3. Разработка аппаратного обеспечения микропроцессорной системы
.1 Разработка и описание структурной схемы
микроконтроллер принципиальный программа
После того, как было принято компромиссное решение о программной и аппаратной реализации можно приступать к проектированию аппаратной части, которая включает в себя разработку структурной и принципиальной схем. Выберем микроконтроллер, на базе которого будет строиться микропроцессорная система. При выборе микроконтроллера необходимо учитывать разрядность микроконтроллера.
В качестве возможной базы для разработки системы противодымной защиты рассматривалось два семейства микроконтроллеров: ADuC812 от Analog Devices и 68НС08 от Motorola. Рассмотри каждый из них.
Процессор ADuC812 является клоном Intel 8051 со встроенной периферией. Перечислим основные особенности ADuC812.
32 линии ввода/вывода;
8-миканальный высокоточный 12-разрядный АЦП со скоростью выборки до 200 Кбит/с;
контроллер ПДП для высокоскоростного обмена между АЦП и ОЗУ;
два 12-разрядных ЦАП с выходом по напряжению;
температурный датчик.
8 Кбайт внутренней перепрограммируемой flash-памяти под память программ;
640 байт внутренней перепрограммируемой flash-памяти под память данных;
256 байт внутренней ОЗУ;
Мбайт внешнего адресного пространства под память данных;
64 Кбайт внешнего адресного пространства под память программ.
частота 12 МГц (до 16 МГц);
три 16-разрятных таймера/счетчика;
девять источников прерываний, два уровня приоритетов.
спецификация для работы с уровнем питания в ЗВ и 5В;
нормальный, спящий, и выключенный режимы.
32 программируемые линии ввода/вывода, последовательный UART
сторожевой таймер;
управление электропитанием.
ADuC812BS, выполненный в корпусе PQFP52, показан на рисунке 3.1 (с указанием габаритных размеров).
Рисунок 3.1 - выполненный в корпусе PQFP52 ADuC812BS
Семейство 8-разрядных микроконтроллеров 68НС08/908 является дальнейшим развитием семейства 68НС05/705. Отметим основные преимущества семейства 68НС08/908 по сравнению с микроконтроллерами 68НС05/705.
) Процессор CPU08 работает на более высокой тактовой частоте 8 МГц, реализует ряд дополнительных способов адресации и имеет расширенный набор выполняемых команд. В результате достигается повышение производительности до 6 раз по сравнению с микроконтроллерами 68НС05.
) Применение FLASH-памяти обеспечивает возможность программирования микроконтроллеров подсемейства 68НС908 непосредственно в составе реализуемой системы с помощью персонального компьютера.
) Модульная структура микроконтроллеров и наличие большой библиотеки интерфейсных и периферийных модулей с улучшенными характеристиками позволяет достаточно просто реализовать различные модели с расширенными функциональными возможностями.
) Существенно расширены возможности отладки программ благодаря введению специального монитора отладки и реализации останова в контрольной точке. Таким образом, обеспечивается возможность эффективной отладки без применения дорогостоящих схемных эмуляторов.
) Реализованы дополнительные возможности контроля функционирования микроконтроллеров, повышающие надежность работы систем, в которых они применяются.
Все микроконтроллеры семейства 68НС08/908 содержат процессорное ядро CPU08, внутреннюю память программ - масочно-программируемое ПЗУ емкостью до 32 Кбайт или FLASH-память емкостью до 60 Кбайт, ОЗУ данных емкостью от 128 байт до 2 Кбайт. В ряде моделей имеется также память EEPROM емкостью 512 байт или 1 Кбайт. Большинство микроконтроллеров семейства работают при напряжении питания 5.0 В, обеспечивая максимальную тактовую частоту Ft = 8 МГц. Некоторые модели работают при пониженном напряжении питания 3.0В и даже 2.0В.
Микроконтроллеры семейства 68НС08/908 делятся на ряд серий, буквенные обозначения которых указываются для каждой модели после имени семейства (например, 68HC08AZ32 - серия AZ, модель 32). Серии отличаются, в основном, составом периферийных модулей и областями применения. Все модели содержат 16-разрядные таймеры, имеющие 2, 4 или 6 комбинированных входов захвата/выходов совпадения. Большинство моделей содержит 8- или 10-разрядные АЦП.
В состав серий АВ, AS, AZ входят микроконтроллеры общего назначения, которые обеспечивают расширенные возможности интерфейса с внешними устройствами благодаря наличию шести параллельных и двух последовательных портов (SCI, SPI). Модели серий BD, SR и GP имеют четыре параллельных порта. Ряд серий имеет специализированные последовательные порты, используемые для организации микроконтроллерных сетей. Это серия AS, обеспечивающая передачу данных по мультиплексной шине Л 850, серия JB, имеющая интерфейс с последовательной шиной USB, серия AZ, содержащая контроллер сети CAN, серия BD, реализующая интерфейс 12С. Микроконтроллеры этих серий широко используются в промышленной автоматике, измерительной аппаратуре, системах автомобильной электроники, вычислительной технике.
Специализированные микроконтроллеры серии MR содержат 12-разрядные модули ШИМ с 6 выходными каналами. Они ориентированы на применение в системах управления электроприводом. Микроконтроллеры RK и RF ориентированы на использование в радиотехнике.
Серии JB, JK, JL, КХ выпускаются в дешевых корпусах с малым числом выводов. Микроконтроллеры этих серий имеют от 13 до 23 линий параллельного ввода-вывода данных. Они используются в бытовой аппаратуре и изделиях массового применения, где требование низкой стоимости является одним из первостепенных факторов.
В сериях QT, QY представлены модели, ориентированные на применение в малобюджетных проектах. Эти микроконтроллеры отличаются низкой стоимостью и выпускаются в компактных корпусах с малым числом выводов (8 или 16). Они имеют встроенный осциллятор, обеспечивающий формирование тактовой частоты с точностью 5%. Небольшой объем FLASH-памяти (до 4 Кбайт), наличие АЦП и таймера делают эти модели идеальными для построения несложных контроллеров распределенных систем мониторинга и управления.
Оба семейства микроконтроллеров имеют программаторы, позволяющие использовать, как языки высокого уровня (в частности, язык С), так и ассемблеры. Цены на оба семейства микроконтроллеров существенно не отличаются: при средней стоимости около 400 рублей разница составляет 50-100 рублей, что практически не влияет на итоговую стоимость внедрения системы противопожарной защиты.
В силу большей доступности на рынке микроконтроллеров ADuC812 и программаторов для них, было решено использовать микроконтроллеры этого семейства, а конкретно - ADuC812BS.