Микропроцессорные системы в радиоэлектронных устройствах - электрошокер

Министерство образования  Республики Беларусь

 

Учреждение образования

«Белорусский государственный  университет

информатики и радиоэлектроники»

 

 

 

 

 

Кафедра ЭВС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по предмету:

«Микропроцессорные системы в радиоэлектронных устройствах»

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент гр. 802601:

Плешивцев А. Г.

Адрес: г.Минск,

ул. Щербакова,

д.17,кв. 75.

Проверил: Цырельчук И.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2012 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение           

1. Постановка и анализ задачи        

2. Функциональная  спецификация системы      

3. Предварительное проектирование системы     

4. Проектирование  аппаратных средств системы     

5. Проектирование  программного обеспечения     

Заключение           

Список  использованных источников       

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Требования  пользователя определяют, что хочет  или в чем нуждается пользователь или потребитель. Требования пользователя могут быть получены во время встреч с пользователем или покупателем с целью выявления его нужд и определения того, что пользователь хочет от устройства. Другой подход используется при планировании ассортимента изделий, когда требования пользователей могут быть определены путем изучения рынка сбыта на основе спроса покупателей.

На первом шаге необходимо сформулировать вопросы, ответы на которые позволят получить информацию, касающуюся того, что устройство должно делать, т.е. определить требования пользователя. Эти вопросы должны быть связаны только с тем, что должен делать электрошокер. В частности, для электрошокера необходимо получить ответы на следующие вопросы:

1. возможно ли получить достаточно высокий импульс напряжения?
2. будет ли он достаточно компактным и удобным в применении?
3. какие конструктивные особенности устройства необходимо предусмотреть для безопасности использования  его пользователем?

Из ответов на эти вопросы  можно сделать вывод относительно того, что будут собой представлять требования пользователя. Для электрошокера набор соответствующих требований пользователя приведен ниже:

1. электрошокер предназначен для самообороны;
2. прибор должен выдавать импульс высокого напряжения;
3. электрошокер должен быть конструктивно удобным в применении для пользователя;
4. прибор должен быть безопасным в применении для пользователя;
5. устройство должно быть несложным в эксплуатации.

На основе этих требований можно  определить функциональную спецификацию электрошокера. 

1 ПОСТАНОВКА И АНАЛИЗ ЗАДАЧИ

 

Спроектировать и проанализировать микропроцессорное устройство электрошокер. Для этого, прежде всего, надо разобраться с таким понятием как функциональная спецификация.

Функциональная спецификация должна определять, какие функции должны выполняться для удовлетворения требований пользователя и обеспечения интерфейса между прибором и окружением. Функциональная спецификация включает два основных компонента:

1. список функций, выполняемых прибором;
2. описание интерфейса между прибором и пользователем.

Так как устройство проектируется на основе информации, содержащейся как в требованиях пользователя, так и в функциональной спецификации, важно, чтобы функции, которые должны отображать требуемое поведение электрошокера, были описаны достаточно подробно. По отношению к требованиям пользователя устройства функциональная спецификация должна давать ответы на следующие вопросы:

1) Какие средства необходимо предусмотреть для управления электрошоковым устройством?

2) Какие средства необходимо предусмотреть для проверки работоспособности прибора?

3) Какие средства необходимо предусмотреть для получения высокого импульса напряжения?

 

1. Все электрошокеры как правило имеют в своем составе кнопку включения/выключения с предохранителем для исключения случайных срабатываний, рукоятку переключения уровня напряжения на электродах, кнопка для включения встроенного фонарика, кнопка для включения встроенной сирены.
2. Для проверки работоспособности установлена система индикации уровня заряда аккумулятора, а также контрольные электроды.
3. Для получения высокого импульса напряжения используются преобразователи напряжения.

Так же необходимо ознакомиться с  тем, что из себя представляет электрошокер и его принцип действия.

Принцип построения типового электрошокового устройства показан на рис.1. Постоянное напряжение источника питания (обычно это одна или две 9–вольтовых батареи) преобразуется электрической схемой в высоковольтные импульсы, которые подаются на выходные электроды.

Электроды представляют собой обычные металлические  стержни, разделенные промежутком. Обычно электрошокер содержит две пары электродов: контрольные (срезающие) и рабочие.

Контрольные электроды расположены друг от друга  на расстоянии достаточно близком для  электрического пробоя воздушного промежутка между ними и образования видимого искрового разряда. Рабочие электроды  разнесены на большее расстояние и ими наносится поражение  при контакте с объектом.

Рисунок 1 – Электрошокер

 

2 ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ  ЗАДАЧИ

 

Ответив на вопросы из пункта 1, можно составить функциональную спецификацию для электрошокера.

1. Вход:

1.1 Кнопку включения/выключения с предохранителем для исключения случайных срабатываний.

1.2 Рукоятка переключения уровня напряжения на электродах.

1.3 Кнопка для включения встроенного фонарика.

1.4 Кнопка для включения встроенной сирены.

2. Выход:

2.1 Световая индикация зеленого цвета (наличие заряда в аккумуляторе).

2.2 Световая индикация красного цвета (аккумулятор требует подзарядки).

3. Функции:

3.1 Включение\выключение разряда высокого напряжения на электродах. Если светодиод зелёного цвета горит, то поступает напряжение питания и прибор находится в активном режиме. Если же загорается красный светодиод, то включение разряда высокого напряжения невозможно, происходит выключение всех видов световых и звуковых сигналов.

3.2 Переключение уровня напряжения  подаваемого на электроды при  помощи рукоятки переключения.

3.3 Включение\выключение встроенного фонарика.

3.4 Включение\выключение встроенной сирены.

Примечание: Горит световая индикация зелёного цвета – наличие заряда в аккумуляторе, допустимого для использования электрошокера. Загорелась световая индикация красного цвета – запрет на использование прибора, аккумулятор требует подзарядки.

Важным  вопросом при разработке функциональной спецификации является взаимодействие между пользователем и системой. В электрошоковом устройстве взаимодействие между системой и пользователем осуществляется при помощи кнопочных переключателей, визуальных (световых) и звукового сигналов (рис. 2).

Рисунок 2 –  Интерфейс между прибором и пользователем

 

В общем  случае могут существовать различные  способы взаимодействия между пользователем  и системой:

Тактильные (контактные) входы. Пользователь может нажимать кнопки, поворачивать ручки.

Визуальные выходы. Визуальная индикация электрошокового устройства является примером визуального выхода. Другие системы используют для вывода информации цифровые индикаторы, ЖКИ экраны, печатающие устройства и т.д.

Звуковые выходы. Звуковая сигнализация в электрошоковом устройстве является примером звукового выхода.

Учет  человеческого фактора при проектировании должен приводить к простоте системы  и легкости ее использования. Эти  цели достигаются посредством проектирования соответствующего системного интерфейса, обеспечивающего экономный обмен  информацией между пользователем и системой. Это позволяет уменьшить затраты на обучение пользователя и не требует больших усилий при взаимодействии с системой. Человеческий фактор в вопросах проектирования микропроцессорных систем проявляется также в том, что некоторые характеристики существующих систем должны быть учтены при проектировании новых систем. Например, инженер, который использует генератор сигналов, привык вращать ручки для установки амплитуды и частоты формируемого сигнала. Поэтому, даже если эти функции находятся теперь под управлением микропроцессора, проектировщик должен оставить ручки, чтобы пользователю не пришлось переучиваться для того, чтобы выполнять хорошо знакомые ему функции, особенно если эти ручки хорошо спроектированы с точки зрения человека.

Рассмотренное электрошоковое устройство является достаточно простым, поэтому определение для нее функциональной спецификации не составило особого труда. В более сложных системах определение функциональной спецификации может оказаться достаточно непростой задачей. В таких случаях удобнее сначала разбить систему на несколько подсистем меньшего размера, а затем определить функциональную спецификацию для каждой из них.

 

3 ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ  СИСТЕМЫ

 

В этом разделе должно быть произведено  предварительное проектирование системы  и осуществлен выбор соотношения  между аппаратными и программными средствами. Вначале необходимо на основе функциональной спецификации определить набор модулей, реализующих выполняемые в системе функции. Этот набор функциональных модулей составляет первый уровень проектирования систем. После разбиения системы на модули надо отделить аппаратные модули от программных. В результате этого строится модульная структура аппаратных средств системы, которая оформляется в виде электрической структурной схемы.

Прежде чем начинать детальное  проектирование, необходимо определить, какие функции лучше выполняются  с помощью программного обеспечения  системы, а какие – с помощью аппаратных средств. Все функции предварительно должны быть распределены между программными и аппаратными средствами. Часть функций может быть реализована с помощью как аппаратных, так и программных средств.

От выбора решения зависит, как  проектировать аппаратные и программные средства системы. Во время детального проектирования аппаратных и программных средств часто становится очевидным, что некоторые аппаратные функции могут быть лучше выполнены с помощью программных средств и наоборот. Таким образом, во время последующих стадий процесса проектирования может иметь место модификация предварительного проектного решения.

Основу аппаратных средств системы  составляет управляющая микроЭВМ, которая в общем случае включает (рис. 3):

• ПРОЦЕССОРНЫЙ модуль;
• модуль ГЕНЕРАТОРА ТАКТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ (ГТИ);
• модуль ПАМЯТИ;
• модуль ИНТЕРФЕЙСА ВВОДА и модуль ИНТЕРФЕЙСА ВЫВОДА, содержащие интерфейсные компоненты, необходимые для связи ПРОЦЕССОРНОГО модуля с другими модулями системы;
• модуль ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВХОДНОГО СИГНАЛА и модуль ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА, которые содержат компоненты, необходимые для обмена входными и выходными сигналами с внешним окружением. Примерами таких компонентов являются различные датчики, детекторы, переключатели, кнопки, клавиатуры, устройства визуальной (световой) и звуковой сигнализации, цифровые (символьные) индикаторы, аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи и т.п.

 

Рисунок 3 – Общая модульная структура  аппаратных средств микропроцессорной  системы

 

Остальные модули системы могут быть реализованы  с помощью как аппаратных, так и программных средств. Конкретное распределение модулей между аппаратной и программной частями системы зависит от ее целевого назначения (решаемой задачи). Модули, реализуемые с помощью аппаратных средств, совместно с управляющей микроЭВМ образуют аппаратную часть системы.

Рассмотрим разбиение электрошокового устройства. Из рассмотрения функциональной спецификации следует, что система состоит из трех частей: ВХОД, ВЫХОД и ФУНКЦИИ. В данном случае каждая из частей ВХОД и ВЫХОД может быть реализована в одном модуле, поскольку они являются относительно простыми: