Розробка блоку зовнішнього ОЗП

3.3 Розробка блоку зовнішнього ОЗП

Запам’ятовуючі пристрої мікропроцесорних систем призначені для зберігання програм та даних. Основними характеристиками ЗП є їх розрядність, кількість комірок пам’яті, об’єм, організація, швидкодія та потужність споживання.

В даній МПС є два різновиди пам’яті: зовнішня та внутрішня. Внутрішня – це пам'ять, що розташована безпосередньо у МК, а зовнішня – це мікросхема статичної ОЗП необхідного об’єму.

Так як МК має двонаправлену мультиплексовану шину адреси/ даних, для коректної роботи ОЗП необхідно додатково під єднати буферний регістр адреси, на який підключатимуться молодші розряди адреси.

Згідно варіанта завдання на курсову роботу необхідно підєднати зовнішній ОЗП ємністю 8кБ. Для цього була обрана мікросхема пам’яті НМ6564 з організацією 8к х 8, а також буферний регістр адреси – 74НСТ573N.

Схема включення зовнішнього ОЗП представлено на рисунку 4.4

Рисунок 3.1 - Схема включення зовнішнього ОЗП

3.4 Розробка блоку клавіатури та індикації

Блок клавіатури використовується для вводу інформації за допомогою клавіш. Дана клавіатура являє собою матрицю з клавіш, розміром 4х4, що підключається безпосередньо до портів МК.

Для робото здатності клавіатури необхідно правильно с конфігурувати порти та написати програму ініціалізації

Індикація являє собою РКМ на базі контролера HD44780, з різними режимами виводу інформації. Згідно варіанта завдання режим виводу інформації становить 4х20, що реалізовується шляхом програмування МК.

Крім цього у РКМ є два можливі режими підключення до МК, а саме:

-  режим зовнішнього ОЗП та індикації;

-  режим тільки індикації.

Для наших цілей вистачить підключення й у другому режимі, так як зберігати інформацію немає потреби. Таким чином для підключення індикації необхідно 6 виводів МК, що в подальшому будуть с конфігуровані належним чином.

3.5 Організація виводу даних на РКМ

Багато фірм випускають рідинно-кристалічні індикатори (РКІ) із вбудованими контролерами, що полегшують реалізацію інтерфейсу РКІ та МК. Згідно з завдання на курсову роботу РКІ повинна бути реалізована на РКМ HD44780.

Даний РКМ за допомогою 14-контактного роз’єму обмінюється інформацією з керуючим МК. Останній в свою чергу посилає РКМ команди, що керують режимами його роботи, та ASCII-коди символів, що будуть виводитись. В свою чергу, РКМ може посилати AVR-мікроконтролеру за його запитом інформацію про свій стан й інформацію зі своїх внутрішніх блоків пам’яті.

В даній курсовій роботі РКМ HD44780 буде використовуватись тільки як РКІ, тобто для його підключення та функціонування необхідно лише 6 виводів МК, через які буде проходити обмін інформацією.

3.6 Система аналогового вводу інформації

Дана система призначена для прийому та обробки інформації від зовнішніх датчиків. Обробка виконується за допомогою вбудованого аналогово-цифрового перетворювача (АЦП), входи якого можуть конфігоруватись як несиметричні, і як симетричні, при цьому на входи подаються різні рівні напруги.

3.6.1 Підсистема аналогового вводу інформації з несиметричними входами

Так як АЦП із несиметричними входами може приймати та опрацьовувати напругу, що знаходиться в діапазоні від 0 до рівня зовнішньої опорної напруги, котра становить +5В, так як й напруга з датчиків, згідно варіанту, може подаватись в діапазоні від 0 до +5В,

 

3.6.2 Підсистема аналогового вводу інформації із симетричними входами

Для формування даної системи використовується АЦП, входи якого включені симетрично, тобто попарно, для передачі інформації від датчиків до МК для подальшої її обробки.

При виконанні реальної задачі може постати необхідність у усередненні результату перетворення АЦП, тобто видачі сигналу з АЦП через певну кількість виконаних перетворень.

Розрахуємо кількість перетворень АЦП (К_ОАЦП) при частоті опитування датчиків (f_д), що становить . Для цього скористаємось наступною формулою:

де f_АЦП – часота роботи АЦП, 62,5кГц;

Кt – кількість тактів перетворення, 14 тактів.

Таким чином видача результату перетворення сигналів з датчиків буде виконуватись через кожні 30 циклів АЦП. Проте необхідно пам’ятати, що перше перетворення при одиночному режимі роботи АЦП займатиме на 12 тактів більше, під час яких виконується ініціалізація АЦП.

3.7 Система аналогового виводу інформації

Дана система призначена для перетворення та виводу інформації у аналоговому вигляді. Складається вона із цифро-аналогового перетворювача (ЦАП) реалізованого на базі ШІМ. В свою чергу останній реалізується на базі таймера лічильника МК Т1.

Нам необхідний 10-розрядний ШІМ, отримаємо його при 10 режимі роботи Т1. Максимальне значення (ТОР), що прийматиме лічильник, розраховується за наступною формулою:

ТОР=2^N-1

ТОР=2¹⁰-1=1023

Коли стан лічильника, що зберігається у регістрі, TCNT1, збігається із змістом регістру OCR1, на виводі ОС1 МК встановлюється рівень лог. 0, таким чином завершуючи імпульс ШІМ-сигналу. Лічильник продовжує рахувати до максимального значення ТОР, після чого змінює напрямок руху. Як тільки стан лічильника знову співпаде із змістом регітру OCR1, на виводі ОС1 МК встановлюється рівень лог. 1.

Частота повторювання лічильних циклів f_ШІМ складає:

Якщо прийняти, що стан регістру OCR1 дорівнює Z, тоді час одного періоду імпульсу сигналу tн складатиме 2Z. Виходячи із цього, коефіцієнтом заповнення N-розрядного ШІМ-сигналу g можна керувати за допомогою змісту регістру OCR1:

Таким чином, коефіцієнт заповнення прямо пропорційний складу Z регістру порівняння OCR1. Середнє арифметичне UМ вихідної напруги Т/С1 на виході ОС1 МК, що отримується при проходженні ШІМ-сигналом фільтру нижчих частот, може бути розраховано за наступним рівнянням:

де - рівень логічної 1;

- рівень логічного 0;

g – коефіцієнт заповнення прямокутних імпульсів напруги Z.

Сигнал, що отримується з виходу ЦАП, необхідно профільтрувати для отримання достовірного сигналу постійної напруги. Для цього використовується активний фільтр низьких частот Баттерворта другого порядку, що дозволяє подавляти 40 Дб/дес. Схема фільтру Баттерворта другого порядку представлена на рисунку 4.4

Рисунок 3.2 - Схема фільтру Баттерворта другого порядку

Розрахунок параметрів схеми.

Для фільтру Баттерворта другого порядку час запізнювання сигналу (tv) становить 0.228Tg , а тривалість фронту (ta) – 0.342Tg , час зворотного значення граничної частоти  - нормована величина. Викид складає 4,3%, час встановлення сигналу дорівнює 3Тg .

Підсилення постійної напруги схеми фільтра низьких частот приблизно рівно . Воно має негативне значення, оскільки базується на інвертуючій схемі ОП.

Для розрахунку параметрів фільтру низьких частот необхідно задати номінали конденсаторів С1 та С2 і розрахувати опори R1 та R2 згідно з наступними формулами.

(4.6)

(4.7)

(4.8)

При цьому V0 являється найбільш достовірним підсиленням постійної напруги фільтра, а1 и b1 – коефіцієнти фільтра, що дорівнюють 1,4142 та 1,0000 відповідно.

При виборі С1 та С2 необхідно дотримуватись наступої умови:

(4.9)

Характеристики фільтра Баттерворта др TCNT1угого порядку при V0=-1 представлено у таблиці 4.1

Таблиця 4.1 - Характеристики фільтра Баттерворта другого порядку

Резрешение, разряды	Tint,мкс	1LSB, мВ	Аt max, мВ	V(TP)	fшим, Гц	fg max, Гц	ta, мс	tv, мс
10	15	2,5	1,25	0.000383	32,55	4,56	84,96	98,57

Обираємо номінал С1, що становитиме 122,2нФ, та розрахуємо С2 згідно формули (4.9).

Згідно із номінальним рядом Е192 номінал конденсатора С2 становитиме 252нФ.

Розраховуємо значення R₂ згідно із формулою (4.6):

Найближче значення із ряду Е192:

Значення резистору R₃ розраховуємо по формулі (4.8):

Найближче значення із ряду Е192:

Значення резистору R₁ розраховуємо по формулі (4.7):

Найближче значення із ряду Е192: