Постановка задачи

2.1 Постановка задачи

Требуется разработать светодиодную матрицу, которая будет использоваться в праздничные и торжественные дни, на дискотеках, создавая различные световые эффекты.

Разработка устройства будет производиться с учётом следующих требований:

- простота схемы (минимальное количество компонентов);

- устойчивость к изменениям напряжения, долговечность;

- многообразие световых эффектов;

- низкое энергопотребление.

2.2 Разработка структурной схемы устройства и функциональной спецификации

Разработаем структурную схему светодиодной матрицы для создания световых эффектов (Рисунок 2.1).

Функциональная спецификация светодиодной матрицы:

1.Входы:

Электропитание МК (ИП).

2.Выходы:

Управление светодиодной матрицей 5х5 (D1-D25).

3.Функции:

При включении питания МК по заранее запрограммированной программе последний включает набор светодиодов светодиодной матрицы 5х5, создавая различные эффекты.

Рисунок 2.1 – Структурная схема светодиодной матрицы

Структурная схема имеет следующие условные обозначения:

- ИП – источник питания;

- МК – микроконтроллер;

- СМ 5х5 – светодиодная матрица 5х5.

Для проектирования выберем микроконтроллеры серии PIC16F628A. Выбор связан простотой программирования, относительной дешевизной, надежностью, малым током потребления и рядом других признаков о которых будет сказано ниже и в Приложении А.

2.3 Аппаратные средства микроконтроллеров серии PIC16F628А

PIC16F628A - Основные характеристики

Характеристика RISC ядра:

Тактовая частота от DC до 20МГц

Поддержка прерываний 8-уровневый аппаратный стек

Прямая, косвенная и относительная адресация 35 однословных команд

- все команды выполняются за один машинный цикл, кроме команд ветвления и условия с истинным результатом

Особенности микроконтроллеров:

Внешний и внутренний режимы тактового генератора

- Прецизионный внутренний генератор 4МГц, нестабильность +/- 1%

- Энергосберегающий внутренний генератор 37кГц

- Режим внешнего генератора для подключения кварцевого или керамического резонатора

Режим энергосбережения SLEEP

Программируемые подтягивающие резисторы на входах PORTB

Сторожевой таймер WDT с отдельным генератором

Режим низковольтного программирования

Программирование на плате через последовательный порт (ICSP) (с использованием двух выводов)

Защита кода программы

Сброс по снижению напряжения питания BOR

Сброс по включению питания POR

Таймер включения питания PWRT и таймер запуска генератора OST

Широкий диапазон напряжения питания от 2.0В до 5.5В

Промышленный и расширенный температурный диапазон

Высокая выносливость ячеек FLASH/EEPROM

- 100 000 циклов стирания /записи FLASH памяти программ

- 1 000 000 циклов стирания /записи EEPROM памяти данных

- Период хранения данных FLASH/EEPROM памяти > 100 лет

Характеристики пониженного энергопотребления:

Режим энергосбережения:

- 100нА @ 2.0В (тип.)

Режимы работы:

- 12мкА @ 32кГц, 2.0В (тип.)

- 120мкА @ 1МГц, 2.0В (тип.)

Генератор таймера TMR1:

- 1.2мкА, 32кГц, 2.0В (тип.)

Сторожевой таймер:

- 1мкА @ 2.0В (тип.)

Двухскоростной внутренний генератор:

- Выбор скорости старта 4МГц или 37кГц

- Время выхода из SLEEP режима 3мкс @ 3.0В (тип.)

Периферия:

16 каналов ввода/вывода с индивидуальными битами направления

Сильноточные схемы портов сток/исток, допускающих непосредственное подключение светодиодов

Модуль аналоговых компараторов:

- Два аналоговых компаратора

- Внутренний программируемый источник опорного напряжения

- Внутренний или внешний источник опорного напряжения

- Выходы компараторов могут быть подключены на выводы микроконтроллера

TMR0: 8-разрядный таймер/счетчик с программируемым предделителем

TMR1: 16-разрядный таймер/счетчик с внешним генератором

TMR2: 8-разрядный таймер/счетчик с программируемым предделителем и постделителем

CCP модуль:

- разрешение захвата 16 бит

- разрешение сравнения 16 бит

- 10-разрядный ШИМ

Адресуемый USART модуль

Таблица 2.1 – Сравнительная характеристика микроконтроллеров PIC16F

Общий вид микроконтроллера PIC16F628A изображен на рисунке 2.2, а наименование выводов на рисунке 2.3.

Рисунок 2.2 - Общий вид микроконтроллера PIC16F628A

Рисунок 2.3 – Расположение выводов микроконтроллера PIC16F628A

Рисунок 2.4 – Структурная схема микроконтроллера PIC16F628A