Разработка микропроцессорной системы для управления объектом (стр. 4 )

Во избежание преждевременной потери информации при её длительном хранении окно корпуса (для пропуска стирающего облучения) микросхемы должно быть защищено от воздействия ультрафиолетового и видимого излучений, например не пропускающей эти виды излучений плёнкой или дополнительным защищённым корпусом.

Микросхема M2764A-2F1 имеет ёмкость 8К´8. С учетом внутренней памяти команд микроконтроллера, общая память программ составляет 16К´8, этого достаточно для хранения всей управляющей программы с требуемым запасом. Поэтому модуль ПЗУ содержит всего одну микросхему M2764A-2F1 без дополнительных управляющих схем.

Адресные входы А0, ..., А12 микросхемы подключаются к линиям BA0, ..., BA12 шины адреса соответственно. Входы/выходы данных DIO0, .., DIO7 подключаются к линиям BD0, ..., BD7 шины данных соответственно.

Для обеспечения режимов хранения и считывания на вход VPР подаётся напряжение питания UCC, на вход также подаётся напряжение питания UCC. На вход (вход выбора микросхемы) и вход разрешения выхода поступает сигнал с шины управления. В остальное время информационные выходы микросхемы находятся в третьем состоянии.

Для построения модуля NVRAM используется микросхема DS1225AB фирмы STMicroelectronics с временем доступа в 70 нс [ 2 ]. Информация о микросхеме, необходимая в данной работе, представлена в Приложении Ж «Основные параметры используемой микросхемы DS1225AB».Схема модуля NVRAM приведена на рис. 8.

1. Статика. Блок состоит из:

1. микросхема памяти DS1225AB

Входы:BА0-BА12, RAMCS, WR, RD

Выходы: BD0-BD7

Рис. 8. Схема электрическая принципиальная модуля NVRАM

Эта микросхема представляет собой статическое ОЗУ с встроенным источником питания (литиевая батарейка), так что данные автоматически сохраняются при отключении внешнего питания. Число циклов считывания и записи не ограничено. Микросхема имеет низкое потребление, предусмотренные режимы работы: режим считывания, записи, режим сохранения данных при отключении основного источника питания. Последний режим обеспечивает автоматическое переключение к литиевой батарейке при напряжении VСС < 3 В и защиту от записи при напряжении VСС < 4.5 В.

2. Динамика. Блок работает следующим образом:

Микросхема DS1225AB имеет ёмкость 8К´8. Совокупности внутреннего и внешнего ОЗУ достаточно для хранения всех данных с требуемым запасом. Поэтому МПС содержит всего одну микросхему DS1225AB без дополнительных управляющих схем.

Адресные входы А0, …, А12 микросхемы подключаются к линиям BA0, …, BA12 шины адреса соответственно. Входы/выходы данных DQ0, …, DQ7 подключаются к линиям BD0, …, BD7 шины данных соответственно.

На вход выбора микросхемы поступает сигнал с шины управления. При низком уровне на входе режим записи или считывания выбирается сигналом низкого уровня на входе или соответственно, поэтому на входы и поступают сигналы и соответственно с шины управления. При отсутствии обращения к ОЗУ выходы микросхемы находятся в третьем состоянии.

Схема модуля AIOU приведена на рис. 9.

1. Статика. Блок состоит из:

1. Аналоговый мультиплексор MUX.

Входы: X5-X7,BA8,BA9

Выходы:COM

2. АЦП с параллельным интерфейсом ADC.

Входы:AIN

Выходы: DB0-BD9

3. ЦАП с последовательным интерфейсом I2C DAC.

Выходы: Y4,SCL, SDA

4. Внешний источник опорного напряжения REF.

5. Регистр аналогового ввода RGAI.

Входы:DB0-DB7

Выходы:DB0-DB7

6. Формирователь старшего байта RC/TF.

Входы: DB8-DB9

Выходы: BD0-DB1

2. Динамика. Блок работает следующим образом.

Преобразование напряжений Х5, …, Х7 в цифровую форму производится с помощью одноканального АЦП MAX151 фирмы Maxim [ 2 ]. Информация о микросхеме, необходимая в данной работе, представлена в Приложении И «Основные параметры используемой микросхемы МАХ151». Выходной код 10-разрядный, поэтому необходимая погрешность не более 0.1% обеспечивается (половина веса младшего разряда не превышает 0.001). Выходы DB0, …, DB7 подключаются к линиям шины данных BD0, …, BD7 соответственно.

Входные напряжения Х5, …, Х7 подаются на внешний аналоговый мультиплексор 4 в 1 МАХ309 [ 2 ], на который необходимо подать напряжение +15 В и 0 В. Информация о микросхеме, необходимая в данной работе, представлена в Приложении К «Основные параметры используемой микросхемы МАХ309». Мультиплексор имеет 3 управляющих входа: С – стробирования, А0, А1 – адресные. На вход С подадим сигнал выбора АЦП , а на адресные входы подадим сигнал ВА0, ВА1 с адресной шины.

Далее сигнал с выхода мультиплексора подается на вход AIN АЦП МАХ151. Диапазон входных напряжений задаётся при помощи входных опорных

Рис. 9. Схема электрическая принципиальная модуля AIOU

напряжений Vref+ и Vref- и может составлять GND £ Vref- £ Vref+ £ UСС, где UСС = 5 В – напряжение питания, т. е. максимальный диапазон входных напряжений 0 – 5 В. Этому АЦП требуется два опорных напряжения +4.096 В и 0 В, а также питание +5 В и -5 В. При значении опорного напряжения +4.096 В вес младшего разряда соответственно равен 4 мВ. Выбор микросхемы производится с помощью сигнала шины управления. На вход преобразователя подаётся сигнал шины управления. О готовности к приему данных сигнализирует сигнал BUSY низкого уровня.

Вывод ТР АЦП остается не подключенным. Вход Vref+ подключается к внешнему источнику опорного напряжения REF198 фирмы Analog Devices, обеспечивающему опорное напряжение 4.096 В, через конденсатор C12, равный 10 мкФ [ 2 ]. Информация о микросхеме, необходимая в данной работе, представлена в Приложении Л «Основные параметры используемой микросхемы REF198». Необходимо подключить параллельно два конденсатора С3 и С4 к выходу OUT источника. В оригинальном описании микросхемы указано, что С3=0.1 мкФ, С4=1 мкФ. Микросхема REF198 подключается к питанию +5 В через параллельные конденсаторы С10 и С11. Их значения также указаны в описании микросхемы, С10=0.1 мкФ, С11=10 мкФ. Вывод не используется и подключается к выводу Vs.

Вход REFOUT АЦП через конденсатор С5=10 мкФ подключается к земле. Входы DBX в данной микросхеме не используются. К питанию +5 В данная микросхема также подключается через два параллельных конденсатора С6=0.1 мкФ и С7=10 мкФ. А к -5 В – через С8=0.1 мкФ и С9=10 мкФ.

В качестве конденсаторов С3, С6, С8, С10 выбираются керамические конденсаторы К10-17-0.1 мкФ ± 20% [ 4 ]. В качестве конденсатора С4 выбирается танталовый конденсатор К53-18- 1 мкФ ± 20% [ 4 ]. В качестве конденсаторов С5, С7, С9, С11, С12 выбираются танталовые конденсаторы К мкФ ± 20% [ 4 ] .

В соответствии со схемой подключения к опорному напряжению, значения входных аналоговых сигналов Х5, ..., Х7 должны лежать в пределах 0 4.096 В.

Вывод данных из АЦП осуществляется по параллельному интерфейсу. Для того, чтобы передать 10 разрядов на 8-разрядную шину данных в микроконтроллер, необходимо сначала передать старший байт, а затем младший байт. Используем регистр КР1554ИР22 [ 5 ] для запоминания младшего байта. Для управления регистром используется сигнал – управление третьим состоянием. Запись в регистр осуществляется по инверсии сигнала . Это необходимо, чтобы успеть запомнить младший байт с выхода АЦП в регистр. Для старшего байта поставим микросхему КР1554АП4 [ 5 ], представляющую собой формирователь с тремя состояниями выхода. Он управляется сигналом .

В данной МПС используется микросхема 10-разрядного ЦАП AD5311 фирмы Analog Devices [ 6 ], также подключенная к внешнему источнику опорного напряжения REF198. Информация о микросхеме, необходимая в данной работе, представлена в Приложении М «Основные параметры используемой микросхемы AD5311». Для данного ЦАП источником опорного напряжения является источник питания (от 2.5 В до 5.5 В). ЦАП имеет 6-выводный SOT-23 корпус. ЦАП осуществляет преобразование значение Q4 в напряжение Y4. Вес младшего разряда составляет 4 мВ. Ввод данных в ЦАП осуществляется в соответствии с последовательным интерфейсом I2C. ЦАП AD5311 имеет 2х-проводной I2C-совместимый последовательный интерфейс (два вывода SDA и SCL). Сам алгоритм, по которому ЦАП и микроконтроллер будут обмениваться сигналами, задается программно. Рассмотрим лишь общие шаги:

1) Сигналом START к началу передачи данных является спад сигнала SDA в течение высокого уровня SCL;

2) Далее микроконтроллер посылает адрес ведомого устройства (в нашем случае для ЦАП: 0001100), а потом сигнал записи (чтения);

3) ЦАП посылает подтверждение ACK (низкий уровень на 9ом бите);

4) Микроконтроллер (в режиме записи) посылает старший байт: первые 2 бита не важны, далее сигналы PD1, PD0 (00 для нормального режима выключения) и 4 бита данных;

5) ЦАП посылает подтверждение ACK;

6) Микроконтроллер посылает младший байт: 6 бит данных, последние 2 бита не важны;

7) ЦАП посылает ACK;

8) Сигналом STOP является фронт сигнала SDA в течение высокого уровня SCL.

Схема модуля индикации представлена на рис. 10.