4.1 Опис пристрою обробки інформації.

4.1.1 Опис мікроконтролера

Основним елементом в даній мікропроцесорній системі доцільно використати мікроконтролер AT89C2051 тому, що прилади AT89C2051 є 8-розрядними CMOS мікроконтролерами з AVR удосконаленою MCS-51 архітектурою. Виконуючи більшість команд за один тактовий цикл, мікроконтролери AT89C2051 забезпечують продуктивність 1 MІPS на кожен 1МГц тактової частоти, що дозволяє розроблювачам оптимізувати споживання, яке залежить в основному від тактової частоти. Особливості даного мікроконтролера:

-Працює з приладами сімейства MCS-51

-Ємність перепрограммируемой Flash пам'яті: 2 Кбайт, 1000 циклів стирання / запис.

-Діапазон робочих напруг від 2,7 В до 6 В

-Повністю статичний прилад - діапазон робочих частот від 0 Гц до 24 МГц

-Дворівнева блокування пам'яті програм

-СОЗУ ємністю 128 байтів

-15 програмованих ліній введення / виводу

-216-розрядних таймера / лічильника подій

-Шість джерел сигналу переривання

-Виходи прямого управління СІД

-Вбудований аналоговий компаратор

-Пасивний (idle) і стоповий (power down) режими.

Мікроконтролер AT89C2051 розроблений за технологією КМОП.

Мікроконтролер оснащений Flash програмованим і прані ПЗУ, а також сумісний за системою команд і за висновками зі стандартними приладами сімейства MCS-51. Обсяг Flash ПЗУ - 2 Кбайта, ОЗУ - 128 байтів. Має 15 ліній введення / виводу, один 16-розрядний таймера / лічильника подій, повнодуплексний порт (UART) п'ять векторних дворівневих переривань, вбудований прецизійний аналоговий компаратор, вбудовані генератор і схему формування тактовою послідовності. Напруга програмування Flash пам'яті - 12 В і її вміст може бути захищене від несанкціонованих запису / зчитування. Є можливість очищення Flash пам'яті за одну операцію і можливість зчитування вбудованого коду ідентифікації. Струм споживання в активному режимі на частоті 12 Мгц не перевищує 15 мА при 6 У і 5,5 мА при напрузі живлення 3 В. У пасивному режимі (ЦПУ зупиненого, але система переривань, ОЗУ, таймер / лічильник подій і послідовний порт залишаються активними) споживання не перевищує 5 мА та 1мА. У стоповим режимі струм споживання не перевищує 100 мкА і 20 мкА при напрузі живлення 6 В і 3 В, відповідно. Мікроконтролер AT89C2051 орієнтований на використання в якості вбудованого керуючого контороллера.

AVR ядро базується на удосконаленій MCS-51 архітектурі, з реєстровим файлом швидкого доступу. Він містить 32 регістра загального призначення, безпосередньо зв'язаних з арифметико-логічним пристроєм (ALU), має могутню систему команд. За один тактовий цикл із реєстрового файлу витягаються два операнда, виконується команда і результат записується в регістр призначення. Така високоефективна архітектура забезпечує продуктивність майже в десять разів більшу, ніж стандартні CІSC мікроконтролери. Мікроконтролер має три програмно встановлюваних режими енергозбереження. У режимі Іdle зупиняється центральний процесор, але продовжують працювати SRAM, таймери/лічильники, порт SPІ і система переривань. У режимі Power Down зберігається вміст регістрів, але зупиняється тактовий генератор і до надходження сигналу або переривання апаратного скидання забороняється виконання усіх функцій мікроконтролера. У режимі Power Save усі пристрої знаходяться в режимі "сну", але генератор таймера продовжує працювати, забезпечуючи схоронність тимчасової бази.

Прилади виготовляються за технологією енергонезалежної пам'яті фірми Atmel. Вмонтована ІSP Flash пам'ять програм може бути перепрограмована безпосередньо в системі, з використанням послідовного SPІ інтерфейсу, чи за допомогою звичайних програматорів енергонезалежної пам'яті. Графічне позначення мікроконтролера зображено на рисунку 4.1.

Особливості архітектури:

- Використана AVR розширена MCS-51 архітектура

- Могутній набір з 121 команди, більшість яких виконується за один машинний цикл

- Ємність внутрісистемної програмувальної Flash пам'яті 128 Кбайт, 1000 циклів стирання/запису

- SPІ інтерфейс внутрісистемного програмування

- Ємність вмонтованої EEPROM 4 Кбайт, 100000 циклів стирання/запису

- Вмонтована RAM ємністю 4 Кбайт

- 32 8-розрядних регістра загального призначення, набір регістрів керування периферією

- 32 програмувальні лінії І/O, 8 ліній виходу, 8 ліній входу

- Програмувальні послідовні UART і SPІ інтерфейси

- Діапазон напруг живлення від 4,0 В до 6,0 В

- Діапазон тактових частот від 0 до 6 МГЦ

- Продуктивність до 6 MІPS при частоті 6 МГЦ

- Вмонтована система реального часу з окремим генератором

- Два 8-розрядних таймери/лічильника з окремим предделителєм і ШИМ

- 16-розрядний таймер/лічильник з окремим предделителем, режимами захоплення/ порівняння і подвійним ШИМ з розрядністю 8, 9 чи 10 розрядів

- Програмувальний сторожовий таймер з вмонтованим генератором

- Вмонтований аналоговий компаратор

- 8-канальний 10-розрядний аналого-цифровий перетворювач

- Режими енергозбереження Іdle, Power Save і Power Down

- Програмна установка тактової частоти

- Програмне блокування захисту програмних засобів

Рисунок 4.1 – мікроконтролер AT89C2051

Призначення портів мікроконтролера в мікропроцесорній системі;

Порт A (PA7..PAO) - 8-розрядний двунаправленний порт І/O. До виходів порту підключені буферні регістри адреси та формувач шини даних, тому що в системі є присутність зовнішньої пам’яті і порт А використовується в якості мультеплексуючої шини адреси/даних.

Порт С (РС7. .РС0) - 8-розрядний порт виходу. Порт С - використовуються також як виходи адреси при використанні зовнішньої пам’яті.

Порт В (РВ7. .РВ0) - 8-розрядний двунаправленний порт І/O з вмонтованими навантажувальними резисторами. В системі використовується для підключення матричної клавіатури (рядки).

Порт F (PF7..PF0) - 8-розрядний порт входу, який також використовується для підключення матричної клавіатури (стовпці).

Порт D (PD7. .PD0) - 8-розрядний двунаправленний порт І/O з убудованими навантажувальними резисторами. До виводі порту підключені буферні регістри адреси, які в системі використовуються для розширення адресної лінії.

Порт E (РЕ7..РЕ0) - 8-розрядний двунаправленний порт І/O з вмонтованими навантажувальними резисторами. Використовується для підключення контролеру LCD графічного дисплею.

4.1.2 Опис мікросхеми DS1302

В якості годинника реального часу використовується мікросхема DS1302 фірми Dallas. Дана мікросхема має роздільні входи для підключення головного та резервного блока живлення,що позбавить від проектування схем перехода на резервний блок живлення. Крім того мається вмонтована схема «капельної» зарядки резервного блока живлення,яка може бути включена програмно. Додатково мікросхема має ОЗП об’ємом 31 байт,який може бути використаний для енергонезалежного зберігання параметрів.З навісних елементів потрібен тільки кварцовий резонатор. При виборі резонатора хочеться попередити про використання дешевих неякісних резонаторів. Згідно з рекомендаціями фірми Dallas,потрібен резонатор,розрахований на ємкість навантаження 6 пФ. В іншому випадку,точність хода годинника буде не вірним або навіть з’являться проблеми з запуском кварцового генератора. Для обміну з мікросхемою DS1302 використовується спільні з драйверами РКІ лінії даних та тактування. Розділені тільки сигнали CS та RST.

4.1.3 Опис мікросхеми DS 1821

В якості датчика температури використані мікросхеми цифрових термометрів DS1821 фірми Dallas. В ланцюгах даних термометрів включені захисні ланцюги R11-R14,VD1-VD8,а в ланцюгах живлення – обмежувальний резистор R10 для захисту від короткого замикання. Незважаючи на те, що апаратно є можливість підключити чотири термометра, дана версія програми працює тільки з трьома. Це викликано недостатнім обсягом пам'яті програм. Термометри встановлюються в різних місцях автомобіля. У даному випадку вони були встановлені в салоні, на відкритому повітрі і в моторному відсіку. Завдяки наявності заданих програмно порогів, окрім індикації температури здійснюється ще й контроль її виходу за безпечні межі. Зважаючи на недостатній обсяг пам'яті програм, редагування порогів температур не підтримується. Пороги у вигляді констант внесені до тексту програми. Для першого термометра +55 градусів, а для другого і третього термометра +99 градусів.