Обоснование применения и выбор микропроцессорного комплекта (МПК)

Потребление в  активном режиме на частоте 12 МГц не превышает 20 мА и в пассивном режиме, при котором остановлено ЦПУ, но система прерываний, ОЗУ, таймеры/счетчики событий и последовательный порт остаются активными, потребление не превышает 5 мА. В стоповом режиме потребление не превышает 100 мкА и 20 мкА при напряжении питания 6 В и 3 В, соответственно.

Микроконтроллер АТ89С51 ориентирован на использование  в качестве встроенного управляющего контроллера. В данной работе используем контролер реализований в корпусе PDIP (рис. 1.1)

Рисунок 1.1. Корпус реализации процессора АТ89С51 

Выводы микроконтроллера имеют следующее назначение:

Vcc -  напряжение питания;

GND -  общий вывод;

Порт Р.0 - 8-разрядный открытый двунаправленный порт ввода/вывода. Как порт вывода, каждый вывод порта Р.0.0-Р.0.7 может быть нагружен восемью входами ТТЛ. После записи 1 на выводы порта Р.0, они переводятся в высокоимпедансное состояние. Порт Р.0 может быть мультиплексирован с младшими линиями шины адреса/данных во время доступа к внешней программе и памяти данных.

Порт Р.0 также  получает байты кода в течении  программирования Flash памяти и выводит байты кода во время инициализации программ.

Порт Р.1 - 8-разрядный двунаправленный порт ввода/вывода с внутренней защелкой данных. Буферы вывода могут обрабатывать/нагружать четыре ТТЛ входа. Когда 1 записана на выводы порта Р.1, они переводятся внутренней защелкой в состояние высокого уровня и далее они могут использоваться как входы. Как входы, выводы порта Р.1 внешне имеют низкий уровень.

Организация выводов  микроконтроллера АТ89С51 представлена на рисунке 1.2.

Рис

Некоторые выводы порта Р.1 обеспечивают выполнение дополнительных функций, которые описаны в таблице 1

                                                                                                         Таблица 1

 

Выводы Р.1.4-Р.1.7 могут быть настроены для организации  SPI интерфейса.

Порт Р.2 - 8-разрядный  двунаправленный порт ввода/вывода с внутренней защелкой данных. Буферы вывода могут обрабатывать/нагружать четыре ТТЛ входа. Когда 1 записана на выводы порта Р.2, они переводятся внутренней защелкой в состояние высокого уровня и далее они могут использоваться как входы. Как входы, выводы порта Р.2 внешне имеют низкий уровень. Порт Р.2 генерирует старший байт адреса данных при выборке из внешней памяти программ и при доступе к внешней памяти данных, которые используют 16-битные адреса. При доступе к внешней памяти данных, которая использует 8-битные адреса, порт Р.2 генерирует содержимое регистра специального назначения Р2.

Порт Р.3 - 8-разрядный  двунаправленный порт ввода/вывода с внутренней защелкой данных. Буферы вывода могут обрабатывать/нагружать  четыре ТТЛ входа. Когда 1 записана на выводы порта Р.3, они переводятся внутренней защелкой в состояние высокого уровня и далее они могут использоваться как входы. Как входы, выводы порта Р.3 внешне имеют низкий уровень.

Порт Р.3 получает некоторые управляющие сигналы  для программирования Flash-памяти и инициализации.

Порт Р.3 обеспечивает специальные функции процессора, которые приведены в таблице 2 

Таблица 2  

 

RST – вход сброса МК. Удержание на этом входе высокого уровня в течении двух машинных тактов, пока работает тактовый генератор, перезапускает устройство.

ALE/PROG – импульс, который запирает младший байт адреса в течении доступа к внешней памяти. Этот вход также используется для подачи входного импульса (PROG) при программировании Flash.

В нормальной операции сигнал ALE генерируется с частотой 1/6 длительности импульсов тактового генератора и может быть использован для внешней синхронизации или других целей. Один импульс пускается во время любого обращения к внешней памяти.

Если необходимо, сигнал ALE может быть заблокирован установкой бита 0 регистра SFR по адресу 8EH.

С установкой бита, сигнал ALE активен лишь при использовании инструкций MOVX и MOVC. Иначе, вывод установлен в высокий уровень.

PSEN – Program Store Enable, строб чтения внешней памяти программы. Когда процессор выполняет код внешней памяти программы, сигнал PSEN активируется дважды за один машинный цикл, за исключением моментов, когда выполняется доступ к внешним данным.

EA/VPP – External Access Enable. ЕА должен быть соединен с землей, чтобы позволить устройству выбрать код из внешней памяти, которая занимает адресное пространство от 0000Н до FFFFH. Между тем, если бит блокировки 1 программируемый, то ЕА должен быть внутренне заперт на сбросе.

ЕА должен быть соединен с землей для внутреннего  выполнения программы.

На этот вывод  подают напряжение 12В (Vpp) при программировании Flash, когда выбрано 12-вольтовое программирование.

XTAL1 – вход инвертирующего усилителя генератора и вход внешнего тактового сигнала.

XTAL2 – выход инвертирующего усилителя генератора.  

3.2 Супервизор питания

Супервизор питания (Power Supervisory Circuit, далее – SV) предназначен для начальной инициализации МК при включении питания или снижении напряжения питания ниже определенного значения в процессе работы. Длительность сигнала сброса должна быть больше некоторой оговоренной величины. Полярность сигнала сброса должна соответствовать полярности входа сброса МК.

Супервизор питания  TL7705 (Texas Instruments) предназначен для формирования импульса сброса микроконтроллера при включении питания или при снижении его ниже определенной величины. Хотя микросхема TL7705 и не имеет встроенного WDT, однако она выгодно отличается от известных комбинированных микросхем фирмы Maxim доступностью и в 3-5 раз меньшей ценой. Функциональная схема микросхемы TL7705 представлена на рис.2.1.

Рис.2.1. Функциональная схема микросхемы TL7705

Назначение выводов  микросхемы TL7705:

1 —вывод подключения  конденсатора фильтра опорного  напряжения; 2— цифровой вход внешнего сброса (активный уровень — лог. 0);

3 — вход подключения  время задающего конденсатора, определяющего  длительность импульса сброса;

4 — вывод  общего провода питания; 

5 — выход  отрицательного (инверсного) импульса  сброса;

6 — выход положительного импульса сброса;

7 — вход анализа  напряжения;

8—вывод подключения  питания.

Микросхема содержит следующие основные узлы: резиcтивный делитель ((R1, R2) входного напряжения; стабилитрон на 2,5 В, питающийся от встроенного генератора тока; компаратор Соmp1; схема 2И-НЕ; тиристор, питающийся от встроенного генератора тока; компаратор Соmp2 с выходными транзисторами. Выпускаются микросхемы с различными номиналами делителя, предназначенные для тестирования различных напряжений. Выв. 7 подключается к тестируемому источнику напряжения, при этом на средней точке делителя R1, R2 напряжение оказывается больше опорного (2,5 В). Соответственно, на выходе компаратора Соmp1 формируется уровень лог.1, поступающий на второй вход элемента 2И-НЕ,

а на первом входе этого элемента (если он не подключен) также присутствует лог.1. При этом на выходе элемента 2И-НЕ получается лог.0, тиристор выключен, напряжение на прямом входе второго компаратора Соmp2 выше опорного (2,5 В), поступающего на инверсный вход компаратора, оба выходных транзистора закрыты. При уменьшении на выв.7 тестируемого напряжения или при подаче на вывод 2 уровня лог.0, на выходе элемента 2И-НЕ формируется сигнал лог.1, включающий тиристор. При этом срабатывает компаратор Соmp2, и открываются выходные транзисторы. Если к коллектору соответствующего транзистора подключен резистор нагрузки (с выв. 6 на общий провод или с выв. 5 на провод питания), на нем формируется соответствующий импульс сброса (положительный на выв. 6, отрицательный на выв. 5). Длительность импульса сброса определяется емкостью конденсатора, подключенного между выв.З общим проводом питания. Он подключен параллельно тиристору, и если вследствие снижения напряжения на выв. 2 или выв. 7 тиристор кратковременно открывается, то после его выключения конденсатор линейно заряжается через генератор тока, удерживая на время заряда импульс сброса на выв. 5, 6. Зависимость длительности импульса сброса от емкости конденсатора также приведена на рис.2.2.

Рис.2.2. Зависимость  длительности импульса сброса от емкости конденсатора 

3.3 Описание таймера реального времени:

Таймер реального  времени (Real Time Clock, далее – RTC или таймер) предназначен для независимого подсчета текущего времени и ведения функций календаря.

Таймер может  иметь встроенную энергонезависимую память, встроенную литиевую батарейку или гнезда для установки сменных батареек, WDT и SV.

Для построения ТМКС возьмем RTC типа DS1644 фирмы Dallas Semiconductors.

Технические характеристики микросхемы RTS приведены в таблице 1.

Таблица 1

 

Выбранная микросхема имеет параллельную шину и модульное  исполнение с корпусом М28.

Функциональное  обозначение и цоколевка выводов МС RTC показана на рисунке 1

Рис.1.Функциональное обозначение выводов микросхемы DS1644

DS1644 – устройство, содержащее 32 кБ энергонезависимого  статического ОЗУ и полнофункциональные  часы реального времени. Доступ  к обоим компонентам организован  в параллельном формате. Данное  устройство по цоколевке и  функциональным возможностям эквивалентно любому параллельному статическому ОЗУ емкостью 32 кБ, размещенному в JEDEC корпусе Оно может легко заменить ПЗУ, ЭПЗУ, ЭППЗУ, обеспечивая энергонезависимые операции чтения/записи и дополнительную функцию часов реального времени. Информация о реальном времени представлена в последних 8-ми ячейках ОЗУ. Регистры часов содержат год, месяц, дату, день, часы, минуты, секунды в 24-х часовом двоично-десятичном формате. Корректировка дней месяца выполняется автоматически и учитывает высокосность года. Регистры часов выполнены с двойной буферизацией, чтобы избежать проникновения некорректных данных во время изменения состояния часов. Двойная буферизация также предотвращает потерю времени, поскольку счет с понижением частоты сопровождается периодическим доступом к данным регистров времени. DS1644 также содержит схему обнаружения нарушения питания, которая запрещает доступ к ОЗУ, когда уровень Vcc за пределами допустимых значений. Эта функция позволяет предотвратить потерю данных из-за непредсказуемых действий управляющей системы (ошибочный доступ и обновление данных) при снижении Vcc. Данная разработка позволяет подключить PowerCap модуль на поверхности DS1644P после завершения ее поверхностного монтажа. Установка PowerCap модуля по окончании поверхностного монтажа предотвращает повреждение кварцевого резонатора и батареи при действии высоких температур в процессе пайки. PowerCap модуль снабжен устройством фиксации на закрепляемой поверхности. Устройство к которому подключается PowerCap модуль и сам модуль заказываются раздельно и поставляются в отдельных контейнерах. Серийное обозначение PowerCap модуля - DS9034PCX.