Обоснование применения и выбор микропроцессорного комплекта (МПК)

Устройства имеют  режим отключения/ Shutdown с потребляемым током 150 мкА, аналогового и цифрового управления яркостью, ограничитель сканирования сегментов от 1 до 8, и тестовый режим, принудительно включающий все LED сегменты.  

     3.8.Регистры ввода/вывода 

     Узлы  ввода/вывода выполняются на основе регистров и шинных формирователей.

     Наибольший  интерес среди микросхем регистров и шинных формирователей представляет серия 74НС. Микросхемы этой серии имеют низкое энергопотребление и высокое быстродействие.

     В качестве микросхемы регистра ввода/вывода возьмем микросхему 74НС573. Микросхема 74НС573 является восьмиразрядным D-регистром защелкой с третьим состоянием.

     В качестве микросхемы шинного формирователя  выберем микросхему 74НС245 – восьмиразрядный  приемник шины. 

           3.9.Дешифратор 

     Дешифратор  это устройство, в котором каждому  цифровому коду на его входе соответствует 1 или 0 на одном из его выходов.

     В качестве дешифратора адреса выберем  микросхему 74НС138. Эта микросхема является 3-х разрядным дешифратором демультиплексором.

Условное графическое  изображение МС показано на рис.5.5.

Рис.5.5.УГО  МС 74НС138 

     Технические характеристики микросхемы представлены в таблице 5.11. 

Таблица 5.11

 

     Назначение  выводов:

D0-D2 – входы

С0-С2 – информационные входы

0-7 – выходы

     В качестве дешифратора клавиатуры выберем  микросхему 74НС139. Эта микросхема является 2-х разрядным дешифратором демультиплексором.

     Условное  графическое изображение МС показано на рис.5.6.

Рис.5.6. .УГО МС 74НС139 

     Технические характеристики микросхемы представлены в таблице 5.12. 

Таблица 5.12

 

     Назначение  выводов:

V0-V1 – входы

Е – инверсный  вход разрешения выхода

У0-У3 – выходы

         3.10Мультиплексор 

     Мультиплексор это коммутатор, в котором выбор  по его номеру осуществляется двоичным кодом.

     В качестве аналогового мультиплексора выберем микросхему МАХ358.

     Технические характеристики микросхемы представлены в таблице 5.13.

        Таблица 5.13

 

Условное графическое  изображение МС показано на рис. 5.7.

Рис.5.8. УГО МС МАХ358 

     Назначение  выводов:

GND – общий

+Е – положительный  вывод питания

-Е – отрицательный  вывод питания

IN1-IN8 – входы

А0-А1 – информационные входы

OUT – выход

EN – вход разрешения 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   4. Разработка электрической  принципиальной схемы. 

   Разработка электрической принципиальной схемы производилась в соответствии с ГОСТ 2.702-75. Обозначение элементов производилось в соответствии со стандартами ЕСКД сверху вниз, слева направо.

           Электрическая принципиальная схема  контроллера представлена на ХНТУ 6.092501.КП.                  .Э1. Она содержит следующие функциональные узлы:

1. Интерфейс RS232С на МС МАХ202 (D2).
2. Супервизор питания с охранным таймером на МС TL7705 (D1).
3. Микроконтроллер AT89C51 (D6).
4. Таймер реального времени DS1644 (D13).
5. Оперативная память 32 Кбайт на МС 61C256 (D16).
6. Регистры ввода/вывода 74НС573 (D10, D12, D14, D15, D17, D18).
7. Дешифратор адреса 74НС138 (D4).
8. Дешифратор клавиатуры 74НС139 (D5).
9. Коммутатор аналоговых сигналов МАХ358 (D3).
10. Шинный формирователь 74НС245 (D9).
11. Аналого-цифровой преобразователь МАХ187(D7).
12. Цифроаналоговый преобразователь МАХ506 (D11).
13. Операционный усилитель МАХ420 (D8).

     При включении напряжения питания на выходе RST микросхемы D1 появляется импульс высокого уровня, который поступает на вход RESET микроконтроллера и сбрасывает его. На элементах С1, С2, R2, VD1 сформирован WDT. Сигнал с порта Р3.5 периодически перезапускает WDT, при этом, если сигнал подачи перезапускающих импульсов превысит 20 мс, то на выходе RST микросхемы D1 установится импульс высокого уровня, который сбросит МК в начальное состояние.

     Последовательный  интерфейс RS232C организован на микросхеме D1 в стандартном включении. Первые сигналы передачи TxD1 и приема RxD1  соединены с линиями Р3.1 и Р3.0 МК и используется для обмена данными по

интерфейсу  RS232C. Вторые сигналы передачи TxD2 и приема RxD2 могут использоваться для обмена служебными сигналами, кроме того, линия RxD2может использоваться для перезапуска МК от ПК по интерфейсу RS232C.

     На  выходах порта Р0 формируется  младший байт адреса. На выходе ALE микроконтроллера устанавливается высокий уровень, который говорит о том, что сформирован младший байт адреса. Этот сигнал приходит на вход С микросхемы D10, младший байт адреса защелкивается в регистре и выдается на линии ADR0-ADR7 ША.

     Далее на выходах порта Р2 формируется  старший байт адреса, который поступает на линии ADR8-ADR15 ША.

     Порт  Р0 также соединен с шинным формирователем D9. В моменты, когда не формируется младший байт шины адреса, микросхема D9 формирует восьмиразрядную шину данных.

    
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.Разработка конструкции МПК.

5.1. Разработка печатной платы 

       Разработка печатной платы (ПП) велась на основании анализа  электрической принципиальной схемы  в соответствии с требованиями  по внешнему виду, электрическим  параметрам, устойчивости к внешним воздействиям и надежности работы.

       Печатная плата представлена на чертеже, имеющем код

     ХНТУ 6.092501.КП.            .ПП.

     Схема  собрана  на  печатной  плате  из  фольгированного  с  двух  сторон  стеклотекстолита.  При  исправных  деталях  и  правильном  монтаже  налаживать  ее  не  требуется.

     Расчет  электрических параметров ПП выполнен в соответствии с ГОСТ 2.375-79.

      Плата изготавливается комбинированным методом. Шаг координатной сетки выбирается равным 1,25 мм. Соответственно конфигурация проводников выдерживается по координатной сетке. Проводники, условно обозначенные сплошными линиями выполняются шириной 0,9+0,3 мм. Расстояние между проводниками не менее 0,3 мм. Проводники покрываются сплавом «Розе». В узких местах допускается занижение контактных площадок до 0,15 мм. Маркировка выполняется травлением шрифтом 2,5 по НО.010.007, в узких местах - шрифтом 2. 
 
 

5.2. Разработка сборочного чертежа 

       Сборочный чертеж устройства  представлен на чертеже, имеющем  код ХНТУ 6.092501.КП.            .СБ.

Печатная плата  прибора изготовлена из двустороннего  фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Установку элементов производить по ГОСТ 2.308-79.

     Таким образом, все элементы на плате устанавливаются с максимальной компактностью для обеспечения минимальных размеров прибора.

     Плата выполнена в соответствии с ГОСТ 2.109—73. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  6.Расчет параметров АЦП.

Дано:

   U_MAX=3B

   U=2.3B

    c/d=3.5/9.25

Найти : разрядность АЦП и шаг квантования

 U_MAX- предельное входное напряжение

U-максимальная амплитуда входного сигнала

c/d-класс точности

Погрешность преобразования цифрового измерительного устройства выражается в виде:

δ_max=с/100+d/100([U_max/U]-1)

с=3.5    d=9.25

δ_max=3.5/100+9.25/100*(3/2.3-1)

δ_max=0.063

n-число разрядов

n=lg(100/ δ_мах)

n= log(100/0.063)= 3.2

Округляем значение разрядности до 10

     Определим шаг квантования

h= U_MAX/2ⁿ-1

h= 3/(2^3.2-1)=0.36

Определим частоту и время дискретизации  сигнала 

f_α1=K₃∙2∙f_верх

Т=1/ f_α1

K=2        fверх=2200

f1=2*2*2200= 8800Гц

T=1/f

T= 1/8800=0,17*10^-4 с

     Определим погрешность квантования 

∆= (U_MAX * δ_мах)/100

∆=(3*0.063)/100

∆=0.0019 
 
 
 
 
 
 
 

7.Программное  обеспечение. 

Подсчитать  и отобразить на статическом индикаторе количество нажатий кнопки SW15

начало  программы:  

CSEG

   ORG 0000h

jmp start

   ORG 0003h

jmp pushSW15

start:

;обработка  прерывания

      setb IT0

      setb EX0

      setb EA

;обнуление  регистров