Разработка микропроцессорной системы для управления объектом (стр. 6 )

Рис. 12. Схема электрическая принципиальная модуля CPAN

клавиш клавиатуры. Вход разрешения данной микросхемы подключается к земле, так как нет необходимости использовать третье состояние на выходе дешифратора. Определение строки, содержащей нажатую клавишу, производится с помощью первых 5-ти разрядов регистра строк, в качестве которого используется 8-разрядный регистр КР1554ИР22 с тремя состояниями на выходе [ 5 ]. Так как регистр записывает информацию при высоком уровне на входе C, то на него подается инвертированный сигнал с шины управления. Для выбора регистра строк используется сигнал шины управления. При высоком уровне сигнала выходы регистра находятся в третьем состоянии.

В отдельную группу выделяются три управляющие клавиши «ПУСК» (SB21), «ВВОД» (SB22) и «МЕНЮ» (SB23). Так как при нажатии одной из них необходимо формировать прерывание, один выход каждой клавиши соединяется с землей, а другой подается на один из последних 3-х разрядов регистра строк и на вход элемента «3И», который при нажатии одной из 3-х клавиш сформирует сигнал прерывания . При его обработке опрашивается регистр строк и по содержимому его 3-х последних разрядов определяется, нажатие какой из управляющих клавиш вызвало прерывание от оператора. При этом 0 в одном из трех разрядов регистра будет определять нажатие соответствующей клавиши. Резисторы R28, …, R30 используются для формирования «логического 0» на соответствующей линии в момент нажатия клавиши. Для реализации функции «3И» используется микросхема КР1554ЛИ6 [ 5 ], представляющая собой функцию «4И». Для инвертирования сигнала используется инвертор микросхемы КР1554ЛН1 [ 5 ].

Диоды (VD5, …, VD8) на выходах дешифратора выбора столбца необходимы для защиты от короткого замыкания его выходов при одновременном нажатии нескольких клавиш в одной строке, т. к. в данной ситуации потечёт значительный ток от одного выхода дешифратора, на котором в данный момент времени установлен высокий уровень напряжения, к другому выходу дешифратора, на котором в данный момент времени установлен низкий уровень напряжения. Используются диоды Д219А [ 7 ]. Предельный допустимый постоянный ток Iпр равен 20 мА при 100°С. Предельное допустимое обратное напряжение составляет 70 В. При данном напряжении и температуре в 70°С постоянный обратный ток составляет не более 30 мкА. Диоды на выходах дешифратора включаются таким образом, что при возникновении рассматриваемой ситуации, происходит их встречное включение, при этом ток, протекающий по цепи от одного элемента к другому, будет чрезвычайно мал.

Резисторы R22, …, R26 необходимы для ограничения тока в цепи. Далее приведен расчёт резисторов R22, …, R26 на примере расчёта резистора R22 (расчёт остальных резисторов аналогичен).

Минимальное значение сопротивления резистора R22 определяется нагрузочной способностью соответствующей линии сканирования дешифратора выбора столбца. Наихудшим случаем является случай, когда будут нажаты в одном столбце одновременно все 5 клавиш, тогда на 1 линию сканирования собираются токи от всех 5 резисторов, соединённых параллельно, и входные токи первых 5-ти разрядов регистра строк. Запишем токовое условие электрического сопряжения:

,

,

где IR22max – максимальный ток через резистор R22, IIL.КР1554ИР22.max – максимальный входной ток низкого уровня КР1554ИР22, IOL.КР1554ИД14.max – максимальный выходной ток низкого уровня КР1554ИД14.

Тогда минимальное значение сопротивления резистора R22 рассчитывается при условиях максимального значения напряжения питания UССmax = 5,5 В, минимального значения выходного напряжения низкого уровня на выходе дешифратора UOL.ИД14.min = 0 В и минимального падения напряжения на диоде UDmin = 0 В при токе IR22 max = 4,7999 мА:

.

Максимальное значение сопротивления резистора R22 можно рассчитать, исходя из времени заряда паразитной емкости линии. Емкость должна успеть зарядиться до момента следующего опроса столбца. Далее рассчитывается период опроса. Пусть скорость печати равна 200 символов в секунду. Тогда на один символ приходит промежуток времени . За это время надо успеть опросить все 4 столбца. Это время и будет являться периодом опроса. Паразитная емкость линии .

,

.

По результатам расчётов значение сопротивления резистора R22 располагается в диапазоне от 1,146 кОм до 250 МОм. Из номинального ряда выбирается резистор номиналом 1,5 кОм.

Исходя из максимального тока через резистор и значения его сопротивления, можно оценить максимальную рассеиваемую мощность на данном резисторе:

.

Таким образом, в качестве резисторов R22, …, R26 можно выбрать резистор типа МЛТ – 0.кОм ± 5% [ 4 ].

Далее приводится расчет резисторов R27, …, R29 на примере R27.

Минимальное значение сопротивления резистора R27 рассчитывается исходя из того, что ток коммутации клавиши не должен превышать максимально допустимого значения 4 А при условии максимального значения напряжения питания UССmax = 5.5 В:

R27min = .

Максимальное значение сопротивления резистора R27 можно рассчитать, исходя из тех же условий, что и для резистора R22.

,

.

По результатам расчётов значение сопротивления резистора R27 располагается в диапазоне от 1.375 Ом до 250 МОм. Из номинального ряда выбирается резистор номиналом 10 кОм.

Максимальная мощность, рассеиваемая на резисторе:

PR27 max = R27 max ×R27=

Таким образом, в качестве резисторов R27, …, R29 выбирается резистор типа МЛТ – 0.кОм ± 5% [ 4 ].

Сброс МПС поизводится клавишей SB24. Произведем расчет цепи сброса. Сброс ОМЭВМ AT89S8252 происходит при удержании на входе RST высокого уровня в течение не менее двух машинных циклов (на частоте 6 МГц – 4 мкс ). При включении питания также должно учитываться время на запуск тактового генератора – 5 мс на частоте 6 МГц.

Суммарное время равно tСБР = 0.004 + 5 = 5.004 мс.

Уровень логической единицы при сбросе: UIН.RST = 3.85 В.

.

Пусть С13 = 10 мкФ, тогда:

R31 ≥ .

В качестве R31 выбирается резистор МЛТ–0.125–2 кОм ± 5% [ 4 ]. Максимальная мощность на резисторе:

.

В качестве С13 возьмем конденсатор К мкФ ± 20% [ 4 ]. Для того, чтобы кнопка не сгорела в момент коммутации, последовательно за ней включается резистор R30 = Максимальная мощность рассеивания на резисторе R30:

.

В качестве R30 выбирается резистор МЛТ–0.5–100 Ом ± 5% [ 4 ].

1.9. Расчёт сопряжения по цепям адреса

Сигналами цепей адреса являются BA0 – BA14. 15-ый разряд шины адреса используется в качестве сигнала для определения, идет ли обращение к внешней памяти данных или к дешифратору для выбора внешних устройств. Этот сигнал идет на две микросхемы. Формулы для расчета сопряжения из справочника [ 10 ]:

, (1)

, (2)

, (3)

где - выходной ток низкого уровня элемента, - входной ток низкого уровня элемента нагрузки, - выходной ток высокого уровня элемента, - входной ток высокого уровня элемента нагрузки, - предельная емкость нагрузки, - входная емкость элемента нагрузки, - емкость монтажа.

Так как в КМДП входные токи равны 0, то вместо них подставляются в формулы токи утечки.

Для расчета сопряжения по линии сигнала необходимы следующие параметры микросхем AT89S8252, КР1554ЛН1, DS1225AD:

Эти значения подставляются в формулы (1), (2), (3).

,

,

.

Условия выполняются, следовательно, дополнительных схем для сопряжения не требуется.

Для расчета сопряжения по линиям сигналов ВА0, ВА1 необходимы следующие параметры микросхем КР1554ИР22, DS1225AD, M2764A-2F1:

Эти значения подставляются в формулы (1), (2), (3).

,

,

.

Условия выполняются, следовательно, дополнительных схем для сопряжения не требуется.

Для расчета сопряжения по линиям сигналов ВА2, …, ВА7 необходимы следующие параметры микросхем КР1554ИР22, DS1225AD, M2764A-2F1:

Эти значения подставляются в формулы (1), (2), (3).

,

,

.

Условия выполняются, следовательно, дополнительных схем для сопряжения не требуется.

Для расчета сопряжения по линиям сигналов ВА8, ВА9 необходимы следующие параметры микросхем AT89S8252, DS1225AD, M2764A-2F1, КР1554ИР40, КР1554ИД14, MAX309, КР580ВИ53:

Эти значения подставляются в формулы (1), (2), (3).

,

,

Условия выполняются, следовательно, дополнительных схем для сопряжения не требуется.

Для расчета сопряжения по линии сигнала ВА10 необходимы следующие параметры микросхем AT89S8252, DS1225AD, M2764A-2F1, КР1554ИР40:

Эти значения подставляются в формулы (1), (2), (3).

,

,

.

Условия выполняются, следовательно, дополнительных схем для сопряжения не требуется.