Принципиальная схема.
Принцип работы:
Принципиальная схема разбита на 3 части:
Схема электрическая принципиальная подключения памяти
Схема электрическая принципиальная подключения ПЛИС
Схема электрическая принципиальная подключения интерфейсов.
Схема электрическая принципиальная подключения памяти.
Представлена на плакате ПГТУ.000001.004Э3 лист 1.
На данной схеме показано подключение памяти к микроконтроллеру МC68EN360FE25. К микроконтроллеру подключается два типа памяти:
2 микросхемы (D1,D2) FLASH памяти.
4 микросхемы (D3,D6,D8,D10) по 2 Mb RAM (оперативной памяти)
По мимо этого на схеме показано подключение контроллера Ethernet К микроконтроллеру через ПЛИС.
FLASH память подключается с помощью 18 разрядной шины адреса и 8-разрядной шиной данных. Кроме этого используются сигналы СЕ- Chip Enable на микросхеме или CS_F0,CS_F1 на схеме для активизации конкретного кристалла памяти, а также сигнал ОЕ разрешение для выставления данных. FLASH память также позволяет её перепрограммировать. Все сигналы формируются микроконтроллером который самостоятельно работает с памятью.
RAM память подключается к микроконтроллеру по 10 разрядной шине адреса и 32 разрядной шине данных. А также для взаимодействия с оперативной памятью используются сигналы выбора столбцов RAS и сигналы выбора строк CAS1,CAS2,CAS3,CAS4. Для регламентации операция запись/считывание используется сигнал R/W. Для разрешения выставки данных используется сигнал OE.
Контроллер Ethernet выполняет функции по формированию сигналов данного протокола на физическом уровне. Коммутацию сигналов осуществляет ПЛИС. Она принимает данные с последовательных портов микроконтроллера и направляет их на соответствующие драйверы. К драйверу Еthernet приходят управляющие (ETH_CD,ETH_CLK3,ETH_CLK4,ETH_CTS)и информационные сигналы(ETH_RXD1,ETH_TXD). По мимо этого к драйверу подключается генератор 25МГц на вход X1, и фильтр на вход MFILT. Выходами драйвера являются выводы (TPTXM,TPTXP), а входами (TPRXP,TPRXM). Для индикации работы к драйверу подключаются светодиоды к выводам (TXLED, RXLED, CLLED), которые соответственно индицируют соединение, передачу и прием. Выходы и входы драйвера гальванически развязаны с линией связи трансформатором Т1 (PE68026). К линии драйвер подключается с помощью разъема Х1 выполненный, как RJ-45.
Генератор на микросхеме D4 (50МГц) является основным генератором снимаемая с него частота поступает на вход ПЛИС F50M, где далее делится на два. Получаемая частота 25 МГц подается на вход микроконтроллера EXTAL, и является его рабочей частотой.
Схема электрическая принципиальная подключения ПЛИС.
Представлена на плакате ПГТУ.000001.004Э3 лист2
Для простой и гибкой перенастройке системы необходимо тесное взаимодействие между контроллером и коммутатором. Для выполнения этого условия микроконтроллер и ПЛИС соединены между собой всеми портами, шинами адреса, данных, а также интерфейсом JTAG. Помимо этих сигналов микроконтроллер использует и управляющие сигналы. На данной схеме показаны сигналы (упомянутые в предыдущей схеме) взаимодействия с памятью. Выход с ПЛИС 25МГц сигнала тактовой частоты F25M и соответственно тактирующий вход микроконтроллера EXTAL.
На данной схеме показано подключение интерфейса JTAG. Для наладки системы с помощью этого интерфейса используются последовательные порты микроконтроллера TDI, TDO, а также последовательные порты ПЛИС TDI, TDO. По мимо этого в интерфейсе используются управляющие сигналы TMS, TCK. Для доступа к микроконтроллеру и ПЛИС для настройки используется разъем Х8. С помощью осуществляется подключение наладочного оборудования. Сброс микроконтроллера можно также осуществить с помощью микропереключателя S3.
По мимо этого на схеме изображена схема сброса построенная на микросхеме D19 (TL7705A). Данную схему можно упрощенно представить в виде одно вибратора. Конденсатор С23 является времязадающим, и определяет длительность импульса сброса. Конденсатор С24 и резистор R29 определяют амплитуду импульса.
Изображенные на схеме микросборки R30-R38 это нагрузочные резисторы для микросхем с открытым стоком.
Конденсаторы С25-С83 используются для фильтрации помех. Возникающих в дорожках соединяющих быстродействующие микросхемы. Это происходит в результате того, что в случае резкого потребления микросхемой тока, начинает сказываться индуктивное сопротивления дорожек. Для исключения этого и используются данные конденсаторы.
Схема электрическая принципиальная подключения интерфейсов.
Представлена на плакате ПГТУ.000001.004Э3 лист 3
На данной схеме изображено подключение интерфейсов SLIP1, SLIP2, Q2, а также подключение к внутренним шинам оборудования ОГМ-30Е.
Подключение к интерфейсам осуществляется с помощью драйверов выполненных на микросхеме LTC 1334. Которая представляет собой линейный драйвер способный работать в двух режимах RS-485, RS-232. Задание режима работы определяется уровнем сигнала на выводах микросхемы SEL1, SEL2. Выбор режима осуществляется ПЛИС. Она выдает сигналы (SEL_SLIP1, SEL_SLIP2) которые далее поступают на входы микросхемы.
Описание функций выводов разъема RJ-45 для SLIP1 SLIP2:
Конденсаторы С5, С6, С9, С10, С13, С14 используются для формирования симметричного сигнала интерфейсов RS-485, RS-232. Диодные сборки D12, D14, D16 используются для токовой защиты линейных драйверов D11, D13, D15. Микросхемы D11, D13 подключаются к интерфейсам SLIP1, SLIP2, а микросхема D15 для подключения интерфейса Q2 и консоли, которая используется для наладки.
Микросхема D17 служит для загрузки ПЛИС по линиям DATA0 c частотой DCLK. Сигнал CD является сигналом готовности ПЛИС и означает что ПЛИС загружена и готова к работе, а сигнал NSTAT сигнал разрешения выдачи данных по выходу DATA на линию DATA0. Разъем Х6 используется, для интерфейса JTAG. Резистивная сборка R24 подключается к выводам разъема, как нагрузочный резистор.
Микропереключатели задают режим коммутации последовательных портов микроконтроллера путем подключения низкого уровня на входы S10-S17, S20-S27 ПЛИС, резистивные сборки (R10, R11) являются нагрузочными резисторами для открытых стоков микросхем.
Оптическая развязка необходимая по требованиям к плате осуществляется оптопарами V1, V2, V3. Входы оптопар подключаются к ПЛИС, а выходы к разъему Х7.
По мимо линий связи CTRLI, CTRLO модуль имеет линии доступа к управляющей плате УМ-120 ym_to_ck и ck_to_ym. Данные линии подключаются через нагрузочные резисторы R25, R26.
Для подключения драйверов к линиям связи используются разъемы RJ-45. Для индикации состояния модуля применяется двойной индикатор HL4. Который индицирует состояния: авария -красный, норма- зеленый.
Блок питания:
На входе блока питания для защиты источника опорного напряжения от перегрузки стоит предохранитель (F1) на 1А. Варистор RU1 выполняет функции защиты внутренних микросхем от роста входного напряжения. В случае роста напряжения у варистора изменяется сопротивление и через него начинает протекать дополнительный ток. Необходимость этого возникает в следствии того что, возможен рост напряжения без роста потребляемого тока от этого предохранитель не спасает. В случае использования варистора возросший ток приведет к перегоранию предохранителя, а не внутреннего преобразователя. Конденсатор С16 снижает пульсации на входе преобразователя. Конденсатор С17 выполняет высокочастотную фильтрацию входного напряжения. Режекторный дроссель Т2 выполняет функцию подавления синфазных помех. Как видно обмотки трансформатора не создают для входного напряжения индуктивного сопротивления, так как по контуру сигналы включены встречно. Вместе с тем по отношению к синфазным помехам дроссель создает большое последовательное индуктивное сопротивление. Далее питание поступает на преобразователь DA1 выполненный на микросхеме TRACO4811. С выхода преобразователя напряжение +5В направляется на схему. Конденсатор С19 фильтрует высокочастотную составляющую сигнала. Дроссель L2 действует, как защита от импульсных всплесков напряжения на выходе преобразователя. Как известно индуктивное сопротивление начинает расти при резком росте входного напряжения. Стабилитрон VD1 выполняет функции защиты схемы от медленно изменяющихся всплесков напряжения. В случае превышения напряжения на выходе преобразователя в стабилитроне возникает падение напряжения пропорциональное росту напряжения на входе. Конденсатор С20 сглаживает пульсации на выходе преобразователя.
Вывод: Таким образом на схему поступает тщательно отфильтрованное питание. Как известно при качественном питании уменьшается возможное количество сбоев, а также увеличивается срок работы элементов.