Вступ

Фірма Atmel (Advanced Technology Memory and Logic) заснована Дж. Перлегосом у 1984 р. в США. Спочатку основною продукцією Atmel були мікросхеми енергонезалежної пам'яті всіх видів OTPROM, EEPROM та Flash. Так зокрема в 1989 р. Atmel випустила першу мікросхему Flash-пам'яті з живленням від однієї напруги +5 В.

В 1995 р. двоє студентів Норвезького університету науки і технологій в м. Тронхеймі, Альф Боген та Вегард Воллен висунули ідею 8-розрядного RISC-ядра, яку запропонували фірмі Atmel. Імена розробників увійшли в назву архітектури AVR: Alf + Vergard + RISC. Ідея була настільки вдалою, що в 1996 р. був заснований дослідницький центр фірми Atmel в Тронхеймі і в кінці 1996 р. був випущений перший мікроконтролер серії AVR під назвою AT90S1200.

У AVR-мікроконтролерів є дві особливості, які відрізняють це сімейство від решти МК. По-перше, система команд і архітектура ядра AVR розроблялися спільно з фірмою-розробником компіляторів з мов програмування високого рівня IAR Systems Ltd. Тому структура AVR максимально оптимізована для того, щоб писати програми на мовах високого рівня хоча AVR-МК незначно втрачають в продуктивності при написанні програм на мові асемблера.

Tiny AVR - найбільш дешеві і прості МК у 8-ми вивідному корпусі. Мають найменшу серед AVR-МК ємність пам'яті програм та обмежений набір функцій. Але мають малогабаритні корпуси та можливість роботи при напрузі 1.8 В (ВІС з індексом V).

Області застосування: інтелектуальні автомобільні давачі різного призначення, іграшки, ігрові приставки, материнські плати персональних комп'ютерів, зарядні пристрої, детектори диму та полум'я, побутова техніка, різноманітні інформаційні пульти дистанційного управління.

Classic AVR - базова лінія МК продуктивністю до 16 MIPS (MIPS - Million Instructions Per Second - мільйон операцій за секунду), з пам'яттю програм Flash ROM 2-8 Кбайт, пам'яттю даних EEPROM 64-512 байт і 128-512 байт SRAM.

Області застосування: модеми різних типів, інтелектуальні зарядні пристрої, вироби класу Smart Cards і пристрої читання для них, супутникові навігаційні системи, складна побутова техніка, мережеві карти, материнські плати комп'ютерів, стільникові телефони, а також різноманітні промислові системи контролю і управління.

Mega AVR - МК для складних розробок, які вимагають великого об'єму пам'яті програм і даних. Продуктивність 4-6 MIPS, пам'ять програм Flash ROM 64-128 Кбайт, пам'ять даних EEPROM 64-4096 байт і 1- 4 Кбайт SRAM, вбудований 10 - розрядний 8 - канальний АЦП, апаратний помножувач, розширені набори вбудованої периферії. [1]

1 Загальна частина

1.1 Огляд аналогічних схем

Для пристрою який розроблюватиметься в якості аналогів будуть розглянуті типові схеми: цифрового вимірювача ємності на мікроконтролері AVR, вимірювач ємності та індуктивності на мікроконтролері РІС, вимірювач ємності та індуктивності на мікроконтролері РІС.

1.1.1 Цифровий вимірювач ємності на мікроконтролері AVR

Представлений нижче проект вимірника ємкості і індуктивності дуже простий для повторення і містить мінімум деталей. Проте, діапазон виміру лежить в досить широких межах. Діапазони виміру індуктивності: - 10нГ - 1000нГ - 1мкГ - 1000мкГ - 1мГ - 100мГ Діапазони виміру ємкості: - 0.1пФ - 1000пФ - 1нФ - 900нФ В приладі підтримується автокалібрування при включенні живлення, що унеможливлює людської помилки при ручному калібруванні. Проте, у будь-який момент часу можна заново відкалібрувати вимірника, натискує кнопку скидання. У приладі передбачений автоматичний вибір діапазону вимірів.

Рисунок 1- Цифровий вимірювач ємності на на мікроконтролері AVR

У схемі пристрою не потрібне вживання яких-небудь прецизійних електронних компонентів. Єдине, потрібно мати один "зовнішній" конденсатор, номінал якого ви знаєте з великою точністю. Два конденсатори номіналом 1000 пФ мають бути хорошої якості, переважно полістиролами. Також підійдуть конденсатори МКТ серії. Керамічні не підійдуть. Два конденсатори на 10 мкФ мають бути танталовими. Кварцевий резонатор має бути точно 4.000 Мгц. Кожен 1% невідповідностей частоти резонатора, приведе до 2% помилки індикації виміряної величини [2].

1.1.2 Пристрій для виміру ємності і індуктивності на мікроконтролері ріс

Технічні характеристики пристрою:

- напруга живлення        9-15В;

- середній споживаний струм          9 мА;

- діапазон виміру ємкості 0,1 пФ - 0,1 мкФ;

- діапазон виміру індуктивності        0,01 мкГн - 10мГн;

- точність виміру............ не гірше 5%.

Рисунок 2 - Пристрій для вимірювання ємності і індуктивності на мікроконтролері РІС 16F84A

До складу LC метра входять вимірювальний lc-генератор, виконаний на компараторі DD2 Lm311n, і вузол на контролері DD3 Pic16F84А, який вимірює частоту на вході TMR і обчислює значення вимірюваної величини. У зв'язку з його популярністю, детально описувати даний контролер не має сенсу (детальну інформацію по ньому ви можете знайти тут). Принцип заснований на вимірі частоти LC генератора і її зміни при підключенні до контуру генератора за допомогою реле К1 зразкової ємкості С2. Знаючи величину цієї ємкості, неважко обчислити параметри LC контуру генератора. При цьому ємкість контура складається з ємкості власне конденсатора, паразитної ємкості котушки індуктивності і ємкості монтажу. Аналогічно з індуктивністю – враховуються індуктивність монтажу і паразитна індуктивність конденсатора. Оскільки принцип виміру L і З однаковий, розглянемо процес виміру ємкості. Перед виміром натискуємо клавішу калібрування S3, контроллер обчислює значення L1 і C1 контура генератора і заносить їх в пам'ять. Потім підключаємо паралельно контуру генератора вимірюваний конденсатор і включаємо режим виміру (клавіша S4). Контроллер обчислює нові значення параметрів контура і виводить на індикатор величину ємкості вимірюваного конденсатора. При цьому і процес виміру, і процес калібрування відбуваються аналогічно, з використанням калібрувального конденсатора С2. Це дозволило виключити вплив паразитної індуктивності вимірюваного конденсатора на точність виміру. Оскільки калібрувальний конденсатор теж не є ідеальним, в приладі передбачена можливість скоректувати його ємкість програмним способом. Практично це можна зробити так: запастися жменею точно виміряних на промисловому lc-метрі конденсаторів і котушок різних номіналів. Потім підбираючи значення константи для режиму виміру "Сх", встановити відповідність ємності вимірюваного конденсатора свідченням індикатора. Переконатися, що прилад не виводить вірні дані у всьому діапазоні виміру. Потім перейти в режим виміру "Lx" і аналогічно підібрати константу для виміру котушок індуктивності. Константи досить підібрати один раз, вони автоматично заносяться в FLASH пам'ять контроллера. На початковій стадії розробки передбачалося, що прилад харчуватиметься від власної 9ті батареї вольта. Для цього в ньому реалізована функція збереження енергії: після 4,5 хвилин простою процесор за допомогою транзистора Vt1 відключає живлення генератора DD2, а сам входить в режим SLEEP. Споживаний струм в цьому режимі біля 300мкА + Iпот. DD1. [3]

1.1.3 Вимірювач ємності та індуктивності на мікроконтролері ріс

Схема LC вимірювача приведена на рисунку. 1.3 До складу LC метра входять вимірювальний lc-генератор, виконаний на компараторі DD2 Lm311n, і вузол на контроллері DD3 PІС16F84А, який вимірює частоту на вході tmr і обчислює значення вимірюваної величини.

У зв'язку з його популярністю, детально описувати даний контроллер не має сенсу. Принцип заснований на вимірі частоти LC генератора і її зміни при підключенні до контура генератора за допомогою реле К1 зразкової ємкості С2. Знаючи величину цієї ємкості, неважко обчислити параметри LC контура генератора . При цьому ємкість контура складається з ємкості власне конденсатора, паразитної ємкості котушки індуктивності і ємкості монтажу. Аналогічно з індуктивністю – враховуються індуктивність монтажу і паразитна індуктивність конденсатора [4].

Рисунок 3 - Вимірювач ємності та індуктивності на мікроконтролері РІС PIC16F84(А)

Таблиця 1.1 – Порівняння технічних характеристик аналогів

Назва характеристики	Аналог 1	Аналог 2	Аналог 3
Напруга живленння, В	9 - 15	9 - 15	9 - 15
Струм споживання, мА	9	300	120
Дискретність програмування контролера	1	1	1
Режими вимірювання	1	2	2
Собівартість	2	1	3
Строк експлуатації (роки)	2	2,5	1