Разработка музыкального звонка с двумя режимами работы: автономным и от сети

РЕФЕРАТ
 
Пояснительная записка к дипломному проекту: 88 страниц, 15 рисунков, 21 таблица, 24 источника, 5 приложений, 3 листа чертежей формата А1.
Объектисследований: разработка музыкального звонка с двумярежимами работы: автономный и от сети.
Предметисследования: электромузыкальный звонок.
Впервом разделе рассмотрены общие принципы разработки устройств намикроконтроллерах.
Вовтором разделе рассматриваются вопросы практической разработкиэлектромузыкального звонка. Разрабатываются структурная, функциональная ипринципиальная схемы. Составляется алгоритм и программа для микроконтроллера.
Втретьем разделе выполнен экономический расчет объекта анализа, производитсясравнительная характеристика с устройствами-аналогами.
В четвертом разделе проведены расчеты вентиляции,природного и искусственного освещения, уровня шума. Полученные значениясопоставлены с нормативными.
Данное устройство может бытьрекомендовано к внедрению в производство.
АЛГОРИТМ, БЛОК ПИТАНИЯ, КНОПКА, МИКРОКОНТРОЛЛЕР,МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА, ПРОГРАММА, СВЕТОДИОД

СОДЕРЖАНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ 3
ВВЕДЕНИЕ
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫРАЗРАБОТКИ
2 РАЗРАБОТКА МУЗЫКАЛЬНОГОЗВОНКА С ДВУМЯ РЕЖИМАРАБОТЫ: АВТОНОМНЫЙ И ОТ СЕТИ
2.1 Постановка задачи
2.2 Разработкаструктурной схемы устройства и функциональной спецификации
2.3 Аппаратные средствамикроконтроллеров серии ATtiny2313
2.4 Разработкафункциональной схемы устройства
2.5 Разработка алгоритмаработы устройства        
2.6 Разработка программногообеспечения микроконтроллера
2.6.1 Описаниепрограммы
2.6.2 Процедуравычисления адреса
2.6.3 Текст программы
2.6.4 Особенностипрограммы
2.6.5 Подпрограммаформирования задержки
2.6.6 Программа наязыке СИ
2.6.7 Описаниепрограммы (листинг 2
2.7 Выбор, описание ирасчеты элементной базы
2.8 Разработка схемыпринципиальной
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕОБОСНОВАНИЕ ОБЪЕКТА РАЗРАБОТКИ
3.1 Расчет расходов наПО для микроконтроллера
3.2 Расчет расходов насоздание ПО
3.3 Расчет стоимостиразработки конструкторской документации и сборки устройства
3.4 Расчет расходов настадии производства изделия
3.5 Анализустройств-аналогов
4 ОХРАНА ТРУДА
4.1 Требования кпроизводственным помещениям
4.1.1 Окраска икоэффициенты отражения
.4.1.2 Освещение
4.1.3 Параметрымикроклимата
4.1.4 Шум и вибрация
4.1.5 Электромагнитноеи ионизирующее излучения
4.2 Эргономическиетребования к рабочему месту
4.3 Режим труда
4.4 Расчет освещенности
4.5. Расчет вентиляции
4.6 Расчет уровня шума
ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ПЕРЕЧЕНЬУСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ,
ЕДИНИЦ,СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
АЦП – аналого-цифровойпреобразователь
КМОП – комплементарнаялогика на транзисторах металл-оксид-полупроводник
МК — микроконтроллер
МПС – микропроцессорнаясистема
ЦПУ – центральноепроцессорное устройство
ШИМ – широтно импульснаямодуляция

ВВЕДЕНИЕ
Разработкасистем управления и контроля с использованием однокристальных микроконтроллеровв настоящее время переживает настоящий бум. Системы на базе микроконтроллеровиспользуются практически во всех сферах жизнедеятельности человека, и каждыйдень появляются все новые и новые области применения этих устройств. Впоследнее время в связи с бурным развитием электроники и схемотехникирасширились возможности и самих микроконтроллеров, позволяющие выполнять многиезадачи, ранее недоступные для реализации, такие, например, как обработкааналоговых сигналов. Одним из наиболее ранних микроконтроллеров, появившихся нарынке, является микроконтроллер ATtiny,разработанный фирмой Intel более двадцати лет назад. Несмотря на столь приличныйвозраст, классический ATtinyи его клоны в настоящее время остаются одними из наиболее популярных приразработке систем управления и контроля. Хорошо продуманная архитектура иинтуитивно понятная система команд оказывают решающее влияние на выбор многихразработчиков аппаратно-программных систем.
Однокристальные(однокорпусные) микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивновыполненные в виде БИС и включающие в себя следующие составные части:микропроцессор, память программ и память данных, а также программируемыеинтерфейсные схемы для связи с внешней средой.
Мироваяпромышленность выпускает огромную номенклатуру микроконтроллеров. По областиприменения их можно разделить на два класса: специализированные,предназначенные для применения в какой-либо одной конкретной области(контроллер для телевизора, контроллер для модема) и универсальные, которые неимеют конкретной специализации и могут применяться в самых различных областяхмикроэлектроники, с помощью которых можно создать как любое из перечисленныхвыше устройств, так и принципиально новое устройство.
Темаданной работы — «Разработка музыкального звонка с двумя режимами работы:автономным и от сети», которая является предметом исследования.
Объектом исследования является устройство (бытовой электромузыкальныйзвонок), предназначенное для воспроизведения ранее запрограммированных мелодий,при нажатии и удержании кнопки. Устройство должно содержать минимумкомпонентов, быть простым в изготовлении и эксплуатации, иметь возможностьработать в режимах: автономном и от сети.
Данная тема является актуальной, т.к. электромузыкальные звонкипользуются повышенным спросом у населения.

РАЗДЕЛ1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ
Микропроцессорнаясистема (МПС) на основе микроконтроллера (МК) используются чаще всего вкачестве встроенных систем для решения задач управления некоторым объектом.Важной особенностью данного применения является работа в реальном времени, т.е.обеспечение реакции на внешние события в течение определенного временногоинтервала. Такие устройства получили название контроллеров.
Передразработчиком МПС стоит задача реализации полного цикла проектирования, начинаяот разработки алгоритма функционирования и заканчивая комплексными испытаниямив составе изделия. Методология проектирования контроллеров может бытьпредставлена так, как показано на рис. 1.1.
Втехническом задании формулируются требования к контроллеру с точки зренияреализации определенной функции управления. Техническое задание включает в себянабор требований, который определяет, что пользователь хочет от контроллера ичто разрабатываемый прибор должен делать.
Наосновании требований пользователя составляется функциональная спецификация,которая определяет функции, выполняемые контроллером для пользователя после завершенияпроектирования, уточняя тем самым, насколько устройство соответствуетпредъявляемым требованиям. Она включает в себя описания форматов данных, как навходе, так и на выходе, а также внешние условия, управляющие действиямиконтроллера.
Этапразработки алгоритма управления является наиболее ответственным, посколькуошибки данного этапа обычно обнаруживаются только при испытаниях законченногоизделия и приводят к необходимости дорогостоящей переработки всего устройства.Разработка алгоритма обычно сводится к выбору одного из нескольких возможныхвариантов алгоритмов, отличающихся соотношением объема программного обеспеченияи аппаратных средств.
/>
Рисунок 1.1- Основныеэтапы разработки контроллера
Приэтом необходимо исходить из того, что максимальное использование аппаратныхсредств упрощает разработку и обеспечивает высокое быстродействие контроллера вцелом, но сопровождается, как правило, увеличением стоимости и потребляемоймощности. При выборе типа МК учитываются следующие основные характеристики:
— разрядность;
— быстродействие;
— набор команд и способов адресации;
— требования к источнику питания и потребляемая мощность в различных режимах;
— объем ПЗУ программ и ОЗУ данных;
— возможности расширения памяти программ и данных;
— наличие и возможности периферийных устройств, включая средства поддержки работыв реальном времени (таймеры, процессоры событий и т.п.);
— возможность перепрограммирования в составе устройства;
— наличие и надежность средств защиты внутренней информации;
— возможность поставки в различных вариантах конструктивного исполнения;
— стоимость в различных вариантах исполнения;
— наличие полной документации;
— наличие и доступность эффективных средств программирования и отладки МК;
— количество и доступность каналов поставки, возможность замены изделиями другихфирм.
Списокэтот не является исчерпывающим.
Номенклатуравыпускаемых в настоящее время МК исчисляется тысячами типов изделий различныхфирм. Современная стратегия модульного проектирования обеспечивает потребителяразнообразием моделей МК с одним и тем же процессорным ядром. Такое структурноеразнообразие открывает перед разработчиком возможность выбора оптимального МК,не имеющего функциональной избыточности, что минимизирует стоимостькомплектующих элементов.

РАЗДЕЛ2 РАЗРАБОТКА МУЗЫКАЛЬНОГО ЗВОНКА С ДВУМЯ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ: АВТОНОМНЫЙ И ОТ СЕТИ
2.1 Постановка задачи
Требуется разработать устройство, предназначенное для воспроизведенияпростых одноголосых мелодий, записанных в память программ на этапепрограммирования. Устройство должно иметь семь различных мелодий, которыевключаются по желанию. Каждой из кнопок должна соответствовать своя мелодия.Мелодия воспроизводится при нажатии и удержании кнопки. При отпускании кнопкивоспроизведение мелодий прекращается.
Питание данного устройства должно осуществляться в двух режимах:автономно и от сети.
Данное устройство рекомендуется использовать как электромузыкальныйзвонок.
2.2 Разработкаструктурной схемы устройства и функциональной
спецификации
Структурная схема разрабатываемого электромузыкальногозвонка приведена на рис. 2.1.

/>S8/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

/>/>/>/>/> Звуковой излучатель/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />

220 В
Рисунок2.1- Структурная схема электромузыкального звонка
Функциональнаяспецификация представляет собой:
1. Входы
а.7 кнопок выбора мелодий (S1-S7);
b.Кнопка запуска электромузыкального звонка (S8);
с.Источник бесперебойного электропитания звонка (ИП).
2. Выходы
а.Электронный ключ (Э/кл);
b.Звуковой динамик (Звуковой излучатель).
3. Функции
а.Запись мелодии в память, при нажатии кнопки S8;
b. Воспроизведениемелодии из памяти;
c. Осуществлениебесперебойного электропитания в двух режимах: автономном и от сети.
 
2.3Аппаратные средства микроконтроллеров серии ATtiny2313
Вразработке электромузыкального звонка предлагается использовать, широкораспространенный, относительно недорогой и надежный в эксплуатации 8 битный AVRмикроконтроллер серии ATtiny2313с 2 КБ программируемой в системе Flash памяти.
ATtiny2313 — низкопотребляющий 8 битный КМОП микроконтроллер с AVRRISC архитектурой. Выполняя команды за один цикл, ATtiny2313 достигаетпроизводительности 1 MIPS при частоте задающего генератора 1 МГц, что позволяетразработчику оптимизировать отношение потребления к производительности.
AVR ядро объединяет богатую систему команд и 32 рабочих регистраобщего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с арифметико-логическимустройством (АЛУ), что позволяет получить доступ к двум независимым регистрампри выполнении одной команды. В результате эта архитектура позволяет обеспечитьв десятки раз большую производительность, чем стандартная CISC архитектура.
ATtiny2313 имеет следующие характеристики: 2 КБ программируемой всистеме Flash память программы, 128 байтную EEPROM память данных, 128 байтноеSRAM (статическое ОЗУ), 18 линий ввода — вывода общего применения, 32 рабочихрегистра общего назначения, однопроводный интерфейс для встроенного отладчика,два гибких таймера/счетчика со схемами сравнения, внутренние и внешниеисточники прерывания, последовательный программируемый USART, универсальныйпоследовательный интерфейс с детектором стартового условия, программируемыйсторожевой таймер со встроенным генератором и три программно инициализируемыхрежима пониженного потребления. В режиме Idle останавливается ядро, но ОЗУ, таймеры/счетчикии система прерываний продолжают функционировать. В режиме Power-down регистрысохраняют свое значение, но генератор останавливается, блокируя все функцииприбора до следующего прерывания или аппаратного сброса. В Standby режимезадающий генератор работает, в то время как остальная часть приборабездействует. Это позволяет очень быстро запустить микропроцессор, сохраняя приэтом в режиме бездействия мощность.
Прибор изготовлен по высокоплотной энергонезависимой технологииизготовления памяти компании Atmel. Встроенная ISP Flash позволяет перепрограммироватьпамять программы в системе через последовательный SPI интерфейс или обычнымпрограмматором энергонезависимой памяти. Объединив в одном кристалле 8- битноеRISC ядро с самопрограммирующейся в системе Flash памятью, ATtiny2313 сталмощным микроконтроллером, который дает большую гибкость разработчикамикропроцессорных систем.
ATtiny2313 поддерживается различными программными средствами иинтегрированными средствами разработки, такими как компиляторы C, макроассемблеры,программные отладчики/симуляторы, внутрисхемные эмуляторы и ознакомительныенаборы.
Характеристикимикроконтроллера ATtiny2313
AVRRISC архитектура
AVR- высококачественная и низкопотребляющая RISCархитектура
120команд, большинство которых выполняется за один тактовый цикл
328 битных рабочих регистра общего применения
Полностьюстатическая архитектура
ОЗУи энергонезависимая память программ и данных
2КБ самопрограммируемой в системе Flashпамяти программы, способной выдержать 10 000 циклов записи/стирания
128Байт программируемой в системе EEPROMпамяти данных, способной выдержать 100 000 циклов записи/стирания
128Байт встроенной SRAM памяти(статическое ОЗУ)
Программируемаязащита от считывания Flashпамяти программы и EEPROMпамяти данных
Характеристикипериферии:
Один8- разрядный таймер/счетчик с отдельным предделителем
Один16-разрядный таймер/счетчик с отдельным предделителем, схемой сравнения, схемойзахвата и двумя каналами ШИМ
Встроенныйаналоговый компаратор
Программируемыйсторожевой таймер со встроенным генератором
USI- универсальный последовательный интерфейс
ПолнодуплексныйUART
Специальныехарактеристики микроконтроллера :
Встроенныйотладчик debugWIRE
Внутрисистемноепрограммирование через SPIпорт
Внешниеи внутренние источники прерывания
Режимыпониженного потребления Idle,Power-downи Standby
Усовершенствованнаясхема формирования сброса при включении
Программируемаясхема обнаружения кратковременных пропаданий питания
Встроенныйоткалиброванный генератор
Портыввода — вывода и корпусное исполнение
18программируемых линий ввода — вывода
20выводной PDIP, 20 выводной SOICи 32 контактный MLF корпуса
Диапазоннапряжения питания:
от1.8 до 5.5 В
Рабочаячастота:
0- 16 МГц
Потребление
Активныйрежим:
300мкА при частоте 1 МГц и напряжении питания 1.8 В
20мкА при частоте 32 кГц и напряжении питания 1.8 В
Режимпониженного потребления
0.5мкА при напряжении питания 1.8 В
Блок- схема ATtiny2313представлена на рисунке 2.2.
/>
Рисунок2.2 — Блок-схема микроконтроллера ATtiny2313

Расположение выводов МКATtiny2313 приведено на рисунке 2.3.
/>
 
Рисунок 2.3 — Расположение выводов микроконтроллера ATtiny2313
2.4 Разработка функциональной схемы устройства
Впроектируемом устройстве можно выделить следующие функциональные блоки:микроконтроллер ATtiny2313, кнопка запускаэлектромузыкальногозвонка, кнопки выбора мелодии, кварцевый резонатор, электронный ключ, звуковойизлучатель, источник питания. Функциональная схема электромузыкального звонкаприведена на рисунке 2.4.
Принажатии на кнопку S8 (двернаякнопка) и любой выбранной кнопке S1-S7(кнопки выбора мелодии) производится запуск работы устройства, собранного на МКATtiny 2313. Кварцевыйрезонатор служит для стабилизации частоты кварцевого генератора. Электронныйключ служит для развязки выхода микроконтроллера с низкоомным входомгромкоговорителя. Источник питания служит для электропитания всего устройства.Источник питания работает в двух режимах: от сети (схема бестрансформаторногопитания) и автономно (от элементов постоянного тока).
/>
Кнопки
Выбора
мелодии   />
Кварцевый
резонатор                                       />/>/>/>/>
Эл. ключ   />/>/>/>/>
20/>
Источник питания    

Рисунок2.4 — Функциональная схема электромузыкального звонка
2.5 Разработка алгоритма работы устройства
Для начала нам нужно придумать, как мы будем хранить мелодии впамяти. Для того, чтобы в памяти можно было что-либо хранить, нужно сначала эточто-то каким-либо способом закодировать. Любая мелодия состоит из нот. Каждаянота имеет свой тон (частоту) и длительность звучания. Для того, чтобызакодировать тон ноты, можно просто все ноты пронумеровать по порядку. Удобнеенумеровать, начиная с самого низкого тона.
Известно, что весь музыкальный ряд делится на октавы.Всовременном музыкальном ряду каждая октава делится на 12 нот. Семь основных ноти пять дополнительных.
Деление на основные и дополнительные ноты сложилось исторически. Внастоящее время используется музыкальный строй, в котором все 12 нот однойоктавы равнозначны. Частоты любых двух соседних нот отличаются друг от друга водинаковое количество раз. При этом частоты одноименных нот в двух соседнихоктавах отличаются ровно в два раза.
Для нас же важно то, что коды всем этим нотам мы должныприсваивать в порядке возрастания частоты. Начнем мы с ноты «До» первой октавы.Для электромузыкального звонка более низкие ноты не нужны. В таблице 2.1показаныкоды для всей первой октавы. Следующая, вторая октава продолжает первую и покодировке, и по набору частот. Так нота «До» второй октавы будет иметь код 13,а частоту f12= fo∙ 2. А нота «Ре» второй октавы будет иметь код 14 ичастоту f13=f1 ∙2. И так далее.
Музыкальная длительность тоже легко кодируется. В музыке применяютне произвольную длительность, а длительность, выраженную долями от целой (см. таблицу2.2).В зависимости от темпа реальная длительность целой ноты меняется.Для сохранения мелодии необходимо соблюдать лишь соотношения междудлительностями. Поэтому нам необходимо закодировать лишь семь вариантовдлительности. Присвоим им коды от 0 до 6. Например так, как это показано вграфе «Код» таблицы 2.2.Назначение графы «Коэффициент деления» мы покаопустим.
Таблица 2.1-Кодировканот первой октавыКод Нота Частота Код Нота Частота 1 До
fo 7 Фа#
f6=f5/K 2 До#
f1=fo/K 8 Соль
f7=f6/K 3 Ре
f2=f1/K 9 Соль*
f8=f7/K 4 Ре#
f3=f2/K 10 Ля
f9=f8/K 5 Ми
f4=f3/K 11 Ля#
f10=f9/K 6 Фа
f5=f4/K 12 Си
f11=f10/K
Для справки: />
Таблица 2.2 — Кодирование музыкальныхдлительностейКод Длительность Коэффициент деления 1 (целая) 64 1 1/2(половинная) 128 2 1/4 (четверть) 256 3 1/8 (восьмая) 512 4 1/16 (шестнадцатая) 1024 5 1/32 (тридцать вторая) 2048 6 1/64 (шестьдесят четвертая) 4096
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 идлительность нот.
В связи с этим удобно представить паузу как еще одну ноту. Нотубез звука. Такой ноте логично присвоить нулевой код.
Кодируем мелодии.
Для экономии памяти удобнее каждую нотукодировать однимбайтом. Договоримся, что три старших бита мы будем использовать для кодированиядлительности ноты, а оставшиеся пять битов — для кодирования ее тона. Пятьюбитами можно закодировать до 32 разных нот, что вполне хватит дляэлектромузыкального звонка.
Итак, если использовать приведенный выше способ кодирования, токод 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 нотнуюзапись, 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 воспроизводитьсемь разных мелодий. Коды всех семи мелодий мы разместим в программной памятимикроконтроллера.
Как определить конец каждой мелодии? Для того, чтобыкомпьютер знал, где заканчивается каждая мелодия, используем код 255 в качествепризнака конца.
Теперь нам нужно придумать, как микроконтроллер будет находить началокаждой мелодии. Все мелодии имеют разную длину, а в памяти они будут записаныодна за другой. Поэтому адрес начала каждой мелодии зависит от длины всехпредыдущих. Удобнее всего просто по факту определить адрес начала каждоймелодии и поместить все семь адресов в специальную таблицу.
Кроме этой таблицы нам еще понадобится таблица коэффициентовделения для всех 32 нот и таблица, хранящая константы задержки для всех используемыхнами 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 которогосоответствует только что определенному номеру нажатой кнопки. Это значениебудет равно адресу в программной памяти, где начинается нужная нам мелодия.
3. Начать цикл воспроизведения мелодии. Для этого поочередно извлекатькоды нот из памяти, начиная с адреса, который мы определили в пункте 2алгоритма.
4. Каждый код ноты разложить на код тона и код длительности.
5. Если код тона равен нулю, отключить звук и перейти кформированию задержки (к п. 9 настоящего алгоритма).
6. Если код тона не равен нулю, извлечь из таблицы коэффициентовделения значение элемента с номером, равным коду тона.
7. Записать коэффициент деления, который мы нашли в пункте 6 настоящегоалгоритма, в регистр совпадения таймера Т1.
8. Включить звук (подключить вывод ОС1А к выходу таймера Т1).
9. Извлечь из таблицы длительностей задержки значение элемента сномером, равным коду длительности.
10. Сформировать паузу с использованием константы задержки, которуюмы 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 началутекущей мелодии, то есть вернуться к п. 3 настоящего алгоритма
/> />
Рисунок2.5 – Алгоритм прогаммы для электромузыкального звонка

2.6Разработка программного обеспечения микроконтроллера
Возможный вариант программы на языке Ассемблер приведен в листинге1 (См. Приложение А).
2.6.1 Описание программы
Описание программы удобнее начать с конца. Начиная со строки 136программы располагается описание так называемых таблиц данных. На самом делекаждая из этих «таблиц» представляет собой цепочку кодов, записываемыхв программную память микроконтроллера и предназначенных для кодирования тоголибо иного вида данных. Для описания этих данных используются как операторы db, так и операторы dw.
Первая таблица содержит коэффициенты задержки для формированиявсех вариантов музыкальной длительности. Таблица начинается с адреса, соответствующегометке tabz. Вся таблица занимает одну строкупрограммы (строка 136).Так как в нашей программе мы будем применять лишь семь вариантовдлительности, таблица имеет 7 элементов. Каждый элемент записывается в памятькак двухбайтовое слово.
В строках 137—140описывается таблица коэффициентов делениядля всех нот. Начало таблицы соответствует метке tabkd. Каждый элемент этойтаблицы также имеет размер в два байта. Первый элемент таблицы равен нулю. Этонеиспользуемый элемент. Ноты номер ноль у нас не существует. Ноль мыиспользовали для кодирования паузы.
В паузе не формируется звуковой сигнал, поэтому и коэффициент делениятам не имеет смысла. Поэтому значение нулевого элемента массива несущественно.Описание таблицы разбито на строки. Для удобства каждая строка описываеткоэффициенты деления для одной октавы. Нулевая нота выделена в отдельнуюстроку. Последняя октава неполная, так как наш электромузыкальный звонок будетиспользовать всего 32 ноты.
В строках 143—200описана таблица мелодий.Вернее,это не одна таблица, а семь таблиц (своя таблица для каждой из мелодий). Каждаятаблица помечена своей отдельной меткой (те 11, те 12 — те 17). Значение каждойметки — это адрес начала соответствующей мелодии. Каждое значение таблицымелодий 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.Началоэтой таблицы отмечено меткой tabm. Таблица используется для того, чтобы программа могла найти адресначала нужной мелодии по ее номеру. В качестве элементов массива выступаютудвоенные значения меток mell, mel2 —mel7. Применение удвоенныхзначений обусловлено необходимостью перевода адресов из основной адресации вальтернативную. При трансляции программы вместо меток в память будут записаныконкретные адреса.
 
2.6.2 Процедура вычисления адреса
Большое количество таблиц в нашей программе заставляетпозаботиться о процедуре вычисления адреса.
Однотипные вычисления удобно оформить в виде подпрограммы. Этаподпрограмма занимает строки 78—84. Вызов подпрограммы производится по имени addw. Подпрограмма получаетномер элемента таблицы и адрес ее начала. Номер элемента передается вподпрограмму при помощи регистра YL, а адрес — через регистровую пару Z.
Используя эти данные, подпрограмма вычисляет адрес нужногоэлемента.Для этого она сначала удваивает номер элемента (строка79).Затем дополняет полученное значение до шестнадцатиразрядного путем записи в YH нулевого байта (строка80).И, наконец, производит сложение двух шестнадцатиразрядных величин, находящихсяк этому моменту в регистровых парах Y и Z (строки81, 82). Результатвычислений при этом попадает, в регистровую пару Z.
2.6.3 Текст программы
Теперь рассмотрим текст программы с самого начала. В строках 3...10расположен модуль описания переменных (рабочих регистров). В строках 13...31располагается модуль переопределения векторов прерываний, в строках 32...41— модуль команд инициализации.
2.6.4 Особенности программы
Процедура, расположенная в строках45—52 программы,сканирует клавиатуру и находит код первой из нажатых кнопок. Найденый код находитсяв регистре count. Затем управление переходит к строке 53. С этого места начинаетсяпроцедура выбора мелодии (строки53—58). Суть процедуры — прочитать изтаблицы tabm значение адреса начала этой мелодии. То есть прочитать элементтаблицы, номер которого равен коду нажатой кнопки.
Прежде чем прочитать элемент, необходимо найти его адрес. Длявычисления адреса используем подпрограмму addw.Перед тем, как вызвать подпрограмму, подготовим все данные. Номернажатой кнопки помещаем в регистр YL (строка 53).Адресначала таблицы записываем в регистровую пару Z (строки 54, 55). И лишь затемв строке 56вызывается подпрограмма addw.
После выхода из подпрограммы в регистровой nape Z находится результатвычислений — адрес нужного нам элемента таблицы tabm.Следующие две команды (строки 57 и 58)извлекают тотэлемент (адрес начала мелодии) и помещают его в регистровую пару X. Тамэтот 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 нотнам понадобится указатель текущей ноты. В качестве указателя текущей нотыиспользуется регистровая пара Z. В самом начале процедуры воспроизведения мелодии в регистровуюпару Z помещается адрес начала мелодии их регистровой пары X (строки59, 60).
Затем начинается цикл воспроизведения (строки 61—77).В этомцикле программа извлекает код ноты по адресу, на который указывает наш указатель,выделяет из кода ноты код тона и код длительности, воспроизводит ноту, а затемувеличивает значение указателя на единицу. Затем весь цикл повторяется.
Этот процесс происходит до тех пор, пока код очередной ноты не окажетсяравным 255 (метка конца мелодии). Прочитав этот код, программа передаетуправление на строку 62, где в регистр Z снова записывается адрес началамелодии. Воспроизведение мелодии начнется сначала. Этот процесс долженпрерваться лишь в одном случае — при отпускании управляющей кнопки S8.
Для проверки состояния кнопок в цикл воспроизведения мелодиивключена специальная процедура (строки 61—63).Процедура упрощеннопроверяет состояние сразу всех кнопок. Она считывает содержимое порта PD (строка 61)исравнивает его с кодом x 7F (строка 62).Прочитанноеиз порта значение может быть равно x7F только в одном случае —если все кнопки отпущенны. Если хотя бы одна кнопка нажата, то при чтении портамы получим другое значение.
Проверкой вышеописанного условия занимается оператор breq в строке 63. Если всекнопки оказались отпущены, этот оператор завершает цикл воспроизведения мелодиии передает управление на метку ml, то есть на самое начало основного цикла программы. Тампроисходит выключение звука, а затем новое сканирование клавиатуры.
Если хотя бы одна кнопка окажется нажатой, то цикл воспроизведениязвука продолжается дальше, и управление переходит к строке 64, где происходитизвлечение 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 чтопрочитанный код ноты сравнивается с кодом xFF. Оператор breq в строке66 передаетуправление по метке т4, если мелодия действительно закончилась (условиевыполняется). Если код ноты не равен xFF, перехода не происходит, иуправление переходит к строке 67.
В строках 67—75происходит обработка кода ноты. То есть изкода ноты выделяется код тона и код длительности. Сначала на код ноты накладываетсямаска, которая оставляет пять младших разрядов, а три старших сбрасывает (строка67). Под действием маски в регистре temp остается код тона, который затем помещается в регистр fnotа (строка68).
Теперь нам нужно найти код длительности ноты.Для этого намзаново придется извлечь код ноты из памяти программ. Так как до этого моментамы не изменяли положение указателя текущей ноты, то для извлечения нет никакихпрепятствий. В строке69 мы повторно извлекаем код ноты из памяти программ.Но на этот раз значение указателя увеличивается. Теперь можно приступать квыделению кода длительности. Длительность кодируется тремя младшими битами коданоты. Для выделения этих битов нам также нужно использовать маску.Ноодной 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 коданоты до тех пор, пока три старших разряда не станут тремя младшими. Для сдвигаиспользуется команда rо 1. Так как сдвиг происходитчерез ячейку признака переноса, то нам понадобится четыре команды сдвига. Этикоманды занимают в программе строки 70—73.
Затем в строке 74на полученное в результате сдвигов числонакладывается маска, которая выделяет три младшие бита, а пять старших сбрасываетв ноль. Полученный таким образом код длительности записывается в регистр dnota (строка 75).
Когда код тонаи код длительности определены, производитсявызов подпрограммы воспроизведения ноты (строка 76).Оператор rjmp в строке 77передаетуправление на начало цикла воспроизведения мелодии, и цикл повторяется дляследующей ноты.
Подпрограмма воспроизведения ноты занимает строки 85—110.Онавыполняет 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. Подпрограммасразу переходит к формированию паузы.
Начинается подпрограмма воспроизведения ноты с сохранения всехиспользуемых регистров (строки 85—88).Затем производится проверка коданоты на равенство нулю (строка 89).Если код ноты равен нулю, тооператор breq в строке 90передает управление по метке ntl, то есть к строке, где происходитвызов процедуры формирования задержки.
Если код ноты не равен нулю, то программа приступает к извлечениюкоэффициента деления. Для вычисления адреса элемента таблицы tabkd, где находится этоткоэффициент, снова используется подпрограмма addw.
Код тона помещается в регистр YL (строка91), а адрес началатаблицы — в регистровую пару Z (строки 92, 93).Вызов подпрограммы addw производится в строке 94. В регистровой паре Z подпрограмма возвращаетадрес элемента таблицы, где находится нужный нам коэффициент деления. В строках95, 96из таблицы извлекается этот коэффициент. А в строках 97,98онпомещается в регистр совпадения таймера. В строках 99,100включаетсязвук.
В строке 104вызывается специальная подпрограмма,предназначенная для формирования задержки. Подпрограмма называется wait и формирует задержку спеременной длительностью. Длительность задержки зависит от значения регистра dnota. По окончании задержки звуквыключается (строки 102,103).
На этом можно было бы закончить процесс воспроизведения ноты.Однако это еще не все. Для правильного звучания мелодии между двумя соседниминотами необходимо обеспечить хотя бы небольшую паузу.Если такой паузыне будет, ноты будут звучать слитно. Это исказит мелодию, особенно если подрядидет несколько нот с одинаковым тоном. Формирование паузы между нотамипроисходит в строках 104,105.
Вспомогательная пауза формируется при помощи уже знакомой намподпрограммы задержки. В строке 104коду паузы присваивается нулевоезначение (выбирается самая минимальная пауза). Затем в строке 105вызываетсяподпрограмма wait. После окончания паузы остается только восстановить содержимоевсех 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 подпрограммаформирования задержки. Текст подпрограммы занимает строки 111—135.Как илюбая другая подпрограмма, подпрограмма wait в начале сохраняет (строки111—114), а в конце — восстанавливает (строки 131—134)все используемыерегистры.
Рассмотрим, как работает эта подпрограмма. Сначала определяетсядлительность задержки. Для этого извлекается соответствующий элемент из таблицыtabz.Номер элемента соответствует коду задержки, находящемуся в регистреdnota.Извлечение значения из таблицы производится уже знакомым намобразом. Команды, реализующие вычисление адреса нужного элемента таблицы,находятся в строках 115—118.Затем в строках 119 и 120производитсячтение элемента таблицы. Прочитанный код задержки помещается в регистровую паруY.
Теперь наша задача: сформировать задержку, пропорциональнуюсодержимому регистровой парыY. Так как микроконтроллер ATtiny2313 имеет только один шестнадцатиразрядный таймер, который ужезанят формированием звука, будем формировать задержку программным путем. Но вданном случае цикл формирования задержки построен немного по-другому.
Вообще-то, способов построения подобных подпрограмм может бытьбесконечное множество. Все зависит от изобретательности. Использованный вданном примере способ более удобен для формирования задержки переменнойдлительности, пропорциональной заданному коэффициенту. Главной особенностью новогоспособа является шестнадцатиразрядный параметр цикла.
Для хранения этого параметра используется регистровая пара Z. Перед началом циклазадержки в нее записывается ноль. Затем начинается цикл, на каждом проходекоторого содержимое регистровой пары Z увеличивается на единицу.После каждого такого увеличения производится сравнение нового значения Z с содержимым регистровойпары Y.
Заканчивается цикл тогда, когда содержимое Z и содержимое Y окажутся равны. Врезультате число, записанное в регистровой паре Y, будет определятьколичество проходов цикла. Поэтому и время задержки, формируемое этим циклом,будет пропорционально константе задержки. Однако это время будет слишком малодля получения приемлемого темпа воспроизведения мелодий. Для того, чтобыувеличить время до нужной нам величины, внутрь главного цикла задержки помещенеще один цикл, имеющий фиксированное количество проходов.
Описанная выше процедура задержки занимает строки121—135.В строках 121, 122 производится запись нулевого значения в регистровую пару Z. Большой цикл задержкизанимает строки123—130. Малый внутренний цикл занимает строки124—125.Для хранения параметра малого цикла используется регистр loop.В строке 123 в него записывается начальное значение. Строки124,125выполняются до тех пор, пока содержимое loopне окажется равным нулю.
В строке 126 содержимое регистровой пары Zувеличивается на единицу. В строках 127—130 производится сравнениесодержимого двух регистровых пар Y и Z. Сравнение производится побайтно. Сначала сравниваются младшиебайты (строка 127). Если они не равны, оператор условного перехода в строке 128передает 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 толькокогда оба оператора сравнения дадут положительный результат (не вызовутперехода), цикл заканчивается, и подпрограмма формирования задержки переходит кзавершающей фазе (к строкам 131—135).
 
2.6.6 Программа на языке СИ
Возможный вариант программы на языке СИ приведен в листинге2.В данном случае использована модификация языка поддерживаемая программнойсредой CodeVision. Описание программы рассчитано на программистов, знакомых сязыком 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 библиотекиdelay.h. Поэтому в строках 1,2 программы, кромефайла описаний, мы присоединяем и эту библиотеку. Затем наминаются описаниявсех массивов. В строке 3 описывается массив, содержащий величины всехмузыкальных длительностей.
Так как для формирования длительности мы будем использовать функциюdelay_ms, величина длительностей задана в миллисекундах. Как видно из текстапрограммы, в данном случае мы используем массив типа unsigned int. Переменные этого типа имеют длину два байта, все 16 битов которыхиспользуются для хранения информации.
Именно такой тип наиболее подходит для хранения нашихкоэффициентов. Управляющее слово fleash перед описанием массива гарантирует, что эти данные будутразмещены в программной памяти микроконтроллера.
В строках 4, 5, 6 описывается массивкоэффициентов деления для всех нот. В этом месте программы мы впервыеиспользуем перенос строки. Перенос строки применяется в том случае, когда тексткоманды не помещается в одной строке. Язык СИ разрешает свободно переноситьтекст на следующую строку. При этом не требуется никаких специальных директив иуказателей.
Перенос допускается в том месте команды, где между двумя соседнимиэлементами выражения можно поставить пробел. Тип массива, как и в предыдущемслучае,— usingnerd int. Содержимое массива tabkd полностью соответствует содержимому таблицы с тем же названием изассемблерного варианта программы.
В строках 7—38 описываются семьмассивов для хранения семи мелодий. Массивы имеют тип unsigned char. Переменные этого типазанимают в памяти один байт, и все восемь битов этого байта используются дляхранения информации. Содержимое каждого из этих массивов полностью соответствуетсодержимому соответствующих таблиц в ассемблерной версии программы.
В строке 39 описывается массив,содержащий адрес начала каждой из семи мелодий. Это не просто массив, а массивссылок, на что указывает символ звездочки в тексте его описания. Так же, как иссылочная переменная, каждый элемент массива ссылок предназначен для храненияссылки. Данный массив тоже хранится в памяти программ, на что указываетуправляющее слово flesh в его описании. Элементы этого массива хранят указатели на началокаждого из массивов мелодий, что указано при его инициализации (в фигурныхскобках).
Строки 40—72 занимает функция main. Начинается функция с описанияпеременных (строки 41—45). Две рабочих переменных count и temp, а также переменная дляхранения кода тона (tnota) и переменная для хранения кода длительности (dnota) нам уже знакомы. Мыиспользовали 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 элементаммассивов, хранящим коды нот. Эти массивы, как уже говорилось, расположены впрограммной памяти. Поэтому в описании переменной имеется слово flash, а перед именем переменнойв 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 программыполностью повторяет аналогичную часть программы из предыдущего примера (см. листинг2).
Строки 53—72 занимает основной циклпрограммы. Цикл состоит всего из двух процедур. В начале цикла (строки 54—59)расположена процедура сканирования кнопок. Эта процедура один к одномускопирована 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 нажатойкнопки при выходе из процедуры сканирования содержится в переменной count.
Строки 60—72 занимает процедурапроигрывания мелодии.
Проигрывание начинается с того, что в переменную nota помещается указатель намассив, содержащий нужную нам мелодию (строка 60). А указатель — это элементмассива tabm, с номером, равным коду нажатой кнопки. В строках 61—72 находитсяцикл, который последовательно считывает мелодию нота за нотой и проигрываетпрочитанные ноты. Цикл организован при помощи оператора безусловного перехода (строка72).
Для перемещения вдоль массива содержимое переменной nota каждый раз увеличивается наединицу (строка 71). В этом же цикле производится проверка состояния кнопки(нажата ли еще хоть одна кнопка) и проверка признака конца мелодии. Рассмотримподробнее, как все это делается.
Проверка состояния кнопок происходит в строке 61. Если содержимоерегистра PIND равно х7F, то воспроизведение мелодиипрекращается. 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 ивоспроизведение мелодии продолжается. В строке 62 производится проверка наконец мелодии. Содержимое элемента массива, на который указывает ссылочнаяпеременная nota (код ноты), проверяется на равенство числу xFF. Если код ноты равен xFF, то управление передаетсяпо 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 тоназаписывается в переменную fnota.
В строке 64 производится вычисление кода длительности. Для этогоприменяется составное математическое выражение. Операция (*nota) >>5 сдвигает биты кода нотына пять шагов вправо. При этом три старших разряда кода становятся тремямладшими. Мы применяем сдвиг вправо потому, что циклический сдвиг влево,использованный нами в Ассемблере, язык СИ не поддерживает. Язык СИ можетвыполнять только логический сдвиг, но не циклический. На полученное врезультате сдвига число налагается маска x07. Полученный такимобразом 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, гдеформируется 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 региструправления TCCR1A записывается код, который подключает таймер к выводу ОСІА и, тем самым, включает звук.
В строке 68 происходит вызов функции задержки. В качествепараметра в эту функцию передается коэффициент, извлекаемый из массива tabz. Указатель массива при этом равен коду длительности. После выходаиз функции задержки звук выключается.
Для этого в регистр TCCR1А записывается нулевоезначение (строка 69). В строке 70 формируется пауза между нотами. В качествепараметра для функции delay_ms в этом случае используется нулевойэлемент массива tabz, то есть вырабатывается паузаминимальной длительности.
В строке 71, как уже говорилось, происходит приращение содержимогоуказателя nota. Оператор безусловного перехода в строке 72 замыкает циклвоспроизведения мелодии.

2.7Выбор, описание и расчеты элементной базы
Вэлектромузыкальном звонке с двумя режимами работы постараемся использоватьшироко, надежные и дешевые элементы.
Устройствопроигрывания мелодий содержит микроконтроллер ATtiny2313, кварцевый резонатор на 4 МГц, широкоиспользуемый кнопочный переключатель П2Кна семь кнопок, дверная звонковая кнопка, любой маломощный транзистор обратнойпроводимости, любой громкоговоритель 0,1-0,5 Вт с сопротивление катушки 8 Ом.
Источникомпитания служит бестрансформаторный источник питания (для уменьшения размеров),при работе от сети переменного напряжения 220В и четыре пальчиковых элементапитания, 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 мощногостабилитрона VD2 и стабилизатора напряжения D2. Цепь понижения напряжения сети доуровня 9В (R2,C3) рассчитана на ток потребления 40 мА. Ток стабилизациистабилитрона составляет 20 мА – столько же потребляет стабилизатор напряжения D2, питающий микроконтроллер иэлектронный ключ во время работы устройства.
В момент включения основной ток потребляет конденсатор С5, но этотток ограничен реактивным сопротивлением С5, также выполняет функцию источникатока в момент отключения питания сети. При включении сети зажигается светодиод LED 1, питание которогоосуществляется через гасящий резистор R5. Конденсатор C4 сглаживает высокочастотные импульсныепомехи, проходящие из сети в схему питания. Резисторы R3 и R4 составляют делитель напряжения на стабилитронеVD2 (необходим для измерительного каналамикроконтроллера). Измерительный канал не содержит схему выборки и хранения, атакже интегратора и фильтра верхних частот, поскольку эти функции выполняютфильтрующие элементы питания С4, С5. Функцию интегратора выполняетограничительный стабилитрон VD2. При переходе устройства в автономный режим, питаниеосуществляется от пальчиковых элементов постоянного тока G1-G2. Потребление от элементов питаниясоставляет порядка 15 мА. Стабилизатор напряжения 78LO5Z стабилизирует напряжение до 5 В.
Бестрансформаторная схема питания была предложена в связи с ограничениемместа 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 отперегрева.
При выключении сетевогонапряжения, светодиод VED1 гаснет, т.к. попадание напряжения питания элементов питания G1-G2 ограничивает диод VD3. При включении сети происходитподзаряд элементов питания. Поэтому рекомендуется использовать пальчиковыеаккумуляторы.
Конденсатор С3 на напряжение не ниже 400 В. Светодиод можно использоватьлюбой. Электролитические конденсаторы на напряжение: С5 – не ниже 30В, С6 – нениже 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 увеличиваячисло элементов схемы, чем смогли уменьшить ток потребления схемы.
2.8 Разработка схемы принципиальной
Принципиальнаясхема электромузыкального звонка выполнена в САПР AccelEda (Рисунок 2.7).
Проектосновывается на микроконтроллере ATtiny2313. Устpойство состоит из 8 кнопок, частотозадающих элементов. Отсчет временизвучания ведется с помощью таймера TMR0. Во время работы постоянно сканируетсясостояние порта В, и если оно изменилось (какая-либо кнопка нажата или отпущена),то в соответствии с новой комбинации клавиш меняется и частота звучания. При нажатиикнопки S8, устройство переходитв режим воспроизведения и проигрывает записанную мелодию. В качестве динамикаможно использовать 0.25ГД-19 8 Ом.
Микроконтроллеримеет встроенный детектор включения питания. Таймер запуска начинает счетвыдержки времени после того, как напряжение питания пересекло уровень около1,2...1,8 Вольт. По истечении выдержки около 72мс считается, что напряжениедостигло номинала и запускается другой таймер-выдержка на стабилизациюкварцевого генератора. Программируемый бит конфигурации позволяет разрешать илизапрещать выдержку от встроенного таймера запуска. Выдержка запуска меняется отэкземпляров кристалла, от питания и температуры.
/>
Рисунок2.7 — Принципиальная схема электромузыкального звонка в AccelEDA

Таймерна стабилизацию генератора отсчитывает 1024 импульса от начавшего работугенератора. Считается, что кварцевый генератор за это время вышел на режим. Прииспользовании RC генераторов выдержка на стабилизацию не производится.
Затемвключается таймер ожидания внешнего сброса /MCLR. Это необходимо для техслучаев, когда требуется синхронно запустить в работу несколько PICконтроллеров через общий для всех сигнал /MCLR.
Если такого сигнала не поступает, то через время Tost вырабатывется внутреннийсигнал сброса и контроллер начинает ход по программе.
Принципиальная электрическая схема устройства, удовлетворяющаясформулированным выше требованиям приведена в Приложении В.Кнопки S1...S7 предназначены для выбора мелодий.Кнопка S8 производит запуск электромузыкального звонка. Длявоспроизведения мелодии используется звуковой излучатель VF1, сигнал на которыйпоступает с выхода РВ.3 микроконтроллера. В качестве усилителя сигналаиспользуется электронный ключ R1, VT1.
Спецификация элементов приведена в Приложении Д.

3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕОБОСНОВАНИЕ ОБЪЕКТА
РАЗРАБОТКИ
В данном разделе проводитсятехнико-экономический расчет стоимости музыкального звонка с двумя режимамиработы.
Стоимость устройства будет состоять изстоимости разработки ПО для микроконтроллера, стоимости разработкиконструкторской документации и стоимости сборки и испытания устройства.
3.1 Расчет расходов на ПО длямикроконтроллера, которое разрабатывается
Исходные данные для расчета стоимости разработки ПО, котороеразрабатывается приведнны в таблице 3.1.
Таблица 3.1 –Исходные данные по предприятию №п/п Статьи затрат  Усл. обоз. Ед. изм. Значения
 
  Проектирование и разработка ПО
  1 Часовая тарифная ставка программиста
Зпр 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
Амт % 10,0
  7 Мощность компьютера, принтера
WМ Квт/ч 0,40
  8
Стоимость ПЕОМ IBM
Sempron LE1150(AM2)/1GB/TFT
Втз грн. 3200,00 9 Тариф на электроэнергию
Це/е грн. 0,56 10 Норма дополнительной зарплаты
Нд % 10,0 11 Отчисление на социальные расходы
Нсоц % 37,2 12 Транспортно-заготовительные расходы
Нтр % 4,0 Эксплуатация П0
  13 Численность обслуживающего персонала
Чо чел 1
  14 Часовая тарифная ставка обслуживающего персонала
Зпер грн. 6,00 15 Время обслуживания систем
То час/г 150 16 Стоимость ПЕОМ
Втз грн. 3200,00 17 Норма амортизационных отчислений на ПЕОМ
На % 10,0 18 Норма амортизационных отчислений на ПЗ
НаПО % 10,0 19 Накладные расходы
Рнак % 25,0 20 Отчисление на содержание и ремонт ПЕОМ
Нр % 10,0 21 Стоимость работы одного часа ПЕОМ
Вг грн. 6,5
 
Первичными исходными данными для определения себестоимости ПОявляется количество исходных команд (операторов) конечного программногопродукта. Условное количество операторов Q в программе задания может бытьоценено по формуле:
/>, (3.1)
где    у – расчетное количество операторов в программе, что разрабатывается(единиц);
с–коэффициент сложности программы;
р–коэффициент коррекции программы в ходе ее разработки.
Рассчитанноеколичество операторов в разработанной программе – 500.
Коэффициентс –относительная сложность задания относительно отношения к типичной задаче,сложность которой принята более 1, лежит в границах от 1,25 до 2,0 и выбираетсяравным 1,30.
Коэффициент коррекции программыр – увеличение объема работ засчет внесения изменений в программу лежит в границах от 0,05 до 0,1 и выбираетсяравным 0,05.
Подставим выбранные значения в формулу(3.1) и определим величину Q:
Q= 200∙1,3 (1 + 0,05) = 273.
 
3.2 Расчет расходов насоздание ПО
Расчет расходов на ПО проводится методом калькуляции расходов, воснову которого положена трудоемкость и заработная плата разработчиков.Трудоемкость разработки ПО рассчитывается по формуле:
/> (3.2)
где    То– расходы труда на описание задания;
         Ти– расходы труда на изучение описания задания;
         Та– расходы труда на разработку алгоритма решениязадания;
         Тп– расходы труда на составление программы по готовой блок-схеме;
         Тотл– расходы труда на отладку программы на ЭВМ;
         Тд– расходы труда на подготовку документации.
Составные расходы труда, в свою очередь, можноопределить по числуоператоров Q для ПО, что разрабатывается. При оценке составных расходовтруда используются:
— коэффициенты квалификации разработчика алгоритмов и программ– k;
– увеличение расходов труда врезультате недостаточного описания задания – Z.
Коэффициент квалификации разработчикахарактеризует меру подготовленности исполнителя кпорученной ему работе (он задается в зависимости от стажа работы), k = 1,0.
Коэффициент увеличениярасходов труда в результате недостаточногоописания задания характеризует качество постановки задания, выданной для разработки программы, в связи с тем,что задание требовало уточнения и некоторойдоработки. Этот коэффициент принимается равным1,3.
Всеисходные данные приведенные в таблице 3.1.
а) Трудоемкость разработки П0 составляет:
Расходы труда на подготовку описания задания Топринимаются равными 5 чел/час, исходя из опытаработы.
Расходы труда на изучение описания задания Тес учетом уточнения описания и квалификации программиста могут бытьопределены по формуле:
/>; (3.3)
Ти= 273∙1,3/80∙1 = 5(чел/час)
Расходы труда на разработку алгоритма решения задачи рассчитываютсяпоформуле:
/>; (3.4)
Та=273/25∙1 = 11(чел/час)
Расходы труда на составление программы по готовой блок-схеме Тп рассчитываются по формуле:
/>; (3.5)
/> (чел/час)
Расходы труда наотладку программы на ПЕОМ Тотл рассчитываются по формуле:
- при автономной отладке одного задания:
/>; (3.6)
/> (чел/час)
- прикомплексной отладке задания:
/>; (3.7)
/> (чел/час)
Расходы труда на подготовку документации по заданию Тдопределяются по формуле:
/>, (3.8)
где   Тдр– расходы труда на подготовку материалов врукописи:
/>; (3.9)
/>(чел/час)
Тдо– расходы труда на редактирование, печать иоформление документация:
/>. (3.10)
/>(чел/час)
Подставляяприобретенных значений в формулу (3.8), получим:
/> (чел/час)
Определимтрудоемкость разработки ПО, подставив полученные значения составляющих вформулу (3.2):
/>
Расчет трудоемкости и зарплаты приведен в таблице 3.2.
б) Расчет материальных расходов на разработку ПЗ
Материальные расходы Мз, которые необходимы для создания ПО приведенные втаблице 3.3.
Таблица 3.2 – Трудоемкостьи зарплата разработчиков ПО
Наименование этапов
разработки
Трудоемкость
чел/часов Почасовая тарифная ставка программиста, грн. Сумма зарплаты, грн. Описание задания 5 8,00 40,00 Изучение задания 5 8,00 40,00 Составление алгоритма решения задачи 11 8,00 88,00 Программирование 13 8,00 104,00 Отладка программы 55 8,00 440,00 Оформление документации 25 8,00 200,00 ВСЕГО: 114 8,00 912,00
Таблица 3.3 – Расчет материальныхрасходов на разработку ПОМатериал Фактическое количество Цена за единицу, грн. Сумма, грн. 1. DVD 2 3,00 6,00 2. Бумага 500 0,10 50,00 ВСЕГО: 56,00 ТЗР (4%) 2,24
ИТОГО:
  57,24
в) Расходы на использование ЭВМ при разработке ПО
Расходы на использование ЭВМ при разработке ПОрассчитываются, исходя расходов одного часа, по формуле:
/>, (3.12)
где   Вг– стоимость работы одного часа ЭВМ, грн.;
Тотл– расходы труда на наладку программы на ЭВМ, чел./час.;
Тд–расходы труда на подготовку документации, чел./час.;
 Тп– расходы труда на составлениепрограммы по готовой блок-схеме,чел./час.
/> (грн.)
г) Расчет технологической себестоимостисоздания программы
Расчет технологическойсебестоимости создания программы проводится методом калькуляции расходов(таблица 3.4).
Таблица 3.4 – Калькуляциятехнологических расходов на создание ПО Наименование Расходы, грн. 1 Материальные расходы 57,24 2 Основная зарплата 912,00 3 Дополнительная зарплата (15,0 %) 136,80 4 Отчисление на социальные мероприятия (37,2 %) 390,15 5 Накладные расходы (25,0 %) 228,00 6
Расходы на использование ЭВМ
составлении программного обеспечения ПО 604,50 7 Себестоимость ПО микроконтроллера 2328,69
В таблице 3.4 величинаматериальных расходов Мз рассчитана в таблице 3.3, основнаязарплата Со берется из таблицы3.2, дополнительная зарплата составляет 15% отосновной зарплаты, отчисление на социальные потребности – 37,2% от основной идополнительной зарплат (вместе), накладные расходы – 25% от основной зарплаты. Себестоимостьразработанной программы СПО рассчитывается как сумма пунктов1 – 6.
Стоимость ПО длямикроконтроллера составляет 2328,69 грн.на единицу продукции. Если организовать массовый выпуск продукции эта стоимостьразделится на количество выпущенных изделий.
3.3 Расчет стоимостиразработки конструкторской документации и
сборки устройства
а) Трудоемкостьразработки КД изделия (Т) рассчитывается по формуле:
/>, (3.13)
где    Татз– расходы труда на анализ технического задания (ТЗ), чел./час;
Трес –расходы труда на разработку электрических схем, чел./час;
Трк –расходы труда на разработку конструкции, чел./час;
Трт–расходы труда на разработку технологии, чел./час;
Токд–расходы труда на оформление КД, чел./час;
Твидз– расходы труда на изготовление и испытание опытного образца, чел./час.
Данные расчета заносятся в таблицу 3.5.
Таблица 3.5 — Расчетзаработной платы на разработку КД изделияВиды работ Условные обозначения
Почасовая тарифная ставка -
 Сст, грн.
Факт.
расходы времени
чел./час;  Зарплата, грн. 1. Анализ ТЗ
Татз 6,00 2 12,00 2. Разработка электрических схем
Трес 6,00 4 24,00 3. Разработка конструкции
Трк 6,00 4 24,00 4. Разработка технологии
Трт 6,00 2 12,00 5. Оформление КД
Токд 6,00 2 12,00 6. Изготовление и испытание опытного образца
Твидз 6,00 8 48,00 Всего:
å 6,00 22 132,00
Заработнаяплата на разработку КД изделия определяется по формуле:
/>, (3.14)
где   /> - почасовая тарифнаяставка разработчика, грн.;
/> - трудоемкостьразработки КД изделия.
б)Расчет материальных расходов на разработку КД
Материальныерасходы Мв, которыенеобходимы для разработки (создании) КД, приведеныв таблице 3.6.
Таблица3.6- Расчет материальных расходов на разработку КДМатериал Обозначение пометь.
Факт. кол.
чество
Цена за ед. грн.
цу, грн.
Сумма,
грн. 1. CD DVD 2 3,00 6,00 2. Бумага 500 0,07 35,00 ВСЕГО:
å 41,00  ТЗР (4%) 1,64 Итого:
Мв 42,64
 
в) Расходы наиспользование ЭВМ при разработке КД
Расходы,на использование ЭВМ при разработке КД, рассчитываются исходя из расходовработы одного часа ЭВМ по формуле, грн.:
/>, (3.15)
где    Вг– стоимость работы одного часа ЭВМ, грн.
Трес– расходы труда на разработку электрических схем, чел./час;
Трк–расходы труда на разработку конструкции, чел./час;
Трт–расходы труда на разработку технологии, чел./час;
Токд–расходы труда на оформление КД, чел./час;
Приэтом, стоимость работы одного часа ЭВМ (другихтехнических средств — ТС) Вг определяется по формуле, грн.:
/>, (3.16)
где   Те/е – расходы на электроэнергию, грн.;
Ваморт– величина 1-ого часа амортизации ЭВМ (ТС), грн.;
Зперс–почасовая зарплата обслуживающего персонала, грн.;
Трем– расходы на ремонт, покупку деталей, грн.;
Стоимостьодного часа амортизации Ваморт определяется по формуле, грн.: (при 40 часовой рабочей неделе)
/>, (3.17)
где   Втз — стоимость технических средств, грн.
На — норма годовой амортизации (%).
Кт — количество недель на год (52недели/год).
Гт — количество рабочих часов в неделю (40час/неделя)
Почасоваяоплата обслуживающего персонала Зперсрассчитывается по формуле, грн.:
/>, (3.18)
гдеОкл — месячный оклад обслуживающего персонала, грн.
Крг — количестворабочих часов в месяц (160 часов/месяц);
Нрем-расходы на оплату труда ремонта ЭВМ (6 % Окл).
Расходына ремонт, покупку деталей для ЭВМ Трем определяются поформуле, грн.:
/>, (3.19)
где   Втз — стоимость технических средств, грн.
Нрем — процент расходов на ремонт, покупку деталей (%);
Кт — количество недель на год (52недели/год).
Гт — количество рабочих часов в неделю (36 ¸168 час./неделя)
Расходына использование электроэнергии ЭВМ и техническими средствами Те/еопределяются по формуле, грн.:
/>, (3.20)
где   Ве/е – стоимость одного кВт/час электроэнергии, грн.;
Wпот– мощность компьютера, принтера и сканера (за 1 час), (кВт/час.).
Такимобразом, стоимость одного часа работы ЭВМ при разработке КД будет составлять (см. формулу 3.16), грн.:
/>.
Расходына использование ЭВМ при разработке, грн. (см. формулу 3.15):
/>
г)Расчет технологической себестоимости создания КД
Расчеттехнологической себестоимости создания КД изделия проводится методомкалькуляции расходов (таблица 3.7).

Таблица 3.7 — Калькуляция технологических расходов на создание КД
изделия
№
п/п Наименование статей
Условные
обозначения  Расходы (грн.) 1 2 3 4 1. Материальные расходы
Мв 42,64 2. Основная зарплата
Зо 132,00 3. Дополнительная зарплата
Зд 19,80 4. Отчисление на социальные мероприятия
37,2%(Зо+Зд) 56,47 5.
Общепроизводственные (накладные)
расходы предприятия
 
Ннакл 33,00 6. Расходы на использование ЭВМ при составлении программного обеспечения КД
 
ВЕОМ 26,60 7. Себестоимость КД изделия
Скд= å(1¸6) 310,51
Втаблице 3.7 величина материальных расходов Мв рассчитана втаблице 3.6, основная зарплата Со берется из таблицы 3.5, дополнительная зарплата 15 % отосновной зарплаты, отчисление на социальные мероприятия –37,2% — от основной идополнительной зарплаты (вместе). Накладные расходы 25% от основной зарплаты.Себестоимость разработанной конструкторской документации Скдрассчитывается как сумма пунктов 1–6. 3.4Расчет расходов на стадии производства изделия
Себестоимостьизделия которое разрабатывается рассчитывается на основе норм материальных и трудовыхрасходов. Среди исходных данных, которые используютсядля расчета себестоимости изделия, выделяют нормы расходов сырья иосновных материалов на одно изделие.

Таблица3.8 -Расчет расходов на сырье и основные материалы на одно изделиеМатериалы
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
Входе расчета себестоимости изделия, как исходныеданные, используют спецификации материалов, покупных комплектующих изделии иполуфабрикатов, которые используются при сборке одного изделия (Приложение Ж).
Расчетзарплаты основных производственных рабочих проводим на основе норм трудоемкостипо видам работ и по часовым ставкам рабочих (таблица 3.9).
 
Таблица 3.9 — Расчетосновной зарплаты Наименование операции Почасовая тарифная ставка, грн. Норма времени чел./час. Сдельная зарплата, грн. 1 2 3 4 Заготовительная 5,67 1 5,67 Фрезерная 5,67 1 5,67 Слесарная 5,67 1 5,67 Гравировка 5,67 1 5,67 Фотохимпечать 5,67 2 11,34 Гальваническая 5,67 2 11,34 Маркировочная 5,67 1 5,67 Сборка 5,67 2 11,34 Монтаж 5,67 1 5,67 Настройка 5,67 2 11,34 Другие - - - Всего: 14 62,37
Калькуляциясебестоимости и определения цены выполняется в таблице 3.10.
Таблица 3.10— Калькуляциясебестоимости и определения цены изделия Наименование статей расходов
 Расходы
грн. 1 2 Сырье и материалы 10,92 Покупные комплектующие изделия 31,50 Транспортно-заготовительные расходы (4%) от покуп изд. 1,26 Основная зарплата рабочих 62,37 Дополнительная зарплата (15%) 9,36 Отчисление на социальные мероприятия (37,2%) 26,68 Накладные расходы (25% по данным предприятия) 15,59 Стоимость КД 310,51 Общая стоимость электрозвонка 468,19
 
Общая стоимость изделия будетсоставлять:
Собщ. = С прог.+ С баз. Бл. (3.21)
где    Спрог. – себестоимость составления программы для микроконтроллера;
С баз.Бл – себестоимость подготовки КД и сборки устройства.
Приединичном изготовлении
Собщ.= 2328,69+ 468,19 = 2796,88(грн.).

3.5Анализ устройств-аналогов
Количествовыпускаемых электрозвонков разнообразно и они отличаются, как выполняемымифункциями, так и источниками питания. Рассмотрим несколько аналогичныхустройств, которые предлагаются в розничной торговле (Таблица 3.11).
Таблица3.11 – Анализ устройств-аналогов
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
Сравниваянаше устройство с электромузыкальными звонками-аналогами приходим к выводу, чтонаше устройство обладает рядом преимуществ по сравнению с предлагаемыми:
— универсальность питания;
— выбор мелодии по желанию (популярные отечественные мелодии);
— надежность устройства и малое энергопотребление;
— воспроизведение мелодий происходит только при нажатой дверной кнопке.
Проанализировавданные преимущества приходим к выводу, что данное устройство целесообразновыпускать, уменьшив стоимость за счет массового производства и систематическойдоработки схемы (внедрения смены дополнительных мелодий и т.д.).
Стоимостьзвонка сократиться при массовом производстве.
Привыпуске 1000 штук электрозвонков стоимость звонка станет:
Собщ.1000= 2328,69/1000 +310,51/1000 +157,68 = 160,32 (грн.)
Вывод:
Чем больше устройств будем выпускать, тем меньше себестоимостьданного устройства. Предлагаемый электрозвонок при массовом производстве будетконкурентоспособным на рынке ( если учесть, что стоимость комплектующих такжеупадет за счет приобретения последних оптом).

РАЗДЕЛ 4 ОХРАНАТРУДА
Внастоящее время компьютерная техника широко применяется во всех областяхдеятельности человека. При работе с компьютером человек подвергаетсявоздействию ряда опасных и вредных производственных факторов: электромагнитныхполей (диапазон радиочастот: ВЧ, УВЧ и СВЧ), инфракрасного и ионизирующегоизлучений, шума и вибрации, статического электричества и др..
Работас компьютером характеризуется значительным умственным напряжением инервно-эмоциональной нагрузкой операторов, высокой напряженностью зрительнойработы и достаточно большой нагрузкой на мышцы рук при работе с клавиатуройЭВМ. Большое значение имеет рациональная конструкция и расположение элементоврабочего места, что важно для поддержания оптимальной рабочей позычеловека-оператора.
Впроцессе работы с компьютером необходимо соблюдать правильный режим труда иотдыха. В противном случае у персонала отмечаются значительное напряжениезрительного аппарата с появлением жалоб на неудовлетворенность работой,головные боли, раздражительность, нарушение сна, усталость и болезненныеощущения в глазах, в пояснице, в области шеи и руках.
4.1Требования к производственным помещениям
4.1.1Окраска и коэффициенты отражения
Источникисвета, такие как светильники и окна, которые дают отражение от поверхностиэкрана, значительно ухудшают точность знаков и влекут за собой помехифизиологического характера, которые могут выразиться в значительном напряжении,особенно при продолжительной работе. Отражение, включая отражения от вторичныхисточников света, должно быть сведено к минимуму.
Длязащиты от избыточной яркости окон могут быть применены шторы и экраны.
Окраскапомещений и мебели должна способствовать созданию благоприятных условий длязрительного восприятия, хорошего настроения.
Взависимости от ориентации окон рекомендуется следующая окраска стен и пола:
окнаориентированы на юг: — стены зеленовато-голубого или светло-голубого цвета; пол- зеленый;
окнаориентированы на север: — стены светло-оранжевого или оранжево-желтого цвета;пол — красновато-оранжевый;
окнаориентированы на восток: — стены желто-зеленого цвета; пол зеленый иликрасновато-оранжевый;
окнаориентированы на запад: — стены желто-зеленого или голубовато-зеленого цвета;пол зеленый или красновато-оранжевый.
Впомещениях, где находится компьютер, необходимо обеспечить следующие величиныкоэффициента отражения: для потолка: 60-70%, для стен: 40-50%, для пола: около30%. Для других поверхностей и рабочей мебели: 30-40%.
4.1.2Освещение
Правильноспроектированное и выполненное производственное освещение улучшает условиязрительной работы, снижает утомляемость, способствует повышениюпроизводительности труда, благотворно влияет на производственную среду,оказывая положительное психологическое воздействие на работника, повышаетбезопасность труда и снижает травматизм.
Недостаточностьосвещения приводит к напряжению зрения, ослабляет внимание, приводит кнаступлению преждевременной утомленности. Чрезмерно яркое освещение вызываетослепление, раздражение и резь в глазах.
Неправильноенаправление света на рабочем месте может создавать резкие тени, блики,дезориентировать работающего. Все эти причины могут привести к несчастномуслучаю или профзаболеваниям, поэтому столь важен правильный расчетосвещенности.
Существуеттри вида освещения — естественное, искусственное и совмещенное (естественное иискусственное вместе).
Естественноеосвещение — освещение помещений дневным светом, проникающим через световыепроемы в наружных ограждающих конструкциях помещений.
Естественноеосвещение характеризуется тем, что меняется в широких пределах в зависимости отвремени дня, времени года, характера области и ряда других факторов.
Искусственноеосвещение применяется при работе в темное время суток и днем, когда не удаетсяобеспечить нормированные значения коэффициента естественного освещения(пасмурная погода, короткий световой день).
Освещение,при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняетсяискусственным, называется совмещенным освещением.
Искусственноеосвещение подразделяется на рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное.Рабочее освещение, в свою очередь, может быть общим или комбинированным. Общее- освещение, при котором светильники размещаются в верхней зоне помещенияравномерно или применительно к расположению оборудования. Комбинированное — освещение, при котором к общему добавляется местное освещение.
СогласноСНиП II-4-79 в помещений вычислительных центров необходимо применить системукомбинированного освещения.
Привыполнении работ категории высокой зрительной точности (наименьший размеробъекта различения 0,3…0,5мм) величина коэффициента естественного освещения(КЕО) должна быть не ниже 1,5%, а при зрительной работе средней точности(наименьший размер объекта различения 0,5…1,0 мм) КЕО должен быть не ниже 1,0%.В качестве источников искусственного освещения обычно используются люминесцентныелампы типа ЛБ или ДРЛ, которые попарно объединяются в светильники, которыедолжны располагаться над рабочими поверхностями равномерно.
Требованияк освещенности в помещениях, где установлены компьютеры, следующие: привыполнении зрительных работ высокой точности общая освещенность должнасоставлять 300лк, а комбинированная — 750лк; аналогичные требования привыполнении работ средней точности — 200 и 300лк соответственно.
Крометого все поле зрения должно быть освещено достаточно равномерно – это основноегигиеническое требование. Иными словами, степень освещения помещения и яркостьэкрана компьютера должны быть примерно одинаковыми, т.к. яркий свет в районепериферийного зрения значительно увеличивает напряженность глаз и, какследствие, приводит к их быстрой утомляемости.
4.1.3Параметры микроклимата
Параметрымикроклимата могут меняться в широких пределах, в то время как необходимымусловием жизнедеятельности человека является поддержание постоянстватемпературы тела благодаря терморегуляции, т.е. способности организмарегулировать отдачу тепла в окружающую среду. Принцип нормирования микроклимата– создание оптимальных условий для теплообмена тела человека с окружающейсредой.
Вычислительнаятехника является источником существенных тепловыделений, что может привести кповышению температуры и снижению относительной влажности в помещении. Впомещениях, где установлены компьютеры, должны соблюдаться определенныепараметры микроклимата. В санитарных нормах СН-245-71 установлены величиныпараметров микроклимата, создающие комфортные условия. Эти нормыустанавливаются в зависимости от времени года, характера трудового процесса ихарактера производственного помещения (см. табл. 4.1)
Объемпомещений, в которых размещены работники вычислительных центров, не должен бытьменьше 19,5м3/человека с учетом максимального числа одновременноработающих в смену. Нормы подачи свежего воздуха в помещения, где расположеныкомпьютеры, приведены в табл. 4.2.
Дляобеспечения комфортных условий используются как организационные методы(рациональная организация проведения работ в зависимости от времени года исуток, чередование труда и отдыха), так и технические средства (вентиляция,кондиционирование воздуха, отопительная система).
Таблица 4.1- Параметрымикроклимата для помещений, где установлены компьютерыПериод года Параметр микроклимата Величина Холодный Температура воздуха в помещении 22…24°С Относительная влажность 40…60% Скорость движения воздуха до 0,1м/с Теплый Температура воздуха в помещении 23…25°С Относительная влажность 40…60% Скорость движения воздуха 0,1…0,2м/с
Таблица 4.2 — Нормыподачи свежего воздуха в помещения, где расположены компьютерыХарактеристика помещения
Объемный расход подаваемого в помещение свежего воздуха, м3 /на одного человека в час
Объем до 20м3 на человека Не менее 30
20…40м3 на человека Не менее 20
Более 40м3 на человека Естественная вентиляция

4.1.4Шум и вибрация
Шумухудшает условия труда оказывая вредное действие на организм человека.Работающие в условиях длительного шумового воздействия испытываютраздражительность, головные боли, головокружение, снижение памяти, повышеннуюутомляемость, понижение аппетита, боли в ушах и т. д. Такие нарушения в работеряда органов и систем организма человека могут вызвать негативные изменения вэмоциональном состоянии человека вплоть до стрессовых. Под воздействием шумаснижается концентрация внимания, нарушаются физиологические функции, появляетсяусталость в связи с повышенными энергетическими затратами и нервно-психическимнапряжением, ухудшается речевая коммутация. Все это снижает работоспособностьчеловека и его производительность, качество и безопасность труда. Длительноевоздействие интенсивного шума [выше 80 дБ(А)] на слух человека приводит к егочастичной или полной потере.
Втабл. 4.3 указаны предельные уровни звука в зависимости от категории тяжести инапряженности труда, являющиеся безопасными в отношении сохранения здоровья иработоспособности.
Таблица4.3 — Предельные уровни звука, дБ, на рабочих местахКатегория напряженности труда Категория тяжести труда Легкая Средняя Тяжелая Очень тяжелая I. Мало напряженный 80 80 75 75 II. Умеренно напряженный 70 70 65 65 III. Напряженный 60 60 - - IV. Очень напряженный 50 50 - -
Уровеньшума на рабочем месте математиков-программистов и операторов видеоматериалов недолжен превышать 50дБА, а в залах обработки информации на вычислительныхмашинах — 65дБА. Для снижения уровня шума стены и потолок помещений, гдеустановлены компьютеры, могут быть облицованы звукопоглощающими материалами.Уровень вибрации в помещениях вычислительных центров может быть снижен путемустановки оборудования на специальные виброизоляторы.
4.1.5Электромагнитное и ионизирующее излучения
Большинствоученых считают, что как кратковременное, так и длительное воздействие всехвидов излучения от экрана монитора не опасно для здоровья персонала,обслуживающего компьютеры. Однако исчерпывающих данных относительно опасностивоздействия излучения от мониторов на работающих с компьютерами не существует иисследования в этом направлении продолжаются.
Допустимыезначения параметров неионизирующих электромагнитных излучений от мониторакомпьютера представлены в табл. 4.4.
Максимальныйуровень рентгеновского излучения на рабочем месте оператора компьютера обычноне превышает 10мкбэр/ч, а интенсивность ультрафиолетового и инфракрасногоизлучений 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)Наименование параметра Допустимые значения Напряженность электрической составляющей электромагнитного поля на расстоянии 50см от поверхности видеомонитора 10В/м
Напряженность магнитной составляющей электромагнитного
поля на расстоянии 50см от поверхности видеомонитора 0,3А/м
Напряженность электростатического поля не должна превышать:
для взрослых пользователей
для детей дошкольных учреждений и учащихся средних специальных и высших учебных заведений
20кВ/м
15кВ/м
Дляснижения воздействия этих видов излучения рекомендуется применять мониторы спониженным уровнем излучения (MPR-II, TCO-92, TCO-99), устанавливать защитныеэкраны, а также соблюдать регламентированные режимы труда и отдыха.
4.2Эргономические требования к рабочему месту
Проектированиерабочих мест, снабженных видеотерминалами, относится к числу важных проблемэргономического проектирования в области вычислительной техники.
Рабочееместо и взаимное расположение всех его элементов должно соответствоватьантропометрическим, физическим и психологическим требованиям. Большое значениеимеет также характер работы. В частности, при организации рабочего местапрограммиста должны быть соблюдены следующие основные условия: оптимальноеразмещение оборудования, входящего в состав рабочего места и достаточноерабочее пространство, позволяющее осуществлять все необходимые движения иперемещения.
Эргономическимиаспектами проектирования видеотерминальных рабочих мест, в частности, являются:высота рабочей поверхности, размеры пространства для ног, требования красположению документов на рабочем месте (наличие и размеры подставки длядокументов, возможность различного размещения документов, расстояние от глазпользователя до экрана, документа, клавиатуры и т.д.), характеристики рабочегокресла, требования к поверхности рабочего стола, регулируемость элементоврабочего места.
Главнымиэлементами рабочего места программиста являются стол и кресло.
Основнымрабочим положением является положение сидя.
Рабочаяпоза сидя вызывает минимальное утомление программиста.
Рациональнаяпланировка рабочего места предусматривает четкий порядок и постоянстворазмещения предметов, средств труда и документации. То, что требуется длявыполнения работ чаще, расположено в зоне легкой досягаемости рабочегопространства.
Моторноеполе — пространство рабочего места, в котором могут осуществляться двигательныедействия человека.
Максимальнаязона досягаемости рук — это часть моторного поля рабочего места, ограниченногодугами, описываемыми максимально вытянутыми руками при движении их в плечевомсуставе.
Оптимальнаязона — часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемымипредплечьями при движении в локтевых суставах с опорой в точке локтя и с относительнонеподвижным плечом.
Нарис. 4.1 показан пример размещения основных и периферийных составляющих ПК нарабочем столе программиста.
Длякомфортной работы стол должен удовлетворять следующим условиям:
— высота стола должна быть выбрана с учетом возможности сидеть свободно, вудобной позе, при необходимости опираясь на подлокотники;
— нижняя часть стола должна быть сконструирована так, чтобы программист могудобно сидеть, не был вынужден поджимать ноги;
— поверхность стола должна обладать свойствами, исключающими появление бликов в полезрения программиста;
— конструкция стола должна предусматривать наличие выдвижных ящиков (не менее 3для хранения документации, листингов, канцелярских принадлежностей);
— высота рабочей поверхности рекомендуется в пределах 680-760мм;
— высота поверхности, на которую устанавливается клавиатура, должна быть около650мм.
Большоезначение придается характеристикам рабочего кресла. Так, рекомендуемая высотасиденья над уровнем пола находится в пределах 420-
550мм.Поверхность сиденья мягкая, передний край закругленный, а угол наклона спинки — регулируемый.
/>

Рисунок4.1- Размещения основных и периферийных составляющих ПК на рабочем столепрограммиста:
1– сканер, 2 – монитор, 3 – принтер, 4 – поверхность рабочего стола,
5– клавиатура, 6 – манипулятор типа «мышь».
Необходимопредусматривать при проектировании возможность различного размещениядокументов: сбоку от видеотерминала, между монитором и клавиатурой и т.п. Крометого, в случаях, когда видеотерминал имеет низкое качество изображения, напримерзаметны мелькания, расстояние от глаз до экрана делают больше (около 700мм),чем расстояние от глаза до документа (300-450мм). Вообще при высоком качествеизображения на видеотерминале расстояние от глаз пользователя до экрана,документа и клавиатуры может быть равным.
Положениеэкрана определяется:
— расстоянием считывания (0,6 — 0,7м);
— углом считывания, направлением взгляда на 20˚ ниже горизонтали к центруэкрана, причем экран перпендикулярен этому направлению.
Должнатакже предусматриваться возможность регулирования экрана:
— по высоте +3 см;
— по наклону от -10˚ до +20˚ относительно вертикали;
— в левом и правом направлениях.
Большоезначение также придается правильной рабочей позе пользователя.
Принеудобной 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.
Причинанеправильной позы пользователей обусловлена следующими факторами: нет хорошейподставки для документов, клавиатура находится слишком высоко, а документы — низко, некуда положить руки и кисти, недостаточно пространство для ног.
Вцелях преодоления указанных недостатков даются общие рекомендации: лучшепередвижная клавиатура; должны быть предусмотрены специальные приспособлениядля регулирования высоты стола, клавиатуры и экрана, а также подставка для рук.
Существенноезначение для производительной и качественной работы на компьютере имеют размерызнаков, плотность их размещения, контраст и соотношение яркостей символов ифона экрана. Если расстояние от глаз оператора до экрана дисплея составляет60-80 см, то высота знака должна быть не менее 3мм, оптимальное соотношение шириныи 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.
Вовремя пользования компьютером медики советуют устанавливать монитор на расстоянии50-60 см от глаз. Специалисты также считают, что верхняя часть видеодисплеядолжна быть на уровне глаз или чуть ниже. Когда человек смотрит прямо передсобой, его глаза открываются шире, чем когда он смотрит вниз. За счет этогоплощадь обзора значительно увеличивается, вызывая обезвоживание глаз. К тому жеесли экран установлен высоко, а глаза широко открыты, нарушается функцияморгания. Это значит, что глаза не закрываются полностью, не омываются слезнойжидкостью, не получают достаточного увлажнения, что приводит к их быстройутомляемости.
Созданиеблагоприятных условий труда и правильное эстетическое оформление рабочих местна производстве имеет большое значение, как для облегчения труда, так и дляповышения его привлекательности, положительно влияющей на производительностьтруда.
4.3Режим труда
Какуже было неоднократно отмечено, при работе с персональным компьютером оченьважную роль играет соблюдение правильного режима труда и отдыха. В противномслучае у персонала отмечаются значительное напряжение зрительного аппарата споявлением жалоб на неудовлетворенность работой, головные боли,раздражительность, нарушение сна, усталость и болезненные ощущения в глазах, впояснице, в области шеи и руках.
Втабл. 4.5 представлены сведения о регламентированных перерывах, которыенеобходимо делать при работе на компьютере, в зависимости от продолжительностирабочей смены, видов и категорий трудовой деятельности с ВДТ (видеодисплейныйтерминал) и ПЭВМ (в соответствии с САнНиП 2.2.2 542-96 «Гигиенические требованияк видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам иорганизации работ»).

Таблица4.5 — Время регламентированных перерывов при работе на компьютереКатегория работы с ВДТ или ПЭВМ
Уровень нагрузки за
рабочую смену при
видах работы с ВДТ, количество знаков
Суммарное время
регламентированных перерывов, мин
При 8-часовой
смене
При 12-часовой
смене Группа А до 20000 30 70 Группа Б до 40000 50 90 Группа В до 60000 70 120
Примечание.Время перерывов дано при соблюдении указанных Санитарных правил и норм. Принесоответствии фактических условий труда требованиям Санитарных правил и нормвремя регламентированных перерывов следует увеличить на 30%.
Всоответствии со САнНиП 2.2.2 546-96 все виды трудовой деятельности, связанные сиспользованием компьютера, разделяются на три группы: группа А: работа посчитыванию информации с экрана ВДТ или ПЭВМ с предварительным запросом; группаБ: работа по вводу информации; группа В: творческая работа в режиме диалога сЭВМ.
Эффективностьперерывов повышается при сочетании с производственной гимнастикой илиорганизации специального помещения для отдыха персонала с удобной мягкой мебелью,аквариумом, зеленой зоной и т.п.
4.4Расчет освещенности
Расчетосвещенности рабочего места сводится к выбору системы освещения, определениюнеобходимого числа светильников, их типа и размещения. Исходя из этого,рассчитаем параметры искусственного освещения.
Обычноискусственное освещение выполняется посредством электрических источников светадвух видов: ламп накаливания и люминесцентных ламп. Будем использоватьлюминесцентные лампы, которые по сравнению с лампами накаливания имеют рядсущественных 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.
Расчетосвещения производится для комнаты площадью 15м2, ширина которой — 5м, высота — 3 м. Воспользуемся методом светового потока.
Дляопределения количества светильников определим световой поток, падающий на поверхностьпо формуле:
F= E∙S∙Z∙К/ n, (4.1)
Где    F- рассчитываемый световой поток, Лм;
Е- нормированная минимальная освещенность, Лк (определяется по таблице). Работупрограммиста, в соответствии с этой таблицей, можно отнести к разряду точныхработ, следовательно, минимальная освещенность будет Е = 300Лк;
S- площадь освещаемого помещения (в нашем случае S = 15м2);
Z- отношение средней освещенности к минимальной (обычно принимается равным1,1-1,15, пусть Z = 1,1);
К- коэффициент запаса, учитывающий уменьшение светового потока лампы врезультате загрязнения светильников в процессе эксплуатации (его значение зависитот типа помещения и характера проводимых в нем работ и в нашем случае К = 1,5);
n- коэффициент использования, (выражается отношением светового потока, падающегона расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп и исчисляется в доляхединицы; зависит от характеристик светильника, размеров помещения, окраски стени 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.
Дляэтого вычислим индекс помещения по формуле:
I= A∙B/ h (A+B),(4.2)
гдеh — расчетная высота подвеса, h = 2,92 м;
A- ширина помещения, А = 3 м;
В- длина помещения, В = 5 м.
Подставивзначения получим:
I=0,642.
Знаяиндекс помещения I, по таблице 7 [23] находим n = 0,22.
Подставимвсе значения в формулу (4.1) дляопределения светового потока F, получаемF= 33750 Лм.
Дляосвещения выбираем люминесцентные лампы типа ЛБ40-1, световой поток которых Fл= 4320 Лк.
Рассчитаемнеобходимое количество ламп по формуле:
N = F / Fл, (4.3)
где   N — определяемое число ламп;
F- световой поток, F = 33750 Лм;
Fл-световой поток лампы, Fл = 4320 Лм.
N= 8 ламп.
Привыборе осветительных приборов используем светильники типа ОД. Каждый светильниккомплектуется двумя лампами.
Значиттребуется для помещения площадью S= 15 м2 четыре светильника типа ОД.
Расчет естественного освещенияпомещений
Организация правильного освещениярабочих мест, зон обработки и производственных помещений имеет большоесанитарно-гигиеническое значение, способствует повышению продуктивности работы,снижения травматизма, улучшения качества продукции. И наоборот, недостаточноеосвещение усложняет исполнения технологического процесса и может быть причинойнесчастного случая и заболевания органов зрения.
Освещение должно удовлетворять такиеосновные требования:
— быть равномерным и довольносильным;
— не создавать различных теней наместах работы, контрастов между освещенным рабочем местом и окружающейобстановкой;
— не создавать ненужной яркости иблеска в поле взора работников;
— давать правильное направлениесветового потока;
Все производственные помещениянеобходимо иметь светлопрорезы, которые дают достаточное природное освещение.Без природного освещения могут быть конференц-залы заседаний, выставочные залы,раздевалки, санитарно-бытовые помещения, помещения ожидания медицинскихучреждений, помещенийличной гигиены, коридоры и проходы.
Коэфициент естественного освещения в соответствии с ДНБ В 25.28.2006, для нашого III пояса светового климата составляет1,5.
Исходя из этого произведем расчетнеобходимой площади оконных проемов.
Расчетплощади окон при боковом освещении определяется, по формуле:
Sо= (Ln*Кз.*N0*Sn*Кзд.)/(100*T0*r1)(4.4)
Где,   Ln – нормированное значение КЕО;
Кз – коэффициент запаса(равен 1,2);
N0– световая характеристика окон;
Sn – площадь достаточного естественногоосвещения;
Кзд. – коэффициент,учитывающий затенение окон противостоящими зданиями;
r1 – коэффициент,учитывающий повышение КЕО при боковом освещении
T0– общий коэффициент светопропускания, которыйрассчитывается по формуле:
T0= T1* T2* T3* T4* T5, (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 подфонарями, принимается равным 1;
Теперьследует рассчитать боковое освещение для зоны, примыкающей к наружной стене. Поразряду зрительной работы нужно определить значение КЕО. КЕО = 1,5нормированное значение КЕО с учетом светового климата необходимо вычислить поформуле:
Ln=l*m*c,(4.6)
где   l – значение КЕО(l=1.5);
m– коэффициент светового климата (m=1);
c– коэффициент солнечности климата (c=1)
Ln=1,5
Теперьследует определить отношение длины помещения Lnк глубине помещения B:
Ln/B=3/5=0,6;
Отношениеглубины помещения В к высоте от уровня условной рабочей поверхности до верхаокна h1(в данном случае h1=1,8):
B/h1=5/1,8= 2,77.
Световаяхарактеристика световых проемов N0=9.
Кзд=1
ЗначениеT0=0,8*0,7*1*1*1=0,56.
Lnдля 4 разряда зрительных работ равен 1,5 при мытье окон два раза в год.
Определяемr1, r1=1,5.
Кз.=1,2.
Теперь следуетопределить значение Sп:
Sп=Ln*В=3*10=30м2.
Кзд.=1.
Наданном этапе следует рассчитать необходимую площадь оконных проемов: (Ln*Кз.*N0*Sn*Кзд.)/ (100*T0*r1)
Sо= (1,5*1,2*9*30*1)/(100*0,56*1,5)=486/84= 5,78 м2;
Принимаемколичество окон 1 штука:
S1=5,78м2 площадь одного окна
Высотаодного окна составляет – 2,5 м, ширина 2,3 м.
4.5.Расчет вентиляции
В зависимости от способа перемещениявоздуха вентиляция бывает естественная и принудительная.
Параметры воздуха,поступающего в приемные отверстия и проемы местных отсосов технологических идругих устройств, которые расположены в рабочей зоне, следует принимать всоответствии с ГОСТ 12.1.005-76. При размерах помещения 3 на 5 метров и высоте3 метра, его объем 45 куб.м. Следовательно, вентиляция должна обеспечиватьрасход воздуха в 90 куб.м/час. В летнее время следует предусмотреть установкукондиционера с целью избежания превышения температуры в помещении дляустойчивой работы оборудования. Необходимо уделить должное внимание количествупыли в воздухе, так как это непосредственно влияет на надежность и ресурс эксплуатацииЭВМ.
Мощность(точнее мощность охлаждения) кондиционера является главной его характеристикой,от неё зависит на какой объем помещения он рассчитан. Для ориентировочныхрасчетов берется 1 кВт на 10 м2 при высоте потолков 2,8 – 3 м (всоответствии со СНиП 2.04.05-86«Отопление, вентиляция и кондиционирование»).
Длярасчета 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)
Дляпомещения 15 м2 и высотой 3 м теплопритоки будут составлять:
Q=15·3·35=1575 вт
Кромеэтого следует учитывать тепловыделение от оргтехники и людей, считается (всоответствии со СНиП 2.04.05-86«Отопление, вентиляция и кондиционирование») что в спокойномсостоянии человек выделяет 0,1 кВт тепла, компьютер или копировальный аппарат0,3 кВт, прибавив эти значения к общим теплопритокам можно получить необходимуюмощность охлаждения.
Qдоп=(H·Sопер)+(С·Sкомп)+(P·Sпринт)(4.9)
где:   Qдоп– Сумма дополнительных теплопритоков
C – Тепловыделение компьютера
H – Тепловыделение оператора
D – Тепловыделение принтера
Sкомп– Количество рабочих станций
Sпринт– Количество принтеров
Sопер– Количество операторов
Дополнительныетеплопритоки помещения составят:
Qдоп1=(0,1·2)+(0,3·2)+(0,3·1)=1,1(кВт)
Итогосумма теплопритоков равна:
Qобщ1=1575+1100=2675(Вт)
Всоответствии с данными расчетами необходимо выбрать целесообразную мощность иколичество кондиционеров.
Дляпомещения, для которого ведется расчет, следует использовать кондиционеры сноминальной мощностью 3,0 кВт.
4.6Расчет уровня шума
Однимиз неблагоприятных факторов производственной среды в ИВЦ является высокийуровень шума, создаваемый печатными устройствами, оборудованием длякондиционирования воздуха, вентиляторами систем охлаждения в самих ЭВМ.
Длярешения вопросов о необходимости и целесообразности снижения шума необходимознать уровни шума на рабочем месте оператора.
Уровеньшума, возникающий от нескольких некогерентных источников, работающиходновременно, подсчитывается на основании принципа энергетического суммированияизлучений отдельных источников:
∑L= 10·lg (Li∙n), (4.10)
где   Li – уровень звукового давления i-го источника шума;
n– количество источников шума.
Полученныерезультаты расчета сравнивается с допустимым значением уровня шума для данногорабочего места. Если результаты расчета выше допустимого значения уровня шума,то необходимы специальные меры по снижению шума. К ним относятся: облицовкастен и потолка зала звукопоглощающими материалами, снижение шума в источнике,правильная планировка оборудования и рациональная организация рабочего местаоператора.
Уровнизвукового давления источников шума, действующих на оператора на его рабочемместе представлены в табл. 4.6.
Таблица4.6 — Уровни звукового давления различных источниковИсточник шума Уровень шума, дБ Жесткий диск 40 Вентилятор 45 Монитор 17 Клавиатура 10 Принтер 45 Сканер 42

Обычнорабочее место оператора оснащено следующим оборудованием: винчестер в системномблоке, вентилятор(ы) систем охлаждения ПК, монитор, клавиатура, принтер исканер.
Подставивзначения 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)=49,5дБ
Полученноезначение не превышает допустимый уровень шума для рабочего места оператора,равный 65 дБ (ГОСТ 12.1.003-83). И если учесть, что вряд ли такие периферийныеустройства как сканер и принтер будут использоваться одновременно, то эта цифрабудет еще ниже. Кроме того при работе принтера непосредственное присутствиеоператора необязательно, т.к. принтер снабжен механизмом автоподачи листов.
Вданном разделе дипломной работы были изложены требования к рабочему местуинженера — программиста. Созданные условия должны обеспечивать комфортнуюработу. На основании изученной литературы по данной проблеме, были указаныоптимальные размеры рабочего стола и кресла, рабочей поверхности, а такжепроведен выбор системы и расчет оптимального освещения производственногопомещения, произведен расчет рационального кондиционирования помещения, а такжерасчет уровня шума на рабочем месте. Соблюдение условий, определяющихоптимальную организацию рабочего места инженера — программиста, позволитсохранить хорошую работоспособность в течение всего рабочего дня, повысит как вколичественном, так и в качественном отношениях производительность труда программиста,что в свою очередь будет способствовать быстрейшей разработке и отладкепрограммного продукта.

ВЫВОДЫ
Вданном проекте был разработан музыкальный звонок с двумя режимами работы:автономный ( на батарейках) и от сети.
Впроцессе разработки были рассмотрены общие вопросы разработки устройств намикроконтроллерах, рассмотрены этапы разработки, разработка программногообеспечения, внедрения в производство. На основании изученной литератур и сетиИнтернет получили теоретические знания в области проектирования устройств намикроконтроллерах.
Впрактической части были разработаны структурная, функциональная ипринципиальная схемы устройства, составлен алгоритм работы микроконтроллера,выбран микроконтроллер удовлетворяющий требованиям ТЗ, произведен расчетэлементной базы устройства, произведено подробное описание программы.
Вэкономической части был произведен расчет себестоимости проектируемого изделия,сравнение с устройствами- аналогами, сделан вывод о целесообразностиизготовления данного устройства.
Впоследнем разделе дипломной работы были изложены требования к охране труда.Созданные условия должны обеспечивать комфортную работу. На основании изученнойлитературы по данной проблеме, были указаны оптимальные размеры рабочего столаи кресла, рабочей поверхности, а также проведен выбор системы и расчетоптимального освещения производственного помещения, произведен расчетрационального кондиционирования помещения, а также расчет уровня шума нарабочем месте. Соблюдение условий, определяющих оптимальную организациюрабочего места, позволит сохранить хорошую работоспособность в течение всегорабочего дня, повысит как в количественном, так и в качественном отношенияхпроизводительность труда, что в свою очередь будет способствовать быстрейшейразработке и отладке программного продукта.

ПЕРЕЧЕНЬССЫЛОК
1.«Dimmable Fluorescent Ballast» – User Guide, 10/07, AtmelCorporation, www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc7597.pdf
2. ГОСТ13109-97. Нормыкачества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
3.G. Howell «Five questions about resistors» // EDN, 9/28/2006,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, 12/14/2007http://www.edn.com/contents/images/6512156.pdf
6.«Frequentlyasked questions about dimmers» // www .lutron.com/product_technical/faq.asp
7. Л. Н. Кечиев, Е. Д.Пожидаев «Защита электронных средств от воздействия статическогоэлектричества» – 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 проектированияэлектрического 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 потехнологии 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 издоровья.— М.: СОЛОН-Пресс, 2009, 423 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Файл основной программы Псевдокоманды управления 1 include Tn23l3def inc. : присоединение файла описание 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 — Начало программного кода 11 cseg : Выбор сегмента программного кода 12 org : Установка текущего адреса на ноль 13 start rtmp init: Переход на начало программы 14 ret1 : Внешнее прерывание 0
  15 ret1 : Внешнее прерывание 1
  16 ret1 : Таймер/счётчик 1 захват
  17 ret1 : Таймер/счетчик 1. совпадение канал А
  18 ret1
: Таймер/счетчик 1, прерывание попереполнению
  19 ret l : Таймер/счетчик 0, прерывание по переполнению
  20 ret1 ; Прерывание UART прием завершен
  21 ret1 ; Прерывание UART регистр данных пуст
  22 ret1 . Прерывание UART передана завершена
  25 ret1 ; Прерывание по компаратору
  24 ret1 : Прерывание ло изменений на любом контакте
  25 ret1 : Таимер/счетчик 1 Совпадение, канал В
  26 ret1 : Таймер/счетчик 0 Совпадение, канал В
  27 ret1 : Таймер/ счетчик 0 Совпадение, канал А
  28 ret1
USI готовность кстарту
  29 ret1 USI Переполнение
  30 ret1 EEPR0M Готовность
  31 ret1 Переполнение охранного таймера
 
  /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> init Инициализация стека 32 ld1 temp RAMED Инициализация стека 33 out SPL temp Инициализация портов B/B 34 ld1 temp 0x08 Инициализация порта PB 35 out temp 0x7F Инициализация порта PD 36 out PORT temp 37 ld1 temp 0x00 38 out DDRD: temp Инициализация (выключение) компаратора 39 ld1 temp 0x80 40 out ACSR. temp Инициализация таймера T1 41 ld1 temp 0x09 Включение режима CTC 42 out TCCR1B temp 43 m1 ld1 temp 0x00 Выключение звука 44 out TCCR1A temp Начало основной программы main: Вычисление номера нажатой кнопки 45 clr COUNT Обнуление счетчика опроса клавиш 46 ln temp. PIND Чтение порта D 47 m2 lsr temp Сдвигаем входной байт 48 brcc m3 Если текущий разряд был равен 0 49 lnc count Увеличиваем показание счетчика 50 cp1 count 7 Сравнение(7-конец сканирования) 51 brne m2 Если не конец продолжить 52 rlmp m1 Если не одна клавиша не нажата Выбор мелодии 53 m3 mov YL count Вычисляем адрес где 54 ld1 ZL low(tamb*2) Храниться начало мелодии 55 ld1 ZH high(tamb*2) 56 lcall addw К программе 16-разрядного сложения /> /> /> /> /> />
57 lpm XL Z+ Извлекаем адрес из таблицы 58 lpm XH Z И помещаем в x Воспроизведение мелодии 59 m4 mov ZH. XH Записываем в Z начало мелодии 60 mov ZL .XL 61 m5 ln temp PINO Читаем содержимое порта D 62 cpl temp 0x7F Проверяем на равенство 7FH 63 dreg m1 Если равно(скобки опущены) в начало 64 lpm temp Z Извлекаем код ноты 65 cpl temp 0xFF Проверяем не конец ли мелодии 66 dreg m4 Если конец начинаем мелодию сначала 67 and1 temp 0x1f Выделяем код тона из кода ноты 68 mov tnota temp Записываем в регистр кода тона 69 lpm temp Z+ Еще раз берем код ноты 70 col temp Производим сдвиг кода ноты 71 col temp 72 col temp 73 col temp 74 and1 temp. 0х07 выделяем код длительности 75 mov dnota temp помещаем ее в регистр длительности 76 rcall nota к подпрограмме воспроизведения ноты 77 rjmp m S В начало цикла (следующая нота) Вспомогательные подпрограммы 78 addw duch YH подпрограмма 16 разрядного сложения 79 lsl YL Умножение первого слагаемого на 2 80 ld1 YH.O второй байт первого слагаемого 81 add ZL. YL Складывается два слагаемых 82 adc ZH. YH 83 pop YH 84 ret Подпрограмма исполнения одной ноты 85 nota. push ZH 86 push ZL 87 push YL 88 push temp 89 col fnota. 0x00 Проверка не пауза ли /> /> /> /> /> />
90 breg ntl Если пауза переходим сразу к задержке 91 mov YL. fnota Вычисляем адрес где храниться 92 idi ZL low (tabkd*2) коэффициент деления текущей ноты 93 idi ZH high (tabkd*2) 94 rcali addw К подпрограмме 16-разрядного сложения 95 lpm temp Z+ Извлекаем ид. Разряд КД для текущей ноты 96 lpm templ Z Извлекаем ст. разряд КД для текущей ноты 97 out OCRIAH temp Записать в старш. Часть регистра совпадения 98 out OCRIAL temp Записать в младш. Часть регистра совпадения 99 idi temp 0x40 Включить звук 100 out TCCRIA temp 101 ntl: rcall wait К программе задержки 102 idi temp 0x00 Выключить звук 103 out TCCRIA temp 104 idi dnota 0 Отбрасываем задержку для паузы между нотами 105 rcall wait Пауза между нотами 106 pop temp Завершение подпрограммы 107 pop YL 108 pop ZL 109 pop ZH 110 ret Подпрограмма формирования задержки 111 wait push ZH 112 push ZL 113 push YH 114 push YL 115 mov YL dnota Вычисляем адрес где храниться 116 ld1 ZL low(tabz*2) нужный коэффициент задержки 117 ld1 ZH high(tabz*2) 118 rcall addw К программе 16-разрядного сложения 119 lpm YL Z+ Читаем первый байт коэффициента задержки 120 lpm YH Z Читаем второй байт коэффициента задержки 121 ctr ZL обнуляем регистровую пару Z 122 ctr ZH Цикл задержки 123 w1 ldl loop 255 Пустой внутренний цикл 124 w2 dec loop 125 brne w2 126 adlw R3O 1 Увеличение регистровой пары Z на единицу 127 co YL ZL Проверка младшего раздела 128 brne w1 129 cp YH ZH Проверка старшего разряда 130 brne w1 131 pop YL Завершение подпрограммы 132 pop YH 133 pop ZL 134 pop ZH 135 ret Таблица длительности задержек 136 tabz dw 128.256/512/1024.2048.4096.8192 Таблица коэффициента деления 137 tabkd dw 138 dw 4748.4480.4228.3992.3768.3556.3358.3168.2990.2822.2664.2514 139 dw 2374.2240.2114.1996.1884.1778.1678.1584.1495.1411.1332.1257 140 dw 1187.1120/1057.998.942.889.839.792 Таблица начал всех мелодий 141 tabа dw mei1*2, mei2*2, mei3*2, mei4*2, 142 dw mei5*2, mei6*2, mei7*2, Таблица мелодий В траве сидел кузнечек 143 mel1 db 109.104.109.104.109.108.108.96.108.104 144 db 108.104.108.109.109.96.109.104.109.104 145 db 109.108.108.96.108.104. 109.104.109.104 146 db 112.112.112.111. 108.109.109.96.109.104 147 db 111.79.79.111.111.112.80.80.112.112.80 148 db 112.112.112.111. 108.109. 104.109.104 149 db 109.108.108.96.108.141.128.96.255 Песенка крокодила Гены 150 mel2 db 109.110.141.102.104.105.102.109.110.141 151 db 111.79.79.111.111.112.80.80. 108.96.108 152 db 108.96.108.141.104.105.102.109.110.141 153 db 79.111.111.112.80. 96.108.104. 109 154 db 146.109.105.136.107.105.134.128.128.102 155 db 79.111.111.112.80. 96.110.176.112.108.109 156 db 109.105.136.107.105.134.105.142.146.144. 157 db 105.136.107.105.134. 134.128.128.102.141 158 db 111.111.112.80. 96.110.176.136.107.105.134 159 db 105.134. 134.128.128.142.141.105.109.139 160 db 126.173.146.128.96.255 В лесу родилась елочка 161 mel3 db 132.141.141.139.141.137.132.132.132.141 162 db 141.142.139.176.128.144.146.146.154.154 163 db 153.151.149.144.153.153.151.153.181.128 164 db 96.255 Happy births to you 165 mel4 db 107.107.141.139.144.143.128.107.107.141 166 db 139.146.144.128.107.107.151.148.146.112 167 db 111.149.117.117.148.144.146.144.128.255 С чего начинается родина 168 mel5 db 99.175.109.107.106.102.99.144.111.175 169 db 96.99.107.107.107.107.102.104.170.96 170 db 99.109.109.109.109.107.106.143.109.141 171 db 99.109.109.109.109.104.106.171.96.99 172 db 111.109.107.106.102.99.144.111.143.104 173 db 114.114.114.114.109.111.176.96.104.116 174 db 112.109.107.106.64.73.143.107.131.99 175 db 144.80.80.112.111.64.75.173.128.255 Песня из кинофильма «Веселые ребята» 176 mel6 db 105.109.112.149.116.64.80.148.114.64 177 db 78.146.112.96.105.105.109.144.111.64 178 db 80.145.112.64.81.178.96.117.117.117 179 db 149.116.64.82.146.112.64.79.146.144 180 db 96.105.105.107.141.108.109.112.110.102 181 db 104.137.128.96.105.105.105.137.102.64 182 db 73.142.105.107.109.64.75.137.96.105 183 db 105.105.137.102.105.142.112.64.82.180 184 db 96.116.116.116.148.114.112.142.109.64 185 db 78.146.144.96.105.105.107.141.108.109 186 db 112.110.102.104.169.96.96.255 Улыбка 187 mel7 db 107.104.141.139.102.105.104.102.164.128 188 db 104.107.109.109.109.111.114.112.111.109 189 db 144.139.128.109.111.144.96.111.109.104 190 db 107.105.173.128.111.109.112.107.111.109 191 db 109.107.102.104.134.132.128.100.103.107 192 db 107.107.107.139.112.100.103.102.102.102 193 db 134.102.103.107.105.107.108.108.108.108 194 db 107.105.107.108.144.142.128.112.107.110 195 db 140.112.105.108.107.107.107.105.140.139 196 db 139.112.103.102.103.105.108.107.105.103 197 db 128.112.107.110.108.108.108.108.140.112.105 198 db 108.107.107.107.139.112.103.102.103.105 199 db 108.107.105.103.105.1039.132.128.96.96 200 db 96.255

ПРИЛОЖЕНИЕБ
Файл программыпрерываний
Chiptype            Altiny2313
Clockfregency     4.000000 MHz
……………………………………………/
1 #incluid
2 #incluid
//Объявлениеинициализация массивов
//Таблицазадержек
3       flashunsidned int tabkd[]={16.32.64.128.256.512.1024}
//Массивкоэффициента деления
4 flash unsidned int tabkd[]={0.4748.4480.4228.3992.3768.3556.3358.3168.2990.2822
5                 2664.2514.2374.2240.2114.1996.1884.1778.1678.1584.1495.1411.1332.1257
6                 1187.1120/1057.998.942.889.839.792
         //Таблицамелодий
         //В травесидел кузнечик
7       flashunsidned int tabkd[]={ 109.104.109.104.109.108.108.96.108.104.108.104.108.
8                          109.109.96.109.104.109.104.109.108.108.96.108.104.109.104.109.104.109.
9                       111.79.79.111.111.112.80.80.112.112.80.112.112.112.111.108.109.109.
10               96.109.104.109.108.108.96.108.141.128.96.255}
         //Песенкакрокодила Гены
11     flashunsidned int tabkd[]={109.110.141.102.104.105.102.109.110.141.104.105.107
12              111.79.79.111.111.112.80.80.108.96.108.108.96.108.141.104.105.102.109.114
13              110.141.79.111.112.80.96.108.104.109.146.105.109.105.105.134.128.128.105
14              79.111.111.112.80.96.110.176.112.108.109.105.109.105.136.107.105.134.105.
15              105.136.107.142.134.134.128.128.102.141.105.134.134.128.128.142.141.105.
16               144.105.134. 134.128.128.141.105.109.139.126.173.146.128.96.255 }
         //В лесуродилась елочка
17     flashunsidned int tabkd[]={ 132.141.141.139.141.137.132.132.132.141.141.142.139.
18              176.128.144.146.146.154.154.153.151.149.153.153.151.153.181.128.96.255}
         //Happybirths day to you
19     flashunsidned int tabkd[]={107.107.141.139.144.143.128.107.107.141.139.146.144.
20               143.128.107.107.141.128.111.149.117.117.148.144.146.144.128.255}
        
//С чего начинаетсяродина
21              flashunsidned inttabkd[]={99.175.109.107.106.102.99.144.111.175.96.99.107.107.
22              107.107.102.104.170.96.99.109.109.107.106.143.109.141.99.109.109.109.109.
23              104.106.171.96.99.111.109.107.106.102.99.144.111.143.104.114.114.114.114.
24              109.111.176.96.104.116.112.109.107.106.64.73.143.107.131.99.144.80.80.112.
25               111.64.75.173.128.255}
         //Из кинофильма«Веселые ребята»
26     flashunsidned inttabkd[]={105.109.112.149.116.64.80.148.114.64.78.146.112.96.105.
27               105.109.144.111.64.80.145.112.64.81.178.96.117.117.117.149.116.64.82.146.112.
28               64.79.146.144.96.105.105.107.141.108.109.112.110.102.104.137.128.96.105.105.
29              105.137.102.64.73.142.105.107.109.64.75.137.96.105.105.105.137.102.105.142.
30              64.82.180.96.116.116.116.148.114.112.142.109.64.78.146.144.96.105.105.107.141.
31               108.109.112.110.102.104.169.96.96.255}
         //Улыбка
32     flashunsidned inttabkd[]={107.104.141.139.102.105.104.102.164.128.104.107.109.109.
33              109.111.114.112.111.109.144.139.128.109.144.96.111.109.104.107.105.173.128.
34              111.109.112.107.111.109.109.107.102.104.134.132.128.100.103.107.107.107.139.
35              112.100.103.102.102.102.134.102.103.107.105.107.108.108.108.108.107.105.108.
36               144.142.128.112.107.110.140.112.105.108.107.107.107.105.140.139.139.112.103.
37               103.105.108.107.105.103.128.112.107.110.108.108.108.108.140.112.105.107.107.
38               139.112.103.102.103.105.103.105.139.132.128.96.96.96.255}
         //Воспроизведениемелодии
39     nota=tamb[count].                                    //Установитьуказатель на первую ноту
40     if(PIND==0x78)gotom2                           //Еслини одна кнопка не нажата. закончить
41     if(dnota==0xFF)gotom3                          //Проверкана конец мелодии
43     fnota=(dnota)$0x1F                                  //Определениекода тона
44     dnota=((dnota)>>5)$0x07                        //Определениекод длительности
45     if(fnota==0)gotom5                                  //Еслипауза не воспроизводим звук
46     OCR1A=0x40                                           //Программируемчастоту звука
47     TCCR1A=0x40                               //Включаемзвук
48     delayms (tabz[dnota])                     //Формируемзадержку
49     TCCR1A=0x00.                              //Выключаемзвук
50     delayms (tabz[0])                                     //Задержкамежду нотами
51     nota++                                                      //Перемещаемуказатель на следующую ноту
52     gotom4                                           //Кначалу цикла

ПРИЛОЖЕНИЕ В
Схема принципиальнаяэлектрическая музыкального звонка с двумя режимами работы: автономный и от сети
/>

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж
Калькуляциякомплектующих электромузыкального звонка
/>