Для выполнения поставленной задачи, как было сказано выше, нам нужен микроконтроллер, рассчитанный на коммерческий диапазон температур

(-40…+85°С). Тип корпуса в данном случае роли не играет, так как в корпусе кодового замка входной двери дома достаточно места для расположения любого из них.

2.7 Выбор стабилизатора напряжения

Для питания микроконтроллера элементов необходим стабилизированный источник питания напряжением +5В. В качестве стабилизатора лучше всего использовать микросхему КР142ЕН5. Она обеспечивает достаточную стабильность выходного напряжения и осуществляет фильтрацию помех, амплитуда которых может достигать 1В. При установке ее на дополнительный радиатор максимальный ток нагрузки составляет около 2А. Помимо этого микросхема имеет защиту от короткого замыкания.

Серия КР142ЕН5 - трехвыводные стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением в диапазоне от 5В до 27 В, могут найти применение в широком спектре радиоэлектронных устройств. Диапазон напряжений, перекрываемых данной серией стабилизаторов, позволяет использовать их в качестве источников питания, логических систем, измерительной техники, устройств высококачественного воспроизведения и других радиоэлектронных устройств. Несмотря на то, что основное назначение этих приборов - источники фиксированного напряжения, они могут быть использованы и как источники с регулированием напряжения и тока путем добавления в схемы их применения внешних компонентов. Внешние компоненты могут быть использованы для ускорения переходных процессов. Входной конденсатор необходим только в том случае, если регулятор находится на расстоянии более 5 см от фильтрующего конденсатора источника питания. Внешний вид и типовая схема включения приведены на рисунках 2.7.1 и 2.7.2 соответственно. Технические характеристики представлены в таблице 2.7.1.

Основные особенности:

- Встроенная защита от перегрева;

- Встроенный ограничитель тока КЗ;

- Коррекция зоны безопасной работы выходного транзистора;

- Диапазон температур хранения -55 ... +150С;

- Рабочий диапазон температур кристалла -45 ... +125С.

Рисунок 2.7.1 - Внешний вид и расположение выводов стабилизатора КР142ЕН5А

Назначение выводов стабилизатора КР142ЕН5А:

- 1 - вход;

- 2 - общий;

- 3 - выход.

Рисунок 2.7.2 - Типовая схема включения стабилизатора

Таблица 2.7.1 - Электрические характеристики стабилизатора КР142ЕН5А:

Оптопара подключается к порту P0.0 микроконтроллера через резистор R2, ограничивающий ток. Входное напряжение оптопары 1,3В при токе 25 мА, значит, падение напряжения на резисторе должно быть (5-1,3)В=3,7 В. Тогда номинал сопротивления будет 3,7В/0,025А=148 Ом. Ближайшее значение ряда номинальных сопротивлений 150 Ом. Выходной каскад оптопары открывается низким уровнем на выводе микросхемы и закрывается высоким. Когда он открыт, напряжение подаётся на базу транзистора Q1 и он открывается, замыкая цепь привода замка. Рассчитаем сопротивление резистора R3. Для этого воспользуемся законом Ома [7]. Через цепь коллектор-эмиттер протекает ток 0,5А. Коэффициент передачи транзистора по току равен 40, значит ток база-эмиттер будет равен 0,5А/40=0,0125А. На базу подаётся 5В, а на базовом переходе транзистора падает 1,2В, поэтому сопротивление резистора будет равно (5-1,2)В/0,0125А=304 Ом. Возьмём резистор на 300Ом. Для того чтобы транзистор самопроизвольно не открываться обратным током коллектора, ставится шунтирующий резистор R10. Пусть через него протекает ток, в три раза меньший, чем ток базы транзистора. Падение напряжения на базовом переходе 1,2В. Тогда сопротивление R10 будет равно 1,2В/(0,0125А/3)=288 Ом. Используем резистор 270 Ом. Так как привод замка основан на индуктивности, то по закону электромагнитной индукции при коммутации в ней возникают обратные токи. Диод D2 шунтирует индуктивность в обратном направлении и препятствует появлению обратных токов в цепи. По своим характеристикам нам подходит диод КД208А. Его максимальное обратное напряжение 100 В, прямой ток 1 А.

19

Подпрограмма реализации временной задержки использует метод программных циклов. При этом в некоторый рабочий регистр загружается число, которое затем в каждом проходе цикла уменьшается на 1. Так продолжается до тех пор, пока содержимое рабочего регистра не станет равным нулю, что интерпретируется программой как момент выхода из цикла. Время задержки при этом определяется числом, загруженным в рабочий регистр, и временем выполнения команд, образующих программный цикл.

mov r2,#0ffh

loop3:

djnz r2,loop3

Команда mov выполняется за 1 машинный цикл, команда djnz - за 2. При тактовой частоте 24 МГц каждый машинный цикл выполняется за 0,5 мкс. Таким образом, максимальная длительность задержки, реализуемая с помощью одного цикла, составляет (1+255*2)*0,5=255,5 мкс (в регистре r2 значение 255). Задержка большой длительности может быть реализована методом вложенных циклов.

delay2: ;задержка 5 мс

mov r3,#13h

loop4:

mov r2,#0ffh

loop3:

djnz r2,loop3

djnz r3,loop4

ret

Так, максимальная длительность задержки при использовании двух циклов составляет (1+((1+2*255)+2)*255)/2=65408 мкс=65,41 мс. Рассчитаем значение регистра r3 для формирования задержки длительностью 5 мс. Очевидно, что в регистр r2 нужно загрузить максимальное значение 255. При расчёте нужно учесть, что на выполнение команд call и ret требуется по 2 машинных цикла на каждую. (2+2+1+((1+2*255)+2)*X)/2=5000. X=19,42. В регистр заносим значение 13h.

2) Формирование задержки длительностью 1 с.

При формировании задержки длительностью 1 с используется таймер T0.

delay: ;задержка 1 с

mov r1,#1fh

loop1:

mov th0,#0h

mov tl0,#0h

setb tcon.4

loop2:

jb tcon.4,loop2

djnz r1,loop1

ret

В 16-битном режиме (диапазон значений таймера 0-65535) при тактовой частоте 24МГц таймер позволяет формировать задержки длительностью до 32767,5 мкс. Для создания задержки в 1 с таймер должен переполниться 1/ 0,0327675=30,52 раз. Таким образом, в регистр r1 нужно загрузить значение 1fh.

5. Описание среды разработки программного обеспечения

При разработке и отладке программного обеспечения для данного проекта использовался пакет ProView. ProView фирмы Franklin Software Inc. - интегрированная среда разработки программного обеспечения для однокристальных микроконтроллеров семейства Intel 8051 и его клонов. Она включает в себя все компоненты, необходимые для создания, редактирования, компиляции, трансляции, компоновки, загрузки и отладки программ:

- стандартный интерфейс Windows;

- полнофункциональный редактор исходных текстов с выделением синтаксических - элементов цветом;

- организатор проекта;

- транслятор с языка C;

- ассемблер;

- отладчик;

- встроенную справочную систему.

Среда разработки подобна Visual C++ Microsoft и Borland C++ для Windows. Пользователи, знакомые с любым из этих изделий, будут комфортно чувствовать себя в ProView. Первый этап разработки программы - запись её исходного текста на каком-либо языке программирования. Затем производится компиляция или трансляция его в коды системы команд микроконтроллера, используя транслятор или ассемблер. Трансляторы и ассемблеры - прикладные программы, которые обрабатывают текстовый файл, содержащий исходный текст программы, и создают объектные файлы, содержащие объектный код. После компоновки объектных модулей наступает этап отладки программы, устранения ошибок, оптимизации и тестирования программы. ProView объединяет все этапы разработки прикладной программы в единый рекурсивный процесс, когда в любой момент времени возможен быстрый возврат к любому предыдущему этапу. Далее описаны основные компоненты ProView.

Язык C - универсальный язык программирования, который обеспечивает эффективность кода, элементы структурного программирования и имеет богатый набор операторов. Универсальность, отсутствие ограничений реализации делают язык C удобным и эффективным средством программирования для широкого разнообразия задач. Множество прикладных программ может быть написано легче и эффективнее на языке C, чем на других более специализированных языках.

C51 - полная реализация стандарта ANSI (Американского национального института стандартов), насколько это возможно для архитектуры Intel 8051. C51 генерирует код для всего семейства микроконтроллеров Intel 8051. Транслятор сочетает гибкость программирования на языке C с эффективностью кода и быстродействием ассемблера.

Использование языка высокого уровня C имеет следующие преимущества над программированием на ассемблере:

не требуется глубокого знания системы команд процессора, элементарное знание архитектуры Intel 8051 желательно, но не необходимо;

распределение регистров и способы адресации управляются полностью транслятором;

обеспечивается лучшая читаемость программы, т.к. используются ключевые слова и функции, которые более свойственны человеческой мысли;

сокращается время разработки и отладки программ в сравнении с программированием на ассемблере;

наличие библиотечных файлов со стандартными подпрограммами, которые могут быть включены в прикладную программу;

существующие программы могут многократно использоваться в новых программах, используя модульные методы программирования.

Ассемблер A51 совместим с ASM51 Intel для всего семейства микроконтроллеров Intel 8051. Ассемблер транслирует символическую мнемонику в перемещаемый объектный код, имеющий высокое быстродействие и малый размер. Макросредства ускоряют разработку и экономят время, поскольку общие последовательности могут быть разработаны только один раз. Ассемблер поддерживает символический доступ ко всем элементам микроконтроллера и перестраивает конфигурацию для каждой разновидности Intel 8051.

A51 транслирует исходный файл ассемблера в перемещаемый объектный модуль. При отладке или при включенной опции “Include debugging information” этот объектный файл будет содержать полную символическую информацию для отладчика/имитатора или внутрисхемного эмулятора.

Компоновщик объединяет один или несколько объектных модулей в одну исполняемую программу. Компоновщик размещает внешние и общие ссылки, назначает абсолютные адреса перемещаемым сегментам программ. Он может обрабатывать объектные модули, созданные транслятором C51, ассемблером A51, транслятором PL/M-51 Intel и ассемблером ASM51 Intel.

Компоновщик автоматически выбирает соответствующие библиотеки поддержки и связывает только требуемые модули из библиотек. Установки по умолчанию для L51 выбраны так, чтобы они подходили для большинства прикладных программ, но можно определить и заказные установки.

Отладчик/симулятор используется с транслятором C51, ассемблером A51, транслятором PL/M-51 Intel и ассемблером ASM51 Intel. Отладчик/симулятор позволяет моделировать большинство особенностей Intel 8051 без наличия аппаратных средств. Можно использовать его для проверки и отладки прикладной программы прежде, чем будут изготовлены аппаратные средства. При этом моделируется широкое разнообразие периферийных устройств, включая последовательный порт, внешний ввод - вывод и таймеры [6].

Внешний вид главного окна программы представлен на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Внешний вид главного окна ProView

7. П. Хоровиц, У. Хилл. Искусство схемотехники М. Мир, 2003.