание

Введение

1. Шахматные часы и современные микроконтроллеры

1.1 Схема шахматных часов на основе кварцевых будильников

1.2 Основные типы микроконтроллеров и их архитектура

1.2.1 Система команд

1.2.2 Типы памяти МК

1.3 Аппаратные средства

1.3.1 Запуск микроконтроллера

1.3.2 Сброс в начальное состояние

1.3.3 Тактирование и командные циклы

1.3.4 Программный счетчик и АЛУ

1.3.5 Подпрограммы и функции

1.3.6 Прерывания

1.3.7 Таймеры

1.3.8 Ввод/вывод данных

1.3.9 Аналоговый компаратор

1.3.10 Программирование устройств

1.4 Основные типы интерфейсов МК

1.4.1 Подключение переключателей и подавление «звона» контактов

1.4.2 Световая индикация

1.4.3 Семисегментный индикатор

2. Среды для разработки устройства

2.1 NI Multisim - интерактивный эмулятор схем

2.1.1 Обзор компонентов

2.1.2 Интерактивные компоненты

Шахматные часы стали использовать для игры в шахматы сравнительно недавно - лишь во второй половине 19 века. До этого играли в шахматы без часов, и нередко шахматные партии крайне затягивались [1].

Привычные всем механические шахматные часы впервые были сконструированы в 1900 году. Часы имели два циферблата (для каждого из игроков), стрелки, фиксирующие падение флажка и флажок. Часы заводились вручную. Форма и марки часов с течением лет менялись. В советское время очень популярной маркой были шахматные часы Янтарь. В последние годы лучшими среди механических часов считаются INSA [1].

Наряду с механическими часами большую популярность завоевали кварцевые шахматные часы. Они по функциональности и внешнему виду не отличаются от механических, но более долговечны и точны. Для их работы в течение года хватит одной пальчиковой батарейки (поставляется в комплекте). Самые популярные кварцевые шахматные часы - это Кварц “Классика”. Эти часы продаются по всему миру. Например, в США они являются стандартом часов Шахматной Федерации США [1].

Целью данного дипломного проекта является изготовление шахматных часов на основе микроконтроллера.

Микроконтроллер (МК) - это компьютер, разместившийся в одной микросхеме. Отсюда и его основные привлекательные качества: малые габариты; высокие производительность, надежность и способность быть адаптированным для выполнения самых различных задач [2].

Микроконтроллер помимо центрального процессора (ЦП) содержит память и многочисленные устройства ввода/вывода: аналого-цифровые преобразователи, последовательные и параллельные каналы передачи информации, таймеры реального времени, широтно-импульсные модуляторы (ШИМ), генераторы программируемых импульсов и т.д. Его основное назначение - использование в системах автоматического управления, встроенных в самые различные устройства: кредитные карточки, фотоаппараты, сотовые телефоны, музыкальные центры, телевизоры, видеомагнитофоны и видеокамеры, стиральные машины, микроволновые печи, системы охранной сигнализации, системы зажигания бензиновых двигателей, электроприводы локомотивов, ядерные реакторы и многое другое.

Достаточно широкое распространение имеют МК фирмы ATMEL, функциональные возможности которых охватывают все перечисленные задачи [3].

Задачи дипломного проекта заключаются в следующем: - теоретический анализ материалов о работе шахматных часов, микроконтроллеров, а также изучение различных сред для разработки схемы;

- моделирование платы при помощи программы Proteus с ее последующим тестированием;

- изготовление печатной платы.