Код

Нота

Частота

Код

Код

Длительность

Коэффициент деления

0

1 (целая)

64

1

1/2(половинная)

128

2

1/4 (четверть)

Кроме нот, любая мелодия обязательно содержит музыкальные паузы.

Определение. Паузы — это промежутки времени, когда ни один звук не звучит. Длительность музыкальных пауз принимает точно такие же значения, как и длительность нот.

В связи с этим удобно представить паузу как еще одну ноту. Ноту без звука. Такой ноте логично присвоить нулевой код.

Кодируем мелодии.

Для экономии памяти удобнее каждую ноту кодировать одним байтом. Договоримся, что три старших бита мы будем использовать для кодирования длительности ноты, а оставшиеся пять битов — для кодирования ее тона. Пятью битами можно закодировать до 32 разных нот, что вполне хватит для электромузыкального звонка.

Итак, если использовать приведенный выше способ кодирования, то код ноты ля первой октавы длительностью 1/4 в двоичном виде будет равен:

Теперь мы можем приступать к кодированию мелодий. Для того, чтобы закодировать мелодию, нам нужна ее нотная запись. Используя нотную запись, мы должны присвоить каждой ноте и каждой музыкальной паузе свой код.

Цепочка таких кодов и будет представлять собой закодированную мелодию. По условиям задачи наш электромузыкальный звонок должен уметь воспроизводить семь разных мелодий. Коды всех семи мелодий мы разместим в программной памяти микроконтроллера.

Как определить конец каждой мелодии? Для того, чтобы компьютер знал, где заканчивается каждая мелодия, используем код 255 в качестве признака конца.

Теперь нам нужно придумать, как микроконтроллер будет находить начало каждой мелодии. Все мелодии имеют разную длину, а в памяти они будут записаны одна за другой. Поэтому адрес начала каждой мелодии зависит от длины всех предыдущих. Удобнее всего просто по факту определить адрес начала каждой мелодии и поместить все семь адресов в специальную таблицу.

Кроме этой таблицы нам еще понадобится таблица коэффициентов деления для всех 32 нот и таблица, хранящая константы задержки для всех используемых нами музыкальных длительностей.

Алгоритм работы электромузыкального звонка (Рисунок 2.5):

1. Просканировать и определить номер нажатой кнопки.

2. Извлечь из таблицы начал мелодий значение элемента, номер которого соответствует только что определенному номеру нажатой кнопки. Это значение будет равно адресу в программной памяти, где начинается нужная нам мелодия.

3. Начать цикл воспроизведения мелодии. Для этого поочередно извлекать коды нот из памяти, начиная с адреса, который мы определили в пункте 2 алгоритма.

4. Каждый код ноты разложить на код тона и код длительности.

5. Если код тона равен нулю, отключить звук и перейти к формированию задержки (к п. 9 настоящего алгоритма).

6. Если код тона не равен нулю, извлечь из таблицы коэффициентов деления значение элемента с номером, равным коду тона.

7. Записать коэффициент деления, который мы нашли в пункте 6 настоящего алгоритма, в регистр совпадения таймера Т1.

8. Включить звук (подключить вывод ОС1А к выходу таймера Т1).

9. Извлечь из таблицы длительностей задержки значение элемента с номером, равным коду длительности.

10. Сформировать паузу с использованием константы задержки, которую мы нашли в пункте 9 настоящего алгоритма.

11. По окончании паузы выключить звук (отключить ОС1А от выхода таймера).

12. Повторять цикл (пункты 4—11 настоящего алгоритма) до тех пор, пока нажата соответствующая кнопка.

13. Если очередной код ноты окажется равным 255, перейти к началу текущей мелодии, то есть вернуться к п. 3 настоящего алгоритма

Рисунок 2.5 – Алгоритм прогаммы для электромузыкального звонка

2.6 Разработка программного обеспечения микроконтроллера

Возможный вариант программы на языке Ассемблер приведен в листинге 1 (См. Приложение А).

2.6.1 Описание программы

Описание программы удобнее начать с конца. Начиная со строки 136 программы располагается описание так называемых таблиц данных. На самом деле каждая из этих "таблиц" представляет собой цепочку кодов, записываемых в программную память микроконтроллера и предназначенных для кодирования того либо иного вида данных. Для описания этих данных используются как операторы db, так и операторы dw.

Первая таблица содержит коэффициенты задержки для формирования всех вариантов музыкальной длительности. Таблица начинается с адреса, соответствующего метке tabz. Вся таблица занимает одну строку программы (строка 136). Так как в нашей программе мы будем применять лишь семь вариантов длительности, таблица имеет 7 элементов. Каждый элемент записывается в память как двухбайтовое слово.

В строках 137—140 описывается таблица коэффициентов деления для всех нот. Начало таблицы соответствует метке tabkd. Каждый элемент этой таблицы также имеет размер в два байта. Первый элемент таблицы равен нулю. Это неиспользуемый элемент. Ноты номер ноль у нас не существует. Ноль мы использовали для кодирования паузы.

В паузе не формируется звуковой сигнал, поэтому и коэффициент деления там не имеет смысла. Поэтому значение нулевого элемента массива несущественно. Описание таблицы разбито на строки. Для удобства каждая строка описывает коэффициенты деления для одной октавы. Нулевая нота выделена в отдельную строку. Последняя октава неполная, так как наш электромузыкальный звонок будет использовать всего 32 ноты.

В строках 143—200 описана таблица мелодий. Вернее, это не одна таблица, а семь таблиц (своя таблица для каждой из мелодий). Каждая таблица помечена своей отдельной меткой (те 11, те 12 — те 17). Значение каждой метки — это адрес начала соответствующей мелодии. Каждое значение таблицы мелодий записывается в память в виде одного байта. Поэтому все строки, кроме последней, для каждой таблицы имеют четное число значений.

В строках 141,142 описана таблица начал всех мелодий. Начало этой таблицы отмечено меткой tabm. Таблица используется для того, чтобы программа могла найти адрес начала нужной мелодии по ее номеру. В качестве элементов массива выступают удвоенные значения меток mell, mel2 —mel7. Применение удвоенных значений обусловлено необходимостью перевода адресов из основной адресации в альтернативную. При трансляции программы вместо меток в память будут записаны конкретные адреса.

2.6.2 Процедура вычисления адреса

Большое количество таблиц в нашей программе заставляет позаботиться о процедуре вычисления адреса.

Однотипные вычисления удобно оформить в виде подпрограммы. Эта подпрограмма занимает строки 78—84. Вызов подпрограммы производится по имени addw. Подпрограмма получает номер элемента таблицы и адрес ее начала. Номер элемента передается в подпрограмму при помощи регистра YL, а адрес — через регистровую пару Z.

Используя эти данные, подпрограмма вычисляет адрес нужного элемента. Для этого она сначала удваивает номер элемента (строка 79). Затем дополняет полученное значение до шестнадцатиразрядного путем записи в YH нулевого байта (строка 80). И, наконец, производит сложение двух шестнадцатиразрядных величин, находящихся к этому моменту в регистровых парах Y и Z (строки 81, 82). Результат вычислений при этом попадает, в регистровую пару Z.

2.6.3 Текст программы

Теперь рассмотрим текст программы с самого начала. В строках 3...10 расположен модуль описания переменных (рабочих регистров). В строках 13...31 располагается модуль переопределения векторов прерываний, в строках 32...41 — модуль команд инициализации.

2.6.4 Особенности программы

Процедура, расположенная в строках 45—52 программы, сканирует клавиатуру и находит код первой из нажатых кнопок. Найденый код находится в регистре count. Затем управление переходит к строке 53. С этого места начинается процедура выбора мелодии (строки 53—58). Суть процедуры — прочитать из таблицы tabm значение адреса начала этой мелодии. То есть прочитать элемент таблицы, номер которого равен коду нажатой кнопки.

Прежде чем прочитать элемент, необходимо найти его адрес. Для вычисления адреса используем подпрограмму addw. Перед тем, как вызвать подпрограмму, подготовим все данные. Номер нажатой кнопки помещаем в регистр YL (строка 53). Адрес начала таблицы записываем в регистровую пару Z (строки 54, 55). И лишь затем в строке 56 вызывается подпрограмма addw.

После выхода из подпрограммы в регистровой nape Z находится результат вычислений — адрес нужного нам элемента таблицы tabm. Следующие две команды (строки 57 и 58) извлекают тот элемент (адрес начала мелодии) и помещают его в регистровую пару X. Там этот адрес будет храниться все время, пока воспроизводится именно эта мелодия.

Следующий этап — воспроизведение мелодии. Воспроизведением мелодии занимается процедура, расположенная в строках 59—77. Для последовательного воспроизведения нот нам понадобится указатель текущей ноты. В качестве указателя текущей ноты используется регистровая пара Z. В самом начале процедуры воспроизведения мелодии в регистровую пару Z помещается адрес начала мелодии их регистровой пары X (строки 59, 60).

Затем начинается цикл воспроизведения (строки 61—77). В этом цикле программа извлекает код ноты по адресу, на который указывает наш указатель, выделяет из кода ноты код тона и код длительности, воспроизводит ноту, а затем увеличивает значение указателя на единицу. Затем весь цикл повторяется.

Этот процесс происходит до тех пор, пока код очередной ноты не окажется равным 255 (метка конца мелодии). Прочитав этот код, программа передает управление на строку 62, где в регистр Z снова записывается адрес начала мелодии. Воспроизведение мелодии начнется сначала. Этот процесс должен прерваться лишь в одном случае — при отпускании управляющей кнопки S8.

Для проверки состояния кнопок в цикл воспроизведения мелодии включена специальная процедура (строки 61—63). Процедура упрощенно проверяет состояние сразу всех кнопок. Она считывает содержимое порта PD (строка 61) и сравнивает его с кодом 0 x 7F (строка 62). Прочитанное из порта значение может быть равно 0x7F только в одном случае — если все кнопки отпущенны. Если хотя бы одна кнопка нажата, то при чтении порта мы получим другое значение.

Проверкой вышеописанного условия занимается оператор breq в строке 63. Если все кнопки оказались отпущены, этот оператор завершает цикл воспроизведения мелодии и передает управление на метку ml, то есть на самое начало основного цикла программы. Там происходит выключение звука, а затем новое сканирование клавиатуры.

Если хотя бы одна кнопка окажется нажатой, то цикл воспроизведения звука продолжается дальше, и управление переходит к строке 64, где происходит извлечение кода ноты. Так как адрес этой ноты находится в регистровой паре Z (указатель текущей ноты), то для извлечения ноты просто используется команда 1pm.

В строке 65 происходит проверка признака конца мелодии. Только что прочитанный код ноты сравнивается с кодом 0xFF. Оператор breq в строке 66 передает управление по метке т4, если мелодия действительно закончилась (условие выполняется). Если код ноты не равен 0xFF, перехода не происходит, и управление переходит к строке 67.

В строках 67—75 происходит обработка кода ноты. То есть из кода ноты выделяется код тона и код длительности. Сначала на код ноты накладывается маска, которая оставляет пять младших разрядов, а три старших сбрасывает (строка 67). Под действием маски в регистре temp остается код тона, который затем помещается в регистр fnotа (строка 68).

Теперь нам нужно найти код длительности ноты. Для этого нам заново придется извлечь код ноты из памяти программ. Так как до этого момента мы не изменяли положение указателя текущей ноты, то для извлечения нет никаких препятствий. В строке 69 мы повторно извлекаем код ноты из памяти программ. Но на этот раз значение указателя увеличивается. Теперь можно приступать к выделению кода длительности. Длительность кодируется тремя младшими битами кода ноты. Для выделения этих битов нам также нужно использовать маску. Но одной маской нам не обойтись. Нам нужно не просто выделить три старших разряда, а сделать их младшими, как это показано на Рисунке 2.6.

Процедура выделения кода длительности занимает строки 70—74.

Рисунок 2.6 - Разложение кода ноты

Сначала программа производит многократный циклический сдвиг кода ноты до тех пор, пока три старших разряда не станут тремя младшими. Для сдвига используется команда rо 1. Так как сдвиг происходит через ячейку признака переноса, то нам понадобится четыре команды сдвига. Эти команды занимают в программе строки 70—73.

Затем в строке 74 на полученное в результате сдвигов число накладывается маска, которая выделяет три младшие бита, а пять старших сбрасывает в ноль. Полученный таким образом код длительности записывается в регистр dnota (строка 75).

Когда код тона и код длительности определены, производится вызов подпрограммы воспроизведения ноты (строка 76). Оператор rjmp в строке 77 передает управление на начало цикла воспроизведения мелодии, и цикл повторяется для следующей ноты.

Подпрограмма воспроизведения ноты занимает строки 85—110. Она выполняет следующие действия:

- извлекает из таблицы tabkd коэффициент деления, соответствующий коду ноты;

- программирует таймер и включает звук;

- затем выдерживает паузу и звук выключает.

Если код тона равен нулю (нужно воспроизвести паузу без звука), извлечение коэффициента деления и включение звука не выполняется. Подпрограмма сразу переходит к формированию паузы.

Начинается подпрограмма воспроизведения ноты с сохранения всех используемых регистров (строки 85—88). Затем производится проверка кода ноты на равенство нулю (строка 89). Если код ноты равен нулю, то оператор breq в строке 90 передает управление по метке ntl, то есть к строке, где происходит вызов процедуры формирования задержки.

Если код ноты не равен нулю, то программа приступает к извлечению коэффициента деления. Для вычисления адреса элемента таблицы tabkd, где находится этот коэффициент, снова используется подпрограмма addw.

Код тона помещается в регистр YL (строка 91), а адрес начала таблицы — в регистровую пару Z (строки 92, 93). Вызов подпрограммы addw производится в строке 94. В регистровой паре Z подпрограмма возвращает адрес элемента таблицы, где находится нужный нам коэффициент деления. В строках 95, 96 из таблицы извлекается этот коэффициент. А в строках 97,98 он помещается в регистр совпадения таймера. В строках 99,100 включается звук.

В строке 104 вызывается специальная подпрограмма, предназначенная для формирования задержки. Подпрограмма называется wait и формирует задержку с переменной длительностью. Длительность задержки зависит от значения регистра dnota. По окончании задержки звук выключается (строки 102,103).

На этом можно было бы закончить процесс воспроизведения ноты. Однако это еще не все. Для правильного звучания мелодии между двумя соседними нотами необходимо обеспечить хотя бы небольшую паузу. Если такой паузы не будет, ноты будут звучать слитно. Это исказит мелодию, особенно если подряд идет несколько нот с одинаковым тоном. Формирование паузы между нотами происходит в строках 104,105.

Вспомогательная пауза формируется при помощи уже знакомой нам подпрограммы задержки. В строке 104 коду паузы присваивается нулевое значение (выбирается самая минимальная пауза). Затем в строке 105 вызывается подпрограмма wait. После окончания паузы остается только восстановить содержимое всех сохраненных регистров из стека (строки 106—109) и выйти из подпрограммы (строка 110).

2.6.5 Подпрограмма формирования задержки

И последнее, что нам еще осталось рассмотреть, — это подпрограмма формирования задержки. Текст подпрограммы занимает строки 111—135. Как и любая другая подпрограмма, подпрограмма wait в начале сохраняет (строки 111—114), а в конце — восстанавливает (строки 131—134) все используемые регистры.

Рассмотрим, как работает эта подпрограмма. Сначала определяется длительность задержки. Для этого извлекается соответствующий элемент из таблицы tabz. Номер элемента соответствует коду задержки, находящемуся в регистре dnota. Извлечение значения из таблицы производится уже знакомым нам образом. Команды, реализующие вычисление адреса нужного элемента таблицы, находятся в строках 115—118. Затем в строках 119 и 120 производится чтение элемента таблицы. Прочитанный код задержки помещается в регистровую пару Y.

Теперь наша задача: сформировать задержку, пропорциональную содержимому регистровой пары Y. Так как микроконтроллер ATtiny2313 имеет только один шестнадцатиразрядный таймер, который уже занят формированием звука, будем формировать задержку программным путем. Но в данном случае цикл формирования задержки построен немного по-другому.

Вообще-то, способов построения подобных подпрограмм может быть бесконечное множество. Все зависит от изобретательности. Использованный в данном примере способ более удобен для формирования задержки переменной длительности, пропорциональной заданному коэффициенту. Главной особенностью нового способа является шестнадцатиразрядный параметр цикла.

Для хранения этого параметра используется регистровая пара Z. Перед началом цикла задержки в нее записывается ноль. Затем начинается цикл, на каждом проходе которого содержимое регистровой пары Z увеличивается на единицу. После каждого такого увеличения производится сравнение нового значения Z с содержимым регистровой пары Y.

Заканчивается цикл тогда, когда содержимое Z и содержимое Y окажутся равны. В результате число, записанное в регистровой паре Y, будет определять количество проходов цикла. Поэтому и время задержки, формируемое этим циклом, будет пропорционально константе задержки. Однако это время будет слишком мало для получения приемлемого темпа воспроизведения мелодий. Для того, чтобы увеличить время до нужной нам величины, внутрь главного цикла задержки помещен еще один цикл, имеющий фиксированное количество проходов.

Описанная выше процедура задержки занимает строки 121—135. В строках 121, 122 производится запись нулевого значения в регистровую пару Z. Большой цикл задержки занимает строки 123—130. Малый внутренний цикл занимает строки 124—125. Для хранения параметра малого цикла используется регистр loop. В строке 123 в него записывается начальное значение. Строки 124,125 выполняются до тех пор, пока содержимое loop не окажется равным нулю.

В строке 126 содержимое регистровой пары Z увеличивается на единицу. В строках 127—130 производится сравнение содержимого двух регистровых пар Y и Z. Сравнение производится побайтно. Сначала сравниваются младшие байты (строка 127). Если они не равны, оператор условного перехода в строке 128 передает управление на начало цикла.

Если младшие байты равны, сравниваются старшие байты (строка 129). Если старшие байты неодинаковы, оператор brne в строке 130 опять заставляет цикл начинаться с начала. И только когда оба оператора сравнения дадут положительный результат (не вызовут перехода), цикл заканчивается, и подпрограмма формирования задержки переходит к завершающей фазе (к строкам 131—135).

2.6.6 Программа на языке СИ

Возможный вариант программы на языке СИ приведен в листинге 2. В данном случае использована модификация языка поддерживаемая программной средой CodeVision. Описание программы рассчитано на программистов, знакомых с языком СИ.

Теперь рассмотрим подробнее программу с самого начала (Листинг 2, Приложение Б).

2.6.7 Описание программы (листинг 2)

Для формирования задержки мы будем использовать функцию из библиотеки delay.h. Поэтому в строках 1,2 программы, кроме файла описаний, мы присоединяем и эту библиотеку. Затем наминаются описания всех массивов. В строке 3 описывается массив, содержащий величины всех музыкальных длительностей.

Так как для формирования длительности мы будем использовать функцию delay_ms, величина длительностей задана в миллисекундах. Как видно из текста программы, в данном случае мы используем массив типа unsigned int. Переменные этого типа имеют длину два байта, все 16 битов которых используются для хранения информации.

Именно такой тип наиболее подходит для хранения наших коэффициентов. Управляющее слово fleash перед описанием массива гарантирует, что эти данные будут размещены в программной памяти микроконтроллера.

В строках 4, 5, 6 описывается массив коэффициентов деления для всех нот. В этом месте программы мы впервые используем перенос строки. Перенос строки применяется в том случае, когда текст команды не помещается в одной строке. Язык СИ разрешает свободно переносить текст на следующую строку. При этом не требуется никаких специальных директив и указателей.

Перенос допускается в том месте команды, где между двумя соседними элементами выражения можно поставить пробел. Тип массива, как и в предыдущем случае,— usingnerd int. Содержимое массива tabkd полностью соответствует содержимому таблицы с тем же названием из ассемблерного варианта программы.

В строках 7—38 описываются семь массивов для хранения семи мелодий. Массивы имеют тип unsigned char. Переменные этого типа занимают в памяти один байт, и все восемь битов этого байта используются для хранения информации. Содержимое каждого из этих массивов полностью соответствует содержимому соответствующих таблиц в ассемблерной версии программы.

В строке 39 описывается массив, содержащий адрес начала каждой из семи мелодий. Это не просто массив, а массив ссылок, на что указывает символ звездочки в тексте его описания. Так же, как и ссылочная переменная, каждый элемент массива ссылок предназначен для хранения ссылки. Данный массив тоже хранится в памяти программ, на что указывает управляющее слово flesh в его описании. Элементы этого массива хранят указатели на начало каждого из массивов мелодий, что указано при его инициализации (в фигурных скобках).

Строки 40—72 занимает функция main. Начинается функция с описания переменных (строки 41—45). Две рабочих переменных count и temp, а также переменная для хранения кода тона (tnota) и переменная для хранения кода длительности (dnota) нам уже знакомы. Мы использовали их в предыдущей программе.

Интерес представляет описание переменной notа. Это ссылочная переменная, которая предназначена для хранения указателей на объекты в программной памяти, имеющие тип unsigned char. Она будет использоваться нами для обращения к элементам массивов, хранящим коды нот. Эти массивы, как уже говорилось, расположены в программной памяти. Поэтому в описании переменной имеется слово flash, а перед именем переменной в ее описании стоит символ звездочки. То есть это ссылка на массивы типа unsigned char, расположенные во flesh.

В строках 46—52 расположен блок инициализации. Эта часть программы полностью повторяет аналогичную часть программы из предыдущего примера (см. листинг 2).

Строки 53—72 занимает основной цикл программы. Цикл состоит всего из двух процедур. В начале цикла (строки 54—59) расположена процедура сканирования кнопок. Эта процедура один к одному скопирована из предыдущего примера (см. листинг 2 строки 14—21).

При обнаружении нажатой кнопки управление передается по метке m3 (в новой программе это строка 60). Как вы помните, номер нажатой кнопки при выходе из процедуры сканирования содержится в переменной count.

Строки 60—72 занимает процедура проигрывания мелодии.

Проигрывание начинается с того, что в переменную nota помещается указатель на массив, содержащий нужную нам мелодию (строка 60). А указатель — это элемент массива tabm, с номером, равным коду нажатой кнопки. В строках 61—72 находится цикл, который последовательно считывает мелодию нота за нотой и проигрывает прочитанные ноты. Цикл организован при помощи оператора безусловного перехода (строка 72).

Для перемещения вдоль массива содержимое переменной nota каждый раз увеличивается на единицу (строка 71). В этом же цикле производится проверка состояния кнопки (нажата ли еще хоть одна кнопка) и проверка признака конца мелодии. Рассмотрим подробнее, как все это делается.

Проверка состояния кнопок происходит в строке 61. Если содержимое регистра PIND равно 0х7F, то воспроизведение мелодии прекращается. Управление передается по метке m2. Там происходит выключение звука, а затем переход по метке m1, то есть к началу основного цикла программы.

Если хоть одна кнопка еще нажата, перехода не происходит и воспроизведение мелодии продолжается. В строке 62 производится проверка на конец мелодии. Содержимое элемента массива, на который указывает ссылочная переменная nota (код ноты), проверяется на равенство числу 0xFF. Если код ноты равен 0xFF, то управление передается по метке m3, где указатель снова устанавливается на начало мелодии.

В строке 63 вычисляется значение кода тона. Для этого на код ноты, на который указывает переменная notа, накладывается маска. Наложение маски производится при помощи оператора «&». Полученный код тона записывается в переменную fnota.

В строке 64 производится вычисление кода длительности. Для этого применяется составное математическое выражение. Операция (*nota) >>5 сдвигает биты кода ноты на пять шагов вправо. При этом три старших разряда кода становятся тремя младшими. Мы применяем сдвиг вправо потому, что циклический сдвиг влево, использованный нами в Ассемблере, язык СИ не поддерживает. Язык СИ может выполнять только логический сдвиг, но не циклический. На полученное в результате сдвига число налагается маска 0x07. Полученный таким образом код длительности записывается в переменную dnota.

В строке 65 происходит проверка кода тона на равенство нулю.

Если код окажется равным нулю, то управление передается по метке m5, то есть к строке, где формируется пауза, обходя строки, где формируется звук.

Звук формируется в строках 66, 67. Сначала в регистр совпадения OCR1A помещается коэффициент деления из массива tabkd. Причем указатель массива равен коду тона. Затем в регистр управления TCCR1A записывается код, который подключает таймер к выводу ОСІА и, тем самым, включает звук.

В строке 68 происходит вызов функции задержки. В качестве параметра в эту функцию передается коэффициент, извлекаемый из массива tabz. Указатель массива при этом равен коду длительности. После выхода из функции задержки звук выключается.

Для этого в регистр TCCR1А записывается нулевое значение (строка 69). В строке 70 формируется пауза между нотами. В качестве параметра для функции delay_ms в этом случае используется нулевой элемент массива tabz, то есть вырабатывается пауза минимальной длительности.

В строке 71, как уже говорилось, происходит приращение содержимого указателя nota. Оператор безусловного перехода в строке 72 замыкает цикл воспроизведения мелодии.

2.7 Выбор, описание и расчеты элементной базы

В электромузыкальном звонке с двумя режимами работы постараемся использовать широко, надежные и дешевые элементы.

Устройство проигрывания мелодий содержит микроконтроллер ATtiny 2313, кварцевый резонатор на 4 МГц, широкоиспользуемый кнопочный переключатель П2К на семь кнопок, дверная звонковая кнопка, любой маломощный транзистор обратной проводимости, любой громкоговоритель 0,1-0,5 Вт с сопротивление катушки 8 Ом.

Источником питания служит бестрансформаторный источник питания (для уменьшения размеров), при работе от сети переменного напряжения 220В и четыре пальчиковых элемента питания, при работе устройства в автономном режиме (Приложение В).

В точки А и В подключается сеть переменного напряжения 220 В. Однополупериодный выпрямитель с ограничением по току питает схему мощного стабилитрона VD2 и стабилизатора напряжения D2. Цепь понижения напряжения сети до уровня 9В (R2,C3) рассчитана на ток потребления 40 мА. Ток стабилизации стабилитрона составляет 20 мА – столько же потребляет стабилизатор напряжения D2, питающий микроконтроллер и электронный ключ во время работы устройства.

В момент включения основной ток потребляет конденсатор С5, но этот ток ограничен реактивным сопротивлением С5, также выполняет функцию источника тока в момент отключения питания сети. При включении сети зажигается светодиод LED 1, питание которого осуществляется через гасящий резистор R5. Конденсатор C4 сглаживает высокочастотные импульсные помехи, проходящие из сети в схему питания. Резисторы R3 и R4 составляют делитель напряжения на стабилитроне VD2 (необходим для измерительного канала микроконтроллера). Измерительный канал не содержит схему выборки и хранения, а также интегратора и фильтра верхних частот, поскольку эти функции выполняют фильтрующие элементы питания С4, С5. Функцию интегратора выполняет ограничительный стабилитрон VD2. При переходе устройства в автономный режим, питание осуществляется от пальчиковых элементов постоянного тока G1-G2. Потребление от элементов питания составляет порядка 15 мА. Стабилизатор напряжения 78LO5Z стабилизирует напряжение до 5 В.

Бестрансформаторная схема питания была предложена в связи с ограничением места в корпусе устройства. Единственное условие, которое следует выполнять – клемму «В» следует подключить к «нулевому» проводу сети, а «фазу» к клемме «А». Резисторы R2, R6 выбираем мощностью 1 Вт, чтобы предохранить устройство от перегрева.

При выключении сетевого напряжения, светодиод VED1 гаснет, т.к. попадание напряжения питания элементов питания G1-G2 ограничивает диод VD3. При включении сети происходит подзаряд элементов питания. Поэтому рекомендуется использовать пальчиковые аккумуляторы.

Конденсатор С3 на напряжение не ниже 400 В. Светодиод можно использовать любой. Электролитические конденсаторы на напряжение: С5 – не ниже 30В, С6 – не ниже 10В. Стабилитрон любой на напряжение стабилизации 9 В.

Нам удалось за счет использования нового способа формирования задержки, использовать специализированную программу (Раздел 2.6.7) при этом не увеличивая число элементов схемы, чем смогли уменьшить ток потребления схемы.

2.8 Разработка схемы принципиальной

Принципиальная схема электромузыкального звонка выполнена в САПР Accel Eda (Рисунок 2.7).

Проект основывается на микроконтроллере ATtiny 2313. Устpойство состоит из 8 кнопок, частотозадающих элементов. Отсчет времени звучания ведется с помощью таймера TMR0. Во время работы постоянно сканируется состояние порта В, и если оно изменилось (какая-либо кнопка нажата или отпущена), то в соответствии с новой комбинации клавиш меняется и частота звучания. При нажатии кнопки S8, устройство переходит в режим воспроизведения и проигрывает записанную мелодию. В качестве динамика можно использовать 0.25ГД-19 8 Ом.

Микроконтроллер имеет встроенный детектор включения питания. Таймер запуска начинает счет выдержки времени после того, как напряжение питания пересекло уровень около 1,2...1,8 Вольт. По истечении выдержки около 72мс считается, что напряжение достигло номинала и запускается другой таймер-выдержка на стабилизацию кварцевого генератора. Программируемый бит конфигурации позволяет разрешать или запрещать выдержку от встроенного таймера запуска. Выдержка запуска меняется от экземпляров кристалла, от питания и температуры.

Рисунок 2.7 - Принципиальная схема электромузыкального звонка в Accel EDA

Таймер на стабилизацию генератора отсчитывает 1024 импульса от начавшего работу генератора. Считается, что кварцевый генератор за это время вышел на режим. При использовании RC генераторов выдержка на стабилизацию не производится.

Затем включается таймер ожидания внешнего сброса /MCLR. Это необходимо для тех случаев, когда требуется синхронно запустить в работу несколько PIC контроллеров через общий для всех сигнал /MCLR.
Если такого сигнала не поступает, то через время Tost вырабатывется внутренний сигнал сброса и контроллер начинает ход по программе.

Принципиальная электрическая схема устройства, удовлетворяющая сформулированным выше требованиям приведена в Приложении В. Кнопки S1...S7 предназначены для выбора мелодий. Кнопка S8 производит запуск электромузыкального звонка. Для воспроизведения мелодии используется звуковой излучатель VF1, сигнал на который поступает с выхода РВ.3 микроконтроллера. В качестве усилителя сигнала используется электронный ключ R1, VT1.

Спецификация элементов приведена в Приложении Д.

3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОБЪЕКТА

РАЗРАБОТКИ

В данном разделе проводится технико-экономический расчет стоимости музыкального звонка с двумя режимами работы.

Стоимость устройства будет состоять из стоимости разработки ПО для микроконтроллера, стоимости разработки конструкторской документации и стоимости сборки и испытания устройства.

3.1 Расчет расходов на ПО для микроконтроллера, которое разрабатывается

Исходные данные для расчета стоимости разработки ПО, которое разрабатывается приведнны в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Исходные данные по предприятию

1

Часовая тарифная ставка программиста

З_пр

грн.

8,00

2

Коэффициент сложности программы

с

коэф.

1,40

3

Коэффициент коррекции программы

Р

коэф.

0,05

4

Коэффициент увеличения расходов труда

Z

коэф.

1,3

5

Коэффициент квалификации программиста

k

коэф.

1,0

6

Амортизационные отчисления

А_мт

%

10,0

7

Мощность компьютера, принтера

W_М

Квт/ч

0,40

8

Стоимость ПЕОМ IBM

Sempron LE1150(AM2)/1GB/TFT

В_тз

грн.

3200,00

9

Тариф на электроэнергию

Ц_е/е

грн.

0,56

10

Норма дополнительной зарплаты

Н_д

%

10,0

11

Отчисление на социальные расходы

Н_соц

%

37,2

12

Транспортно-заготовительные расходы

Н_тр

%

4,0

Эксплуатация П0

13

Численность обслуживающего персонала

Ч_о

чел

1

14

Часовая тарифная ставка обслуживающего персонала

З_пер

грн.

6,00

15

Время обслуживания систем

Т_о

час/г

150

16

Стоимость ПЕОМ

В_тз

грн.

3200,00

17

Норма амортизационных отчислений на ПЕОМ

Н_а

%

10,0

18

Норма амортизационных отчислений на ПЗ

Н_аПО

%

10,0

19

Накладные расходы

Р_нак

%

25,0

20

Отчисление на содержание и ремонт ПЕОМ

Н_р

%

10,0

21

Стоимость работы одного часа ПЕОМ

В_г

грн.

6,5

,

(3.1)

(3.2)

;

(3.3)

Т_и = 273∙1,3/80∙1 = 5(чел/час)

;

(3.4)

Т_а=273/25∙1 = 11 (чел/час)

;

(3.5)

(чел/час)

;

(3.6)

(чел/час)

;

(3.7)

(чел/час)

,

(3.8)

;

(3.9)

(чел/час)

.

(3.10)

(чел/час)

(чел/час)

Материалы

Норма расходов

(единиц)

Оптовая цена грн./ед.

Фактические расходы

(единиц)

Сумма

грн.

1

2

3

4

5

Стеклотекстолит СФ-2-35

(лист 1,0 ГОСТ 10316 - 78), кг

0,5

24,00

0,4

9,60

Припой ПОС - 61 (ГОСТ 21930 - 76), кг

0,05

18.00

0,05

0,90

Всего:

10,50

Транспортно-заготовительные расходы (4%)

0,42

Итого:

10,92

Тип,

название

Страна

изготовитель

Электропитание

Функции, кол-во

Дополнит.

функции

Цена, грн.

«ESSO»

Китай

3,0В (две батарейки по 1,5 В)

Одна

мелодия

Нет

60,00

«Трембита-2»

Украина

220 В

4

мелодии

мелодия меняется авт.

90,00

«Соловей»

Россия

220 В

3

мелодии

Переключение мелодий по выбору

120,00

Нет названия

Корея

3,0 В

Одна

мелодия

Нет

65,00

Наше устройство

Украина

3,5-5,0В,

220 В

Семь мелодий, выбор вручную мелодии

Воспроизв. При нажатой кнопке

160,32

Период года

Таблица 4.2 - Нормы подачи свежего воздуха в помещения, где расположены компьютеры

4.1.4 Шум и вибрация

Шум ухудшает условия труда оказывая вредное действие на организм человека. Работающие в условиях длительного шумового воздействия испытывают раздражительность, головные боли, головокружение, снижение памяти, повышенную утомляемость, понижение аппетита, боли в ушах и т. д. Такие нарушения в работе ряда органов и систем организма человека могут вызвать негативные изменения в эмоциональном состоянии человека вплоть до стрессовых. Под воздействием шума снижается концентрация внимания, нарушаются физиологические функции, появляется усталость в связи с повышенными энергетическими затратами и нервно-психическим напряжением, ухудшается речевая коммутация. Все это снижает работоспособность человека и его производительность, качество и безопасность труда. Длительное воздействие интенсивного шума [выше 80 дБ(А)] на слух человека приводит к его частичной или полной потере.

В табл. 4.3 указаны предельные уровни звука в зависимости от категории тяжести и напряженности труда, являющиеся безопасными в отношении сохранения здоровья и работоспособности.

Таблица 4.3 - Предельные уровни звука, дБ, на рабочих местах

Уровень шума на рабочем месте математиков-программистов и операторов видеоматериалов не должен превышать 50дБА, а в залах обработки информации на вычислительных машинах - 65дБА. Для снижения уровня шума стены и потолок помещений, где установлены компьютеры, могут быть облицованы звукопоглощающими материалами. Уровень вибрации в помещениях вычислительных центров может быть снижен путем установки оборудования на специальные виброизоляторы.

4.1.5 Электромагнитное и ионизирующее излучения

Большинство ученых считают, что как кратковременное, так и длительное воздействие всех видов излучения от экрана монитора не опасно для здоровья персонала, обслуживающего компьютеры. Однако исчерпывающих данных относительно опасности воздействия излучения от мониторов на работающих с компьютерами не существует и исследования в этом направлении продолжаются.

Допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излучений от монитора компьютера представлены в табл. 4.4.

Максимальный уровень рентгеновского излучения на рабочем месте оператора компьютера обычно не превышает 10мкбэр/ч, а интенсивность ультрафиолетового и инфракрасного излучений от экрана монитора лежит в пределах 10-100мВт/м².

Таблица 4.4 - Допустимые значения параметров неионизирующих

электромагнитных излучений (в соответствии с СанПиН 2.2.2.542-96)

Для снижения воздействия этих видов излучения рекомендуется применять мониторы с пониженным уровнем излучения (MPR-II, TCO-92, TCO-99), устанавливать защитные экраны, а также соблюдать регламентированные режимы труда и отдыха.

4.2 Эргономические требования к рабочему месту

Проектирование рабочих мест, снабженных видеотерминалами, относится к числу важных проблем эргономического проектирования в области вычислительной техники.

Рабочее место и взаимное расположение всех его элементов должно соответствовать антропометрическим, физическим и психологическим требованиям. Большое значение имеет также характер работы. В частности, при организации рабочего места программиста должны быть соблюдены следующие основные условия: оптимальное размещение оборудования, входящего в состав рабочего места и достаточное рабочее пространство, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения.

Эргономическими аспектами проектирования видеотерминальных рабочих мест, в частности, являются: высота рабочей поверхности, размеры пространства для ног, требования к расположению документов на рабочем месте (наличие и размеры подставки для документов, возможность различного размещения документов, расстояние от глаз пользователя до экрана, документа, клавиатуры и т.д.), характеристики рабочего кресла, требования к поверхности рабочего стола, регулируемость элементов рабочего места.

Главными элементами рабочего места программиста являются стол и кресло.

Основным рабочим положением является положение сидя.

Рабочая поза сидя вызывает минимальное утомление программиста.

Рациональная планировка рабочего места предусматривает четкий порядок и постоянство размещения предметов, средств труда и документации. То, что требуется для выполнения работ чаще, расположено в зоне легкой досягаемости рабочего пространства.

Моторное поле - пространство рабочего места, в котором могут осуществляться двигательные действия человека.

Максимальная зона досягаемости рук - это часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми максимально вытянутыми руками при движении их в плечевом суставе.

Оптимальная зона - часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми предплечьями при движении в локтевых суставах с опорой в точке локтя и с относительно неподвижным плечом.

На рис. 4.1 показан пример размещения основных и периферийных составляющих ПК на рабочем столе программиста.

Для комфортной работы стол должен удовлетворять следующим условиям:

- высота стола должна быть выбрана с учетом возможности сидеть свободно, в удобной позе, при необходимости опираясь на подлокотники;

- нижняя часть стола должна быть сконструирована так, чтобы программист мог удобно сидеть, не был вынужден поджимать ноги;

- поверхность стола должна обладать свойствами, исключающими появление бликов в поле зрения программиста;

- конструкция стола должна предусматривать наличие выдвижных ящиков (не менее 3 для хранения документации, листингов, канцелярских принадлежностей);

- высота рабочей поверхности рекомендуется в пределах 680-760мм;

- высота поверхности, на которую устанавливается клавиатура, должна быть около 650мм.

Большое значение придается характеристикам рабочего кресла. Так, рекомендуемая высота сиденья над уровнем пола находится в пределах 420-

550мм. Поверхность сиденья мягкая, передний край закругленный, а угол наклона спинки - регулируемый.

Рисунок 4.1- Размещения основных и периферийных составляющих ПК на рабочем столе программиста:

1 – сканер, 2 – монитор, 3 – принтер, 4 – поверхность рабочего стола,

5 – клавиатура, 6 – манипулятор типа «мышь».

Необходимо предусматривать при проектировании возможность различного размещения документов: сбоку от видеотерминала, между монитором и клавиатурой и т.п. Кроме того, в случаях, когда видеотерминал имеет низкое качество изображения, например заметны мелькания, расстояние от глаз до экрана делают больше (около 700мм), чем расстояние от глаза до документа (300-450мм). Вообще при высоком качестве изображения на видеотерминале расстояние от глаз пользователя до экрана, документа и клавиатуры может быть равным.

Положение экрана определяется:

- расстоянием считывания (0,6 - 0,7м);

- углом считывания, направлением взгляда на 20˚ ниже горизонтали к центру экрана, причем экран перпендикулярен этому направлению.

Должна также предусматриваться возможность регулирования экрана:

- по высоте +3 см;

- по наклону от -10˚ до +20˚ относительно вертикали;

- в левом и правом направлениях.

Большое значение также придается правильной рабочей позе пользователя.

При неудобной рабочей позе могут появиться боли в мышцах, суставах и сухожилиях. Требования к рабочей позе пользователя видеотерминала следующие:

- голова не должна быть наклонена более чем на 20˚,

- плечи должны быть расслаблены,

- локти - под углом 80˚-100˚,

- предплечья и кисти рук - в горизонтальном положении.

Причина неправильной позы пользователей обусловлена следующими факторами: нет хорошей подставки для документов, клавиатура находится слишком высоко, а документы - низко, некуда положить руки и кисти, недостаточно пространство для ног.

В целях преодоления указанных недостатков даются общие рекомендации: лучше передвижная клавиатура; должны быть предусмотрены специальные приспособления для регулирования высоты стола, клавиатуры и экрана, а также подставка для рук.

Существенное значение для производительной и качественной работы на компьютере имеют размеры знаков, плотность их размещения, контраст и соотношение яркостей символов и фона экрана. Если расстояние от глаз оператора до экрана дисплея составляет 60-80 см, то высота знака должна быть не менее 3мм, оптимальное соотношение ширины и высоты знака составляет 3:4, а расстояние между знаками – 15-20% их высоты. Соотношение яркости фона экрана и символов - от 1:2 до 1:15.

Во время пользования компьютером медики советуют устанавливать монитор на расстоянии 50-60 см от глаз. Специалисты также считают, что верхняя часть видеодисплея должна быть на уровне глаз или чуть ниже. Когда человек смотрит прямо перед собой, его глаза открываются шире, чем когда он смотрит вниз. За счет этого площадь обзора значительно увеличивается, вызывая обезвоживание глаз. К тому же если экран установлен высоко, а глаза широко открыты, нарушается функция моргания. Это значит, что глаза не закрываются полностью, не омываются слезной жидкостью, не получают достаточного увлажнения, что приводит к их быстрой утомляемости.

Создание благоприятных условий труда и правильное эстетическое оформление рабочих мест на производстве имеет большое значение, как для облегчения труда, так и для повышения его привлекательности, положительно влияющей на производительность труда.

4.3 Режим труда

Как уже было неоднократно отмечено, при работе с персональным компьютером очень важную роль играет соблюдение правильного режима труда и отдыха. В противном случае у персонала отмечаются значительное напряжение зрительного аппарата с появлением жалоб на неудовлетворенность работой, головные боли, раздражительность, нарушение сна, усталость и болезненные ощущения в глазах, в пояснице, в области шеи и руках.

В табл. 4.5 представлены сведения о регламентированных перерывах, которые необходимо делать при работе на компьютере, в зависимости от продолжительности рабочей смены, видов и категорий трудовой деятельности с ВДТ (видеодисплейный терминал) и ПЭВМ (в соответствии с САнНиП 2.2.2 542-96 «Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работ»).

Таблица 4.5 - Время регламентированных перерывов при работе на компьютере

Примечание. Время перерывов дано при соблюдении указанных Санитарных правил и норм. При несоответствии фактических условий труда требованиям Санитарных правил и норм время регламентированных перерывов следует увеличить на 30%.

В соответствии со САнНиП 2.2.2 546-96 все виды трудовой деятельности, связанные с использованием компьютера, разделяются на три группы: группа А: работа по считыванию информации с экрана ВДТ или ПЭВМ с предварительным запросом; группа Б: работа по вводу информации; группа В: творческая работа в режиме диалога с ЭВМ.

Эффективность перерывов повышается при сочетании с производственной гимнастикой или организации специального помещения для отдыха персонала с удобной мягкой мебелью, аквариумом, зеленой зоной и т.п.

4.4 Расчет освещенности

Расчет освещенности рабочего места сводится к выбору системы освещения, определению необходимого числа светильников, их типа и размещения. Исходя из этого, рассчитаем параметры искусственного освещения.

Обычно искусственное освещение выполняется посредством электрических источников света двух видов: ламп накаливания и люминесцентных ламп. Будем использовать люминесцентные лампы, которые по сравнению с лампами накаливания имеют ряд существенных преимуществ:

- по спектральному составу света они близки к дневному, естественному свету;

- обладают более высоким КПД (в 1,5-2 раза выше, чем КПД ламп накаливания);

- обладают повышенной светоотдачей (в 3-4 раза выше, чем у ламп накаливания);

- более длительный срок службы.

Расчет освещения производится для комнаты площадью 15м² , ширина которой - 5м, высота - 3 м. Воспользуемся методом светового потока.

Для определения количества светильников определим световой поток, падающий на поверхность по формуле:

F = E∙S∙Z∙К / n , (4.1)

Где F - рассчитываемый световой поток, Лм;

Е - нормированная минимальная освещенность, Лк (определяется по таблице). Работу программиста, в соответствии с этой таблицей, можно отнести к разряду точных работ, следовательно, минимальная освещенность будет Е = 300Лк;

S - площадь освещаемого помещения (в нашем случае S = 15м²);

Z - отношение средней освещенности к минимальной (обычно принимается равным 1,1-1,15 , пусть Z = 1,1);

К - коэффициент запаса, учитывающий уменьшение светового потока лампы в результате загрязнения светильников в процессе эксплуатации (его значение зависит от типа помещения и характера проводимых в нем работ и в нашем случае К = 1,5);

n - коэффициент использования, (выражается отношением светового потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп и исчисляется в долях единицы; зависит от характеристик светильника, размеров помещения, окраски стен и потолка, характеризуемых коэффициентами отражения от стен (РС) и потолка (РП)), значение коэффициентов РС и РП были указаны выше: РС=40%, РП=60%. Значение n определим по таблице коэффициентов использования различных светильников.

Для этого вычислим индекс помещения по формуле:

I = A∙B / h (A+B), (4.2)

где h - расчетная высота подвеса, h = 2,92 м;

A - ширина помещения, А = 3 м;

В - длина помещения, В = 5 м.

Подставив значения получим:

I= 0,642.

Зная индекс помещения I, по таблице 7 [23] находим n = 0,22.

Подставим все значения в формулу (4.1) для определения светового потока F, получаем F = 33750 Лм.

Для освещения выбираем люминесцентные лампы типа ЛБ40-1, световой поток которых F_л = 4320 Лк.

Рассчитаем необходимое количество ламп по формуле:

N = F / F_л, (4.3)

где N - определяемое число ламп;

F - световой поток, F = 33750 Лм;

F_л- световой поток лампы, F_л = 4320 Лм.

N = 8 ламп.

При выборе осветительных приборов используем светильники типа ОД. Каждый светильник комплектуется двумя лампами.

Значит требуется для помещения площадью S = 15 м² четыре светильника типа ОД.

Расчет естественного освещения помещений

Организация правильного освещения рабочих мест, зон обработки и производственных помещений имеет большое санитарно-гигиеническое значение, способствует повышению продуктивности работы, снижения травматизма, улучшения качества продукции. И наоборот, недостаточное освещение усложняет исполнения технологического процесса и может быть причиной несчастного случая и заболевания органов зрения.

Освещение должно удовлетворять такие основные требования:

- быть равномерным и довольно сильным;

- не создавать различных теней на местах работы, контрастов между освещенным рабочем местом и окружающей обстановкой;

- не создавать ненужной яркости и блеска в поле взора работников;

- давать правильное направление светового потока;

Все производственные помещения необходимо иметь светлопрорезы, которые дают достаточное природное освещение. Без природного освещения могут быть конференц-залы заседаний, выставочные залы, раздевалки, санитарно-бытовые помещения, помещения ожидания медицинских учреждений, помещений личной гигиены, коридоры и проходы.

Коэфициент естественного освещения в соответствии с ДНБ В 25.28.2006, для нашого III пояса светового климата составляет 1,5.

Исходя из этого произведем расчет необходимой площади оконных проемов.

Расчет площади окон при боковом освещении определяется, по формуле:

S_о = (L_n*К_з.*N₀*S_n*К_зд.)/(100 *T₀*r₁) (4.4)

Где, L_n – нормированное значение КЕО;

К_з – коэффициент запаса (равен 1,2);

N₀ – световая характеристика окон;

S_n – площадь достаточного естественного освещения;

К_зд. – коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями;

r₁ – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении

T₀ – общий коэффициент светопропускания, который рассчитывается по формуле:

T₀ = T₁ * T₂ * T₃ * T₄ * T_5, (4.5)

где T₁ – коэффициент светопропускания материала;

T₂ – коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема;

T₃ – коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях;

T₄ – коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитный устройствах;

T₅ – коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, устанавливаемой под фонарями, принимается равным 1;

Теперь следует рассчитать боковое освещение для зоны, примыкающей к наружной стене. По разряду зрительной работы нужно определить значение КЕО. КЕО = 1,5 нормированное значение КЕО с учетом светового климата необходимо вычислить по формуле:

L_n=l*m*c, (4.6)

где l – значение КЕО (l=1.5);

m – коэффициент светового климата (m=1);

c – коэффициент солнечности климата (c=1)

L_n=1,5

Теперь следует определить отношение длины помещения L_n к глубине помещения B:

L_n/B=3/5 =0,6;

Отношение глубины помещения В к высоте от уровня условной рабочей поверхности до верха окна h₁ (в данном случае h₁=1,8) :

B/h₁=5/1,8 = 2,77.

Световая характеристика световых проемов N₀=9.

К_зд=1

Значение T₀=0,8*0,7*1*1*1=0,56.

L_n для 4 разряда зрительных работ равен 1,5 при мытье окон два раза в год.

Определяем r1, r1=1,5.

К_з.=1,2.

Теперь следует определить значение S_п:

S_п=L_n*В=3*10=30 м².

К_зд.=1.

На данном этапе следует рассчитать необходимую площадь оконных проемов: (L_n* К_з.*N₀*S_n*К_зд.) / (100*T₀*r1)

S_о = (1,5*1,2*9*30*1)/(100*0,56*1,5)=486/84= 5,78 м²;

Принимаем количество окон 1 штука:

S₁=5,78 м² площадь одного окна

Высота одного окна составляет – 2,5 м, ширина 2,3 м.

4.5. Расчет вентиляции

В зависимости от способа перемещения воздуха вентиляция бывает естественная и принудительная.

Параметры воздуха, поступающего в приемные отверстия и проемы местных отсосов технологических и других устройств, которые расположены в рабочей зоне, следует принимать в соответствии с ГОСТ 12.1.005-76. При размерах помещения 3 на 5 метров и высоте 3 метра, его объем 45 куб.м. Следовательно, вентиляция должна обеспечивать расход воздуха в 90 куб.м/час. В летнее время следует предусмотреть установку кондиционера с целью избежания превышения температуры в помещении для устойчивой работы оборудования. Необходимо уделить должное внимание количеству пыли в воздухе, так как это непосредственно влияет на надежность и ресурс эксплуатации ЭВМ.

Мощность (точнее мощность охлаждения) кондиционера является главной его характеристикой, от неё зависит на какой объем помещения он рассчитан. Для ориентировочных расчетов берется 1 кВт на 10 м² при высоте потолков 2,8 – 3 м (в соответствии со СНиП 2.04.05-86 "Отопление, вентиляция и кондиционирование").

Для расчета теплопритоков данного помещения использована упрощенная методика:

Q=S·h·q (4.8)

где: Q – Теплопритоки

S – Площадь помещения

h – Высота помещения

q – Коэффициент равный 30-40 вт/м³ (в данном случае 35 вт/м³)

Для помещения 15 м² и высотой 3 м теплопритоки будут составлять:

Q=15·3·35=1575 вт

Кроме этого следует учитывать тепловыделение от оргтехники и людей, считается (в соответствии со СНиП 2.04.05-86 "Отопление, вентиляция и кондиционирование") что в спокойном состоянии человек выделяет 0,1 кВт тепла, компьютер или копировальный аппарат 0,3 кВт, прибавив эти значения к общим теплопритокам можно получить необходимую мощность охлаждения.

Q_доп=(H·S_опер)+(С·S_комп)+(P·S_принт) (4.9)

где: Q_доп – Сумма дополнительных теплопритоков

C – Тепловыделение компьютера

H – Тепловыделение оператора

D – Тепловыделение принтера

S_комп – Количество рабочих станций

S_принт – Количество принтеров

S_опер – Количество операторов

Дополнительные теплопритоки помещения составят:

Q_доп1=(0,1·2)+(0,3·2)+(0,3·1)=1,1(кВт)

Итого сумма теплопритоков равна:

Q_общ1=1575+1100=2675 (Вт)

В соответствии с данными расчетами необходимо выбрать целесообразную мощность и количество кондиционеров.

Для помещения, для которого ведется расчет, следует использовать кондиционеры с номинальной мощностью 3,0 кВт.

4.6 Расчет уровня шума

Одним из неблагоприятных факторов производственной среды в ИВЦ является высокий уровень шума, создаваемый печатными устройствами, оборудованием для кондиционирования воздуха, вентиляторами систем охлаждения в самих ЭВМ.

Для решения вопросов о необходимости и целесообразности снижения шума необходимо знать уровни шума на рабочем месте оператора.

Уровень шума, возникающий от нескольких некогерентных источников, работающих одновременно, подсчитывается на основании принципа энергетического суммирования излучений отдельных источников:

∑L = 10·lg (Li∙n), (4.10)

где Li – уровень звукового давления i-го источника шума;

n – количество источников шума.

Полученные результаты расчета сравнивается с допустимым значением уровня шума для данного рабочего места. Если результаты расчета выше допустимого значения уровня шума, то необходимы специальные меры по снижению шума. К ним относятся: облицовка стен и потолка зала звукопоглощающими материалами, снижение шума в источнике, правильная планировка оборудования и рациональная организация рабочего места оператора.

Уровни звукового давления источников шума, действующих на оператора на его рабочем месте представлены в табл. 4.6.

Таблица 4.6 - Уровни звукового давления различных источников

Обычно рабочее место оператора оснащено следующим оборудованием: винчестер в системном блоке, вентилятор(ы) систем охлаждения ПК, монитор, клавиатура, принтер и сканер.

Подставив значения уровня звукового давления для каждого вида оборудования в формулу (4.4) , получим:

∑L=10·lg(104+104,5+101,7+101+104,5+104,2)=49,5 дБ

Полученное значение не превышает допустимый уровень шума для рабочего места оператора, равный 65 дБ (ГОСТ 12.1.003-83). И если учесть, что вряд ли такие периферийные устройства как сканер и принтер будут использоваться одновременно, то эта цифра будет еще ниже. Кроме того при работе принтера непосредственное присутствие оператора необязательно, т.к. принтер снабжен механизмом автоподачи листов.

В данном разделе дипломной работы были изложены требования к рабочему месту инженера - программиста. Созданные условия должны обеспечивать комфортную работу. На основании изученной литературы по данной проблеме, были указаны оптимальные размеры рабочего стола и кресла, рабочей поверхности, а также проведен выбор системы и расчет оптимального освещения производственного помещения, произведен расчет рационального кондиционирования помещения, а также расчет уровня шума на рабочем месте. Соблюдение условий, определяющих оптимальную организацию рабочего места инженера - программиста, позволит сохранить хорошую работоспособность в течение всего рабочего дня, повысит как в количественном, так и в качественном отношениях производительность труда программиста, что в свою очередь будет способствовать быстрейшей разработке и отладке программного продукта.

ВЫВОДЫ

В данном проекте был разработан музыкальный звонок с двумя режимами работы: автономный ( на батарейках) и от сети.

В процессе разработки были рассмотрены общие вопросы разработки устройств на микроконтроллерах, рассмотрены этапы разработки, разработка программного обеспечения, внедрения в производство. На основании изученной литератур и сети Интернет получили теоретические знания в области проектирования устройств на микроконтроллерах.

В практической части были разработаны структурная, функциональная и принципиальная схемы устройства, составлен алгоритм работы микроконтроллера, выбран микроконтроллер удовлетворяющий требованиям ТЗ, произведен расчет элементной базы устройства, произведено подробное описание программы.

В экономической части был произведен расчет себестоимости проектируемого изделия, сравнение с устройствами- аналогами, сделан вывод о целесообразности изготовления данного устройства.

В последнем разделе дипломной работы были изложены требования к охране труда. Созданные условия должны обеспечивать комфортную работу. На основании изученной литературы по данной проблеме, были указаны оптимальные размеры рабочего стола и кресла, рабочей поверхности, а также проведен выбор системы и расчет оптимального освещения производственного помещения, произведен расчет рационального кондиционирования помещения, а также расчет уровня шума на рабочем месте. Соблюдение условий, определяющих оптимальную организацию рабочего места, позволит сохранить хорошую работоспособность в течение всего рабочего дня, повысит как в количественном, так и в качественном отношениях производительность труда, что в свою очередь будет способствовать быстрейшей разработке и отладке программного продукта.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. "Dimmable Fluorescent Ballast" – User Guide, 10/07, Atmel Corporation, http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc7597.pdf

2. ГОСТ13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

3. G. Howell "Five questions about resistors" // EDN, 9/28/2006, http://www.edn.com/contents/images/6372835.pdf

4. П. Хоровиц, У. Хилл "Искусство схемотехники" – Изд. 6-е, М.: Мир, 2003.

5. C. Hillman "Common mistakes in electronic design" // EDN, 12/14/2007 http://www.edn.com/contents/images/6512156.pdf

6."Frequently asked questions about dimmers" // http://www .lutron.com/product_technical/faq.asp

7. Л. Н. Кечиев, Е. Д. Пожидаев "Защита электронных средств от воздействия статического электричества" – М.: ИД "Технологии", 2005.

8. Жидецкий В.Ц., Джигирей В.С., Мельников А.В. Основы охраны труда: Учебник – Львов, Афиша, 2008 – 351с.

9. Денисенко Г.Ф. Охрана труда: Учебн.пособие – М., Высшая школа, 1989 – 319с.

10. Самгин Э.Б. Освещение рабочих мест. – М.: МИРЭА, 1989. – 186с.

11. Справочная книга для проектирования электрического освещения. / Под ред. Г.Б. Кнорринга. – Л.: Энергия, 1976.

12. Борьба с шумом на производстве: Справочник / Е.Я. Юдин, Л.А. Борисов;

Под общ. ред. Е.Я. Юдина – М.: Машиностроение, 1985. – 400с., ил.

13. Зинченко В.П. Основы эргономики. – М.: МГУ, 1979. – 179с.

14.Методичні вказівки до виконання дипломної роботи для учнів спеціальності «Оператор комп’ютерного набору; оператор комп’ютерної верстки»/ Упоряд.: Д.О. Дяченко, К.О. Ізмалкова, О.Г. Меркулова. – Сєверодонецьк: СВПУ, 2007. – 40 с.

15. Н. Заец. Многофункциональные часы. — Схемотехника, 2006, № 2,с. 41,42.

16. Н. Заец. Термометр - часы с датчиками фирмы Dallas Semiconductor. — Схемотехника, 2005, № 5, с. 52 - 55.

17. Н. Заец. Радиолюбительские конструкции на Р1С-микроконтроллерах. Книга 3. — М.: СОЛОН-Пресс, 2005, с. 248.

18. Н. Заец. Отечественные жидкокристаллические индикаторы TIC9162 с драйверами по технологии COG. - Схемотехника, 2005, №9, с. 9-11.

19. Н. Заец. Таймеры десятичного счета. — Электрик, 2006, № 7-8, с. 36 -39.

20. Мощные полевые переключательные транзисторы фирмы International Rectifier. — Радио, 2001, № 5, с. 45.

21. А. Долгий. Разработка и отладка устройств на микроконтроллерах. — Радио, 2001 ,№ 5-12, 2002, № 1.

22. А. Долгий. Программаторы и программирование микроконтроллеров. — Радио, 2004, № 1-12.

23. Н. Заец. Универсальный таймер. — Схемотехника, 2003, № 1, с. 53.

24. Н. Заец. Электронные самоделки для быта, отдыха и здоровья.— М.: СОЛОН-Пресс, 2009, 423 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Файл основной программы

2

. list

: Включение листинга

3

.def

loop1 =

RO

. Три ячейки для процедуры задержки

4

.def

loop2 =

R1

5

.def

loop З =

R21

6

.def

temp =

R16

: Вспомогательный регистр

7

.def

temp1 =

R17

: Второй вспомогательный регистр

8

.def

count =

R17

:Определение регистра счетчика опроса клавиш

9

.def

fnota=

R19

:Частота текущей ноты

10

.def

dnota

= R20

:Длительность текущей ноты