4 Розробка схеми електричної принципової

4.1 Вибір мікроконтролерів

В якості керуючого мікроконтролера може бути використаний один з 8-бітових мікроконтролерів

Основними характеристиками, які беруться до уваги, є:

- кількість ліній введення/виведення;

- тактова частота, МГц;

- наявність годинника реального часу;

Керуючий мікроконтролер повинен виконувати декілька функцій, приймати та обробляти інформаційні сигнали, виводити інформацію на дисплей, та за необхідністю передавати її на другий мікроконтролер

Вибір першого керуючого пристрою, керуючий мікроконтролер повинен керувати дисплеєм та блоком вхідних сигналів без конфліктів, мікроконтролер повинен володіти достатнім обсягом пам'яті програм, мати восьмизарядний порт.

Цим вимогам відповідає мікроконтролер ATmega 2560-16au.

ATmega2560-16AU -- мікроконтролер виконаний на основі AVR-ядра з RISC-архітектурою. AVR ядро об'єднує багатий набір інструкцій із 32 робочими регістрами загального призначення. Усі 32 регістра безпосередньо підключені до АЛП (арифметико-логічного пристрою), що дозволяє вказувати два регістри в одній інструкції і виконувати її за один цикл. Дана архітектура володіє більшою ефективністю коду і в 10 разів більшу продуктивність у порівнянні з CISC мікроконтроллерами.

Основні параметри мікроконтролера АТмеgа2560-16au:

• 256 Кбайт внутрисхемно-програмованої флеш-пам'яті з можливістю читання під час запису;

• 4 кбайт ROM-пам'яті і 8 кбайт RAM-пам'яті;

• 86 ліній введення-виведення;

• годинник реального часу;

• шість гнучких таймерів-лічильників з режимами порівняння;

• 4 інтерфейсу UART;

• 16-ти канальний 10-ти розрядний АЦП з опціональним диференційним вхідним каскадом і програмованим посиленням; послідовний порт SPI;

• 2-х провідний послідовний інтерфейс з побайтною передачею;

• програмований сторожовий таймер з внутрішнім генератором, а так само JTAG інтерфейс для сканування адресного простору, реально-тимчасової налагодження та програмування.

Мікроконтроллер має шість програмно налаштовуваних режимів управління енергоспоживанням: режим холостого ходу, режим зниженого споживання, економічний режим, режим зниження шумів, а також два чергових режиму - звичайний і розширений. АТмеgа2560 підтримується повним набором інструментальних і програмних засобів для розробки додатків.

Контролер призначений для програмування автономних мікропроцесорних об'єктів.

Для використання контролера потрібно підключити його через USB тип A - USB тип B кабель до USB порту комп'ютера. Альтернативою може послужити підключення зовнішнього блоку живлення або батареї.

Управління контролером здійснюється за допомогою спеціального програмного забезпечення Arduino. Мікроконтролер ATmega2560-16AU поставляється з записаним завантажувачем, що полегшує запис нових програм без використання зовнішніх програматорів, також є можливість не використовувати стандартний завантажувач і запрограмувати мікроконтролер через висновки ICSP (внутрішньосхемного програмування). На платі контролера знаходиться кнопка скидання параметрів або перезавантаження RESET.

Вбудований мікроконтролер має 54 цифрових вводів-висновків.

Контролер має можливість підключення послідовної шини, виходи 0 і 1 підключені до відповідних виходів мікросхеми послідовної шини ATmega8U2.

Зовнішнє переривання: вихід 2 - переривання 0; вихід 3 - переривання 1; вихід 21 - переривання 2; вихід 20 - переривання 3; вихід 19 - переривання 4; вихід 18-переривання 5.

Serial Peripheral Interface (SPI) - вихід 50 (MISO), вихід 51 (MOSI), вихід 52 (SCK), вихід 53 (SS). За допомогою даних виходів здійснюється зв'язок SPI. Також виходи SPI можуть бути виведені на блоці ICSP. Вбудований світлодіод, підключений до цифрового виходу 13. Якщо значення на виході має високий потенціал, то світлодіод горить.

Інтерфейс I2C (IIC) Inter-Integrated Circuit: вихід 20 (SDA) вихід 21 (SCL). За допомогою виходів здійснюється зв'язок IIC (TWI). Розташування виходів на платформі Mega не відповідає розташуванню Duemilanove або Diecimila.

Також на контролері встановлено 16 аналогових входів, позначених 0 - 15, кожен роздільною здатністю 10 біт (тобто може приймати 1024 різних значення).

Вихід AREF - опорна напруга для аналогових входів.

Вихід Reset - низький рівень сигналу на виводі перезавантажує мікроконтролер. Зазвичай застосовується для підключення кнопки перезавантаження на платі розширення, що закриває доступ до кнопки на самій платі Arduino.

Передбачений інтерфейс ICSP (внутрішньосхемного програмування) для підключення програматора і перепрограмування вбудованого мікроконтролера.

Робота контролера передбачена при живленні плати 5 Ст. При напрузі живлення нижче 7В, висновок 5V може видавати менш 5В і це може призвести до нестабільної роботи. Якщо використовувати напругу не вище 12В регулятор напруги може перегрітися і пошкодити контролер. Рекомендований діапазон напруги живлення 7 - 12В. Зовнішнє живлення контролера може подаватися через блок живлення або від батареї. Дроти від батареї підключаються до виходів Gnd і Vin роз'єму живлення.

Роз'єми живлення:

VIN - вхід використовується для подачі живлення від зовнішнього джерела;

5 В - джерело напруги, що використовується для живлення мікроконтролера та компонентів на платі;

3,3 В - напруга на виводі 3,3 В, що генерується вбудованим регулятором на платі. Максимальне споживання струму 50 мА;

GND - заземлення.

В якості другого мікроконтролера може бути використаний один з 8-бітових мікроконтролерів

Основними характеристиками, які беруться до уваги, є:

- кількість ліній введення/виведення;

- тактова частота, МГц;

- низьке енергоспоживання;

- невисока ціна

Другий мікроконтролер повинен мати певний набор функцій, та велику частоту обробки інформації, цим вимогам відповідає мікроконтролер ATmega16U2-MUR. Також використовуємо цей мікроконтролер тому що він більш компактний і дешевий, і відповідає потрібному набору функцій, можна використовувати і ATmega 2560-16au, але це не є доцільним.

ATmega16U2-MUR