Курсовая работа: Проектирование удаленного устройства индикации

Постановказадачи; спроектироватьудаленноеустройство индикациинаоснове 8-битногоAVRмикроконтроллератипаATmega16 спитаниемданногоустройстваотисточникапитанияна 10 V. ТребуетсяобеспечитьприемданныхпопротоколуRS-485 на скорости 9600 битвсекунду, сразмеромпосылкиданных 8 бит, проверкойначетностьиоднимстоповымбитом. Данныедолжны отображатьсянаграфическомLCD-дисплеефирмыBolymin.

1.1 Обоснованиедостаточностиаппаратныхсредствипрограммных ресурсов

ПредложенныйдлярешениязадачимикроконтроллерATmegal6 обладаетследующимихарактеристиками:

• напряжениепитания+5 V

• размерпамятипрограмм 16 К

• размерEEPROM512 В

• размервнутреннейSRAM 1 К

• портыввода/вывода4x8 bit

• четыретаймерасчетчика

• программируемыйпоследовательныйУСАПП

Этихсвойствмикроконтроллеравполнедостаточнодля обеспечениявзаимодействиясграфическимLCD-дисплееми протоколомобменаданнымиRS-485, посколькубольшойобъемпамяти программпозволяетобеспечитьлогикуработывсехаппаратных средствмикроконтроллераиуправлениеLCD-дисплеем. Крометого, подключениевнешнегоисточникатактовыхимпульсовпозволяет обеспечитьскоростьобменаданнымидо 1 миллионабитвсекунду.

1.2 Доопределениенаборааппаратныхсредств

ДляорганизацииканаласвязипопротоколуRS-485 необходимо использованиеустройств, отвечающихтребованиямэтогопротокола. Возможноерешение - использованиесхемыМАХ485, котораяработает отодногоисточникапитания +5 V, иеговыходноесопротивление становитсявысокимвдиапазонесинфазногосигналаот -7 до +12 Vприподачеипривыключениипитания. Передатчикимеет максимальноевремязадержки 50 пзивремянарастанияиспада менее 80 ns. Этопозволяетполучитьскоростьпередачиданныхдо 4 Mbaud.

Посколькуразрабатываемоеустройствопитаетсяотисточника напряжения +10 V, тодляобеспеченияпитаниямикросхем устройстванеобходимоиспользованиестабилизаторанапряжения, которыйможнореализоватьнамикросхемеLM2574 (понижающий импульсныйстабилизаторнапряжения).

1.3 Распределениефункцийустройствамеждуузлами микроконтроллера

Разрабатываемоеудаленноеустройствоиндикациидолжно выполнятьследующиедвеглавныефункции: обеспечениеприема данныхпоканалусвязиииндикацияобработанныхданныхнаLCD-дисплей.

Вполнелогичновкачествеприемникаиспользоватьвстроенныйв контроллерпрограммируемыйпоследовательныйуниверсальный синхронно-асинхронныйприеме-передатчик (УСАПП). Приэтомбудут задействованывыводыPDO (RxD) иPD1 (TxD), которыеподключаются ксоответствующимвыводаммикросхемыМАХ485. Крометого, для управлениямикросхемойМАХ485 необходимоподключитьтакже сигналыразрешенияприемаипередачиданных (сигналразрешения приема - инверсный), Нопосколькувнашемустройствене предусмотренавозможностьодновременноприниматьипередавать данные, представляетсяудобнымиспользованиеобщегосигналас одногоизвыводовконтроллерадляуправленияприемомипередачей (выводпортаСРС5). Болеетого, вчастномслучаенаше устройствонебудетпередаватьданныенавнешниеустройства, поэтомукакодинизвариантовможетбытьиспользованопросто подключениеразрешающихвыводовмикросхемыМАХ485 кобщему постоянномусигналунизкогоуровня, чтозапретитмикросхеме передачуданныхионабудетвсевремяиспользоватьсякак приемник.

УправлениеLCD-дисплеемосуществляетсяспомощьювосьми линий, покоторымпередаютсяданные, ипятилиний, покоторым передаютсясигналыуправления (чтение/записьданных, запись командыит.п.}. Поэтомудляуправлениядисплееммывыделимпорт АконтроллерадляпередачисигналовданныхилинииРСО - РС4 портаСдляпередачисигналовуправления.

Всеостальныеустройстваконтроллеравнашем (простейшем) случаеостаютсянезадействованными.

2. Проектированиепринципиальнойсхемыустройства

2.1 Схемавключениямикроконтроллера

МикроконтроллерAVRтипаATmegal6 имеетнапряжениепитания +5 V, котороеподводитсяквыводуVCC. Таккакпитаниевсегонашего устройства +10 V, топитаниекмикроконтроллерудолжно подводитсячерезпонижающийимпульсныйстабилизатор. Кроме этого, микроконтроллеримеетещедвавыводадляпитанияпортаА (илиАЦП), одинизкоторых (AVCC) долженбытьподключенк напряжениюпитаниядажееслипортАнеиспользуется. Приесли используетсяАЦП, тоэтопитаниедолжноподключатсячерезфильтр низкихчастот. Второйвывод (AREF) используетсядляподачи напряжениясмещениянаАЦП.

ВнашемустройствеАЦПнеиспользуется, поэтомуквыводамVCCиAVCCможноподключитьпредварительностабилизированноепитание +5 Vотстабилизатора, авыводAREFподключитькобщейшине земли.

Рис.1 Схемавключениямикроконтроллера

2.2 Формированиетактовыхимпульсов

Тактовыеимпульсыдляработымикроконтроллераможно формироватьспомощьюлибовстроенногогенератораимпульсов, либоподключаявнешнийгенераторнакварцевомрезонаторе. Внутреннийгенератортактовыхимпульсоввнашемслучаене обеспечитнеобходимуюстабильностьдляработысинтерфейсомRS-485, поэтомумыбудемиспользоватьвнешнийкварцевыйгенератор на 7.3728 MHz. Дляработынатакойчастотеразработчикифирмы ATMELсоветуютиспользоватьдвадополнительныхконденсатора емкостью 22 pF, включенныепоследующейсхеме:

2.3 Схемасброса