На стадии схемотехнического проектирования необходимо построить схему электрическую принципиальную блоков, изображенных на структурной схеме устройства, произвести выбор элементной базы.
В качестве активного управляющего элемента в программно-аппаратном терминале будет выступать микроконтроллер семейства AVR ATmega128. Данный микроконтроллер маломощный 8-разрядный КМОП микроконтроллер, основанный на расширенной AVR RISC-архитектуре. За счет выполнения большинства инструкций за один машинный цикл ATmega128 достигает производительности 1 млн. операций в секунду/МГц, что позволяет проектировщикам систем оптимизировать соотношение энергопотребления и быстродействия. содержит следующие элементы: 128 кБ внутрисистемно программируемой флэш-памяти с поддержкой чтения во время записи, 4 кБ ЭСППЗУ, 4 кБ статического ОЗУ, 53 линии универсального ввода-вывода, 32 универсальных рабочих регистра, счетчик реального времени (RTC), четыре гибких таймера-счетчика с режимами сравнения и ШИМ, 2 УСАПП, двухпроводной последовательный интерфейс ориентированный на передачу байт, 8-канальный 10-разрядный АЦП с опциональным дифференциальным входом с программируемым коэффициентом усиления, программируемый сторожевой таймер с внутренним генератором, последовательный порт SPI, испытательный интерфейс JTAG совместимый со стандартом IEEE 1149.1, который также используется для доступа к встроенной системе отладке и для программирования, а также шесть программно выбираемых режимов уменьшения мощности. Режим холостого хода (Idle) останавливает ЦПУ, но при этом поддерживая работу статического ОЗУ, таймеров-счетчиков, SPI-порта и системы прерываний. Режим выключения (Powerdown) позволяет сохранить содержимое регистров, при остановленном генераторе и выключении встроенных функций до следующего прерывания или аппаратного сброса. В экономичном режиме (Power-save) асинхронный таймер продолжает работу, позволяя пользователю сохранить функцию счета времени в то время, когда остальная часть контроллера находится в состоянии сна. Режим снижения шумов АЦП (ADC Noise Reduction) останавливает ЦПУ и все модули ввода-вывода, кроме асинхронного таймера и АЦП для минимизации импульсных шумов в процессе преобразования АЦП. В дежурном режиме (Standby) кварцевый/резонаторный генератор продолжают работу, а остальная часть микроконтроллера находится в режиме сна. Данный режим характеризуется малой потребляемой мощностью, но при этом позволяет достичь самого быстрого возврата в рабочий режим. В расширенном дежурном режиме (Extended Standby) основной генератор и асинхронный таймер продолжают работать [1].
УГО микроконтроллера изображено на рисунке 3.1, а его цоколевка на рисунке 3.2. Назначение выводов микроконтроллера ATmega128 представлено в таблице 3.1.
Рисунок 3.1 - УГО микроконтроллера ATmega128
Микроконтроллер производится по технологии высокоплотной энергонезависимой памяти компании Atmel. Встроенная внутрисистемно программируемая флэш-память позволяет перепрограммировать память программ непосредственно внутри системы через последовательный интерфейс SPI с помощью простого программатора или с помощью автономной программы в загрузочном секторе. Загрузочная программа может использовать любой интерфейс для загрузки прикладной программы во флэш-память. Программа в загрузочном секторе продолжает работу в процессе обновления прикладной секции флэш-памяти, тем самым поддерживая двухоперационность: чтение во время записи. За счет сочетания 8-разрядного RISC ЦПУ с внутрисистемно самопрограммируемой флэш-памятью в одной микросхеме ATmega128 является мощным микроконтроллером, позволяющим достичь высокой степени гибкости и эффективной стоимости при проектировании большинства приложений встроенного управления.
Рисунок 3.2 - Цоколевка микроконтроллера ATmega128
Таблица 3.1 - Назначение выводов микроконтроллера ATmega128
Обозначение |
Описание |
XTAL1 |
Вход тактового генератора. |
XTAL2 |
Выход тактового генератора. |
#RESET |
Вход сброса. При удержании на входе низкого уровня в течении 50 нс выполняется сброс устройства. |
PA0-PA7 |
Порт A - 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже: AD0…AD7 : разряды шины адреса и шины данных внешнего интерфейса памяти. |
PB0-PB7 |
Порт B - 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже: PB7: OC2/OC1C выход компаратора и выход ШИМ таймера-счетчика 2 или выход компаратора и ШИМ таймера-счетчика 1; PB6: OC1B выход В компаратора и ШИМ таймера-счетчика 1; PB5: OC1A выход A компаратора и ШИМ таймера-счетчика 1; PB4: OC0 Выход компаратора и ШИМ таймера-счетчика 0; PB3: MISO ввод для ведущей/вывод для подчиненой шины SPI; PB2: MOSI Вывод для ведущей/ввод для подчиненной шины SPI; PB1: SCK Синхронизация последовательной связи шины SPI; PB0: SS вход выбора подчиненного режима интерфейса SPI. |
PC0-PC7 |
Порт C - 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже: A15…А8: разряды 15…8 шины адреса внешнего интерфейса памяти. |
PD0-PD7 |
Порт D - 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже: PD7: T2 вход синхронизации таймера-счетчика 2; PD6: T1 вход синхронизации таймера-счетчика 1; PD5: XCK1 вход/выход внешней синхронизации УСАПП1; PD4: IC1 вход триггера захвата фронта таймера-счетчика 1; PD3: INT3/TXD1вход внешнего прерывания 3 или выход передачи УАПП1; PD2: INT2/RXD1 вход внешнего прерывания 2 или вход приема УАПП1; PD1: INT1/SDA вход внешнего прерывания 1 или ввод/вывод последовательных данных TWI; PD0: INT0/SCL вход внешнего прерывания 0 или синхронизация последовательной связи TWI. |
Обозначение |
Описание |
PE0-PE7 |
Порт E - 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже: PE7: INT7/IC3 вход внешнего прерывания 7 или вход триггера захвата фронта таймера-счетчика 3; PE6: INT6/ T3 вход внешнего прерывания 6 или вход синхронизации таймера-счетчика 3; PE5: INT5/OC3C вход внешнего прерывания 5 или выход С компаратора и ШИМ таймера-счетчика 3; PE4: INT4/OC3B вход внешнего прерывания 4 или выход B компаратора и ШИМ таймера-счетчика 3; PE3: AIN1/OC3A инвертирующий вход аналогового компаратора или выход A компаратора и ШИМ таймера-счетчика 3; PE2: AIN0/XCK0 неинвертирующий вход аналогового компаратора или вход/выход внешний синхронизации УСАПП0; PE1: PDO/TXD0 вывод программируемых данных или вывод передачи УАПП0; PE0: PDI/RXD0 ввод программируемых данных или вывод приема УАПП0. |
PF0-PF7 |
Порт F действует как аналоговый ввод аналогово-цифрового преобразователя. Порт F также может использоваться как 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода, если АЦП не используется. Альтернативные функции описанные ниже: PF7: ADC7/TDI Вход канала 7 АЦП или ввод данных при JTAG тестировании; PF6: ADC6/TDO Вход канала 6 АЦП или вывод данных при JTAG тестировании; PF5: ADC5/TMS Вход канала 5 АЦП или выбор режима JTAG тестирования; PF4: ADC4/TCK Вход канала 4 АЦП или синхронизация JTAG тестирования; PF3: ADC3 Вход канала 3 АЦП; PF2: ADC2 Вход канала 2 АЦП; PF1: ADC1 Вход канала 1 АЦП; PF0: ADC0 Вход канала 0 АЦП. |
PG0-PG4 |
Порт G - 5-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже: PG4: TOSC1 Генератор часов реального времени таймера-счетчика 0; PG3: TOSC2 Генератор часов реального времени таймера- |
Обозначение |
Описание |
счетчика 0; PG2: Разрешение фиксации адреса внешней памяти; PG1: RD Строб чтения внешней памяти; PG0: WR Строб записи внешней памяти. | |
AREF |
Вход опорного напряжения для АЦП. |
GND |
Аналоговый общий вывод. |
AVCC |
Вывод источника питания АЦП. |
GND |
Общий вывод питания микросхемы. |
VCC |
Вывод источника питания. |
Другое по теме:
Разработка конструкции печатного узла блока электронной регулировки тока сварочного трансформатора
Данное
устройство осуществляет автоматическую запись телефонного разговора посредством
включения магнитофона при снятии телефонной трубки. А также отключение после
того, как трубку положат.
Данное
устройство необходимо по ...
Исследование робастных свойств систем с модальным управлением
При проектировании многих электромеханических систем часто приходится
учитывать явления механической нежёсткости соединения приводного двигателя и
исполнительного механизма, например в следящих приводах антенн самолетных
бор ...