Выпускная квалификационная работа. Тема: "Разработка аэродромной служебной оптической системы связи " (стр. 7 )

В таблице1 приведены основные эксплуатационно-технические характеристики данной микросхемы.

Таблица 1

ПАРАМЕТР	ЗНАЧЕНИЕ
минимальное	типовое	максимальное
Рабочий температурный диапазон, С	0	-	70
Температура хранения, С	-40	-	125
Напряжение источника питания, В	4,35	5,0	5,25
Напряжение питания входов-выходов, В	2,97	3,3	3,6
Напряжение питания ядра, В	1,62	1,8	1,98
Ток потребления в рабочем режиме, мА	100	120	160
Ток потребления в режиме ожидания, мА	1	1,5	2,5

       Типовая структурная схема подключения микросхем памяти к контроллеру показана на рис. 3.5.

Рис.3.5. Структурная схема подключения микросхем памяти к контроллеру.

Показанные на структурной схеме генератор импульсов и счетчик включены в состав контроллера флэш-памяти. Частота тактовых импульсов задается подключаемым к контроллеру кварцевым резонатором.

В качестве аналогового мультиплексора предлагается использовать микросхему мультиплексора ADG408 производства компании Analog Devises. Микросхема включает в себя 8 входов и 3-разрядный адрес выбора входной линии, подключаемой к выходу. Микросхема обладает большой скоростью коммутации, большим входным и малым выходным сопротивлением. Также имеется вывод для разрешения или запрета вывода данных. Также достоинством микросхемы является то, что при рабочем напряжении питания +12 вольт она может выдерживать и остается функциональной при падении напряжения до 5 вольт. Структурная схема аналогового мультиплексора  ADG408 приведена на рис.3.6.

В качестве твердотельного накопителя используется микросхема производства компании SAMSUNG K9W4G08U1M. Эта микросхема представляет собой флэш-накопитель на запоминание 2048 64-разрядных слов. Ячейки памяти представляют собой NAND-память.

Микросхемы NAND-флэш  характеризуются типичным временем стирания блока 2 мС, имеют аппаратную защиту данных при переходных процессах по

Рис.3.6. Структурная схема аналогового мультиплексора  ADG408

На рис.3.7. показана схема расположения выводов аналогового мультиплексора

Рис.3.7. Схема расположения выводов аналогового мультиплексора.

питанию и позволяют выполнять 100000 циклов записи/стирания. Гарантированное время сохранности данных составляет 10 лет. Важной особенностью микросхем памяти типа  NAND является их повыводная совместимость вне зависимости от емкости. Это позволяет очень легко улучшать потребительские характеристики конечного изделия.

Данные записываются в накопитель и считываются из него по 8 бит. Структурная схема K9W4G08U1M приведена на рис.3.8.

       Команды, адрес и данные подаются на микросхему через выводы I/O 0- I/O 7. Запись данных происходит путем подачи сигнала низкого уровня на вывод WE, а чтение - путем подачи сигнала низкого уровня на вывод RE. При этом на выводе CE должен быть сигнал низкого уровня.

Сигнал CLE низкого уровня означает, что подаваемый через выводы I/O 0- I/O 7 сигнал является командой. Сигнал АLE низкого уровня означает, что подаваемый через выводы I/O 0- I/O 7 сигнал является адресом. Сигнал PRE низкого уровня означает, что подаваемый через выводы I/O 0- I/O 7 сигнал является данными. Все эти сигналы подаются на модуль логического управления. Также на него подается сигнал WP, который, будучи сигналом низкого уровня, запрещает запись на микросхему.

В случае, если сигнал является адресом, он подается на дешифратор матрицы по строкам (Х-BUFFER) и столбцам (Y-BUFFER). Дешифрованный адрес выдается на матрицу накопителей, где в соответствующую ячейку записывается или считывается информация, согласно команде.

Рис.3.8. Структурная схема K9W4G08U1M.

Согласование и временное хранение сигналов происходит в буфере. Также микросхема включает в себя блок Кэш-памяти, а также специальные регистры. Каждый цикл записи/чтения информации происходит постранично. Напряжение питания микросхемы-3,6 вольт.

§ 3.3 Разработка принципиальной схемы контроллера

Принципиальная электрическая схема устройства приведена на рис.3.9. В этой схеме используется описанная выше микросхема контроллера D1 и всего одна микросхема флэш-памяти D2, а также две микросхемы аналогового мультиплексора D3-D4

Рис.3.9. Принципиальная электрическая схема контроллера.

       

       Перечень элементов устройства с указанием типа применяемых электронных компонентов, их номиналов и типов корпусов при веден В таблице 2.

Таблица 2

Поз. обозначение	Наименование	количество	примечание
BQ1	Резонатор кварцевый	1	HC-49
ЧИП-конденсаторы 0805
С1, С4-С6	0,1 мкФ	4
С2, С3	22мкФ	2
CP1	ЧИП-конденсатор электролитический KVE-6.3-10	1	10 мкФ, 6,3В
Микросхемы
DD1	ST802011N	1	QFN-48
DD2	K9K2G08UMX-Y	1	TSOP-48
DD3-DD4	ADG408	2
L1	ЧИП-индуктивность 1812 100 мкГн	1
ЧИП-резистор 0805
R1, R2	45 Ом+5%	2
R3	620 Ом+1%	1
R4-R6, R8	10 кОм+5%	4
R7	510 Ом+5%	1
HL1	ЧИП-светодиод КР-1608	1
Соединители
X1	Вилка USB A-4 на плату тип А (USB A-1)	1
SA1	Переключатель типа SS22	1

       

Принцип действия схемы заключается в следующем.

Сигналы от узлов самолетного ответчика поступают на мультиплексоры DD3-DD4. Мультиплексоры коммутируются контроллером DD1. Частота коммутации задается кварцевым резонатором BQ1. Параллельно контроллер коммутирует адреса на твердотельном накопителе DD4

       Вместо микросхемы флэш-памяти D2 может быть использована микросхема с меньшим объемом памяти. При использовании всех 16 разрядов ввода-вывода контроллера в устройстве можно применить микросхемы памяти с 16-разрядной шиной данных. Это повысит скорость обмена с микросхемами, но несколько усложнит топологию печатной платы.

Напряжение питания поступает на устройство от интерфейса USB через разъем X1. Элементы L1, CP1 иC1 обеспечивают фильтрацию этого напряжения по высокой и низкой частоте. Контроллер D1 формирует из него напряжения питания 3,3 и1,8 В, необходимые для питания ядра самого контроллера, а также для питания микросхем памяти. Дополнительную фильтрацию напряжений питания осуществляют блокировочные конденсаторы C4–C6. Переключатель SA1, который управляет выводом GP1 контроллера, позволяет запретить запись в микросхемы памяти с целью защиты информации от стирания. Вывод контроллера GP0 управляет через ограничительный резистор R7 светодиодом HL1, отвечающим за индикацию режима работы контроллера (хранение-обращение). Резисторы R1 и R2 обеспечивают согласование входов контроллера с дифференциальными сигналами DM и DP интерфейса USB. Остальные резисторы устройства служат в качестве опорных сопротивлений, подтягивающих уровни сигналов контроллера к напряжению питания или к заземляющему потенциалу. Кварцевый резонатор BQ1 совместно с конденсаторами C2 и C3 обеспечивает формирование задающей частоты контроллера 24 МГц.

Схема не требует наладки и при правильной сборке начинает работать сразу при подключении устройства к интерфейсу USB.

§ 3.4 Разработка алгоритма работы контроллера

       Как уже отмечалось, программное обеспечение организации обмена информацией между микроконтроллером и твердотельным накопителем  должно обеспечивать:

- запись данных  в память программ накопителя;

- запись информации в программно – доступные узлы накопителя;

-  чтение информации из памяти программ накопителя;

- чтение информации из программно – доступных узлов накопителя;

-  запуск программы пользователя в режиме реального времени;

-  запуск программы пользователя в пошаговом режиме.

       Все эти функции выполняет  предлагаемая в настоящей работе программа.

       В начале работы программы происходит начальная установка. Эту установка должна произвести следующие действия:

-  выбрать БАНК  памяти данных микроконтроллера, для хранения временных переменных, необходимых для работы программы (рис.3.10);

- установить значение управляющего бита в регистре специальных функций в 1;