3. Выбор элементной базы

В ходе выполнения курсового проекта необходимо выбрать ОМК в соответствии с требованиями, которые налагаются содержанием технического задания, а также с дополнительными требованиями, например, минимальное энергопотребление, малые габариты, возможность работы в широком диапазоне питающих напряжений, наличие резидентных средств отладки и контроля работоспособности [2].

1. Выбор омк

Для реализации функций, которые необходимо выполнить, согласно техническому заданию, был выбран микроконтроллер ATtiny88 фирмы AVR. Особенностями этого микроконтроллера являются следующие [6]:

• Расширенная RISC-архитектура:

– 123 команды – большинство выполняется за 1 такт

– 32 x 8 РОН

– 8K Flash-память программ

– 64 байт EEPROM

– 512 байт внутренней SRAM

– Циклы записи/чтения: 10,000 Flash/100,000 EEPROM

• Особенности ПУ:

– Один 8-битный СТ с отдельным предделителем и режимом сравнения

– Один 16-битный СТ с предделителем, режимами Сравнения и Захвата

– 8-канальный 10-битный АЦП

– Master/Slave SPI интерфейс

– 2-wire интерфейс (совместим с Philips I2C)

– Программируемый сторожевой таймер с отдельным генератором

– Встроенный Аналоговый Компаратор

– Прерывания и режим пробуждения при изменении состояния портов

• Особые возможности:

– debugWIRE система отладки

– Программирование через SPI

– Внутренний калибруемый генератор

– Внешние и внутренние источники прерываний

– 3 режима сна: холостого хода, помехозащищённый и энергосберегающий

– 28 программируемых линий ввода

– Рабочее напряжение: 2.7–5.5В

– Диапазон поддерживаемых температур: от -40°C до +125°C

• Зависимость частоты от напряжения питания:

0–8 MГц @ 2.7– 5.5В

0–16 МГЦ @ 4.5– 5.5В

• Энергопотребление:

– Рабочий режим: 8MГц @ 5В–4.4 mA

– Энергосберегающий режим: @5В–6 uA

На рисунке 6 представлено графическое обозначение микроконтроллера (корпус на 32 вывода, квадратный).

6. Графическое обозначение микроконтроллера Atiny88

RESET - вход сброса. Для выполнения сброса необходимо удерживать низкий уровень на входе более 50 нс.

Vcc, GND – выводы для подключения напряжения питания микроконтроллера.

AVcc – вывод для подачи напряжения питания на встроенный аналого-цифровой преобразователь.

Микроконтроллер имеет три 8-разрядных и один 4-разрядный порт ввода-вывода: Port A (PB3…PB0), Port B (PB7…PB0), Port C (PC7…PC0), Port D (PD7…PD0) - двунаправленные порты с тремя состояниями. Выходные буферы обеспечивают ток 20 мА.

В курсовом проекте выходы микроконтроллера использовались следующим образом:

• PD0, PD2, PD3 ‒ для подачи входных импульсов;

• PB2-PB5 для взаимодействия с внешней SPI Flash-памятью;

• PC0-PC5, PC7 ‒ для взаимодействия с КЖКИ.

• RESET ‒ для подключения схемы сброса.

Данный микроконтроллер удовлетворяет требованиям поставленной задачи, поскольку он имеет достаточное число линий ввода/вывода, 2 СТ и встроенный синхронный интерфейс SPI для обмена данными с внешней памятью. Также, данный ОМК обеспечивает требуемое быстродействие и имеет несколько режимов пониженного энергопотребления.

4. Принципиальная электрическая схема

Электрическая схема МПУ и спецификация элементов, входящих в ее состав, приведены в приложениях А и Б.

Центральным блоком на схеме является ОМК U1. Для задания тактовой частоты U1 к нему подключена схема, состоящая из кварцевого генератора X1 и двух конденсаторов C2, C3. Для выключения U1 в случае различных исключительных ситуаций к его входу RESET подключена схема сброса, состоящая из двух резисторов R1, R2, светодиода POWER, D1, C1. На порты U1 PD0, PD2 и PD3 подаётся 3 входных сигнала, которые нужно обработать согласно техническому заданию. На схеме эти сигналы поступают от стандартных генераторов импульсов и называются «Start/Stop», «Mileage» и «Fuel» соответственно. Взаимодействие с Flash-памятью U2 выполняется через последовательный интерфейс SPI. Для этого соединяются линии SPI ОМК и соответствующие им линии SPI памяти: SCK с SCK (линия синхронизации), с (разрешение работы), а также MISO с SO и MOSI с SI (линии обмена данными). И, наконец, работа с ЖКИ происходит через линии параллельных портов PC0-PC5 и PC7.

Для лучшего понимания процессов, происходящих в смоделированной системе, в неё добавлены 2 виртуальных прибора для отображения числа импульсов и частоты, поступающих на входы ОМК, а также компонент «отладчик SPI» для наглядного отображения взаимодействия ОМК и внешней памяти.