Микропроцессорные устройства

 

Области применения:

• Системы регистрации данных
• Измерительные приборы ручного применения
• Медицинское оборудование
• Диагностические системы
• Автономные системы с питанием от солнечной энергии
• Системы с автономным питанием 4-20 мА
• Индикаторы уровня принимаемого сигнала (RSSI)

 

АЦП имеют встроенную систему выборки/фиксации (T/H), источник опорного напряжения (ИОН), тактовый генератор и последовательный интерфейс. ИС MAX1107 предназначена для питания напряжением в диапазоне от +4.5 В до +5.5 В и потребляет ток всего 107 мкА. Аналоговые входы имеют возможность конфигурации выводами ИС, для реализации униполярного и одиночного, или дифференциального режимов работы. ИС MAX1106/MAX1107, также, имеют вход управления режимом пониженного энергопотребления, который снижает потребляемый ток до 0.5 мкА, когда не требуется использование ИС. Трех- проводной, последовательный интерфейс непосредственно стыкуется с устройствами стандартов SPI™, QSPI™, MICROWIRE™, без необходимости применения внешней логики. Преобразования со скоростями до 25 К выборок/с производятся с применением встроенного тактового генератора. ИС MAX1106/MAX1107 выпускается в корпусе 10-Pin µMAX, с занимаемой площадью, составляющей 20% от корпуса типа 8-pin plastic DIP.

 

 

 

 

 

 

 

 

Гальваническая  развязка

Гальваническая развязка выполняется на оптопаре. Оптопара  -  это  электронный  компонент,   содержащий комбинацию светоизлучающих и светочувствительных элементов помещенных в один корпус. Принцип работы такого устройства заключается в преобразовании электрического сигнала в свет, его передаче по оптическому каналу и последующему преобразованию обратно в электрический сигнал. Оптопары широко используются в различных радиотехнических устройствах, где требуется гальваническая развязка между отдельными узлами. Оптопары позволяют осуществлять бесконтактное управление электрическими цепями. Оптопары выпускаются как в стандартных DIP корпусах, так и в корпусах  SOIC  для поверхностного монтажа. Выбираем транзисторную оптопару марки АОТ174В фирмы Протон.

 

1 – Анод

2 – Катод

3 – Эмиттер

4 – Коллектор

 

Оптопара состоит из  кристаллов инфракрасного AsGaAl светодиода и кремниевого n-p-n фототранзистора.  Кристаллы расположены в одной  плоскости, оптически связаны полусферическим  световодом.Такая конструкция обеспечивает отсутствие полевых утечек при длительном приложении Uиз. Внутренние межсоединения выполнены золотой проволокой. 

Поставляется в корпусах DIP4 и DIP4SMD.

Предельно-допустимые режимы эксплуатации:

Параметр	Обозн.	Мин.	Макс.	Примечание
Входной прямой ток, мА	Iвх.	-	50	от 60ºС до 100ºС снижается  с коэффициентом 0.8 мА/ºС
Входной импульсный кратковременный   ток, А	Iвх. и	-	1	-
Входное обратное напряжение, В	Uвх.обр.	-	6	-
Выходное напряжение колл.-эмиттер, В	Uк-э	-	35	-
Выходное напряжение эмиттер-колл., В	Uэ-к	-	6	-
Выходной ток, мА	Iвых	-	50	-
Входная рассеиваемая мощность, мВт	Рвх.рас.	-	70	-
Выходная рассеиваемая мощность, мВт	Рвых.рас	-	150	от 35ºС до 100ºС снижается  с коэффициентом 1мВт/ºС
Рассеиваемая  мощность, мВт	Ррас.	-	200	-
Напряжение  изоляции, В	Uиз	-	5000	-
Рабочий диапазон температур,ºС	Токр	-45	100	-
Температура пайки, ºС	Тп	235		Расстояние до корпуса  не менее 1.5 мм, время пайки 2+0.5 с

Электрические параметры:

Параметр	Обо-  знач.	Ед. изм.	Мин.	Тип.	Макс.	Режим измерения
Входное напряжение	Uвх	В	-	-	1.5	Iвх=20 мА
Входное импульсное напряжение	Uвх. и	В	-	-	3	Iвх=0.5 А, t=1 мс
Выходное остаточное напряжение	Uвых.ост	В	-	-	0.2	Iвх=20 мА, Iвых=1 мА
Входной обратный ток	Iвх.обр	мкА	-	-	10	Uвх.обр.=4 В
Ток утечки на выходе	Iут.вых	мкА	-	-	0.1	Iвх=0, Uвых=20 В
Коэффициент передачи по току	Кi	%	200	-	400	Uвых=5 В, Iвх=5 мА
Напряжение  изоляции (ср. кв.)	Uиз	В	5000	-	-	1 мин, отн. вл.<50%
Время нарастания сигн. при вкл.	tнар	мкс	-	-	18	Iвх=5 мА, Uвых=2 В, Rн=100 Ом
Время спада  сигн. при выкл.	tсп	мкс	-	-	18	Iвх=5 мА, Uвых=2 В, Rн=100 Ом
Проходная емкость	Спр	пФ	-	-	1	Uиз=0, F=1 МГц

 

Расчет элементов  устройства гальванической развязки:

Выбираем оптрон АОТ174В (Iвх=20 мА,  Iвых=1 мА, U_П=5 В)

Сопротивление резисторов на входе оптронов R6,R7,R8:

Ом

Сопротивление резистора R9,R10,R11:

 кОм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Микропроцессорный контроллер (МПК)

 

В качестве микропроцессорного контроллера будем использовать микроконтроллер марки PIC16C63 фирмы Microchip. Одно из достоинств сообщества микроконтроллеров PIC это то, что его представители сочетают два трудно совместимых качества. С одной стороны существует довольно большое разнообразие микроконтроллеров PIC, каждый из которых имеет свои индивидуальные свойства и особенности, оптимальное сочетание которых позволяет наилучшим образом решать конкретную задачу. А с другой стороны все микроконтроллеры PIC в определенной мере стандартны. Из "всего набора выпускаемых сегодня микроконтроллеров PIC выделяются две наиболее развитые и популярные серии PIC16 и PIC18. Семейство        PIC16 представляет        множество        недорогих, высокопроизводительных 8-разрядных микроконтроллеров, выполненных по КМОП технологии с очень малым потреблением энергии и полностью статической архитектурой.

 

OSC1/CLKIN - вход кристалла генератора, RC-цепочки или внешнего тактового сигнала.

OSC2/CLROUT - выход кристалла генератора.

MCLR - инверсный вход для микроконтроллера

VDD - положительное напряжение питания

VSS - общий провод (земля)

RAO-3, RBO-7, RC0-7 (ввод/вывод) - программируемые пользователем линии. Они могут быть входами и/или выходами под прямым управлением программы.

 

 

 

 

 

 

 

Предоставляемые ресурсы:

ТИП	ПЗУ/ППЗУ	ОЗУ	АЦП	ШИМ	USART
PIC16C63	4Кх14	192х8	–	2	есть

 

 

 

• 8-ми уровневый аппаратный стек адресов возврата из подпрограмм 
• тактовая частота 0...20 МГц
• возможно использование 21-го контакта для ввода-вывода и одного контакта для ввода, подачи тактового сигнала таймера или вывода с выходом типа "открытый коллектор" без верхнего защитного диода

 

Высокопроизводительное  процессорное ядро с сокращенным  набором команд (RISC):

• Гарвардская архитектура:

-длина слов памяти программ - 14 бит

-длина слов памяти данных - 8 бит

• 35 сравнительно легко запоминающиеся команды
• непосредственная, прямая, косвенная и относительная адресация
• все команды выполняются за один цикл (четыре периода тактового генератора), кроме команд перехода, которые выполняются за два цикла

 

Особенности внутренней конфигурации и схем ввода-вывода:

• программируемый выбор типа тактового генератора:  - внешний RC генератор

-высокочастотный кварцевый резонатор

   -кварцевый или керамический резонатор

   -микропотребляющий низкочастотный резонатор

• блок таймеров-счетчиков с внешней или внутренней синхронизацией:  - 8-ми разрядный с программируемой длиной предварительного делителя до 8-ми разрядов:

-16-ти разрядный (регистр защелки и компаратора) - может увеличиваться в режиме останова процессорного ядра

-8-ми разрядный со вспомогательным регистром загрузки (регистр ШИМ)

• выводы ШИМ/защелки/компаратора  - 16-ти разрядный регистр защелки с разрешением 12,5 нс

-16-ти разрядный регистр компаратора с разрешением 200 нс

  -разрешение ШИМ 1...10 бит, максимальная частота - 80 кГЦ для 8 бит и 20 кГЦ для 10 бит

• блок АЦП:  - 8-ми разрядный АЦП последовательного приближения с мультиплексором на входе и временем преобразования 16 мкс

-опорное напряжение, либо питающее, либо подаваемое вместо одного из аналоговых сигналов

• синхронный и последовательный порт с протоколами SPI и I2C
• асинхронный последовательный порт
• разнообразные источники прерываний
• таймер контроля работоспособности с собстенным внутренним RC генератором
• режим останова с микроэнергопотреблением и ожиданием условия запуска
• протокол последовательного программирования внутренней памяти программ по 2 информационным выводам

 

 

 

 

 

КМОП технология:

• высокое быстродействие - до 5 млн команд в секунду
• полностью статическая архитектура
• входные уровни:

- КМОП триггер Шмитта

- 1,4 В порог ТТЛ

• выходы с током нагрузки±25мА
• широкий диапазон напряжения питания:

- - 3,0...6,0 В

• малое энергопотребление:

- < 2 мА при 5 В и 4 МГц

   - типично 15 мкА при 3 В и 32 кГц

   - < 1 мкА 3 В и 0...70°C в режиме останова c выключенным устройством контроля работоспособности

 

В     качестве     тактового     генератора     воспользуемся ,  кварцевым генератором. Кварцевый   генератор   —   генератор   колебаний,   стабилизируемый кварцевым резонатором. Обычно обладает небольшой выходной мощностью. Внешнее напряжение на кварцевой пластинке вызывает её деформацию. А она, в свою очередь, приводит к появлению зарядов на поверхности "кварца (пьезоэлектрический эффект). В результате этого, механические колебания кварцевой пластины сопровождаются синхронными с ними колебаниями электрического заряда на её поверхности и наоборот. Для   обеспечения   связи   резонатора   с   остальными   элементами   схемы непосредственно на кварц наносятся электроды, либо кварцевая пластинка, помещается   между   обкладками   конденсатора.   Для   получения   высокой добротности и стабильности резонатор помещают в вакуум и поддерживают постоянной его температуру.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Память

 

В настоящее время Ramtron – мировой лидер в области  разработки сегнетоэлектрических ОЗУ (FRAM) – высокопроизводительной энергонезависимой  памяти, которая сочетает преимущества многих технологий памяти в одном  устройстве. FM25256 - Последовательная память FRAM размером 256 кбит и питанием 5В.

 

Структурная схема FM25256:

 

Расположение выводов FM25256:

/CS Выбор микросхемы

/WP Защита от записи

/HOLD Вход прерывания работы последовательного порта

SCK Синхронизация последовательной связи

SI Последовательный ввод данных

SO Последовательный вывод данных

VSS Общий

VDD Напряжение питания (4.0…5.5В)

Отличительные особенности:

• 256 кбит сегнетоэлектрического энергонезависимого ОЗУ

- Организация памяти 32768 x 8 бит 

- Неограниченное количество циклов чтение-запись

- Длительность хранения данных 10 лет 

- Технология записи NoDelay™ (без  задержек)

- Высоконадежная сегнетоэлектрическая  технология 

• Быстродействующий последовательный интерфейс SPI

- Частота до 25 МГц 

- Непосредственная аппаратная замена для ЭСППЗУ

- Поддержка режимов SPI 0 и 3 (CPOL, CPHA=0,0 и 1,1)

• Схема защита от записи

- Аппаратная защита 

- Программная защита 

• Широкий рабочий диапазон

- Напряжение питания 4.0…5.5В 

• Стандартные промышленные конфигурации

- Промышленный температурный диапазон -40°C…+85°C 

- 8-выв. корпус SOIC (-S)

- Экологически чистый 8-выв. корпус SOIC (-G)