Розробка портативного частотоміра на мікроконтролері ATmega32A

Костенко, Андрій Петрович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8254

Full metadata record

DC Field	Value	Language
dc.contributor.advisor	Гончаров, Артем Володимирович	-
dc.contributor.author	Костенко, Андрій Петрович	-
dc.date.accessioned	2026-03-13T14:39:37Z	-
dc.date.available	2026-03-13T14:39:37Z	-
dc.date.issued	2022	-
dc.identifier.uri	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8254	-
dc.description.abstract	В даній роботі спроектований портативний цифровий частотомір на мікроконтролері ATmega32A. В результаті був отриманий пристрій, який зібраний на доступній елементній базі, надійний при експлуатації, та з можливістю швидкої калібровки за рахунок внесення змін в програмне забезпечення. Портативний частотомір є досить актуальним пристроєм в наш час. Він може використовуватись в найрізноманітніших областях радіоелектроніки і є важливим вимірювальним приладом для діагностики і ремонту радіоелектронної апаратури та дослідження різних процесів.	uk_UA
dc.language.iso	uk	uk_UA
dc.subject	портативний частотомір	uk_UA
dc.subject	мікроконтролер	uk_UA
dc.subject	рідкокристалічний дисплей	uk_UA
dc.subject	радіоелектроніка	uk_UA
dc.subject	операційний підсилювач	uk_UA
dc.subject	Proteus	uk_UA
dc.title	Розробка портативного частотоміра на мікроконтролері ATmega32A	uk_UA
dc.type	Bachelor Thesis	uk_UA
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Телекомунікації)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_172_Костенко_Гончаров.pdf Restricted Access		2.45 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show simple item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ ТА
КІБЕРБЕЗПЕКИ

До захисту допущено
завідувач кафедри РТСК
д.т.н., професор
____________ Володимир ПАЛАГІН
"_____" _____________ 2022 року

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
бакалавра
(освітньо-кваліфікаційний рівень)

на тему Розробка портативного частотоміра на мікроконтролері
ATmega32A

Виконав: студент 4 курсу, групи СКТК-208
172 «Телекомунікації та радіотехніка»
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
(освітня програма – «Телекомунікації»)
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)

Костенко А.П.
(прізвище та ініціали)
Керівник Гончаров А.В.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Протасов С.Ю.
(прізвище та ініціали)

Черкаси – 2022 року
ЗМІСТ

ВСТУП 5
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ ТА ПРОТОТИПІВ 7
1.1 Частотомір 1 МГц із використанням мікроконтролера
AT89C2051 7
1.2 Частотомір на мікроконтролері PIC16F873 та
семиелементних світлодіодних індикаторах із загальним катодом 9
1.3 Частотомір для виміру промислової мережі на
мікроконтролері ATtiny2313 13
1.4 Цифровий частотомір до 10МГц (CD4060, 74C926,
74LS28) 15
РОЗДІЛ 2 ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ 24
РОЗДІЛ 3 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ 27
РОЗДІЛ 4 РОЗРОБКА СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ
ТА ОПИС РОБОТИ СХЕМИ 31
4.1 Проєктування вхідного кола пристрою 31
4.2 Мікроконтролер і його призначення в схемі 34
4.3 Будова та функціонування мікроконтролера 36
4.4 Мікроконтролер AVR ATmega32A основні
характеристики 40
4.5 Кварцові резонатори та їх використання в схемі 42
4.6 Реалізація індикації в схемі 43
4.7 Основні технічні характеристики дисплея LCD1602A 43
4.8 Опис дисплея 44
4.9 Схема фільтрації і стабілізації 45

ТК08.022093.001 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Костенко А.П. Розробка портативного Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Го нчаров А.В.
частотоміра 3 76
Реценз. на мікроконтролері
Н. Контр. ATmega32A ЧДТУ
Затверд.
РОЗДІЛ 5 ОПИС РОБОТИ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТА
РОЗРОБКА ПРОГРАМИ 47
5.1 Середовище для написання програми та прошивка
пристрою 47
5.2 Створення середовища для написання програми та
віртуального дослідження 47
5.3 Короткий опис мови програмування та принцип роботи
програми 54
5.4 Опис роботи програмного забезпечення та програми
частотоміра 54
5.5 Розробка програмного забезпечення портативного
частотоміра на мікроконтролері ATmega32A 56
РОЗДІЛ 6 ОХОРОНА ПРАЦІ 61
6.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають у
приміщенні проєктного відділу підприємства 61
6.2 Розрахунок системи кондиціонування повітря в
приміщенні відділу 66
ВИСНОВОК 73
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 75
ДОДАТКИ

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
4
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
ВСТУП

Люди ще з давніх часів починали проводити вимірювання, тому точна
наука неможлива без міри. Якщо простежити історію точних приладів, то
можна переконатися в тому, що їх переважна більшість призначалася для
проведення різного роду вимірів – часу, температури, довжини, площі,
об’єму, маси, а пізніше і тиску, вологості та багатьох інших величин. Таким
чином в кожній сфері діяльності стали з'являтися різні прилади для
вимірювання тих чи інших величин. З розвитком технологій люди почали
винаходити різні способи для вимірювання електричних величин.
Електронно-вимірювальні прилади щільно увійшли в наше життя. Навіть
неможливо собі уявити, що більшість того що нас оточує було б створено без
вимірювальних приладів.
Сучасній людині важко уявити свій день без електроніки, багато
технічних досягнень засновані саме на електроніці, але для того що б
електронікою можна було користуватися, і знаходити їй правильне
практичне застосування необхідні вимірювальні прилади. На сьогоднішній
день в світі існує безліч приладів. Електровимірювальні прилади – це очі і
вуха того, хто працює з електронікою. Мільйони вимірювальних приладів
використовуються в дослідницьких лабораторіях, на заводах, в сервісних
центрах і в побуті. Показання приладів використовують для оцінювання
роботи різних електронних пристроїв та їх стану. Вимірювальні прилади
завжди були і будуть важливою ланкою в розвитку технологій. Історія
вимірювальної техніки налічує безліч етапів – від найпростішого
електроскопа до сучасних цифрових осцилографів, генераторів, аналізаторів
спектра та найпотужніших вимірювальних комплексів.
В наш час вимірювальні прилади переходять на новий рівень розвитку,
по суті цей рівень уніфікує будь-які види вимірювань. Виробники давачів
конструюють їх так, щоб будь-яка вимірювана величина, наприклад,
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
5
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
температура, тиск, на його виході перетворилося на електричний сигнал, а в
результаті будь-яке вимірювання зводиться до вимірювання параметрів цього
електричного сигналу. Вимірювання зводиться до перетворення
електричного сигналу в цифровий сигнал, який можна зберігати,
накопичувати, здійснювати цифрову обробку, аналізувати, виконувати
різного роду вимірювання, а також візуалізувати його.
Стрімкий розвиток мікроелектроніки дозволив створювати мініатюрні
високо інтегровані системи. Розташована на одній друкованій платі, така
система може виконувати різні функції: від вимірювання до генерації
тестового сигналу.
Вимірювання часових параметрів електричних сигналів різної форми та
походження має важливе значення як для налаштування апаратури, так і при
ремонті готового електронного обладнання, контролюванні його стану,
дослідженнях, пов'язаних із розробкою нових приладів та комплексів. Тому
метою даної роботи є розробка портативного частотоміра на мікроконтролері
ATmega32A, що дозволяє за рахунок застосування програмного управління
вузлами значно зменшити його схемотехнічну складність, домогтися
поліпшення функціональних можливостей, забезпечити можливість
швидкого калібрування шляхом заміни внутрішнього програмного
забезпечення.

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
6
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ ТА ПРОТОТИПІВ

Частотомір – це вимірювальний прилад, що визначає частоту
періодичних коливань або гармонійної частоти спектрального сигналу.
Частотоміри електронно-лічильного типу підраховують кількість
імпульсів, що формуються у вхідному ланцюзі з довільного, періодичного
сигналу за певний час. Час задається підрахунком імпульсів, які надходять
від кварцового генератора, або ж від зовнішніх джерел. Прилади такого типу
отримали найбільше поширення, оскільки є універсальними, мають широкий
частотний діапазон та високу точність. Крім частот, подібні пристрої
дозволяють вимірювати періодичність імпульсів, часові інтервали імпульсів,
частотні співвідношення. Призначені для обслуговування, діагностики,
регулювання різноманітних радіоелектронних пристроїв та обладнання.
Дозволяють контролювати роботу радіосистем та технологічні процеси.
В цьому розділі розглянуто подібні схеми реалізації цифрових
частотомірів на мікроконтролерах.

1.1 Частотомір 1 МГц із використанням мікроконтролера
AT89C2051

Cхема частотоміра, дозволяє вимірювати частоту до 1 МГц із точністю
до 1 Гц без додаткового дільника або схеми попереднього дільника.
В основі схеми частотоміра використовується мікроконтролер Atmel
AT89C2051-24XX.
Вхідний сигнал повинен бути прямокутної форми. Вимірювати частоту
сигналу, що відрізняється від ТТЛ, можна використовуючи перетворювач
рівня побудованого на транзисторі 2SC945 – він перетворює сигнал в
прямокутний сигнал ТТЛ, а також захищає частотомір від надмірних
коливань сигналу. Щоб виміряти більш високі частоти, можна
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
7
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
використовувати мікросхему дільника (попереднього дільника), такі як
SAB6456 або SP8704.
У цьому випадку частоту, що відображається на дисплеї, слід
помножити на коефіцієнт поділу, щоб отримати точну частоту в герцах.
Мікроконтролер AT89C2051 - це 20-контактний 8-розрядний
мікроконтролер з 2 КБ флеш-пам'яттю, 128 байтів ОЗП та двома 16-
розрядними таймерами. У даній схемі мікроконтролер AT89C2051
використовується через його співвідношення ціна/продуктивність. Частота
вимірюється шляхом підрахунку кількості фронтів, що наростають, вхідного
тактового сигналу за одну секунду. Програма використовує
таймер/лічильник 0 у режимі 16-бітного лічильника для підрахунку кількості
вхідних імпульсів та таймер/лічильник 1 у режимі 16-бітного таймера для
встановлення односекундного інтервалу вимірювання.
Підпрограма обчислення частоти зберігає свій результат у банку
регістрів 0 від R2 до R7. Потім функція відображення виводить результати у
режимі мультиплексування на 7-сегментні індикатори із загальним анодом.
Щоб придушити провідні нулі, програма перевіряє регістри на "нульовий"
вміст перед відображенням.
Керуючі сигнали на аноди індикаторів надходять з порту P3 через
резистори 4,7 ком на базу відповідного pnp транзистора (BC557).

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
8
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.1 – Схема частотоміра на мікроконтролері AT89C2051

Даний пристрій є простим у виконанні але елементна база є досить
простою тому не слід очікувати чудових результатів вимірювання так як
схема вхідного кола складається всього з одного активного елементу
транзистора 2SC945, також для реалізації індикації необхідно
використовувати узгоджуюче коло з транзисторів BC557 на окремий
індикатор.

1.2 Частотомір на мікроконтролері PIC16F873 та семиелементних
світлодіодних індикаторах із загальним катодом

Схема частотоміра зображена на рисунку 1.2:
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
9
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.2 – Схема частотоміра на мікроконтролері PIC16F873

На вході пристрою встановлено компаратор DA1, який включений за
типовою схемою з інвертуючим входом.
Поріг спрацьовування компаратора можна змінювати підбіркою
резистора R4 - що більше його опір, то вище поріг. Робота компаратора
управляється сигналом на вході LATCH (вивід 5) DA1, який надходить з
лінії порту RA3 (вивід 5 DD1), та дозволена за низького логічного рівня на
цьому вході.
Порт у мікроконтролері DD1 задіяний для подачі напруги на елементи
a-h індикаторів HG1. HG2.
Вхідний сигнал перетворюється компаратором DA1 прямокутні
імпульси з рівнями ТЛЛ, які надходять на вхід мікроконтролера для їх
подальшого рахунку. Восьмирозрядні регістри попереднього дільника,
таймера TMRO та двох лічильників переривання по переповненню TMR0
підраховують ці імпульси. Вимірювальний інтервал визначає таймер TMR1.
Інформація в регістрах таймера TMR0 та лічильників доступна для
читання, а вміст високочастотного регістра розподільника не доступний.
Тому для вилучення інформації, що зберігається в ньому, застосований став
вже класичним способом дорахування імпульсів до переповнення
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
10
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
попереднього дільника. Після зупинення рахунку значення TMR0
зберігається у цифровому компараторі. Число поданих на вхід попереднього
дільника імпульсів підраховується, і після кожного імпульсу порівнюються з
поточним та збережене значення TMR0. У разі зміни поточного значення
TMR0 подача імпульсів припиняється. Нагромаджене в молодшому регістрі
число перетворене на додатковий код, і буде тим числом, яке було в
розподілі. Двійковий код з виходів чотирьох восьмирозрядних регістрів
перетворюється на двійково-десятковий, а потім – в код для управління
семиелементними індикаторами.
Після подачі напруги живлення здійснюється ініціалізація регістрів
мікроконтролера. Частота перемикання розрядів при динамічній індикації
має бути такою, щоб не було видно мерехтіння індикаторів. Як відомо, ця
частота повинна бути не нижче 25 Гц. Вибрана тривалість індикації одного
розряду на восьмирозрядному індикаторі складає F=1/T=1/(0.003*8) =41.7Гц,
де F-частота оновлення індикатора, Т-період. За такої частоти мерехтіння
індикаторів не помітне.
Періодично мікроконтролер перевіряє стан контактів кнопки SB1.
Якщо кнопка затиснута, стан прапора часу вимірювання змінюється на
протилежне значення, при цьому також змінюється положення коми на
індикаторі. Далі на індикатор послідовно виводиться інформація з інших
розрядів. Послідовність виведення інформації на індикацію порушується
лише перериваннями.
У програмі використано два переривання: одне за результатом
порівняння значень шістнадцятирозрядних регістрів спеціальної події
(CCPR1H та CCPR1L) та регістрів таймера TMR1 (TMR1H та TMR1L), інше
– за переповненням таймера TMR0. Регістри CCP1 b TMR1
використовуються для формування часового інтервалу вимірювання частоти.
Дільник на 10 для отримання інтервалу в 10 с реалізований на окремих
регістрах, що заповнюються перериваннями.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
11
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Після збереження значень контекстних регістрів відбувається перевірка
прапорів переривання. Якщо переривання відбулося після переповнення
таймера TMR0, то інкрементується лічильник і програма виходить із
переривання. При перериванні за результатом порівняння модуля CCP1
заповнюється регістр дільника на 10 і перевіряється прапор часу. Якщо
встановлено час вимірювання 10 с заповнюються регістр дільника на 10.
Після закінчення часу вимірювання виконуються дорахунок та визначення
вмісту попереднього дільника. Отримані дані перекодуються в дев'ять
розрядів двійкового Для економії енергії батарей портативного приладу
гасять всі значущі нулі. Під виконанні операцій під час переривань робота
таймерів TMR0 та TMR1 не зупиняється, тому цикл виміру повторюється
безперервно.

Рисунок 1.3 – Зовнішній вигляд частотоміра на мікроконтролері
PIC16F873

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
12
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Дана схема складається з більшої кількості елементів чим попередня
тому тут потрібно враховувати те що при ремонті даного пристрою потрібно
буде більш детально оглядати вузли схеми на наявність дефектів.
Також в даній схемі використовується дорогий мікроконтролер, який
не забезпечує економічної вигоди при реалізації недорогих схем.

1.3 Частотомір для виміру промислової мережі на мікроконтролері
ATtiny2313

Основою частотоміра є 8-бітний мікроконтролер AVR ATtiny2313
виробництва компанії ATMEL, а індикація виконана на поширених 7-
сегментних індикаторах із загальним анодом.
Робота схеми:
Напруга з вторинної обмотки трансформатора Т1 подається на діодний
міст і далі, через розділовий діод D5 - на мікросхему стабілізатора напруги
U2 7805, з виходу якої напруга 5В надходить в ланцюги вузлів схеми.
До виходу діодного мосту через дільник напруги R14,R15 підключено
також транзистор Q5 (формувач імпульсів).
На виході діодного мосту частота струму подвоюється, отже на
колекторі транзистора Q5 будуть присутні імпульси з частотою 100 Гц.
Діод D5 запобігає "згладжуванню" випрямленої напруги на базі Q5
ємностями С5 і С6. Без цього діода формувач на Q5 не забезпечуватиме
формування імпульсів.
Імпульси з частотою 100 Гц надходять на вхід (вивід 11)
мікроконтролера (МК). Усередині МК цього виводу підключений лічильник,
який веде підрахунок імпульсів протягом 10 мс (у схемі подвоєна частота -
100 Гц). Отримані дані обробляються та відображаються на 7-сегментному
індикаторі. Індикатор підключено за звичайною схемою і працює в режимі
динамічної індикації.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
13
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
При подачі живлення МК ініціалізується: налаштовуються його
виводи, налаштовується режими таймера, активується режим захисту від
«зависання». Потім розпочинає роботу основна частина програми.
З регістрів лічильника вираховуються дані, проводиться їх обробка та
відображення на індикаторі. Якщо отримані дані (частота) вище 99,99 Гц, то
на індикаторі відображається значок "перевищення" та отримані дані
ігноруються. Дані на індикаторі оновлюються приблизно 5 разів на секунду.
З регістрів лічильника вираховуються дані, проводиться їх обробка та
відображення на індикаторі. Якщо отримані дані (частота) вище 99,99 Гц, то
на індикаторі відображається значок "перевищення" та отримані дані
ігноруються. Дані на індикаторі оновлюються приблизно 5 разів на секунду.
У програмі є константи, що дозволяють задати частоту оновлення та
регулювати яскравість світіння сегментів індикатора.
Схема частотоміра зображена на рисунку 1.4:

Рисунок 1.4 – Схема частотоміра на мікроконтролері ATtiny2313

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
14
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Дана схема побудована на сімействі AVR мікроконтролерів так як і
пристрій який розробляється в даній дипломній роботі, але дана схема
побудована на мікроконтролері початкового рівня з невеликим об’ємом
пам’яті тому високої продуктивності від даної схеми не слід очікувати, також
в колах схеми використовуються транзистори на кожен сегмент індикатора

1.4 Цифровий частотомір до 10МГц (CD4060, 74C926, 74LS28)

Мікросхема ММ74С926 або інші аналоги 74C926 являє собою
десятковий чотирирозрядний лічильник, об'єднаний з системою індикації з
дешифратора код для семисегментного індикатора і схеми опитування для
динамічної індикації.
На основі цієї мікросхеми можна будувати різні прилади, зокрема
частотоміри.
Опис схеми частотоміра, який вимірює частоту до 9999 кГц (до 9,999
МГц) з дискретністю 1 кГц. Частотомір виконано на трьох мікросхемах.
Лічильник-дешифратор вже згаданої 74С926, генератор вимірювальних
імпульсів на ІМС CD4060B і RS-тригер і вхідний ключ на 74LS28.
Вхідний підсилювач - найпростіший формувач, за схемою ключа на
транзисторі VT1.
Вимірювана частота надходить через роз'єм Х1 на підсилювач -
формувач на транзисторі VT1. Імпульси з колектора надходять на ключовий
пристрій на елементі D1.1, на його вивід 3.
Коли на виведенні цього елемента 2 логічний нуль, імпульси проходять
крізь нього інвертуючись, і надходячи на лічильний вхід (вивід 12)
лічильника мікросхеми D2. Якщо на виводі 2 D1.1 одиниця, імпульси крізь
нього не проходять, і на його виході тримається логічний нуль.

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
15
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.5 – Схема частотоміра на мікросхемі ММ74С926

Керує ключем на елементі D1.1 RS-тригер на елементах D1.2 та D1.3
тієї ж мікросхеми. У вихідному стані тригер знаходиться у положенні з
логічним нулем на виході елемента D1.3. При цьому елемент D1.1 пропускає
імпульси на вхід лічильника D2, тому що на виводі 2 нуль, а ключ на
транзисторі VT6 закритий, і тому індикатори вимкнені. У цьому положенні
RS-тригера йде процес вимірювання частоти, лічильник D2 підраховує
імпульси, що надходять з його вивід 12.
Після того, як процес вимірювання закінчується на вивід 6 D1.2
надходить логічна одиниця і RS-тригер змінює стан протилежне. На виході
елемента D1.3 встановлюється логічна одиниця, що призводить до
закривання елемента D1.1 та припинення надходження імпульсів на вхід
лічильника D2. У той же час одиниця з виходу D1.3 відкриває транзистор
VT6 і через нього включається індикація.
Тимчасові інтервали для керування роботою частотоміра генерує
мікросхема D3 – CD4060B. Мікросхема містить мультивібратор та
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
16
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
лічильник. В даному випадку частота мультивібратора задана і стабілізована
кварцовим резонатором Q1 на частоту 32,768 кГц. Це звичайний резонатор,
що застосовується в електронному годиннику.
На виході лічильника D3 з ваговим коефіцієнтом 32 логічна одиниця
з'являється через 0,0009765625 секунди. Звичайно, треба, щоб вона там
з'являлася через 0,001 секунди, і цього можна досягти підбором ємностей С2
і С3, якщо така висока точність необхідна. Якщо ж похибка в 2,4%
прийнятна, можна залишити як є, і не займатися точним підбором С2 та С3.
Вона надходить на вивід 6 D1.2 і перемикає RS-тригер стан, коли на
виході елемента D1.3 логічна одиниця. Елемент D1.1 закривається. Таким
чином, процес вимірювання частоти триває 0,001 секунд (або близько того,
якщо інтервал не підганяли ємностями С2 і С3).
Далі настає процес індикації. Одиниця з виходу D1.3 як блокує елемент
D1.1, не пускаючи імпульси на вхід лічильника D2, а й надходить через
резистор R15 з урахуванням транзистора VT6, який відкривається під її дією і
подає струм на схему світлодіодної індикації.
Схема світлодіодної індикації складається з чотирьох окремих
світлодіодних семисегментних цифрових індикаторів Н1-Н4 із загальним
катодом. Індикатори зібрані в матрицю для динамічної індикації, тобто всі їх
однойменні сегментні виводи з'єднані разом, і підключені до виходів
сегментів мікросхеми D2 через резистори струмообмежувальні R3-R9, що
зрівнюють яскравість світіння сегментів.
У процесі динамічної індикації розряди перемикаються імпульсами, що
надходять із виходів D1-D4 лічильника D2. Імпульси надходять на
транзисторні ключі VT2-VT5, які перемикають розряди.
Для вимкнення індикації служить транзистор VT6. Процес індикації
триватиме поки що на найстаршому виході лічильника мікросхеми D3 (вивід
3) не з'явиться логічна одиниця. З урахуванням частоти кварцового
резонатора Q1 32,768 кГц це відбудеться через 0,25 секунди.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
17
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Як тільки на виводі 3 D3 виникає одиниця, вона обнуляє лічильник D2,
а також повертає RS-тригер D1.1-D1.2 в стан з логічним нулем на виході
D1.3. При цьому відкривається елемент D1.3 і пускає на вхід лічильника
імпульси D2, ключ на VT6 закривається і індикація гаситься. Плюс, одиниця
з виведення 3 D3 надходить так само і на його обнулюючий вхід – вивід 12.
Далі весь описаний цикл повторюється. Таким чином, покази оновлюються
через кожні чверть секунди.
Дана схема не використовує мікроконтролерів в своїй реалізації і
побудована вчасності на вітчизняних елементах які є дешевими але в
більшості випадків можуть не відповідати необхідним параметрам та вносити
додаткові похибки в схему. Також із-за схемної реалізації у вигляді чотирьох
розрядного лічильника у вигляді RS-тригера схема немає можливості більш
розвиненого на сьогоднішній день програмного керування процесами в
пристрої.
В даному розділі було наведено аналіз існуючих варіантів виконання
портативних частотомірів, зроблено оцінку приведеним схемним рішенням
посилаючись на цей аналіз буде розроблено власний пристрій згідно таких
характеристик.

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
18
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
РОЗДІЛ 2 ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ

В даній роботі необхідно створити портативний частотомір з такими
вихідними параметрами які показані в таблиці 2.1
Таблиця 2.1 – Основні технічні характеристики портативного
частотоміра на мікроконтролері ATmega32A
Діапазон вимірюваних частот від 1 Гц до 1 МГц
Смуга пропускання ОП 5 МГц
Розрядність АЦП 8 біт
Час виміру частот від 1 до 10 секунд
Чутливість 0,1 В
Струм споживання в робочому режимі 0,6 мА
Струм споживання в режимі очікування 220 мкА
Напруга живлення 5 – 12 В
Розміри пристрою 90х90 мм

Під час розробки частотоміра на мікроконтролері було поставлено такі
вимоги до пристрою:
- пристрій повинен бути невеликих розмірів тобто бути простим в
виконані та забезпечувати портативність.
- серед мікроконтролерів було вибрано зарекомендувавший себе
протягом певного часу мікроконтролер фірми Atmel зокрема ATmega32A.
- програмне забезпечення (ПЗ) пристрою повинно бути написано
на відносно нескладній мові програмування.
- індикацію виконати на рідкокристалічному дисплеї так як в них є
більше можливостей виводити необхідну інформацію проти звичайних
світлодіодних індикаторів.
- корекція в ПЗ повинна вноситись без зайвих зусиль тобто роз’єм
для перепрошивання повинен бути винесений на корпус плати.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
24
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
- вимога в стабілізації живлення щоб можна було підключати
більшість існуючих блоків живлення, не виключенням є і акумуляторні
батареї.
З метою визначення частот періодичних сигналів, а також для
виявлення гармонійних компонентів спектрів застосовують спеціальні
радіовимірювальні (і електровимірювальні) прилади, названі частотомірами.
На сьогоднішній день частотоміри існують двох типів за методом
вимірювання: аналогові (для безпосередньої оцінки частоти) та прилади
порівняння (до яких відносяться: електронно-лічильні, гетеродинні,
резонансні тощо).
Аналогові підходять для дослідження синусоїдальних коливань,
гетеродинні, резонансні та вібраційні – для вимірювання гармонійних
складових сигналу, електронно-лічильні та конденсаторні – для визначення
частот дискретних подій.
За типом конструкції частотоміри можуть бути щитовими,
переносними або стаціонарними - тип конструкції залежить від області
застосування конкретного приладу.
Стрілочний аналоговий частотомір відноситься до електромеханічних
вимірювальних приладів і працює за принципом магнітоелектричної,
електромагнітної або електродинамічної системи.
Робота такого приладу ґрунтується на залежності модуля повного
опору складового вимірювального ланцюга від параметрів струму, що
проходить через нього. Вимірювальний ланцюг приладу складається з
частотозалежного та частотонезалежного опорів.
В даному випадку проєктується переносний(портативний) частотомір з
електронно-лічильним методом.
Електронно-лічильний частотомір рахує кількість імпульсів.
Вважається, що імпульси формуються вхідними ланцюгами з періодичного
сигналу довільної форми.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
25
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
При цьому інтервал часу рахунку визначається з опорою на кварцовий
генератор приладу. Таким чином, електронно-лічильний частотомір є
приладом порівняння, точність якого залежить якості еталона.
Електронно-лічильні частотоміри є на сьогоднішній день найбільш
поширеними та затребуваними професійними приладами даного
призначення.
Вони дозволяють не тільки вимірювати частоти, але дозволяють також
знаходити і тривалість імпульсів, інтервали між ними, і навіть обчислювати
відносини між частотами, не кажучи про підрахунок кількості імпульсів.
Цифрові частоміри мають ряд переваг:
- Зменшення вартості виготовлення приладу
- Можливість безпосереднього з’єднання з комп’ютерною технікою для
читання та запису інформації.
- цифровий частотомір немає механічних частин тому не критичний до
способу встановлення.
- не має впливу вібраційних коливань на елементи.
- відносно мала похибка вимірювання, точність виміру може складати
сотих долі процента.
- мала споживана потужність, немає потреби в громіздких блоках
живлення.
- можливість автоматизації процесу вимірювання
- конструктивні особливості приладу, може бути невеликих габаритних
розмірів і мати достатню функціональну базу.
В даному розділі приведені технічні характеристики пристрою який
розробляється. Перелічено переваги цифрових пристроїв і приведено
порівняння аналогових і цифрових можливостей пристроїв.

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
26
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
РОЗДІЛ 3 РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ

Для наглядного зображення будови портативного частотоміра складено
схему електричну структурну на якій зображено основні блоки пристрою
згідно технічного завдання яке було складено в розділі 2.
Даними для розробки структурної схеми є технічне завдання.
Проєктуємий виріб складатиметься з таких функціональних блоків:
- Блок живлення
- Вхідне коло операційний підсилювач в ролі компаратора вхідного
сигналу
- Мікроконтролер
- Кварцові резонатори
- Роз’єм підключення програматора
- Кнопка скидання стану роботи мікроконтролера
- Рідкокристалічний дисплей для виводу цифрово-символьної
інформації
Структурна схема пристрою зображена на рисунку 3.1.
Блок живлення в ролі якого може бути використаний лабораторний
блок живлення при використанні пристрою на стенді в лабораторії.
Напруга живлення яка може подаватися на вхід пристрою може бути в
межах до 35 В так як в схемі присутній стабілізатор напруги на мікросхемі
7805 який стабілізує вхідне значення напруги до необхідних 5 вольт
живлення блоків схеми. Альтернативним варіантом живлення може бути
портативний літій-іонний акумулятор, батарейка типу «крона» тощо.
В схемі присутня додаткова схема фільтрації вхідної напруги яка
складається котушки індуктивності та електролітичних конденсаторів.
Тобто при живленні пристрою також може використовуватися блок
живлення без власного фільтру самий простий приклад це трансформатор з
випрямлячем.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
27
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
28
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 3.1 – Структурна схема портативного частотоміра на мікроконтролері ATmega32A

Вхідний сигнал через спеціальний щуп надходить на схему
операційного підсилювача (ОП). В схемі присутній підстроювальний
резистор ним задається період за яким повинен надходить сигнал в схему
ОП.
Операційний підсилювач служить в ролі компаратора вхідного сигналу.
Компаратор – це спеціалізована аналогова мікросхема, основне
призначення якої порівняння напруги на двох входах.
Як і операційний підсилювач мікросхема має два входи – прямий та
інверсний.
Внутрішня будова компаратора схожа на ОП, але його не можна
використовувати для лінійного підсилення бо він має найважливішу
відмінність – особливість реалізації вихідного каскаду.
У компаратора цей каскад, на відміну від ОП, реалізований на одному
транзисторі. По факту це силовий ключ.
Отже, компаратор виконує функцію диференціювання вхідних
сигналів. Якщо опорний рівень потенціалу подано на інверсний вхід, а
порівнюваний, тобто досліджуваний, на прямий – компаратор увімкнений без
інверсії. Якщо навпаки опорним є прямий вхід, а порівнюваним інверсійний
– компаратор увімкнений з інверсією.
Мікроконтролер в ролі якого використовується Atmel ATmega32A
керує входами пристрою,обробляє вхідний сигнал, та виводить необхідну
інформацію згідно програмного забезпечення яке в нього завантажене
шляхом прошивки через спеціальний роз’єм який під’єднаний на входи
мікроконтролера які відповідають за з’єднання його з програматором і
персональним комп’ютером (ПК).
Кварцові резонатори в даній схемі їх використовується два. Вони
служать опорною(еталонною) частотою для роботи самого мікроконролера
який працює на тактовій частоті 12 МГц, другим резонатором тактується
таймер для точного відліку необхідного відрізку часу використовується
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
29
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
кварц на 32,768 кГц, який часто використовується в звичайних кварцових
годинниках. Так як даною частотою зручно оперуються відліки і по факту
можна налаштувати роботу пристрою щоб він рахував рівно раз в секунду.
Для виводу інформації використовується рідкокристалічний дисплей
LCD1602A особливістю даного дисплею є вивід як і цифрової так і
символьної інформації що є досить зручним для сприйняття під час
спостереженням за вимірами.
Цей дисплей має особливість виводити до 32 символів розбивши їх по
16 символів на 2 рядки.
Стани роботи мікроконтролера додатково виводяться через
світлодіодну індикацію яка складається з трьох світлодіодів які окремо
виводять кожен зі станів.
Червоний світлодіод показує помилковий стан роботи мікроконтролера
Жовтий світиться перед початком роботи пристрою
Жовтий із зеленим інформують сигналами під час перепрошивки
пристрою
Зелений коли перепрошивка відбулася успішно
Всі три світлодіоди також світяться під час роботи пристрою
інформуючи про готовність до роботи.
Отже в даному розділі було складено структурну схему пристрою та
описано блоки з яких він складається.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
30
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
РОЗДІЛ 4 РОЗРОБКА СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ
ТА ОПИС РОБОТИ ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМИ

В даному розділі буде описано принцип роботи пристрою згідно схеми
електричної принципової портативного частотоміра та охарактеризовано
складову його елементної бази.

4.1 Проєктування вхідного кола пристрою

Сигнал через щуп подається на вхід Х1 через діод VD1
(1N5349BRL),який виступає в ролі захисту від потенціалів сигналу на
інвертуючий вхід вивід 3 мікросхеми операційного підсилювача (ОП) DA1
(мікросхема AD8515).
На резисторах R1 та R3 побудований дільник він під’єднаний на
неівертуючий вхід вивід 4.
Резистор R2 та конденсатор C1 стоять в колі зворотного зв’язку ОП.
Підстроювальний резистор R4 налаштовує роботу ОП на необхідний
такт роботи тобто цим резистором можна налаштувати задати періодичність
вимірів.
Операційний підсилювач включений по схемі компаратора вхідного
сигналу тобто на його входах поступаючий сигнал порівнюється і в
залежності якого значення набуває сигнал тим входом ОП він і сприймається,
схема працює в режимі ключа.
Після обробки сигналу він виводиться через вивід 1 і надходить на
вивід 16 мікроконтролера Atmel ATmega32A для подальшого оброблення.
Схема компаратора на ОП AD8515 показана на рисунку 4.1
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
31
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 4.1 – Схема електрична принципова компаратора на мікросхемі
DA1(AD8515)

Мікросхема AD8515 від фірми Analog Devices технічні характеристики
зображені в таблиці 4.1.
Таблиця 4.1 – Основні технічні характеристики мікросхеми AD8515

Робота від одного джерела живлення від 1,8 до 5 В
Напруга зсуву максимум 6 мВ
Корпуси виконання SOT-23 i SC70
Швидкість наростання 2,7 В / мкс
Пропускна здатність 5 МГц
Технологія яка задіяна в ОП Rail-to-rail input and output swing
Струм зміщення 2 пА
Струм живлення при напрузі 1,8 В Максимум 450 мкА

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
32
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Зовнішній вигляд мікросхеми зображений на рисунку 4.2

Рисунок 4.2 – Зовнішній вигляд та розташування виводів ОП

Операційний підсилювач AD8515 – це підсилювач вхідних і вихідних
сигналів в свойому виконанні використовує технологію rail-to-rail.
Технологія Rail-to-Rail – Технологія набула широкого використання в
ОП. В основі лежать N та P канальні польові транзистори.
N-канальні польові транзистори працюють із сигналами з верхньої
частини діапазону синфазних напруг, у тому числі – з тими, які виявляються
трохи вищими за позитивну напругу живлення.
P-канальні польові транзистори вони відповідають за роботу з
сигналами з нижньої частини діапазону синфазної напруги трохи меншими
від негативної напруги живлення.

Рисунок 4.3 – Схематичне зображення технології Rail-to-Rail в ОП

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
33
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
4.2 Мікроконтролер і його призначення в схемі

Мікроконтролер – це спеціальна мікросхема, яка призначена для
керування різноманітними електронними пристроями. Об’єднує в собі
процесор, пам'ять ОЗП, ПЗП та периферію.
Мікроконтролери випускають десятки компаній, причому
виробляються не тільки сучасні 32-бітні мікроконтролери, але і 16-бітні, і
навіть 8-бітні.
Мікроконтролер характеризується великою кількістю параметрів, це
пов’язане з тим, що він одночасно є складним програмно-керованим
пристроєм та електронним приладом (мікросхемою).
Під час роботи мікроконтролер зчитує команди з пам'яті або порту
введення та виконує їх. Значення кожної команди визначається системою
команд мікроконтролера.
Система команд закладена у внутрішній архітектурі мікроконтролера, а
виконання кодів команд здійснюється у виконанні внутрішніми елементами
мікросхеми певних мікрооперацій. Мікроконтролери дозволяють гнучко
керувати різноманітними електронними та електричними пристроями.
Мікроконтролер, як правило, не працює самостійно, а запаюється в
схемі, де крім нього, підключаються такі складові, як екрани, клавіатурні
входи, різні давачі тощо.
На вхід виводу 16 (PD2) надходить сигнал який перед цим був
оброблений мікросхемою ОП AD8515 який включений по схемі компаратора.
Мікроконтролер обробляє цей сигнал згідно програмного рішення яке
завантажене в нього.
На виводах 1(PB0), 4(PB3), 5(PB4) реалізована схема індикації на
світлодіодах, яка показує стани роботи самого пристрою під час роботи.
Світлодіоди HL1,HL2,HL3 включені в схему через резистори R6,R7,R8 які
обмежують струми для правильної їх роботи.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
34
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
На виводі 3 (PB2) під’єднана кнопка SB1 яка виконує роль затримки
стану роботи виміряного значення (HOLD) на дисплеї DPY1 (LCD1602A).
На виводі (RES) безпосередньо під’єднана кнопка SB2 яка виконує
роль скидання стану роботи мікроконтролера в початковий стан.
На виводах 12 (XT0) та 13 (XT1) під’єднаний кварцовий резонатор ZQ1
на 12 МГц який виконує роботу задавання тактової частоти роботи самого
мікроконтролера.
На виводах PC6 (TOSC1), PC7 (TOSC2) під’єднаний кварцовий
резонатор ZQ2 на 32,768 кГц який виконує роль генератора для таймера.
Виводи 35 (PA5), 34 (PA6), 33 (PA7), 22-27 (PC0 – PC5),
14-15 (PD0 – PD1) виводять оброблену інформацію в вигляді цифрово-
символьних значень на дисплей DPY1 (LCD1602A).
Живлення подається на входи виводів 30(AVcc) та вивід 32 (AREF).
Мінус живлення вивід 31 (AGND).
Схема підключення мікроконтролера в схему показана на рисунку 4.4

Рисунок 4.4 – Схема реалізації мікроконтролера в портативному
частотомірі
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
35
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
4.3 Будова та функціонування мікроконтролера

Рисунок 4.5 – Функціональна схема мікроконтролера

Послідовний інтерфейс – це інтерфейс по якому інформація
передається по одному біту. Використовується для зв’язку з апаратними
засобами розробки вбудованих обчислювальних системах.
SPI інтерфейс використовується для забезпечення простого і
недорогого високошвидкісного спряження мікроконтролерів з периферією.
У SPI використовуються чотири цифрові сигнали:
MOSI - вихід ведучого, вхід веденого (Master Out Slave In). Слугує для
передачі даних від провідного пристрою веденому.
MISO - вхід ведучого, вихід веденого (Master In Slave Out). Слугує для
передачі даних від веденого пристрою ведучому.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
36
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
SCLK - послідовний тактовий сигнал (Serial Clock). Служить передачі
тактового сигналу для ведених пристроїв.
CS або SS - вибір мікросхеми, вибір веденого (англ. Chip Select, Slave
Select).
Через даний інтерфейс відбувається спряження мікроконтролера з
програматором для подальшого з’єдання з ПК для перепрошивки ПЗ
мікроконтролера.
Передача здійснюється пакетами. Довжина пакета, як правило,
становить 1 байт, але є також реалізації SPI з іншою довжиною пакета,
наприклад, 4 біти. Провідний пристрій ініціює цикл зв'язку встановленням
низького рівня на виведенні вибору підпорядкованого пристрою (SS) того
пристрою, з яким необхідно встановити з'єднання.
Ці дані, що підлягають передачі, ведучі і ведені пристрої поміщають у
зсувні регістри. Після цього провідний пристрій починає генерувати
імпульси синхронізації лінії SCLK, що призводить до взаємного обміну
даними. Передача даних здійснюється біт за бітом від ведучої лінії MOSI і
від веденої лінії MISO. Передача здійснюється в більшості випадків
починаючи зі старших бітів, але деякі виробники допускають зміну порядку
передачі бітів програмними методами.
Після передачі кожного пакета даних провідний пристрій з метою
синхронізації веденого пристрою може перевести лінію SS у високий стан.
Протокол TWI дозволяє під час розробки системи зовні зв'язати до 128
різних пристроїв через одну двопровідну двонаправлену шину.
В якості зовнішніх апаратних компонентів, які потрібні для реалізації
шини, необхідні тільки підтягуючий до плюсу живлення резистор на кожній
лінії шини.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
37
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Всі пристрої, які підключені до шини, мають свою індивідуальну
адресу.

Рисунок 4.6 – Вигляд зовнішнього підключення до шини TWI

Універсальний асинхронний приймач-передавач (УАПП, англ.
Universal Asynchronous Receiver-Transmitter, UART) - вузол обчислювальних
пристроїв, призначений для організації зв'язку з іншими цифровими
пристроями. Перетворює дані в послідовний вигляд так, щоб було можливо
передати їх по одній фізичній цифровій лінії іншому аналогічному пристрою.
UART є базою так широко використовуваного у минулому інтерфейсу
RS-232. У найпростішому вигляді UART інтерфейс є три дроти: передача,
прийом і земля.

Рисунок 4.7 – Вигляд підключення інтерфейсу UART

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
38
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Контролер переривань (Programmable Interrupt Controller, PIC) —
мікросхема або вбудований блок процесора, що відповідає за можливість
послідовної обробки запитів на переривання від різних пристроїв.
АЦП – це пристрій який перетворює аналоговий вхідний сигнал в
послідовність дискретного коду.
Принцип роботи компаратора AVR не відрізняється від дискретного
аналогового компаратора. У нього є два входи: неінвертуючий – AIN0 та
інвертуючий – AIN1. Якщо напруга на виводі AIN0 більша за напругу на
AIN1 - на виході компаратора буде одиниця. Якщо напруга на AIN0 менша
від напруги на AIN1, на виході буде нуль.
AIN0 можна підключати до виведення загального призначення PB2 або
до внутрішнього джерела опорної напруги на 1.2 В. AIN1 - до виведення PB3
або до одного з 8 входів модуля АЦП. Якщо входи компаратора підключають
до виходів загального призначення, ці виходи потрібно налаштувати на вхід і
відключити підтягуючі резистори.
Таймери/лічильники - це такі пристрої або модулі в мікроконтролері,
які, рахуючть. Рахують вони або до певної величини, або до такої величини,
якої вони бітності. Рахують вони постійно з однією швидкістю, зі швидкістю
тактової частоти мікроконтролера, поправленої на дільники частоти, які
конфігуруються в певних регістрах.
Переривання (Interrupts) – це такі механізми, які переривають код
залежно від певних умов або певної обстановки, які диктуватимуть деякі
пристрої, модулі та шини, що знаходяться у мікроконтролері.
Сторожовий таймер - це таймер, який рахує сам по собі , незалежно від
основної програми. Суть така: в основній програмі через певні проміжки
вставляється код, який скидає цей таймер. Коли таймер постійно скидається,
програма спокійно виконується.
Але якщо його не скинути, значить частина коду основної програми не
виконався і зависне, у цьому випадку таймер дорахує до певного значення і
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
39
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
скине повністю мікроконтролер. Програма почне виконуватися з самого
початку.
Мікроконтролер має регістри загального призначення, які є
оперативною пам'яттю, що зберігає числа, оброблювані арифметично-
логічним пристроєм (АЛП). Розмір комірки залежить від розрядності
процесору. Кожній комірці пам’яті відповідає свій адрес.
Арифметико-логічний пристрій (АЛП) (англ. Arithmetic Logic Unit,
ALU) — блок процесора, що служить для виконання арифметичних та
логічних перетворень над даними, що іменуються операндами.
Операнд – це аргумент операції, який обробляється заданою командою.
Розрядність пристрою сильно впливає на розрядність процесора, але
часто вони є однаковими.
Порти вводу/виводу (І/О) – це порти які організовують узгодження
процесора з портами входу та виходу.

4.4 Мікроконтролер AVR ATmega32A основні характеристики

AVR – це сімейство 8 - бітних мікроконтролерів фірми Atmel.
Вони використовують технологію RISC в своїй архітектурі.
Архітектура RISC це обчилення зі скороченим набором команд.
Метою створення RISC архітектури були такі потреби:
Зменшення набору команд для збільшення додаткової площі на
кристалі, де можна розмістити кеш або регістри; в ідеалі, всі команди мали
виконуватись за один такт.
ATmega32А — це 8-розрядний мікроконтролер CMOS з низьким
енергоспоживанням на основі покращеного AVR.
Має ряд переваг:
- Використання покращеної архітектури RISC.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
40
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
- Має високу продуктивність тим самим оптимізуючи
енергоспоживання зі швидкістю роботи.
Ядро AVR поєднує в собі багатий набір інструкцій з 32 робочими
регістрами загального призначення. Усі 32 регістри безпосередньо
підключені до арифметично-логічного блоку (АЛП), що дозволяє два
незалежних регістра, доступ до яких здійснюється в одній команді, що
виконується за один такт цикл. Отримана архітектура є більш ефективною
для коду при досягненні пропускної здатності до в десять разів швидше, ніж
звичайні мікроконтролери CISC.
Основні технічні характеристики мікроконтролера ATmega32A
показані в таблиці 4.2
Таблиця 4.2 – Основні технічні характеристики мікроконтролера
ATmega32A
Кількість контактів для підключення 40/44 шт.
Об’єм FLASH-пам’яті 32 кБ
Об’єм Енергонезалежної пам’яті (EEPROM) 1024 Б
Статичної пам’яті (SRAM) 2 кБ
Розрядність процесора 8 розрядний RISC технології
Тактова частота роботи 0-16 МГц
Напруга живлення 4,5 – 5,5В
Температура роботи -550С до +1250С

Схематичне розташування виводів мікроконтролера ATmega32A
показано на рисунку 4.8
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
41
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 4.8 – Розташування виводів мікроконтролера ATmega32A

4.5 Кварцові резонатори та їх використання в схемі

Кварцовий резонатор – це елемент який складається п’єзоелектрика, та
основним його елементом є кристал у вигляді кварцу.
П’єзоелектрик – це елемент яка під дією стиснення змінює свої
властивості та виробляє елекричний струм.
Використання резонаторів в схемі необхідне там де потрібна
згенерована фіксована частота. В пристрої який розробляється потрібні дві
такі частоти. Це часота тактування мікроконтролера побудована на кварці
ZQ1 тобто частота на якій буде працювати пристрій та частота тактування
таймера побудована на кварці ZQ2 якою можна оперувати та налаштувати
роботу згідно потреб вимірювання частоти.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
42
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 4.9 – Реалізація кварцових резонаторів в різних корпусах

4.6 Реалізація індикації в схемі

Індикація в схемі реалізована на світлодіодах HL1,HL2,HL3 які
виконують функцію індикації стану роботи мікроконтролера.
Виведення виміряних значень відбувається за допомогою
рідкористалічного дисплею який часто використовується в реалізації схем на
Arduino. Ну так як розроблена схема має деяку схожість з подібними схемами
то й було використано цей дисплей в якості виведення інформації.
А саме в схемі використано рідкокристалічний дисплей DPY1
(LCD1602A.)

4.7 Основні технічні характеристики дисплея LCD1602A

Рідкокристалічний дисплей (РК) LCD1602A має такі характеристики:
- Вивід цифрової інформації
- Вивід символьної інформації
Технічні параметри дисплею показані в таблиці 4.3
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
43
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Таблиця 4.3 – Технічні параметри дисплея LCD1602A
Напруга живлення 5 В
Розмір дисплея 2,6 дюймів
Тип дисплею 2 рядка по 16 символів ASCII
Колір підсвітки зелений
Колір символів чорний
Габаритні розміри 80мм х 35мм х 11мм

4.8 Опис дисплея

LCD 1602A є електронним модулем заснований на драйвері HD44780
від Hitachi. Має 16 контактів і може працювати в 4-бітному режимі (з
використанням лише 4 ліній даних) або 8-бітному режимі (з використанням
всіх 8 рядків даних), також можна використовувати інтерфейс I2C.
Призначення виводів дисплея:
VSS - «–» живлення модуля
VDD - «+» живлення модуля
VO - вивід регулювання контрастністю
(регулювання відбувається за допомогою підстроювального резистору R5)
RS - вибір регістра
RW - вибір режиму запису/читання
Е - строб по спаду
DB0-DB7 - біти інтерфейсу
А; К – живлення підсвітки

Зовнішній вигляд дисплею показано на рисунку 4.10 та рисунок 4.11
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
44
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 4.10 – Вигляд дисплею (передня частина)

Рисунок 4.11 – Вигляд дисплею (задня частина)

На задній частині модуля розташовано два чіпи в «крапельному»
виконанні (ST7066U та ST7065S) та електрична обв'язка.
ST7066U – це мікросхема матричного РК контролера
ST7065S – це мікросхема 40 – канального сегментного контролера для
матричного РК дисплея.

4.9 Схема фільтрації та стабілізації

В пристрої використано L та С фільтр вхідного струму.
- 2 електролітичні конденсатори С3 та С4 на 220 мкФ 35 В
- 1 котушку індуктивності
Для стабілізації вхідної напруги використовується мікросхема DA2
(7805) яка є стабілізатором напруги на 5 В.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
45
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Діод VD1 (1N5349BRL) виступає в ролі захисту від переполюсування
під час підключення блоку живлення (БЖ).
Схемне рішення показано на рисунку 4.12

Рисунок 4.12 – Схема фільтрації та стабілізації пристрою
В даному розділі наведено схему електричну принципову пристрою та
охарактеризовано кожний ланцюг через який проходить вхідний сигнал. Та
охарактеризовано елементну базу пристрою.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
46
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
РОЗДІЛ 5 ОПИС РОБОТИ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТА
РОЗРОБКА ПРОГРАМИ

5.1 Середовище для написання програми та прошивка пристрою

При розробці програмного забезпечення (ПЗ) було використано
програмний пакет Atmel Studio 7.0. Дане ПЗ дозволяє відлагодити програму
для мікроконтролерів AVR. Вчасності після шостої версії програми дозволяє
працювати як з AVR-контролерами так і із системами AVR-архітектури.
Atmel Studio містить в собі такі інструменти, як вбудований C/C++
компілятор, менеджер проєктів, редактор коду, та інші необхідні функції.
Зовнішній вигляд програми показано на рисунку 5.1.

Рисунок 5.1 – Стартове вікно програми Atmel Studio 7.0

5.2 Створення середовища для написання програми та віртуального
дослідження

1.Відкриваємо програмний пакет Atmel Studio 7 в якій раніще був
створений проєкт FREQMETER.atsln в якому знаходяться 3 файли
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
47
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
FREQMETER.c, LCD1602.c,та init.c

Рисунок 5.2 – Зовнішній вигляд проєкту відкритого в середовищі
Atmel Studio 7

2. Натискаємо вікно Build/Rebuild Solution тим самим програмне
забезпечення ще раз перекомпілюється і перевірить код на помилки

Рисунок 5.3 – Вікно компіляції з виведенням інформації про стан
програмного забезпечення

Ми отримуємо скомпільований hex файл но перед тим як його прошити в
реальний мікроконтролер було створено віртуальне тестове дослідження в
програмному пакеті Proteus Design Suite 8.
Proteus Degisn Suite – це система автоматизованого проєктування, що
дозволяє віртуально змоделювати роботу величезної кількості аналогових та
цифрових пристроїв.
Програмний пакет Proteus VSM дозволяє зібрати схему електричну будь-
якого електронного пристрою і симулювати його роботу, а також виявляти
помилки, допущені на стадії проєктування та трасування. Програма складається
з двох модулів. ISIS – редактор електронних схем з імітацією їх роботи. ARES –
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
48
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
редактор друкованих плат, що оснащений автотрасувальником Electra,
вбудованим редактором бібліотек та автоматичною системою з розміщення
компонентів на платі. Крім цього, ARES може створювати тривимірну модель
друкованої плати.
Саме в середовищі ISIS ми і проведемо тест прошивки перед цим
складемо схему електричну пристрою портативного частотоміра
Складена схема показана на рисунку 5.4

Рисунок 5.4 – Схема портативного частотоміра на мікроконтролері ATmega32A
в середовищі ISIS/Proteus

3. Натискаємо на іконку мікроконтролера та заходимо в його властивості.
4. Вибираємо вікно Program File і вибираємо hex файл прошивки раніще
створеної.
5. Натискаємо на FREQ_RAW відкривається вікно Pulse Generator
Properties та задаємо необхідне значення коливань для дослідження.

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
49
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 5.5 – Властивості компонента ATmega32A в середовищі
ISIS/Proteus

Рисунок 5.6 – Вікно генератора прямокутних імпульсів в середовищі
ISIS/Proteus

Для запуску моделювання натискаємо на кнопку Run the Simulation і
спостерігаємо за моделюванням. І бачимо що пристрій запрацював
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
50
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 5.7 – Вивід моделювання на віртуальний дисплей прототип
LCD1602A

Після вдалих віртуальних досліджень відкриваємо Atmel Studio 7 та
підключаємо програматор до виготовленого пристрою

Рисунок 5.8 – Програматор для AVR мікроконтролерів

6. Натискаємо вікно Tools/Device Programming
7. В середовищі Device Programming повинен визначитися пристрій
програматора
8.Вибираємо необхідний мікроконролер який підключений до
програматора і натискаємо кнопку Apply/Read.

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
51
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 5.9 – Середовище Device Programming

Рисунок 5.10 – Визначення та зчитування мікроконтролера

9. Натискаємо вікно Memories в відкритому вікні натискаємо кнопку Erase
Now цим самим форматуємо пам'ять мікроконтролера і готуємо його до запису
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
52
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 5.11 – Вікно Device Programming/Memories

10. Відкриваємо папку де знаходиться файл прошивки та вибираємо його
11. Натискаємо кнопку Program і чекаємо поки мікроконтролер
прошиється

Рисунок 5.12 – Вікно сповіщення про стан процесу прошивки

12. Підключаємо пристрій до генератора перевіряємо працездатність
Для перевірки працездатності підключаємо пристрій до генератора
прямокутних імпульсів в нашому випадку це буде лабораторний генератор Rigol
DG1022, вибираємо на його панелі прямокутні імпульси та задаємо частоти для
виміру виготовленим частотоміром.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
53
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 5.13 – Тестування та налагодження пристрою

5.3 Короткий опис мови програмування та принцип роботи програми

Мова С універсальна мова програмування загального призначення.
С була розроблена для написання системного програмного
забезпечення, на сьогоднішній день вона досить поширено використовується
для написання прикладного програмного забезпечення. Вона є
найпопулярнішою мовою програмування і є безліч програмного забезпечення
написаного саме на ній. Її використання полягає в простішому розумінні команд
вона забезпечує читабельність коду. Також мова використовує низькорівнений
доступ до пам’яті комп’ютера. Більшість інших мов є вихідцями саме з цієї
мови.

5.4 Опис роботи програмного забезпечення та програми
частотоміра

Програма, написана мовою С, складається з операторів. Кожен оператор
викликає виконання деяких дій на відповідному етапі виконання програми.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
54
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
При написанні операторів застосовуються латинські великі та малі літери,
цифри та спеціальні знаки.
У персональному комп'ютері символи зберігаються як коди.
Відповідність між кожним символом та його кодом задається спеціальною
кодовою таблицею. На ній розроблено стандарт ASCII, тому коди символів
називають ASCII-кодами.
ASCII (англ. American standard code for information interchange) – назва
таблиці (кодування, набору), в якій деяким поширеним друкованим та
недрукованим символам зіставлені числові коди.
Пробіли, символи табуляції та переходу на новий рядок у програмах С
ігноруються. Це дозволяє записувати різні вирази у добре читаному вигляді.
Крім того, рядки програми можна починати з будь-якої позиції, що дозволяє
виділяти в тексті групи операторів.
У програмах мовою С важлива роль відводиться коментарям. Вони
підвищують наочність та зручність читання програм. Коментарі
обрамляються символами /* та */. Їх можна записувати будь-де в програмі.
Програми оперують із різними даними, які можуть бути простими та
структурованими. Прості дані - це цілі та речові числа, символи та
покажчики (адреси об'єктів у пам'яті). Цілі числа не мають, а речові мають
дрібну частину. Структуровані дані - це масиви та структури.
У мові розрізняють поняття " тип даних " і " модифікатор типу " . Тип
даних – це, наприклад, цілий, а модифікатор – зі знаком або без знака. Ціле зі
знаком матиме як позитивні, і негативні значення, а ціле без знака - лише
позитивні значення.
Будь-який вираз мови складається з операндів (змінних, констант та
інших.), з'єднаних символами операцій. Знак операції - це символ або група
символів, які повідомляють компілятор про необхідність виконання певних
арифметичних, логічних або інших дій. Операції виконуються у суворій
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
55
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
послідовності. Величина, що визначає переважне право виконання тієї чи
іншої операції, називається пріоритетом.

5.5 Розробка програмного забезпечення портативного частотоміра
на міркоконтролері ATmega32A

Розпишемо програмну реалізацію розробленого частотоміра на
мікроконтролері
7 #define F_CPU 12000000UL
8
9 #define SetBit(reg, bit) reg |= (1<<bit)
10 #define ClearBit(reg, bit) reg &= (~(1<<bit))
11 #define BitIsSet(reg, bit) ((reg & (1<<bit)) != 0)
12 #define BitIsClear(reg, bit) ((reg & (1<<bit)) == 0)
13 #define GetBit(reg, bit) (reg & (1<<bit))
14 #define InvBit(reg, bit) reg ^= (1<<bit)
15
16 #define BIT_IS_OUT(reg, bit) reg |= (1<<bit)
17 #define BIT_IS_INC(reg, bit) reg &= (~(1<<bit))
18
19 #include <avr/io.h>
20 #include <util/delay.h>
21 #include <avr/interrupt.h>
22
23 #define PWM2 WGM20
24 #define CTC2 WGM21
25
26
27 #include "lcd1602.c"
28 #include "init.c"
Команда #define це препроцесор що переглядає вихідну програму та
виконує такі дії: підключає до неї задані файли, здійснює підстановки, а також
керує умовами компіляції.
7 – 17, 23 – 24 рядки – програмно узгоджено тактову частоту роботи
мікроконтролера, та підключено необхідні регістри якими потрібно керувати під
час роботи.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
56
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Команда #include підключає бібліотечні функції до програми.
Підключення здійснюється за допомогою директиви препроцесора.
19 – 21 рядок – підключення портів вводу/виводу процесора, вказуємо
цикли очікування, та цикли переривань все це необхідно для правильної роботи
мікроконтролера в заданий час роботи.
27 – 28 рядок – підключення бібліотек для за діяння дисплею та індикації
пристрою.
30 unsigned long COUNTER = 0;
31 unsigned long FREQUENCY = 0;
32 unsigned char FREQ_2_LCD[] = { 0b00000000,
0b00000000, 0b00000000, 0b00000000,
0b00000000, 0b00000000, 0b00000000 };
30 – 32 рядок це модифікатори через них задається розрядність
компілятора. Та початкове значення вимірювача частоти.
34 ISR( INT0_vect )
35 {
36
37 }
38
39 ISR( INT1_vect )
40 {
41 }
42
43 ISR( INT2_vect )
44 {
45 InvBit( LED_02_PORT, LED_02_PORT_NUM );
46 COUNTER++;
47 }
48

49 ISR( TIMER2_OVF_vect )
50 {
51 InvBit( LED_03_PORT, LED_03_PORT_NUM );
52 FREQUENCY = COUNTER;
53 COUNTER = 0;
54 }
55
56 void num2digits( unsigned long _num_ )
57 {
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
57
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
58 FREQ_2_LCD[0] = 0;
59 FREQ_2_LCD[1] = 0;
60 FREQ_2_LCD[2] = 0;
61 FREQ_2_LCD[3] = 0;
62 FREQ_2_LCD[4] = 0;
63 FREQ_2_LCD[5] = 0;
64 FREQ_2_LCD[6] = 0;

Через функцію int задаються змінні функції якими необхідно оперувати
в роботі.
58 – 64 рядок задаємо стартове значення на дисплеї при ініціалізації
пристрою.
65
66 while( _num_ >= 1000000 ){ FREQ_2_LCD[0]++; _num_ =
_num_ - 1000000; }
67 while( _num_ >= 100000 ) { FREQ_2_LCD[1]++; _num_ =
_num_ - 100000; }
68 while( _num_ >= 10000 ) { FREQ_2_LCD[2]++; _num_ =
_num_ - 10000; }
69 while( _num_ >= 1000) {FREQ_2_LCD[3]++; _num_ =
_num_ - 1000; }
70 while( _num_ >= 100) {FREQ_2_LCD[4]++; _num_ = _num_
- 100; }
71 while( _num_ >= 10) {FREQ_2_LCD[5]++; _num_ = _num_
- 10; }
72 while( _num_ >= 1) {FREQ_2_LCD[6]++; _num_ = _num_ -
1; }
66 – 72 рядок організовуємо цикли, щоб виконати групу операторів.
В даних циклах задано числа які необхідно буде виводити на дисплей при
надходженні значення під час вимірювання.

75 int main(void)
76 {
77 init();
78 lcd_init();
79 lcd_start();
80
81 ClearBit( LED_01_PORT, LED_01_PORT_NUM );
82 ClearBit( LED_02_PORT, LED_02_PORT_NUM );
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
58
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
83 ClearBit( LED_03_PORT, LED_03_PORT_NUM );
75 – 83 рядок – функції ініціалізації та запуску дисплею, і очищення
бітів початковий стан.
85 sei();
86
87 FREQUENCY = 0;
88 COUNTER = 0;
89
90 while(1)
91 {
92 InvBit( LED_01_PORT, LED_01_PORT_NUM );
93
94 num2digits( FREQUENCY );
95 lcd_set_screen_position( LCD_FIRST_LINE, 0 );
96
97 lcd_write_char( lcd_get_char_from_num( FREQ_2_LCD[0]
) );
98 lcd_write_char( lcd_get_char_from_num( FREQ_2_LCD[1]
) );
99 lcd_write_char( lcd_get_char_from_num( FREQ_2_LCD[2]
) );
100 lcd_write_char( lcd_get_char_from_num(
FREQ_2_LCD[3] ) );
101 lcd_write_char( lcd_get_char_from_num(
FREQ_2_LCD[4] ) );
102 lcd_write_char( lcd_get_char_from_num(
FREQ_2_LCD[5] ) );
103 lcd_write_char( lcd_get_char_from_num(
FREQ_2_LCD[6] ) );
104
105 lcd_write_char( LCD_CHAR_EMPTY );
106 lcd_write_char( LCD_CHAR_H );
107 lcd_write_char( LCD_CHAR_z );
108
109 _delay_ms( 500 );
110 }
111 }
85 – 88 рядок підготовка процесора до виводу символьної інформації
після ініціалізації пристрою
90 – 111 рядок завдання символьних значень на дисплей із необхідною
затримкою щоб процесор дисплея міг обробити та вивести значення які на нього
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
59
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
надходять.
Програмна реалізація індикації пристрою представлена в додатку А.
Програмна реалізація узгодження дисплею з портами мікроконтролера
представлена в додатку Б.
В даному розділі приведені характеристики програмного забезпечення яке
було використано під час написання програми та прошивки пристрою та
описано роботу програмного коду.

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
60
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
РОЗДІЛ 6 ОХОРОНА ПРАЦІ

6.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають у приміщенні
проєктного відділу підприємства

В даній кваліфікаційній роботі розробляється портативний частотомір.
Подібні роботи проводяться працівниками проєктного відділу підприємства.
При проведенні таких робіт необхідно опрацювати значну кількість
теоретичного матеріалу та провести необхідні розрахунки. Тому необхідно
проаналізувати всі параметри виробничого середовища, які можуть впливати
на здоров'я та працездатність робітника відділу.
За рівнем фізичного навантаження роботу працівника відділу
необхідно віднести до категорії - Іа, тобто робота, яка виконується сидячі та
не потребує фізичного навантаження.
Проєктування проводиться в приміщенні, яке має наступні геометричні
розміри: довжина - 5 м, ширина - 5,5 м, висота стелі - 2,5 м. Відповідно
площа всього приміщення складає 27,5 м2, а об'єм становить 68,75 м3. Тому
на одного працюючого припадає 17,8 м2, що відповідає вимогам ДБН
В.2.2.28-2010, відповідно до яких площа, яка припадає на одне робоче місце,
яке обладнане комп’ютером, повинна складати не менше 6 м2, а об'єм - не
меншим ніж 20 м3.
Фактором, що визначає сприятливі умови праці, є раціональне
освітлення робочої зони і робочих місць. Коли правильно розраховано і
підібрано освітлення виробничих приміщень, очі працюючого протягом
тривалого часу зберігають здатність добре розрізняти предмети і знаряддя
праці. Такі умови освітлення сприяють зниженню виробничого травматизму і
професійного захворювання очей.

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
61
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Погане освітлення виробничої зони може призвести до погіршення
якості виконуваних робіт, що, у свою чергу, призводить до зниження безпеки
праці. Погане освітлення виробничих територій може стати причиною
багатьох важких і смертельних випадків, таких, як наїзд самохідних засобів
механізації, що рухаються.
Природне освітлення має велике гігієнічне значення, що виявляється в
значній тонізуючій дії на організм людини внаслідок того, що організм
людини мільйони років пристосовувався до такого освітлення. Тривала
відсутність природного (сонячного) світла гнітюче діє на психіку людини.
Санітарні норми передбачають обов'язкове безпосереднє природне
освітлення виробничих, адміністративних, підсобних і побутових приміщень.
Природне освітлення не використовується у виняткових випадках
(використовується електричне штучне освітлення), наприклад, у
приміщеннях де обслуговуючий персонал перебуває короткочасно і де не
проводяться спостереження за виробничим процесом: у складах, що
розташовуються в підвалах та інших.
Погане освітлення робочих місць є однією з причин низької
продуктивності праці. При недостатньому освітленні очі працюючого
напружені, при цьому складно відрізнити оброблювані предмети, знижується
темп роботи, погіршується загальний стан організму людини.
Приміщення обладнане вісьмома світильниками денного світла типу
ЛСП 02-2х58-002, які розташовані симетрично та рівновіддалено від стін.
Відповідно до ДБН В.2.5-28-2018 для даного типу зорової праці необхідна
величина штучного загального освітлення складає 450 лк. Фактичне значення
даного параметра становить 440-460 Лк. Отже, рівень штучного освітлення
на робочому місці є достатнім.
Важливе значення має мікроклімат робочого приміщення, так як він
безпосередньо впливає на здоров'я та самопочуття працівника.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
62
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
До мікрокліматичних параметрів можна віднести такі параметри, як
температура, відносна вологість, швидкість руху повітря в робочій зоні.
Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 «Повітря робочої зони», що регламентує
параметри мікроклімату виробничих приміщень, нормативні параметри
мікроклімату наступні:
Температура повітря: в холодний період року - 22-24 °С (допустима -
21-25 °С); в теплий період року - 23-25 °С (допустима - 22-28 °С).
Вологість повітря: в холодний період року – 40-60 %; в теплий період
року – 40-60%.
Швидкість руху повітря: в холодний період року - 0,1 м/с (допустима -
не більша ніж 0,1 м/с); в теплий період року - 0,1 м/с (допустима - 0,1-0,2
м/с).
Фактичні значення параметрів мікроклімату становлять:
Температура повітря: в холодний період року – 23-24 °С; в теплий
період року – 29-32 °С.
Вологість повітря: в холодний період року – 45-47 %; в теплий період
року – 50-55 %.
Швидкість руху повітря: в холодний період року - 0,1 м/с; в теплий
період року - 0,12 м/с.
З наведених даних видно, що параметри мікроклімату відповідають
нормативним значенням параметрів, окрім температури в теплий період
року, яка є вищим за нормативне значення, отже, необхідно провести
модернізацію системи кондиціонування у даному приміщенні.
Шум також є одним з важливих факторів виробничого середовища,
який може негативно впливає на робітника. Шум може послаблювати увагу,
посилювати розвиток втоми, сповільнює реакцію людини на небезпеку.
Внаслідок цього знижується працездатність та підвищується ймовірність
нещасних випадків.
В даному приміщенні головним джерелом шуму є вентилятори
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
63
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
охолодження основних блоків системного блоку. Шум, який видає системний
блок не перевищує нормативне значення еквівалентного рівня шуму, яке
згідно вимог ДСН 3.3.6.037-99 «Санітарні норми рівнів шуму на робочих
місцях» становить 50 дБА.
Коли людина потрапляє в зону випромінювання, енергія
електромагнітного поля (ЕМП) частково поглинається тілом людини. Під
дією полів у тканинах виникають струми, що супроводжуються тепловим
ефектом. Електромагнітні поля при тривалому впливі можуть викликати
підвищену стомлюваність, дратівливість, головний біль чи сонливість,
порушення сну, зниження кров'яного тиску, зміну температури тіла та інше,
пов'язаних з розладом центральної нервової і серцево-судинної систем. ЕМП,
особливо сантиметрового і міліметрового діапазонів, викликають також
зміни в крові, помутніння кришталика (катаракта), погіршення нюху, а в
окремих випадках - трофічні явища: випадіння волосся, ламкість нігтів.
Головним джерелом електромагнітного випромінювання в приміщенні є
монітор та системний блок. Величина напруженості електромагнітного
випромінювання на робочому місці повністю відповідають вимогам ДСН
3.3.6.096-2002.
В даному приміщенні використовується живляча мережа змінного
струму напругою 220 В, електропроводка якої виконана мідним дротом 3*2.5
мм2 і прокладена в спеціальних каналах. Таке виконання проводки запобігає
виникненню та поширенню пожежі внаслідок можливого короткого
замкнення в проводці, та можливому ураженню працівника струмом.
Обладнання, а саме системні блоки та монітори, встановлені в офісі,
живляться від мережі напругою 220В і споживають потужність менше ніж 3
кВт. Оскільки комп'ютер має металевий корпус, то згідно ДСТУ Б В.2.5-
82:2016 в приміщенні передбачена магістраль захисного заземлення типу TN-
S, яка забезпечує захист людини від ураження електричним струмом.

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
64
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
За категорією пожежонебезпеки згідно ДСТУ Б В.1.1-36:2016, дане
приміщення відноситься до типу В (тверді горючі та важкогорючі речовини і
матеріали). Приміщення відноситься до ІІ ступеню вогнестійкості згідно з
ДБН В.1.1.7–2016 «Пожежна безпека об’єктів будівництва». Стіни
приміщення виготовлені з цегли, оштукатурені та покриті водоемульсійними
шпалерами. Стеля виготовлена методом перекриття приміщення залізобетон-
ними плитами, а підлога з кахельної плитки. Приміщення оснащено
системою автоматичної пожежної сигналізації відповідно до вимог
ДБН В.2.5-56-2014 «Пожежна автоматика будинків і споруд». Також в
приміщенні знаходяться два переносних вуглекислотних вогнегасника ВВК-
3,5, які використовуються для гасіння загорянь різних матеріалів і речовин,
горіння або яких може йти тільки при доступі повітря, електроустановок під
напругою доходить до 1000 В, що відповідає нормативним вимогам, згідно
яких на кожні 20 кв. м площі приміщення повинно припадати два
вогнегасника, маса кожного не повинна перевищувати 20 кг.
Для забезпечення проведення швидкої та організованої евакуації
персоналу на випадок виникнення пожежі в будівлі передбачений план
евакуації, розміщений на стіні з вільним доступом до нього (ДБН В.1.1.7-
2016).
На працездатність дослідника окрім зовнішніх факторів виробничого
середовища також впливає безпосередня організація робочого місця. В
даному приміщенні робочі столи мають наступні розміри: висота - 720 мм,
глибина - 800 мм, ширина - 1500 мм. Відповідно стілець має такі розміри:
висота - 400- 500 мм, ширина - 400 мм. Відстань від екрана до ока складає
800 мм при розмірі екрану по діагоналі 22", а клавіатура розміщена на
поверхні столу на відстані 200 мм від працюючого. Конструкція робочого
місця робітника забезпечує підтримання оптимальної робочої пози
працюючого.

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
65
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Отже, організація робочого місця повністю задовольняє ергономічним
вимогам ДСТУ 8604:2015.
З працівниками проводяться вступний та первинний інструктаж з
питань охорони праці та техніки безпеки складений відповідно НПАОП 0.00-
4.12-05, враховуючи ДСТУ Б В.2.5-82:2016 та ПУЕ-17.
Важливим фактором для підвищення продуктивності праці та
запобіганню виснаження організму являється правильна організація режиму
праці. Отже, при організації праці, яка пов'язана з роботою за комп'ютером та
іншими приладами, для збереження здоров'я працюючого, запобігання
виникненню професійних захворювань та підтримки працездатності на
належному рівні обов'язково передбачаються перерви для відпочинку.
Отже, після проведення детального аналізу приміщення та
безпосередньо робочого місця можна зробити висновок, що всі фактори
виробничого середовища, окрім температури повітря в приміщенні в теплий
період року, відповідають своїм нормативним значенням. Тому необхідно
провести модернізацію системи кондиціонування, щоб забезпечити
відповідність фактичних значень параметрів нормативним значенням.

6.2 Розрахунок системи кондиціонування повітря в приміщенні
відділу

Кондиціонування повітря - створення і підтримка параметрів
повітряного середовища (температури, відносної вологості, складу,
швидкості руху і тиску повітря), найсприятливіших для роботи персоналу,
обладнання і приладів. У більш вузькому значенні під кондиціонуванням
повітря розуміють відведення зайвого тепла (теплонадлишків) з приміщень, з
метою забезпечення теплового комфорту.
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
66
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Загалом системи кондиціонування повітря умовно діляться на дві
групи: системи житлового та громадського кондиціонування, та системи
промислового кондиціонування. Системи житлового та громадського
кондиціонування мають на меті створити умови для теплового комфорту та
високої працездатності для людей.
Потужність (потужність охолодження) є основною характеристикою
будь-якого кондиціонера. Орієнтовний розрахунок потужності охолодження
Q (кВт) проводиться за загальноприйнятою методикою.

Рисунок 6.1 – Функціональна схема роботи кондиціонера
Визначаємо загальну кількість надлишкового тепла в приміщенні - Qзаг:
1. Кількість надлишкового тепла Q1 приміщення в залежності від його
об'єму, розраховується по формулі:
Q1=S x h x q , (6.1)
де: S - площа приміщення (м2),
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
67
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
h - висота приміщення (м),
q - коефіцієнт, що дорівнює: 30 - якщо сонце не потрапляє в
приміщенні, 35 - середнє значення, 40 - якщо вікна розташовані на сонячній
стороні.
Q1= 27,5 x 2,5 x 40=2750 Вт
2. Підраховуємо надлишкове тепло Q2 від оргтехніки, що знаходиться
в приміщенні: в середньому приймаємо 300 Вт на 1 комп'ютер, або
приблизно 30% від сумарної потужності споживання усього обладнання.
Q2= 300х4=1200 Вт
3. Надлишкове тепло Q3 від людей, що знаходяться в приміщенні:
1 людина - 100 Вт (для офісних приміщень), 100-300 Вт (для
приміщень, де люди займаються фізичною працею).
Q3=100·4=400 Вт
Qзаг =Q1+Q2+Q3=4350 Вт (6.2)
Рекомендований діапазон потужності Qrange (від -5% до +15%
розрахункової потужності Q):
4,1 кВт <Qrange <4.9 кВт
З метою створення комфортних умов праці було обрано кондиціонер
фірми HITACHI модель: FTXG-E з такими характеристиками:
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
68
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 6.2 – Зовнішній вигляд кондиціонера (спліт – системи)
HITACHI FTXG-E
Технологічні характеристики кондиціонера:
- Холодопродуктивність: 4,5 (0,9-4,9) кВт;
- Теплопродуктивність: 5,2 (0,9-5,8) кВт;
- Споживана потужність (охолодження): 950 (155-1290) Вт;
- Споживання енергії (обігрів): 1200 (115-1450) Вт;
- Енергоефективність (EER): 4,21;
- Енергоефективність (COP): 4,62;
- Рівень шуму при охолодженні СБ (вис/ср/низ sleep): 38/32/32/22
дБ(А);
- Рівень шуму при обігріві СБ (вис/ср/низ/sleep): 39/33/20/20 дБ (А);
- Витрата повітря (охолодження): 7,5 м3/хв.;
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
69
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
- Витрата повітря (обігрів): 9 м3/хв.;
- Діапазон робочих температур при охолодженні: від -10 до +43;
- Діапазон робочих температур при обігріві: від -15 до +21;
- Хладагент: R410A;
- Габарити внутрішнього блоку (ВxШxГ): 280х780х210 мм;
- Габарити зовнішнього блоку (ВxШxГ): 505х700х258 мм;
- Вага внутрішнього блоку: 7,5 кг;
- Вага зовнішнього блоку: 27 кг.
Кондиціонер цієї моделі має такі новітні функції:
- Intelligent Eye;
- 3-D Flow;
- очищення повітря за допомогою фотокаталітичного фільтру
(Рис. 6.3).

Рисунок 6.3 - Схема роботи фільтра кондиціонера HITACHI FTXG-E

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
70
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Дана модель кондиціонера дозволить витрачати менше енергії завдяки
програмованому таймеру і особливому елементу - вбудованому датчику
руху. Він реагує на присутність людей у кімнаті та автоматично переводить
кондиціонер в режим енергозбереження, коли в приміщенні нікого немає.
Спеціальний пристрій відводить в бік потік повітря, щоб він не був
спрямований на присутніх: у режимі охолодження жалюзі приймуть
горизонтальне положення, а в режимі нагріву - вертикальне. Це гарантує
максимальний комфорт при роботі кондиціонера - насамперед відсутність
протягів.

Рисунок 6.4 – Схема розміщення системи кондиціонування в
приміщенні відділу
В кондиціонер вбудовано таймер, який встановлюється для включення
режиму нагріву або охолодження в будь-який час за тиждень або щодня. В
системі кондиціонування встановлений титано-апатитовий фотокаталітичний
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
71
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
фільтр. Для швидкого забезпечення комфортних умов використовують
інверторне управління.
Інверторне управління дозволяє досягти бажаної температури набагато
швидше, ніж звичайні кондиціонери, тому що в момент включення
кондиціонер активізує режим підвищеної потужності (більше номінальної).
При наближенні до заставленій температурі потужність поступово
знижується до тих пір, поки не досягне рівно такого рівня, щоб вистачило
для підтримки необхідного рівня комфорту. Велику частину часу працює на
потужності, близькою до мінімальної. Як тільки інверторний кондиціонер
досягає заданої температури, він точно виставляє необхідну продуктивність,
щоб виключити коливання температури і створити максимально можливий
комфорт у приміщенні.
На підставі проведеного аналізу санітарно-гігієнічних умов праці
техніки безпеки та протипожежної безпеки і заходів з охорони праці можна
зробити висновок, що в цілому приміщення відповідає нормативним вимогам
і нормам щодо санітарно-гігієнічних параметрів, техніки безпеки, пожежної
безпеки. Для досягнення комфортних умов праці у літній і зимовий періоди
був проведений розрахунок і обрано модель кондиціонера HITACHI FTXG-E.
В даному розділі було описано умови за яких виконувалася робота по
виготовленню пристрою та розраховано габарити кондиціонування
приміщення, та описано вплив різних шкідливих впливів на людину під час
роботи.

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
72
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
ВИСНОВОК

В даній випускній кваліфікаційній роботі було спроектовано
портативний цифровий частотомір на мікроконтролері ATmega32A.
Його основна функція – це вимірювання періодичних коливань в
радіотехнічній та телекомунікаційній галузі.
Перед початком розробки пристрою було проаналізовано
різноманітний матеріал з існуючих схемних рішень.
Вивчено основні показники якості розглянутих цифрових частотомірів
та проведено порівняльну характеристику їх параметрів.
Було розглянуто переваги та недоліки приведених схем.
При виборі елементної бази основна увага приділялась недорогим,
надійним у роботі радіоелементам, якісні показники яких не знижували б
характеристик портативного частотоміра.
В результаті був отриманий пристрій, який зібраний на доступній
елементній базі, надійний при експлуатації, та з можливістю швидкої
калібровки за рахунок внесення змін в програмне забезпечення.
На мій погляд портативний частотомір є досить актуальним пристроєм
в наш час. Він може використовуватись в найрізноманітніших областях
радіоелектроніки і є важливим вимірювальним приладом для діагностики і
ремонту радіоелектронної апаратури та дослідження різних процесів.
В ході виконання роботи було розроблено структурну схему пристрою,
схему електричну-принципову, складальне креслення. Підготовлено
специфікацію та перелік елементів портативного частотоміра.
Результати, отримані в ході роботи, демонструють можливість
застосування мікропроцесорних вимірювальних систем у вимірювальних
приладах. Універсальність використання АЦП уніфікує і робить
вищезазначені принципи загальними для розробки різних вимірювальних
пристроїв. Завдяки можливості моделювання в віртуальному середовищі
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
73
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
можна наперед перевірить працездатність схеми оцінити похибки під час
розробки та виправити їх так і було зроблено завдяки програмному
середовищу Proteus VSM.
В розділі охорони праці було визначено основні чинники які впливають
на людину в процесі проєктування пристрою та розраховано систему
кондиціонування приміщення згідно вимог охорони праці та безпеки
життєдіяльності.

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
74
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Kazus.ru [Електронний ресурс] – URL:
http://kazus.ru/shemes/showpage/0/1441/1.html
2. Измиритель частоты промышленой сети 50 Гц – URL:
https://radioparty.ru/device/avr/627-frequency-meter-50hz
3. Частотомер на микроконтроллере PIC16F873 – URL:
https://meandr.org/uk/archives/288
4. Частотомер 1 МГц с использованием микроконтролера AT89C2051 –
URL: https://fornk.ru/6375-chastotomer-1-mgc-s-ispolzovaniem-mikrokontrollera-
at89c2051/
5. Частотомер назначение,виды,использование – URL:
http://electricalschool.info/spravochnik/izmeren/1963-chastotomer-naznachenie-
vidy.html
6. Цифровые частотомеры – URL:
https://studbooks.net/2354675/tehnika/tsifrovye_chastotomery
7. Э.Г. Атамалян, Приборы и методы измерения электрических
величин: учеб. пособие для вузов. - М.: Дрофа, 2005
8. Баранов В.Н., Применение Микроконтроллеров AVR: схемы
алгоритмы программы. Дотэка-ХХІ, 2006.
9. Белов А.В., Микроконтроллеры AVR. От азов программирования до
создания практических устройств, Наука и техника,2016.
10. Мортон Дж., Микроконтроллеры AVR. Вводный курс, Додэка-
XXI,2006.
11. Хартов В.Я., Микроконтроллеры AVR. практикум
начинающих.,МГТУ,2007.
12. Атаманчук П.С., Мендерецький В.В., Панчук О.П. Практикум з
безпеки життєдіяльності та охорони праці: Навчально-метод. посібник. -
Кам'янець-Подільський: ВОП Сисин О.В., 2007. - 140 с.

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
75
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
13. Гандзюк М.П., Желібо Є.П., Халімовський М.О. Основи Охорони
праці: Підруч. для студ. вищих навч. закл. За ред. М.П. Гандзюка. - К.:
Каравела; Львів: Новий Світ-2000, 2003. - 408 с.
14. Типова програма нормативної дисципліни "Безпека
життєдіяльності" для студентів вищих навчальних закладів освітніх рівнів
"неповна вища освіта" та "базова вища освіта" всіх спеціальностей / Укл.
В.М. Заплатинський, В.В. Мухін, М.І. Стеблюк та ін. - К., 2002. - 18 с.

Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
76
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ДОДАТКИ
Арк.
ТК08.022093.001 ПЗ
77
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets