Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Схемотехническое проектирование систем управления. Учебно-методическое пособие
.pdf
В столбце «Меры сопряжения» отражают дополнительные меры,
необходимые для согласования выбранной модели с требованиями задания.
Непосредственно под таблицами следует привести полные библиографические данные источников информации
(оптимально – адреса сайтов).
Проанализировав выбранные модели для каждого из контроллеров, следует рассмотреть возможность их унификации и
изложить результат в текстовой форме.
Следует уделить внимание организации цепей питания, стараясь выбирать все МК с одинаковым напряжением питания (см.
таблицу выбора). Если напряжения питания выбранных МК различны, необходимо проанализировать резистентность входов/выходов модели с более низким напряжением к более высокому уровню логических сигналов смежного МК. Результат следует отразить в столбце «Вывод» таблиц выбора модели МК.
Затем для модели МК, обладающей нужными возможностями, изображается распиновка (Pin Configurations из мануала фирмы или справочника, указав источник) и составляются таблицы
распределения функций по портам (табл. 6 и 7 ПЗ для МК ВУ и
МК НУ) в соответствии с предыдущими таблицами (пример –
для табл. 6). Сначала распределяются необходимые альтерна-
тивные функции согласно справочным данным по альтернативным возможностям каждого вывода. При возможности рекомендуется выбирать выводы альтернативных функций так, чтобы
сохранить группы линий дискретного ввода-вывода в свободных
портах. Затем распределяют по назначению дискретные вводы и
41
выводы (с учетом специфики входов от механических заземля-
№ выво-
да
Порт
Альтер.
функ-
ция
Описание
23
PC0
ADC0
АЦП входной канал 0
2
PD0
RXD
RS-485 ( инф. выход приемника)
3
PD1
TXD
RS-485 (инф. вход передатчика)
4
PD2
–
RS-485 (выход направления)
17
PB3
MOSI
SPI ведущий-выход, ведомыйвход
18
PB4
MISO
SPI ведущий-вход, ведомый- вы-
ход
19
PB5
SCK
SPI тактовый импульс
24
PС1
SPI выбор ведомого - SS1#
15
PB1
SPI выбор ведомого - SS2#
16
PВ2
SPI выбор ведомого - SS3#
28
PC5
Дискретный выход
27
PC4
Дискретный выход
26
PC3
Дискретный выход
25
PC2
Дискретный выход
5
PD3
Дискретный вход
ющих контактов).
Пример «Распределение функций для К0
Таблица …»
и т.д.
Для каждого МК необходим расчет допустимого количества
выходов с током по 20 мА (при необходимости), если остальные
выходы (из заданного количества) будут нагружены втекающим
током 1,5 мА.
Если в заданном семействе отсутствуют модели с нужным
набором выводов, в состав контроллера включают дополнительные элементы сопряжения. В частности, если количество анало-
42
говых датчиков, подлежащих присоединению к МК ВУ (с учетом перераспределения на структурном этапе синтеза), больше,
чем число его аналоговых входов, следует в составе КВУ использовать аналоговый коммутатор, управляемый от одного из портов МК. Применяемые аналоговые ключи и коммутаторы должны иметь адресные входы, совместимые по уровням с ТТЛ. Если
в заданном семействе МК нет моделей, имеющих заданную разрядность АЦП (А3), следует в составе контроллера применить
внешний АЦП с выходом в параллельном или последовательном
коде, подобрав соответствующий интерфейс. Если для организации дискретных входов или выходов не хватает количества или
нагрузочной способности выводов портов, следует использовать
шинные формирователи или регистры. Для всех элементов сопряжения должны быть разработаны схемные решения, дабы
убедиться в их реализуемости и определить количество линий
подключения к МК (например, 8 линий для внешнего интерфейса
П/#). Широкий выбор решений по сопряжению различных сигналов с цепями МК приведен в [6, 7].
Затем нужно заново просчитать количество линий ввода/вывода МК, выполнить их распределение и выбор модели
МК. Используя тот иной функциональный узел МК, необходимо
следить за однозначностью выполняемой им функции. Недопустимо, например, применение одного и того же таймера одновременно для счета внешних импульсов и для формирования
ШИМ.
Измененный состав контроллеров следует отразить в уточненной структурной схеме.
Далее следует переработать для каждого выбранного МК
распиновку в УГО, изображая его согласно [1, рис. 37, табл. 29].
К примеру, УГО ATmega16 будет иметь вид, приведенный на
43
PA0
PA1
PA2
PA3
PA4
PA5
PA6
PA7
PB0
PB1
PB2
PB3
SS#
MOSI
MISO
SCK
PD0
PD1
PD2
PD3
PD4
PD5
PD6
PD7
SCL
SDA
PC2
PC3
PC4
PC5
PC6
PC7
RESET
V
CC
GND
XTAL2
XTAL1
AREF
AGND
AV
CC
CPU
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
Рис. 9
рис. 9. Если выводы порта
используются для выполнения альтернативной функции
(см. составленную ранее таблицу), то в качестве меток в
дополнительных полях следует писать эту функцию
(например, ADC0), а если для
основной функции ввода/вывода, то наименование
порта и номер разряда. В
частности, в УГО на рисунке
2 выводы 5-8 задействованы
для организации локальной
шины SPI, а выводы 1-4, относящиеся к тому же порту В
– для ввода или вывода дискретных сигналов. Аналогично используется порт С.
При наличии выбора
среди моделей следует выбирать наиболее дешевые, в
частности не применять без необходимости энергоэкономичные
(L), с широким диапазоном напряжений питания (они предназначены для мобильных устройств). Исполнение по температурному
диапазону – коммерческое, корпус пластиковый, максимальная
частота – наименьшая из доступных.
В конечном результате наименование модели должно соответствовать спецификации изготовителя. Например, микроконтроллеры ATmega фирмы Atmel обозначаются так:
44
Следующей стадией является размещение на листе схемы
всех элементов МКСУ, выполнение всех связей (с учетом вариантов изображения, описанных в [1]). Входы и выходы схемы
должны быть оформлены разъемами, отдельными для каждой
группы сигналов (датчик, ШИМ-выход, связь с СУ ГПС и т.п.).
Для сигналов и напряжений, поступающих на схему извне, а
также для цепей двунаправленного обмена следует использовать
вилки (штыри), для сигналов, выдаваемых на устройства, – розетки (гнезда). УГО разъема выполняется в виде таблицы ([1],
с. 44). Поле «Конт.» заполняется порядковыми номерами, поле
«Цепь» не вводится, поле «Сигнал» заполняется русскоязычными или англоязычными сокращениями. Проводники отводятся
от поля «Конт.», в зависимости от необходимого направления
проводника это поле может быть как справа, так и слева от поля
«Сигнал». В каждом разъеме (кроме выходных цепей А5 и А6)
должен быть контакт с сигналом «GND», т.е. «земля», цифровая
или аналоговая соответственно. Для связи разъемов ввода/вывода с выводами (пинами) микросхем удобно применять
жгуты [1], при этом следует различать номеров контактов разъема, выводов элементов схемы и порядковых номеров проводов
жгута (рис. 10). Номера проводов на левой стороне жгута назначаются по порядку, а на правой – по схемотехнике.
45
Источники питания схемы изображаются отдельно в виде
Рис. 10
разъема со всеми необходимыми для схемы уровнями напряжений и контактом GND или «Общ». От поля «Конт» контакта питания этого разъема должна отходить линия, изображающая
проводник и помеченная наименованием Vcc или Vdd, от поля
«Конт» контакта «Общ» – линия, оканчивающаяся символом
заземления – рис. 11. Между выводами Vcc и GND следует установить электролитический конденсатор (лучше танталовый) емкостью 1000 мкФ (см. ниже). Обозначения линий питания у
разъема «запитки» и на вводе в каждый элемент (МК и другие
ЭРЭ) должны быть одинаковыми.
46
Для борьбы с
Рис. 11
Рис. 12
кондуктивными помехами каждую микросхему следует снабдить конденсаторами,
как указано в [6]
(микросхемы, сопровождающие МК, следует снабдить только
неполярными конденсаторами, обычно 0,1 мкФ). Если напряжение питания аналоговой части схемы заводится извне, то и аналоговая земля заводится отдельно от цифровой, но конденсаторы всё же нужны. В случае питания аналоговой части схемы от
общего источника в соответствии с [6, рис. 2.14] рекомендуется
установка LC-фильтра. Схема и параметры фильтра, которые
рекомендует Atmel: дроссель L номиналом 10 мкГн подключается между входами цифрового (Vcc) и аналогового (AVcc) питания МК, конденсатор С номиналом 1,0 мкФ подключается между
AVcc и цифровой «землей», к этой же «земле» подключается
вывод аналогового нуля (AGND). На
рис. 12 изображен этот фильтр и электролитический конденсатор на вводном разъеме питания. В тех МК, где
аналоговый компаратор, АЦП и ЦАП
не используются, для повышения помехоустойчивости всё же следует соединять между собой цепи AVcc и
Vcc, GND и AGND любым доступным
способом. Организация питания специальных внешних микросхем АЦП
47
должна соответствовать указаниям фирмы-изготовителя. Вопрос
3
3
борьбы с помехами по питанию в дискретных и аналоговых цепях
должен быть отражен в пояснительной записке к проекту.
Чтобы не загромождать схему разводкой цепей питания,
следует использовать один из вариантов, предложенных в [1,
с. 115]. При этом нужно следить, чтобы названия одних и тех же
цепей в различных частях схемы совпадали (недопустимы,
например, обозначения «Vcc» и «+ 5 В» для одной цепи питания).
Все неиспользуемые входы каждого МК следует программно нагружать на внутренние резисторы (это должно быть отражено в пояснительной записке) или же ставить внешние сопротивлением 10... 100 кОм
.
Использованные элементы сопряжения должны быть снабжены всеми необходимыми пассивными элементами (резисторами, конденсаторами, дросселями и пр.). Номиналы примененных
резисторов и конденсаторов должны соответствовать ряду Е12
(см., например, источники в Интернете).
4.5. Рекомендации по оформлению принципиальной схемы
Принципиальная схема МКСУ может быть выполнена на
ватмане или миллиметровой бумаге (с неяркой сеткой) как вручную, так и с использованием машинной графики. Наименование
– «Устройство управления. Схема электрическая принципиальная». Буквенно-цифровое обозначение – согласно указаниям [1],
причем каждая часть отделяется точкой. Вместо наименования
кафедры и ее номера следует писать номер специальности, код
Объяснение из [6]. «Парящие в воздухе» высокоомные КМОП-входы
находятся в неустойчивом состоянии (то ли «нуль», то ли «единица») и любая
внешняя наводка приводит к «дребезгу». Это заставляет хаотично работать
логические элементы внутри МК, что приводит к увеличению динамических
потерь и повышению энергопотребления.
48
дисциплины по учебному плану – Б3.Б.8, номер варианта проекта (выдает преподаватель). Затем последние три цифры студенческого билета, вид и тип схемы (Э3).
Условные графические обозначения элементов принципиальной схемы и ее исполнение должны соответствовать действующим стандартам (см. [1]). В частности, для МК основное
поле УГО должно быть заполнено обозначением его функции
(MCU), наименования разрядов порта (альтернативные или основные) должны быть помещены в дополнительных полях справа и слева от основного, причем все разряды одного порта – с
одной стороны (при перестановке необходимо следить за сохранением распиновки – номера выводов должны сохранить соответствие разрядам порта). Если в МК используется менее половины выводов, то незадействованные выводы на УГО можно не
изображать.
Выводы цифрового питания указывать не следует, но необходимо указать подключение всех UCC (UDD) и GND каждой микросхемы при составлении таблицы питания ЭРЭ (см. [1],
табл. 24), как указано выше.
Все элементы схемы должны иметь буквенно-цифровые позиционные обозначения, нумерация в которых ведется сверху
вниз и слева направо (см. [1], с. 42).
Необходимо отличать цифровые элементы схемы (позиционное обозначение DDn), от аналоговых и аналого-цифровых
(обозначение DAn). Элементы со сложным преобразованием
вида сигнала, такие как приемопередатчики шин, сторожевые
таймеры, бесконтактные реле, следует обозначать как A с порядковым номером.
Лист с принципиальной схемой после защиты складывается
по стандарту и подшивается в папку с пояснительной запиской.
49
4.6. Рекомендации по выбору пассивных элементов
4
4
и заполнению перечня элементов
Расчет или обоснование выбора параметров всех пассивных
ЭРЭ должен быть приведен в пояснительной записке. В частности, при измерении аналоговых сигналов следует обеспечивать
непревышение входным напряжением максимально допустимого
для данного МК значения (обычно не более напряжения питания
МК) и соблюдение полярности. Например, чтобы отмасштабировать входной сигнал с коэффициентом 2 (0-10 В до 0-5 В),
включите последовательно два резистора
по 10 кОм между
входом и землей, сняв входное напряжение со второго резистора
(для U
< 5 В следует выбрать другое соотношение сопротив-
CC
лений). Точность номинала резисторов обычно должна быть
1 %, т.е. соответствовать разрешающей способности АЦП. На
аналоговых входах МК после делителей (для защиты входных
цепей МК от помех с линий) следует ставить конденсаторы
номиналом 4700…5100 пФ.
Перечень использованных элементов обязательно должен
присутствовать в составе материалов курсового проекта. Он размещается над угловым штампом схемы или на отдельном листе.
Если ПЭ выполняют на отдельном листе, то он должен иметь
тот же номер, что и схема, но вместо Э3 ставится ПЭ3. Правила
составления ПЭ приведены в [1].
4.7. Рекомендации по выполнению пояснительной записки
Состав и форма расчетно-пояснительной записки (РПЗ или
ПЗ) должны соответствовать СТП ВГТУ 62-2007 [2]. Данному
стандарту должны соответствовать все части записки, включая
титульный лист, содержание и пр. – см. ниже. Пояснительная
Согласно стандарту (см. в [13]) входное сопротивление УЧПУ для ана-
логовых входных сигналов должно быть не менее 2 кОм. Однако, реальное
входное сопротивление аналогового входа МК очень велико и типичное значение сопротивлений делителей – десятки килоом.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]