5. Обґрунтування та вибір елементної бази

Вибір елементної бази почнемо з мікропроцесора, тому що він є ядром нашої системи і від нього залежить вибір інших елементів.

Процесор повинний задовольняти усім вимогам, пред'явленим у четвертому розділі.

Розрахуємо кількість портів уведення-виведення: один порт підключається на вихід АЦП, другий - на вхід ЦАП, третій - для індикації, четвертий порт можна використовувати для формування сигналів керування ЦАП. Отже, мікропроцесор повинний мати 4 порти введення-виведення.

В якості мікроконтролера вибираю Atmel AT89C51AC3. Дана мікросхема являє собою контролер серії МК51 (intel8051-сумісний), і має наступні характеристики [6]:

● Архітектура ядра 80C51

● 256 байт убудованого ОЗУ

● 2048 байт вбудованого розширеного ОЗУ

● 64 кбайт вбудованої флеш-памяти

– Схоронність даних: 10 років при температури 85°C

– Циклів читання/запис: 100 тис.

● Завантажувальний сектор з роздільними бітами захисту

● Розмір завантажувального сектора 2 кбайт в вбудованій флеш-пам’яті

● Внутрісистемне програмування під керуванням вбудованої програми завантажника через УАПП і підтримка програмування всередині додатка (IAP)

● 2 кбайт вбудованого ЭСППЗУ зі зносостійкістю 100 тис. циклів читання/запису

● Вбудований контроль живлення (скидання при подачі живлення, скидання при неприпустимому зниженні живлення)

● Система переривань з 4 рівнями пріоритетів і 14 джерелами

● Три 16-разр. таймерів-лічильників

● Повнодуплексний УАПП сумісний з 80C51

● Високошвидкісна архітектура

– У стандартному режимі:

– 40 Мгц (Vcc 3В...5.5У при виконанні зовнішнього/внутрішнього програмного коду)

– 60 Мгц (Vcc 4.5У...5.5У при виконанні тільки внутрішнього коду)

– У режимі X2 (6 тактів синхронізації на один машинний цикл)

– 20 Мгц (Vcc 3В...5.5У при виконанні зовнішнього/внутрішнього програмного коду)

– 30 Мгц (Vcc 4.5У...5.5У при виконанні тільки внутрішнього коду)

● П'ять портів: 32 + 4 цифрові лінії введення-виведення

● П'ятиканальний 16-разр. програмувальний рахунковий масив (PCA), у т.ч.:

– ШИМ (8 разр.)

– Високошвидкісний вихід

– Захоплення стану таймера по фронтах

● Подвійний покажчик даних

● 21-разр. сторожовий таймер (7 програмувальних розрядів)

● 10-разр. аналогово-цифровий перетворювач з 8 мультиплексованими входами

● Інтерфейс SPI (тільки в корпусах PLCC52 і VPFP64)

* Вбудована логіка емуляції

* Енергозберігаючі режими

– Режим неодруженого ходу

– Режим вимикання

● Напруга харчування 3...5.5В

● Температурний діапазон: промисловий (-40°…+85°C)

● Корпуса: VQFP44, PLCC44, VQFP64, PLCC52

AT89C51AC3 – високопродуктивна версія 8-разр. однокристального мікроконтроллера 80C51 з убудованою флеш-пам’яттю. У режимі X2 при максимальній тактовій частоті 20 Мгц досягається тривалість машинного циклу 300 нс. Крім цього, AT89C51AC3 містить 64 кбайт флеш-пам'яті з підтримкою внутрисистемного і внутріприкладного програмування, завантажувальний сектор у флеш-пам'яті розміром 2 кбайт, 2 кбайт ЭСППЗУ і 2048 байт розширеного ОЗУ. При розробці AT89C51AC3 основна увага була приділена мінімізації електромагнітних випромінювань.

Наведемо структурну схему Atmel AT89C51AC3 на рис. 5.1:

Рис. 5.1

Умовне позначення Atmel AT89C51AC3 наведемо на рис. 5.2.

Рис. 5.2

мікропроцесор мікроконтроллер автоматизація індикатор

Так як мікроконтроллер AT89C51AC3 має ТТЛ – рівні портів, побудуємо систему на базі ТТЛ-сумісних компонентах.

Виберемо ЦАП із серії 572 - К572ПА2. Це серія сумісна з ТТЛ-рівнями і крім того володіє достатнім швидкодії - час установлення вихідного струму не більш 15 мкс, що задовольняє нашим вимогам. Тому що в нашій системі є 5 каналів з виконавчими механізмами, то будемо використовувати 5 мікросхем К572ПА2. Цей ЦАП призначений для перетворення 12-розрядного прямого двійкового коду на цифрових входах у струм (напругу) на аналоговому виході. Він одноканальний, має функцію збереження цифрової інформації. Має наступні параметри: напруги харчування Uсс1 = 5В, Uсс2 = 12В, струм споживання Iпіт = 2мA, опорна напруга в діапазоні ±22В.

Умовне графічне позначення мікросхеми ЦАП К572ПА2 (рис. 5.3):

Рис. 5.3

В якості індикатора використаємо 4-х розрядний семисегментний РК-модуль LCM204 з убудованою мікросхемою драйвера LCM204

Відмінні риси

Убудований драйвер

Низьке енергоспоживання

Керування по трьох лініях (Інтерфейс SPI)

Розширений діапазон робочих температур

Область застосування

Електронні прилади

Промислове устаткування

Побутова апаратура

Семисегментний чотирьохрозрядний РКІ-модуль LCM204 фірми КТЦ-МК призначений для індикації цифрової інформації в складі приладів промислового і побутового призначення. Завдяки тому, що керування модулями виробляється по трьохпровідній шині і мається можливість каскадованого включення декількох модулів, вони можуть з успіхом застосуються в складі всіляких мікропроцесорних систем, істотно заощаджуючи задіяної керуючої лінії.

Модуль LCM204 побудований із застосуванням стандартного в галузі рідкокристалічного індикатора типу LCD3906, що містить чотири семисегментних розряди, три десяткові крапки (у старших трьох розрядів) і розділова двокрапка між другим і третім розрядами. Як драйвер використана мікросхема AY0438 фірми Microchip, що містить усі необхідні схеми для керування 32-х сегментним статичним РКІ.

Умовне позначення індикатора зображено на рис. 5.4.

Рис. 5.4

В якості датчиків використаємо термопари фірми TERA. Серед їх модельного ряду оберемо датчик, що по температурному діапазону задовілняє технічному завданню і має нормований вихід 4–20мА. Даним характеристикам задовільняє марка ТХА У-23-1-И-800-400-310S-10-120 A (+375..+750).

Для перетворення струмового сигналу датчика в напруговий сигнал діапазону 0..2,7В (Даний діапазон вхідних сингалів є штатним для вбудованого в мікроконтроллер АЦП) застосуємо резисторну організацію струмової петлі (рис. 5.5).

Рис. 5.5

Розрахуємо опір резистора:

Виберемо резистори типу С1-83 135Ом ±0,5%.