2 Спеціальна частина

2.1 Вибір елементної бази та побудова схеми електричної принципової

Вибір елементної бази є одним з найбільш відповідальних етапів проектування електронних пристроїв. Від того, на яку елементну базу зорієнтований розроблювальний пристрій залежать його майбутні показники, такі як надійність, габаритні розміри й споживана потужність. Після того як було розглянуто аналогічні схеми, побудовано електричну структурну схему пристрою і в узгодженні з технічним завданням необхідно обрати ті елементи, які будуть застосовуватися в схемі електричній принциповій.

Базовим МК був обраний AT89S8252 сімейства MCS-51, завдяки гарним технічним характеристикам. Цей МК має низьку споживану потужність при високій швидкодії. А також цей тип мікроконтролерів дуже поширений і тому він використовується не тільки в комп’ютерному середовищі, а й в побутовій техніці, що використовується в повсякденному житті [4].

Достоїнством цього МК є можливість заносити програму, не виймаючи мікросхему із пристрою, і записувати інформацію в енергонезалежну пам'ять даних під час роботи, ці достоїнства і обумовили вибір саме цього мікроконтролера. Він має наступні характеристики:

• тактова частота, мГц 0-24;

• напруга живлення, В 5;

• діапазон робочих температур, °C -40...+85;

• пам'ять даних, Кб 8;

• оперативна пам'ять, байт 256.

Кварцовий резонатор ZQ1 задає тактову частоту роботи мікроконтролера. При виборі кварцового резонатору були розглянуті резонатори з різним типом корпусів: вакуумні і герметичні. Вакуумні корпуси бувають скляні і металеві. Для скляних корпусів використовують колби з електровакуумних ламп, а для деяких вони виготовляються спеціально. Металеві вакуумні корпуси застосовують для мініатюрних резонаторів (наприклад, для наручних годинників). Герметичні корпуси бувають лише металеві. Внутрішній об’єм в них заповнюється сухим киснем або інертним газом. Резонатор вибраний з тактовою частотою 12 мГц. Конденсатори що використовуються для працездатності кварцового резонатора обрані керамічного типу, вони мають невеликі розміри й гарну стабільність [5].

Схема RESET виконана за допомогою двох резисторів МЛТ перемикача типу МП12 і керамічного конденсатора. При виборі резисторів було проглянуто декілька типів, такі як композиційні, металооксидні, металодіелектричні, але вибір зупинився на метало-плівкових резисторах, які характеризуються високою стабільністю параметрів, слабкою залежністю опору від частоти і напруги [6].

Основні параметри таких резисторів:

• номінальна потужність, Вт 0,125;

• припустима робоча напруга, В 200;

• максимальна робоча температура, °C +125.

Конденсатор який застосовується в схемі RESET обраний керамічного типу, оскільки термін служби таких конденсаторів дуже великий і в порівнянні з електролітичними, плівковими, скляними, склокерамічними і склоемальованими конденсаторами має досить невеликі розміри і за рахунок цього він гарно монтується на плату. Для захисту від вологи ці конденсатори фарбують емалями або герметизують. Його основні характеристики [6]:

• межі номінальної ємності, пФ 2,2 - 39000;

• припустимі відхилення ємності від номінальної, % ±5;

• номінальна напруга при температурі до + 85°C, В 16;

• припустима реактивна потужність, В*А 20;

• діапазон робочих температур, °C -60 – +85.

Мікроперемикач, що застосовується в схемі RESET (установка мікроконтролера в початковий стан) вибраний невеликих розмірів і розташований на друкованій платі пристрою. Мікроперемикач має наступні характеристики [6]:

• комутаційний постійний струм, А 10^-6 – 0,5;

• комутаційна постійна напруга, В 0,5 – 36;

• число комутацій 10⁴ .

Базовою серією для побудови схеми, обрана КР1533, виготовлена по технології ТТЛШ (закордонний аналог SN74ALS) тому що, вхідні електричні рівні мікро­схем співпадають з вихідними рівнями МК, вона має досить великий функціональний набір елементів, ви­соку швид­кість дії, що сполучається з помірним споживанням потужності.

Для узгодження виводів мікроконтролера із вхідними лініями клавіатури в схемі застосований дешифратор з організацією 2-4. А саме дешифратор ИД4 серії КР1533, що активізує одну з ліній для сканування [7].

Для побудови клавіатури обрані малогабаритні кнопки КМ1-I. Вони виконані на базі мікроперемикача МП3-I [7]. Кнопка КМ1-I має один мікроперемикач. Кріплення виконується на панель «під гайку». Електричні й комутаційні параметри кнопок наведені нижче:

• опір ізоляції, МОм 1000;

• електрична міцність ізоляції, В 1100;

• опір електричних контактів, Ом 0,05;

• напруги, що комутирують (постійні), В 0,5…30;

• напруги, що комутирують (змінні), В 0,5…250.

програмно у вигляді послідовності байтів і записуватися у внутрішні регістри ЖК-дисплея [8].

Логічні елементи І мікросхеми DD2 буферують сигнали #RD й #WR перед їхнім використанням у системі. Далі ці сигнали використовуються для формування сигналів керування мікросхемою зовнішньої пам'яті [8].

Запобіжник, який використовується в блоку живлення FU1 ПЦ-30, призначений для захисту напівпровідникових приладів від струмів короткого замикання. Обрано запобіжник плавкого типу, який має наступні характеристики [9]:

• номінальний струм, А 0,5;

• режим спрацювання, при струмі, А 1;

• режим спрацювання, час, с 1.

Трансформатор був обраний типу ТПП (трансформатор живлення пристроїв на напівпровідникових приборах) з частотою живильної мережі 50 Гц. При виборі такого типу трансформатора були проведені порівняльні характеристики і інших типів трансформаторів, таких як трансформатор живлення анодних ланцюгів (ТА), трансформатор живлення ланцюгів розжарення (ТР), трансформатор живлення побутової радіоапаратури (ТС) та інші [10].

Особливістю трансформаторів типу ТПП являється, як правило низька напруга на вторинних обмотках, тому вони використовуються для живлення пристроїв на напівпровідникових приладах. Номінал трансформатора ТПП48-127/220-50, він має такі технічні характеристики:

• номінальна потужність, В*А 14;

• струм первинної обмотки, А 0,08;

• напруга вторинної обмотки, В 12,6;

• струм вторинної обмотки, А 0,270.

Діодна збірка, яка застосована в блоку живлення була обрана не випадково. Вона займає мало місця на платі, що впливає на габаритні розміри друкованої плати. Якщо порівнювати діодний міст із випрямними діодами або з випрямними блоками, обраний діодий міст має незаперечну перевагу в плані вартості, не великих габаритних розмірів, надійності і перспективності. Цей блок з кремнієвих мезадифузійних діодів, з’єднаних по мостовій схемі, випускається в пластмасовому корпусі. Маса блока не більше 0,5г [11].

Діодний міст має наступні технічні характеристики:

• імпульсна зворотна напруга, В 400;

• середній випрямляючий струм, мА 500;

• частота без зниження режимів, кГц 20.

У блоці живлення застосовано ІМС КР142ЕН5А для стабілізації визначеної напруги. При виборі стабілізуючих елементів були розглянуті й стабілітрони, але вибір зупинився на мікросхемі, оскільки стабілізуючі мікросхеми більш надійні й перспективніші. Мікросхема являє собою потужний стабілізатор з фіксованою вихідною напругою +5В, має убудований захист від короткого замикання, захист від перевантажень по струму й від перегріву кристала [12].

Основні характеристики мікросхеми КР142ЕН5А:

• вихідна напруга, В 4,9 – 5,1;

• струм навантаження, А 2;

• струм споживання, мА ≤10;

• нестабільність по напрузі, % ≤0,05;

• нестабільність по струму, % ≤1;

• дрейф вихідної напруги, % ≤1,5.

Для нормальної роботи стабілізатора був використаний конденсатор великої ємності для зменшення пульсації. Для згладжування напруги після стабілізуючої ІМС були використані конденсатори К50-35-16В, К10-17.

Для побудови резервного блоку живлення були використані діод і гальванічний елемент. Вибраний діод КД209А має невеликі розміри і гарні параметри [11]:

• постійна пряма напруга, В 1;

• постійний зворотній струм, мкА 100;

• постійна та імпульсна зворотна напруга, В 400;

• імпульсний прямий струм, А 6;

• частота без зниження режимів, кГц 1.

В якості резервного елемента живлення була використана акумуляторна батарея фірми DURACELL типу PX28L. Ця батарея має невеликі розміри і наступні характеристики [13]:

• напруга, В 4,8;

• номінальна ємність, Ач 0,3;

• діаметр, мм 13;

• висота, мм 25,2;

• вага, г 10;

• система litium.

Відповідно до технічного завдання, схеми електричної структурної (КП5.05010201.85.11.00Е1) і обраної елементної базою будуємо схему електричну принципову, котра представлена на кресленні КП5.05010201.85.11.00Е3 і складаємо перелік елементів схеми.