Общие рекомендации

- УЗЕЛ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

Условно-графическое изображение микроконтроллера на схеме должно соответствовать выбранному типу корпуса. Выводы EA^, ALE, PSEN^, WR^, RD и порты микроконтроллера должны быть подключены в соответствии с принятыми ранее решениями.

Схема подключения резонатора. Рекомендуется использовать типовую схему подключения резонатора согласно указаниям производителя микроконтроллера. По сравнению с другими типами резонаторов кварцевые резонаторы обладают самой высокой добротностью, низкой частотной нестабильностью и хорошими температурными характеристиками.

При частоте более 10 МГц рекомендуется использовать пару высокочастотных конденсаторов. Так как большая емкость увеличивает не только стабильность, но и время запуска при выборе конденсаторов необходимо учитывать следующие рекомендации: при частоте резонатора до 25 МГц рекомендуется емкость 30 пФ, при частоте свыше 25 МГц выбирается емкость 20-25 пФ.

Схема сброса и начального пуска. Сброс микроконтроллера производится при подаче и удержании на входе RST напряжения высокого логического уровня. Для уверенного сброса при включении питания к выводу RST необходимо подключить RC-цепь, формирующую импульс с длительностью достаточной для запуска внутреннего генератора плюс два машинных цикла.

Производители микроконтроллеров рекомендуют использовать типовую схему сброса, состоящую из резистора сопротивлением примерно 8,2 кОм и конденсатора емкостью около 10 мкФ.

Для микроконтроллеров выполненных по технологии КМОП использование резистора не обязательно (имеется встроенный резистор, подключенный к общему выводу), а емкость конденсатора можно уменьшить до 1 мкФ. Кроме того, микроконтроллеры снабжены внутренними ограничительными диодами, защищающими вход RST от отрицательных скачков напряжения при резком уменьшении напряжения питания.

При работающем генераторе достаточно подать на вход RST уровень логической единицы в течение двух или более машинных циклов. Для формирования внешнего управляющего сигнала «Сброс» рекомендуется использовать кнопку без фиксации, подключенную к выводу RST микроконтроллера.

Схема формирования сигнала «Старт». Управляющий сигнал подается на одну из линий порта Р1. Для формирования сигнала «Старт» используются кнопка с фиксацией и резистор. Если активный уровень сигнала «Старт» соответствует логическому нулю, то сопротивление резистора, обеспечивающего уровень логической единицы, можно не рассчитывать (значение тока I_IH микроконтроллера очень мало). Рекомендуется использовать резисторы с сопротивлением от 3,3 до 10 кОм.

Если при нажатии кнопки «Старт» формируется уровень логической единицы, расчет резистора, обеспечивающего уровень логического нуля, производится с учетом статических параметров входа порта Р1 микроконтроллера:

R ≤ U_{I L max}/ I_IL,

где U_{IL max} – максимальное входное напряжение логического нуля для порта Р1,

I_IL – входной ток логического нуля для порта Р1.

Схема индикации. Для режимов «Сброс», «Ожидание» и «Пуск» предусмотрена индикация при помощи светодиодов, подключенных к линиям порта Р1. Диоды подключены таким образом, что выдача логического нуля на соответствующую линию включает светодиод, а выдача логической единицы – выключает.

В зависимости от цвета, яркости и типа светодиодов номинальные значения напряжения U_D соответствуют диапазону от 1,5 до 4,5 В, а значения тока I_D – диапазону от 5 до 30 мА. Для обеспечения параметров рабочего режима последовательно со светодиодом включается резистор.

Выходной ток логического нуля порта Р1 микроконтроллера не превышает нескольких миллиампер, а суммарный ток всех выходов портов должен быть не более 70 мА. Поэтому подключать напрямую к микроконтроллеру светодиоды с большим рабочим током не следует. Рекомендуется использовать дополнительные ИМС, согласующие элементы схемы по току. Обычно в этом качестве используют логические элементы с открытым коллектором или повышенной нагрузочной способностью, с максимальным выходным током не менее 30 мА, например ЛП16, ЛП17 и др.

Таким образом, расчет сопротивления резистора производится с учетом напряжения питания, выходного напряжения логического нуля выбранной микросхемы U_OL и параметров светодиода:

R ≥ (Е_П – U_{OL max} – U_D)/ I_D.

Регистр адреса внешней памяти. Учитывая, что фиксация адреса внешней памяти производится по срезу сигнала ALE, рекомендуется выбирать ИМС параллельных восьмиразрядных регистров с синхронизацией по уровню или срезу, например ИР22 или ИР33. Если микросхемы имеют дополнительные управляющие входы (разрешение записи, перевод выходов в третье состояние и др.), необходимо принять решение о способе их подключения.

- УЗЕЛ ВНЕШНЕЙ ПАМЯТИ

В качестве внешней памяти могут быть выбраны микросхемы параллельных восьмиразрядных ПЗУ типа ROM, PROM, EPROM или EEPROM с адресным пространством в диапазоне от минимального объема, рассчитанного по заданию, до 64 Кбайт. Если микросхема имеет дополнительные управляющие входы (выбор кристалла, разрешение чтения и др.), необходимо принять решение о способе их подключения.

При объединении ВПП и ВПД в одной ИМС необходимо разработать схему формирования общего сигнала разрешения чтения внешней памяти при помощи дополнительных логических элементов. На её входы подаются сигналы RD^ и PSEN^, а выход подключается к входу разрешения чтения ПЗУ. В зависимости от выбранного схемотехнического решения могут быть выбраны ИМС логических элементов ЛА3, ЛИ1 и др.

- УЗЕЛ дешифратора адреса порта вывода дискретных сигналов

Схема дешифратора адреса порта вывода дискретных сигналов может быть реализована несколькими способами: на логических элементах, на дешифраторах, на цифровых компараторах, на ПЗУ или ПЛИС. По критерию уменьшения трудоемкости наиболее удобными для разработки являются схемы на основе дешифраторов, компараторов и ПЗУ. Входными сигналами схемы являются сигнал WR^ и адрес А15-An, определенный при маскировании адресного диапазона порта вывода. Выходной сигнал дешифратора EWR передается в порт вывода. При разработке схемы необходимо учитывать логику управляющих сигналов. Возможно, для согласования потребуются дополнительные логические элементы, например ЛН1, ЛА3 и др.

Схема на основе дешифраторов разрабатывается с учетом разрядности. Каждые 4 бита адреса А15-An соответствуют одному разряду шестнадцатеричного числа, что требует для декодирования одну ИМС дешифратора, работающего в режиме 4 на 16, например ИД3. Если количество разрядов адреса А15-An не кратно четырем можно использовать другие ИМС или дополнить схему логическими элементами. Управление дешифратором адреса производится при помощи сигнала WR^. При обнаружении адреса порта вывода на выходе схемы формируется сигнал разрешения записи EWR.

Схема на основе цифровых компараторов разрабатывается с учетом разрядности схемы сравнения и значения адреса А15-An. Управление схемой дешифратора производится при помощи сигнала WR^.

Сигналы А15-An с шины адреса подаются на входы А компараторов, а требуемый адрес фиксируется на входах В. При совпадении сигналов на входах А и В в порт вывода передается сигнал разрешения записи EWR. Для фиксации уровней напряжения на входах В можно использовать перемычки (джамперы) и резисторы. В качестве элементов для схемы дешифратора можно использовать, четырехразрядные компараторы 1533СП1, восьмиразрядные компараторы 74ACT520, 74ACT 521 и др. Схемы некоторых компараторов имеют встроенные резисторы, подключенные к цепи питания.

Схема на основе ПЗУ разрабатывается с учетом адресного диапазона порта вывода дискретных сигналов. Адресные входы ИМС подключаются к шине адреса, а управляющий сигнал WR^ подается на вход разрешения чтения. При чтении из ячейки с адресом порта вывода на выходе будет сформирован сигнал разрешения записи EWR. Перед началом использования микросхему ПЗУ необходимо запрограммировать (прошить) в соответствие с таблицей при помощи специального устройства – программатора.

- УЗЕл порта вывода дискретных сигналов

Для схемы порта вывода дискретных сигналов рекомендуется выбирать ИМС параллельных восьмиразрядных регистров с динамической синхронизацией, например ИР23, ИР27, ИР35, ИР37. Если микросхемы имеют дополнительные управляющие входы (разрешение записи, перевод выходов в третье состояние и др.), необходимо принять решение о способе их подключения.