1. Функциональная схема

Рис. 1. Функциональная схема устройства

Микропроцессорная система включает в себя:

а) микроконтроллер AT90USB1286 со встроенным модулем интерфейсаUSB;

б) 8-канальный 10-разрядный АЦП с интерфейсом SPITLV1548;

в) одноканальный 14-разрядный умножающий ЦАП с интерфейсом SPIAD5446;

г) входные каскады АЦП и выходной каскад ЦАП на ОУ OP4177 иOP2177 соответственно;

д) клавиатуру 20 клавиш (неполная матрица 6*4);

е) дисплей на 6 знакомест на светодиодных семисегментных индикаторах.

Ввод данных в устройство может осуществляться тремя способами:

1. аналоговые сигналы (8 каналов) – через АЦП;

2. числовые данные и управление функциями – через клавиатуру;

3. цифровая информация с персонального компьютера, в том числе потоки цифровых данных, – через интерфейс USB.

Вывод данных из устройства может осуществляться также тремя способами:

1. аналоговый сигнал управления (напряжение, 1 канал) – через ЦАП;

2. цифровая и частично буквенная информация – через дисплей;

3. данные о текущем состоянии устройства, а также потоки цифровых данных для персонального компьютера – через интерфейс USB.

2. Описание принципиальной схемы

Ниже приводится описание основных блоков устройства, основные соображения по выбору элементной базы и общее описание функционирования.

2.1. Микроконтроллер Atmel at90usb1286

Основой системы служит микроконтроллер AT90USB1286 фирмыAtmel. Наличие в задании требования реализации интерфейсаUSBпривело к решению применить микроконтроллер со встроенным модулем этого интерфейса. Выбор архитектурыAVRвызван предыдущим опытом работы с процессорами данного типа, богатым функциональным оснащением и высоким быстродействием кристалла при умеренной цене. На рисунке 2 приведена структурная схема, а на рисунке 3 – расположение выводов данного микроконтроллера.

Рис. 2. Структурная схема Atmel AT90USB1286

Рис. 3. Расположение выводов AtmelAT90USB1286 в корпусеTQFP64

Основные особенности микроконтроллера:

1. 8-разрядная RISCархитектураAVR: 135 команд (большинство выполняется за 1 такт), 32 8-разрядных регистра общего назначения, производительность до 16 миллионов операций в секунду при тактовой частоте 16 МГц;

2. 128 кБайт FLASH-памяти программ, программируемой внутрисхемно: возможность выделения области начального загрузчика, возможность одновременного чтения и записи данных;

3. 4 кБайт энергонезависимой памяти данных;

4. 8 кБайт встроенной статической оперативной памяти;

5. возможность подключения до 64 кБайт внешней памяти;

6. отладочный интерфейс JTAG IEEE.1149;

7. модуль контроллера USB 2.0 Full Speed/Low Speed с поддержкой режима USB On-the-Go;

8. 2 8-разрядных и 2 16-разрядных таймера-счетчика, 2 8-разрядных канала ШИМ, таймер реального времени с отдельным асинхронным тактовым генератором, 6 каналов ШИМ с программируемым разрешением (до 16 разрядов);

9. контроллеры интерфейсов SPIиI2C;

10. 8-канальный 10-разрядный АЦП;

11. программируемый сторожевой таймер;

12. встроенный генератор сигнала сброса при включении питания и по снижению уровня напряжения питания;

13. 6 режимов энергосбережения.

Программирование контроллера осуществляется любым программатором, совместимым с процессорами AVR, через стандартизованный разъемXP2 по интерфейсуSPI.