КП Валента / 12ОТВ / КП Никушина / Материалы / Полезная литература и источники / кардиограф (какое то описание)

ПЛАТА МОДУЛЯ ЭКС12

16-разрядный микропроцессор

RENESAS

M30624FGAGP

Рис 4.

Структурная схема модуля ЭКС12

5.2.1.1. МИКРОПРОЦЕССОР.

В кардиографе используется 16-разрядный микропроцессор фирмы Renesas

M30624FGAGP (D16) с тактовой частотой 24 МГц.

Микропроцессор имеет 8-разрядную внешнюю шину данных и 20-разрядную внешнюю шину адреса, внутреннее ОЗУ 10 Кбайт и внутреннее ПЗУ объёмом

256 Кбайт.

Кроме собственно процессора эта БИС содержит:

•Контроллер прерываний.

•Сторожевой таймер и схему контроля напряжения питания.

•Контроллер ПДП.

•Таймеры.

•Каналы последовательного ввода-вывода.

•Аналого-цифровой преобразователь.

•Цифро-аналоговый преобразователь.

•Схему подсчета CRC.

•Программируемые параллельные порты ввода-вывода.

Процессор M30624FGAGP имеет 5 последовательных каналов:

•три асинхронных UART0, UART1, UART2.

•два синхронных SIO3, SIO4.

UART0.

Последовательный асинхронный канал UART0 в кардиографе используется для

обмена данными с микроконтроллером ATMega8, который передает в процессор

кривые ЭКГ. У канала UART0 используются только сигналы TxD0 и RxD0 (выв. 33, 34).

Скорость обмена – 250 кГц.

UART1.

Последовательный асинхронный канал UART1 в кардиографе используется для

обмена данными с персональным компьютером. У канала UART1 используются только сигналы TxD1 и RxD1 (выв. 29, 30).

UART2.

Последовательный асинхронный канал UART2 в кардиографе не используется.

Выводы используются как порты ввода-вывода для обмена данными с

микросхемой часов реального времени Holtek HT1381.

SIO4.

Последовательный синхронный канал SIO4 в кардиографе используется для вывода данных на головку термопринтера.

Канал ввода данных не используется.

Для записи данных в головку термопринтера процессор выдает данные (SOUT4 - выв. 99) и тактовые импульсы (CLK4 - выв. 100).

Микропроцессор M30620FGAGP содержит 10-разрядный АЦП. Диапазон входных напряжений от 0 до +5В.

Цена единицы младшего разряда: 1LSB = 4,88 мВ.

В кардиографе используются только два канала АЦП – ADC0 и ADC1. Остальные

каналы не используются, их внешние выводы заняты портами ввода-вывода.

ADC0.

Канал AN0 (выв. 95) используется для контроля напряжения аккумуляторов кардиографа.

На вход АЦП подается 0,444 напряжения аккумуляторов.

ADC1.

Канал ADC1 (выв. 93) используется для контроля температуры головки термопринтера. Зависимость напряжения на входе канала ADC1 от температуры

головки приведена в таблице:

Микропроцессор M30620FGAGP имеет одиннадцать 8-разрядных

программируемых портов ввода-вывода.

Выводы порта Р0 (выв. 79-86) используются как шина данных внешнего ОЗУ. Порт Р1 (выв.71-78) используется как порт ввода-вывода для записи и чтения данных из жидкокристаллического индикатора.

Р1.0 – 0 разряд данных ЖК индикатора;

:

Р1.7 – 7 разряд данных ЖК индикатора.

Выводы портов P2P4 (выв.49-70) используются как шина адреса для внешнего ОЗУ.

Р4.5 (выв. 47) используется как порт ввода (Ext Pwr) для определения источника,

от которого питается кардиограф.

Ext Pwr=”1” - питание от встроенных аккумуляторов;

Ext Pwr=”0” - питание от внешней сети переменного тока или бортовой сети автомобиля.

Р4.6 (выв. 46) используется как сигнал выбора кристалла внешнего ОЗУ (CS2).

Выводы порта Р5 используются для сигналов записи, чтения внешнего ПЗУ и

ОЗУ.

Р6.0 (выв. 36) используется как порт вывода (Power Off), для выключения

питания кардиографа, если пользователь не нажимает никаких кнопок в

течение 15 минут. Для выключения кардиографа на порт Р6.0 выставляется лог. “1”.

Р6.1 (выв. 35) используется как порт вывода для формирования сигнала сброса

микросхемы часов реального времени Holtek HT1381.

Р6.4 (выв. 32) используется для программирования внутренней Flash памяти

процессора – сигнал RTS1.

Р6.5 (выв. 31) используется для программирования внутренней Flash памяти

процессора – сигнал CLK1.

P7.0 (выв. 28) используется как порт вывода (SDA) и соединён с

входом/выходом данных микросхемы часов.

P7.1 (выв. 27) используется как порт вывода (SCL) и соединён с входом синхронизации микросхемы часов.

Р7.2 (выв. 26) используется как порт вывода, в качестве сигнала выборки

кристалла ЖК индикатора – CS1.

Р7.3 (выв. 25) используется как порт вывода, в качестве сигнала выборки

кристалла ЖК индикатора – CS2.

Р7.4 (выв. 24) используется как порт вывода, в качестве сигнала записи/чтения ЖК индикатора – R/W.

Р7.5 (выв. 23) используется как порт вывода, в качестве сигнала команда/данные ЖК индикатора – D/I.

Р7.6 (выв. 22) используется как порт вывода, в качестве сигнала разрешения обмена с ЖК индикатором – Е.

Р7.7 (выв. 21) используется как порт ввода для контроля наличия бумаги –

сигнал PAPER.

На этот вход подается сигнал с датчика наличия бумаги термопринтера:

PAPER = “1” – бумага есть;

PAPER = “0” – бумаги нет.

P8.0 (выв. 20) используется как порт вывода ( А17) и соединён с входом адреса

А17 микросхемы ОЗУ.

Р8.1 (выв. 19) используется как порт вывода (А18) и соединён с входом адреса

А18 микросхемы ОЗУ.

P8.2 (выв. 18) используется как порт вывода (Charge Mode) для переключения

режимов работы зарядного устройства.

Charge Mode = “0” зарядное устройство работает в режиме заряда малым током 0,03А – для вывода аккумулятора из состояния глубокого разряда (напряжение аккумулятора меньше 6В) и для компенсации саморазряда.

Charge Mode = “1” зарядное устройство работает в режиме заряда током

0,4А – номинальный ток заряда.

Р8.3 (выв. 17) используется как порт вывода для управления током обмотки А шагового двигателя термопринтера – сигнал IA.

Р8.4 (выв. 16) используется как порт вывода для управления током обмотки В

шагового двигателя термопринтера – сигнал IB.

Р8.6 (выв. 9) используется как порт вывода для управления направлением тока обмотки А шагового двигателя термопринтера – сигнал PhaseА.

Р8.7 (выв. 8) используется как порт вывода для управления направлением тока обмотки В шагового двигателя термопринтера – сигнал PhaseВ.

Р9.0 (выв. 5) используется как порт вывода (Сh. Ind.) для управления

светодиодом «ИДЕТ ЗАРЯД АККУМУЛЯТОРА» (жёлтый).

Р9.1 (выв. 4) используется как порт вывода (Prn Power On) для включения и выключения питания термопринтера.

Prn Power On = “0” питание принтера выключено. Prn Power On = “1” питание принтера включено.

Р9.2 (выв. 3) используется как порт ввода (On/Off) для определения состояния

кнопки включения кардиографа. Это нужно для определения причины появления напряжения питания на процессоре. Причины может быть две:

On/Off = “0” питание включил пользователь нажатием кнопки “☼/ ”; On/Off = “1” питание процессора появилось от подключения внешнего источника питания (если есть внешнее питание, то процессор всегда

включен).

Р9.3 (выв. 2) используется как порт вывода для управления записью строки данных (832 бита) в буфер данных головки термопринтера – сигнал LATCH.

Запись данных производится после того, как синхронный последовательный

канал SIO4 завершил выдачу строки данных в сдвиговый регистр термопринтера.

Для записи необходимо сформировать импульс “ ¯ ¯ “. Исходное пассивное состояние Р9.3 = “1”.

Р9.4 (выв.1) используется как порт вывода для управления включением

нагревательных элементов головки термопринтера – сигнал STB. STB = “0” – термоэлементы выключены.

STB = “1” – термоэлементы включены.

Р9.7 (выв. 98) используется как порт ввода для контроля положения головки термопринтера – сигнал HEADUP.

На этот вход подается сигнал с датчика положения головки термопринтера: HEADUP = “0” – рабочее положение головки термопринтера;

HEADUP = “1” – головка термопринтера поднята для заправки термобумаги. P10.0 (выв. 95) используется как вход канала 0 АЦП – сигнал ADC0.

P10.1 (выв. 93) используется как вход канала 1 АЦП – сигнал ADC1.

Р10.2 (выв. 92) используется как порт вывода для выдачи сигнала сканирования матрицы клавиатуры. Активное состояние “0”.

Р10.3 (выв. 91) используется как порт вывода для выдачи сигнала сканирования матрицы клавиатуры. Активное состояние “0”.

Р10.4-7 (выв. 87-90) используются как порты ввода для опроса состояния

матрицы клавиатуры. Наличие “0” на одном из входов означает, что нажата одна из кнопок кардиографа.

5.2.1.2. ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОЕ ОЗУ.

ОЗУ выполнено на микросхеме D17 статического ОЗУ фирмы Samsung

(K6X4008C1F-GF55) объемом 4096 Кбит с организацией 512К х 8 разрядов. Выборка ОЗУ осуществляется сигналом выбора кристалла CS2 процессора. ОЗУ доступно для записи и чтения.

ОЗУ является энергонезависимым, то есть при выключении питания

кардиографа информация в нем сохраняется. При выключении кардиографа

питание ОЗУ осуществляется от резервной литиевой батарейки с напряжением

3В (GB1).

5.2.1.3. ЧАСЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ (RTC).

Часы реального времени выполнены на микросхеме D22 (HT1381) фирмы Holtek, которая подключена к процессору через последовательный канал.

Часы реального времени являются энергонезависимыми, при выключении

питания кардиографа их питание осуществляется от резервной литиевой батарейки с напряжением 3В (GB1).

5.2.1.4.СХЕМА СБРОСА И РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ.

Схема сброса, сторожевого таймера и резервного питания выполнена на микросхеме D18 фирмы Analog Devices ADM 693 AARN.

Микросхема выполняет следующие функции:

-переключение питания ОЗУ и RTC на резервное питание при выключении

питания кардиографа

-сброс процессора

-сторожевой таймер.

5.2.1.5. СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕРМОПРИНТЕРОМ.

В кардиографе применен термопринтер фирмы Fujitsu FTP-644MCL001,

имеющий следующие технические характеристики:

•Метод печати - термоголовка, печатающая сразу всю строку.

•Ширина печати - 104 мм.

•Количество точек - 832 точки в строке.

•Шаг точек - 8 точек/мм по вертикали и по горизонтали.

•Энергия на точку - не более 0,456 мдж.

•Температура головки - не более 70°С.

Назначение сигналов управления головкой термопринтера: STROBE - сигнал включения нагревательных элементов.

LATCH - сигнал записи данных из сдвиговых регистров в буфер печати. При

подаче на вход LATCH сигнала лог.”0” происходит запись данных из сдвигового регистра (SHIFT) в буфер печати (LATCH).

DATA - вход последовательного канала для занесения данных в сдвиговый регистр.

CLOCK - вход тактовых импульсов, по которым записываются данные в

сдвиговый регистр. Данные записываются по перепаду на входе CLOCK из

лог.”0” в лог.”1”.

Для включения нагревательных элементов необходимо выставить лог.”1” на порт вывода STROBE головки.

Датчик температуры головки представляет собой терморезистор

установленный в головке термопринтера и предназначен для контроля

температуры головки.

Терморезистор вместе с резистором R116 образуют делитель напряжения, выход которого соединен с входом АЦП процессора. Измеряя это напряжение процессор определяет температуру головки термопринтера.

В кардиографе предусмотрена аппаратная защита от перегрева головки. При

температуре головки выше 70°С происходит блокировка сигнала STROBE и

нагревательные элементы отключаются до тех пор пока головка не остынет.

Блокировка осуществляется компаратором D24.1 (LM339), который срабатывает при напряжении на делителе меньше 2,0 В.

Схема управления шаговым двигателем выполнена на микросхеме D25

(KA3100D), которая управляет обмотками двигателя.

Управление скоростью вращения осуществляется программно через порты

ввода-вывода процессора.

Термопринтер имеет датчик наличия бумаги и датчик положения прижимного валика. Выходы датчиков соединены с портами ввода-вывода процессора.

Выход датчика наличия бумаги – сигнал PAPER соединен с портом ввода

процессора Р7.7 (выв. 21). PAPER = “1” – бумага есть;

PAPER = “0” – бумаги нет.

Выход датчика положения прижимного валика – сигнал HEADUP соединен с портом ввода процессора Р9.7 (выв. 98).

HEADUP = “0” – рабочее положение головки термопринтера;

HEADUP = “1” – головка термопринтера поднята для заправки термобумаги.

5.2.1.6. СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПИТАНИЕМ, ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО И СТАБИЛИЗАТОР +5В.

Схема управления питанием, зарядное устройство и стабилизатор +5В (в дальнейшем – схема управления питанием) предназначена для обеспечения питанием всех узлов кардиографа и управления процедурой заряда встроенной

NiCd аккумуляторной батареи. Первичным источником для схемы управления питанием является постоянное напряжение 18 В формируемое выносным

сетевым блоком питания или бортовая автомобильная сеть постоянного тока напряжением (10 – 15)В.

Схема управления питанием обеспечивает

•включение и выключение питания всех узлов кардиографа;

•режим вывода аккумуляторов из глубокого разряда током заряда 0,03А;

•режим компенсации саморазряда аккумуляторов током заряда 0,03А;

•режим нормального заряда аккумуляторов током заряда 0,4А;

•индикацию наличия питания зарядного устройства от внешней сети.

Устройство схемы управления питанием

Структурная схема устройства приведена на рисунке 5.

Схему управления питанием можно разделить на следующие части:

•выносной сетевой блок питания преобразующий напряжение сети 50Гц 220В в постоянное напряжение 18 В для питания зарядного устройства;

•зарядное устройство;

•NiCd аккумуляторная батарея;

•триггер включения питания;

•ключ питания процессора;

•стабилизатор +5В;

•ключ питания принтера.

Зарядное устройство.

Зарядное устройство представляет собой управляемый источник тока. Оно

обеспечивает ток заряда аккумуляторной батареи 0,03А при выводе батареи из

глубокого разряда и в режиме компенсации саморазряда и ток 0,4А в режиме нормального заряда батареи.

Зарядное устройство выполнено на микросхемах D26 (LM2575ADJ), D27 (TLV431), D28 (LM358). Полевой транзистор VT17 (IRLML5103) выполняет роль ключа, шунтирующего резистор R148. Биполярный транзистор VT18 (BC817)

обеспечивает управление ключом от лог. сигнала "Charge Mode", поступающего с порта P8.2 (выв. 18) процессора. При наличии лог. 0 на "Charge Mode"

зарядное устройство работает в режиме заряда током 0,03А, лог. 1 переводит устройство в режим зарядом 0,4А.

NiCd

аккумуляторная Charge Mode Зарядное устройство батарея 7,2В;

1200мАч

Рис.5 Структурная схема питания кардиографа

Схема включения питания.

Схема триггера включения питания обеспечивает включение и выключение питания кардиографа в следующих случаях:

1.При нажатии кнопки “☼/ ” (первое нажатие – включение, второе нажатие

–выключение).

2.При поступлении от процессора сигнала "Power Off" уровнем лог. 1 (выключение).

Логику включения/выключения питания обеспечивает микропроцессор D16 с транзисторами VT12-VT16.

При нажатии на кнопку “☼/ ” сигнал "Power On/Off" уровнем лог. 1

открывает транзистор VT15 (IRF7204), формируется напряжение +5В питающее процессор D16, который запускается и вырабатывает сигнал "Power Off" уровнем лог. 0, удерживающий транзистор VT15 в открытом состоянии. Нажатие кнопки “☼/ ” определяется процессором по сигналу "On/Off", лог. 0 – кнопка “☼/ ” нажата, лог. 1 – кнопка не нажата.

RC-цепь R143, C103 предназначена для подавления дребезга контактов кнопки включения. Транзистор VT13 (BC817) обеспечивает согласование сигнала

"On/Off" по уровню.

При наличии внешнего питания транзистор VT15 всегда открыт и

соответственно всегда присутствует питание +5В. Процессор D16 при наличии внешнего питания работает всегда и по нажатию на кнопку “☼/ ” либо включает, либо выключает основную экранную форму ЭК. Наличие внешнего

питания определяется по наличию входного напряжения Uin, которое через схему согласования уровня, выполненную на транзисторе VT12 (BC817) приходит на порт Р4.5 (выв. 47) (сигнал “Ext Pwr”). Лог. 1 соответствует питанию

ЭК от встроенных аккумуляторов; лог.0 - питание от внешней сети переменного

тока или бортовой сети автомобиля.