Создание функциональной схемы устройства

Функциональная схема – это вид графической модели изделия. Их использование и построение позволяет наглядно отразить устройство функциональных (рабочих) изменений, описание которых оперирует любыми (в том числе и несущественными) микросхемами, БИС и СБИС. Поскольку функциональные схемы не имеют собственной системы условных обозначений, их построение допускает сочетание кинематических, электрических и алгоритмических обозначений (для таких схем более подходящим термином оказывается комбинированные схемы)

Чтобы собрать функциональную схему, нам необходимо выбрать элементы, которые мы будем использовать. Для первого устройства (учебного) в качестве микроконтроллера (микропроцессора) был выбран Intel 8051. Этот микроконтроллер был выбран, так как в требованиях заказчика было явно указана марка контроллера. Также для разработки понадобится один семисегментный индикатор, матричная клавиатура и блок питания для питания всей системы.

После выбора элементов была построена функциональная схема учебного устройства, она представлена на рис. 4.

Рисунок 4. Функциональная схема учебного примера

На рисунке видно, что блок питания питает сам микроконтроллер, а также индикатор и клавиатуру. Суть примера состоит в том, что контроллер должен считывать с данные с клавиатуры. Получив данные от клавиатуры, контроллер обрабатывает данные и должен отправить выходной сигнал на индикатор. В итоге на индикаторе должен загореться код нажатой клавиши.

Рассмотрим второй пример – создание системы стабилизации изображения (электронный стэдикам). Стэдикам – это носимая система стабилизации съёмочной камеры видеосъёмки в движении. Для его реализации необходим контроллер, датчик, блок питания, драйвер питания, двигатели. На рис. 5 представлена функциональная схема стабилизирующего устройства.

Рисунок 5. Функциональная схема стабилизирующего устройства

В качестве микроконтроллера был выбран Arduino UNO. Arduino Uno-контроллер построен на ATmega328. Платформа имеет 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера AC/DC или батареи. По своим характеристикам она подходит для нашего проекта, а также ее легко найти на рынке. В качестве датчика был рассмотрен трехосевой гироскоп и акселерометр в одной плате. Таких плат множество на современном рынке, но выбор лег на датчик gy-521. Он содержит в себе трехосевой гироскоп, трехосевой акселерометр и датчик температуры окружающей среды.

Микроконтроллер Arduino Uno (рис. 5) будет производить вычисления на основе полученных данных. Трехосевой гироскоп и акселерометр будут постоянно выдавать на шину данные о положении площадки относительно осей координат. Полученные данные обрабатываются и передаются в виде управляющего сигнала на двигатели, чтобы повернуть площадку на определенный угол в сторону, противоположную отклонению. Для корректировки положения площадки используется джойстик. Контроллер считывает данные с джойстика и, обработав их, меняет константные значения платформы. В качестве блока питания в этой системе используется аккумулятор. Он питает все элементы в системе. Датчик и джойстик питаются от контроллера, так как они не потребляют большого количества энергии. Для двигателей применяется драйвер питания.

Таким образом, на этом этапе разработки были созданы функциональные схемы микропроцессорных устройств. На функциональной схеме были отражены функции каждого блока и взаимодействие их между собой.