Содержание

Схемотехническое проектирование

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.

Перейти на страницу: 1 2 3 4

Другое по теме:

Разработка лабораторного макета для исследования мультиплексоров
Мультиплексором называют устройство, предназначенное для передачи сигналов с любого из входов на одну общую выходную шину. Вход, с которого сигнал передается на выход, выбирают в зависимости от значения управляющего сигнала, ...

Информационная электроника
Тема реферата «Информационная электроника» по дисциплине «Промышленная электроника». Разработка информационных средств производилась структурами, для которых промышленные устройства были побочным продуктом, о ...