3 Розробка електричної принципової схеми системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів
3.1 Вибір мікроконтролера
Оберемо мікроконтролер для реалізації даної ІВС. Використаємо 8-розрядний мікроконтролер фірми Atmel серії ATMega48.
ATMega48 - низкьопотребуючі 8-бітні мікроконтролери з AVR RISC архітектурою. Виконуючи команди за один цикл, ATMega48 досягають продуктивності 1 MIPS при частоті генератора, що задає 1 МГц, що дозволяє розробнику досягти продуктивності.
AVR ядро об'єднує велику систему команд і 32 робочих регістра загального призначення. Усі 32 регістра безпосередньо пов'язані з арифметико-логічним пристроєм (АЛУ), що дозволяє отримати доступ до двох незалежних регістрів при виконанні однієї команди. У результаті ця архітектура дозволяє забезпечити в десятки разів більшу продуктивність, ніж стандартна CISC архітектура.
ATMega48 мають наступні характеристики: 4КБ внутрішньосистемної програмованої Flash пам'яті програми, 256 байтну EEPROM пам'ять даних, 512 байтну SRAM, 23 лінії введення - виведення загального застосування , 32 робочих регістра загального призначення, три гнучких таймера / лічильника зі схемою порівняння, внутрішні та зовнішні джерела переривання, послідовний програмований USART, проводний інтерфейс, 6 канальний АЦП (8 - канальний у приладів в TQFP і MFL корпусах) , 4 із (6) каналів яких мають 10 - бітну розрядність, а 2 - 8 - бітну, програмований сторожовий таймер з вбудованим генератором, SPI порт і п'ять програмно ініціалізіруємих режимів зниженого споживання. У режимі Idle зупиняється ядро, а SRAM, таймери / лічильники, SPI порт і система переривань продовжують функціонувати. У Power-down режимі вміст регістрів зберігається, але відключаються всі внутрішні функції мікропроцесора до тих пір, поки не відбудеться
переривання або апаратне скидання. У режимі Power-save асинхронні таймери продовжують функціонувати, дозволяючи відраховувати тимчасові інтервали в той час, коли мікропроцесор знаходиться в режимі сну. У режимі ADC Noise Reduction зупиняється обчислювальне ядро і всі модулі введення-виведення, за винятком асинхронного таймера і самого АЦП, що дозволяє мінімізувати шуми протягом виконання аналого-цифрового перетворення. У Standby режимі задає генератор працює, в той час як інша частина приладу не діє. Це дозволяє швидко зберегти можливість швидкого запуску приладів при одночасному зниженні споживання.
Прилад виготовлений за високощільної енергонезалежній технології виготовлення пам'яті компанії Atmel. Вбудована ISP Flash дозволяє перепрограмувати пам'ять програми в системі через послідовний інтерфейс SPI програмою-завантажувачем, що виконується в AVR ядрі, або звичайним програматором енергонезалежній пам'яті. Програма-завантажувач здатна завантажити дані з будь-якого інтерфейсу, що є у мікроконтролера. Програма в завантажувальному секторі продовжує виконуватися, навіть при заванта-женні області пам'яті прикладної програми, забезпечуючи реальний режим "зчитування при запису". Об'єднавши 8 - бітове RISK ядро і самопрогра-муються усередині системи Flash пам'яттю корпорація Atmel зробила прилади ATMega48/ATMega88/ATMega168 потужними мікроконтролера, що забезпечують більшу гнучкість і цінову ефективність широкому колу керуючих пристроїв.
ATMega48 підтримується різними програмними засобами та інтегрова-ними засобами розробки, такими як компілятори C, макроассемблери, про-грамні відладчики / симулятори, внутрішньосхемного емулятори та ознайомчі набори.
AVR ядро об'єднує потужну систему команд з 32 8-розрядними регістрами загального призначення і конвеєрне звернення до пам'яті програм.
Виконання відносних переходів і команд виклику реалізується з прямою адресацією всього обсягу (4К) адресного простору. Адреси периферійних функцій містяться в просторі пам'яті вводу/виводу. Архітектура ефективно підтримує як мови високого рівня, так і програми на мовах асемблера.
Блок-схема мікроконтролера ATMage48 зображено на рисунку 3.1.
Рисунок 3.1 - Блок-схема мікроконтролера ATMage48
Максимальне споживання приладів в активному режимі складає 3.0 мА і в пасивному режимі 1.2 мА (при VCC =3 В і f = 4 МГЦ). В стоповому режимі, при працюючому сторожовому таймері, мікроконтролер споживає 15 мкА.
Об'єднання на одному кристалі вдосконаленого 8-розрядного RISC ЦПУ з Flash ПЗУ, яка завантажується дозволило фірмі створити потужний мікроконтролер, що забезпечує високу гнучкість і економічність в використанні приладу в якості вбудованого контролера.
Port B (PB5... PB0) 6-розрядний двонаправлений порт I/O із вбудованими навантажувальними резисторами. Вихідні буфери забезпечують втікаючий струм 20 мА. При використанні виводів порта в якості входів і установці зовнішнім сигналом в низький стан, струм буде витікати тільки при підключених вбудованих навантажувальних резисторах. Порт B використовується також при реалізації різноманітних спеціальних функцій.
Port C (PC5... PC0) 6-розрядний двунаправлений порт I/O із вбудо-ваними навантажувальними резисторами. Вихідні буфери забезпечують втіка-ючий струм 20 мА. При використанні виводів порта в якості входів і уста-новці зовнішнім сигналом в низький стан, струм буде витікати тільки при підключених вбудованих навантажувальних резисторах. Входи порта використовуються також як аналогові входи аналого-цифрового перетворювача.
Port D (PD7.. PD0) 8-розрядний двунаправлений порт I/O із вбудованими навантажувальними резисторами. При використанні виводів порта в якості входів і установці зовнішнім сигналом в низький стан, струм буде витікати тільки при підключених вбудованих навантажувальних резисторах.
RESET Вхід скидання. Для виконання скидання необхідно утримувати низький рівень на вході протягом двох машинних циклів.
XTAL1 Вхід інвертуючого підсилювача генератора і вхід схеми вбудованого генератора тактової частоти.
XTAL2 Вихід інвертуючого підсилювача генератора.
AVCC Напруга живлення аналого-цифрового перетворювача. Виводи під’єднується до зовнішнього VCC через низькочастотний фільтр.
AREF Вхід аналогової напруги порівняння для аналого-цифрового перетворювача. На цей вивід, для забезпечення роботи аналого-цифрового перетворювача, подається напруга в діапазоні між AGND і AVCC.
AGND Цей вивід повинен бути під’єднаний до окремої аналогової землі, якщо плата оснащена нею. В іншому випадку вивід від’єднується до загальної землі.
Мікроконтролер ATMega48 має такі технічні характеристики:
- діапазон напруги живлення: - від 1.8 до 5.5 В;
- діапазон робочої частоти: - от 0 до 1 МГц
- клас точності 0,05 [8].
Схема включення мікроконтролера зображено на рисунку 3.2.
Рисунок 3.2 - Схема включення мікроконтролера
3.2 Інтерфейс RS-485
Обмін інформацією між інформаційно - вимірювальною системою і персональним комп’ютером здійснюється за допомогою інтерфейсу RS - 485.
При проектуванні системи на базі технічних засобів, слід враховувати ряд важливих факторів: кількість передавачів і приймачів, швидкість передачі даних та відстань обіну даними. За допомогою інтерфейсу RS 485 можна передавати код, як в послідовному так і в паралельному форматі. У 99% випадків передача даних відбувається у послідовному форматі.
Згідно стандарту на інтерфейси RS-485, драйвер інтерфейсу не повинен виходити з ладу при закороченні будь-якого із сигнальних дротів на шину живлення або на землю. Також згідно стандарту всі драйвери цих інтерфейсів повинні мати захист від перегріву і автоматично вимикатись при нагріві 150 0С.
Мережа, побудована на інтерфейсі RS-485, являє собою прийомопередавач з'єднаний за допомогою кручениої пари - двох скручених проводів. В основі інтерфейсу RS-485 лежить принцип диференціальної (балансової) передачі даних. Суть його полягає в передачі одного сигналу по двох проводах. Причому по одному проводі (умовно A) йде оригінальний сигнал, а по іншому (умовно B) - його інверсна копія. Іншими словами, якщо на одному проводі "1", то на іншому "0" і навпаки. Таким чином, між двома проводами крученої пари завжди є різниця потенціалів: при "1" вона позитивна, при "0" - негативна.
Саме цією різницею потенціалів і передається сигнал. Такий спосіб передачі забезпечує високу стійкість до синфазної перешкоди. Синфазною називають перешкоду, що діє на обох проводів лінії однаково.
Апаратна реалізація інтерфейсу - мікросхеми приймачів і передавачів з диференціальними входами/виходами (до лінії) і цифровими портами.
Отже для використовуваного в даному курсовому проекті інтерфейсу RS-485. Цифровий вихід приймача (RO) підключається до порту приймача UART (RX). Цифровий вхід передавача (DІ) до порту передавача UART (TX). Оскільки на диференціальній стороні приймач і передавач з'єднані, то під час прийому потрібно відключати передавач, а під час передачі - приймач.
Для цього служать керуючі входи - дозвіл приймача (RE) і дозволу передавача (DE). Тому що вхід RE інверсний, то його можна з'єднати з DE і переключати приймач і передавач одним сигналом з будь-якого порту мікроконтролера. При рівні "0" - робота на прийом, при "1" - на передачу.
Приймач, одержуючи на диференціальних входах (AB) різниця потенціалів (UAB) переводить їх у цифровий сигнал на виході RO. Чутливість приймача може бути різної, але гарантований граничний діапазон розпізнавання сигналу виробники мікросхем приемопередавачів пишуть у документації. Звичайно ці пороги складають ± 200 мв. Тобто, коли UAB > +200 мв - приймач визначає "1", коли UAB < -200 мв - приймач визначає "0".
Якщо різниця потенціалів у лінії настільки мала, що не виходить за граничні значення - правильне розпізнавання сигналу не гарантується. Крім того, у лінії можуть бути і не синфазні перешкоди, що спотворять настільки слабкий сигнал.
Усі пристрої підключаються до однієї крученої пари однаково: прямі виходи (A) до одного проводу, інверсні (B) - до іншого. Вхідний опір приймача з боку лінії (RAB) звичайно складає 12 кОм, тому що потужність передавача не безмежна, це створює обмеження на кількість приймачів, підключених до лінії. Відповідно до специфікації RS-485 з обліком
резисторів, передавач може вести до 32 приймачів. Однак є ряд мікросхем з підвищеним вхідним опором, що дозволяє підключити до лінії значно більше ніж 32 пристрої.
Максимальна швидкість зв'язку по специфікації RS-485 може досягати 10 Мбіт/сек. Максимальна відстань - 1200 м. Якщо необхідно організувати зв'язок на відстані більшому 1200 м або підключити більше пристроїв, чим допускає навантажувальна здатність передавача - застосовують спеціальні повторювачі (репитери).
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
