Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Дипломный проект - Программно-аппаратный терминал с CAN-шиной - файл 3 схемотехническое проектирование.doc


Дипломный проект - Программно-аппаратный терминал с CAN-шиной
скачать (3931.1 kb.)

Доступные файлы (45):

avr.c
main.c
Programmator.hex
spi_init.c
usart_init.c
1 системотехническое проектирование.doc199kb.22.06.2011 21:36скачать
Programmator.hex
Project1.bpr
Project1.~bpr
Project1.cpp
Project1.~cpp
Project1.obj
Project1.res
TrComPort_BCB.lib
TrComPort.dll
TrComPort.h
Unit1.cpp
Unit1.ddp
Unit1.dfm
Unit1.h
Unit1.obj
2 структурное проектирование.doc170kb.22.06.2011 21:41скачать
3 схемотехническое проектирование.doc1434kb.22.06.2011 21:53скачать
4 конструктоское проектирование.doc75kb.23.06.2011 00:03скачать
5 разработка ПО микроконтроллера.doc93kb.22.06.2011 22:05скачать
6 экономика1.docx98kb.22.06.2011 23:10скачать
7.doc90kb.22.06.2011 23:58скачать
8.doc99kb.23.06.2011 00:02скачать
(A1)ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА.vsd
(A1)ПЛАКАТ.vsd
(A1)ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА1.vsd
(A1)СТРУКТУРНАЯ СХЕМА.vsd
(A1)СХЕМА ПРОГРАММЫ.vsd
(A1)СХЕМА ПРОГРАММЫ(С++).vsd
ВВЕДЕНИЕ.doc42kb.17.06.2011 10:42скачать
Задание - шаблон.doc37kb.23.06.2011 00:16скачать
Заключение.doc32kb.23.06.2011 00:02скачать
ПРОЧИТАТЬ!!!!!!!!!!.txt1kb.03.07.2011 23:28скачать
Содерж.doc65kb.21.06.2011 20:48скачать
список исп. источников.doc34kb.23.06.2011 01:29скачать
текст программы2.doc35kb.20.06.2011 22:09скачать
текст программы.doc36kb.15.06.2011 11:11скачать
текст программы титульник2.doc100kb.20.06.2011 22:05скачать
текст программы титульник.doc100kb.20.06.2011 22:05скачать
Титульный лист и аннотация.docx31kb.17.06.2011 10:27скачать

3 схемотехническое проектирование.doc





3 Схемотехническое проектирование

На стадии схемотехнического проектирования необходимо построить схему электрическую принципиальную блоков, изображенных на структурной схеме устройства, произвести выбор элементной базы.

В качестве активного управляющего элемента в программно-аппаратном терминале будет выступать микроконтроллер семейства AVR ATmega128. Данный микроконтроллер маломощный 8-разрядный КМОП микроконтроллер, основанный на расширенной AVR RISC-архитектуре. За счет выполнения большинства инструкций за один машинный цикл ATmega128 достигает производительности 1 млн. операций в секунду/МГц, что позволяет проектировщикам систем оптимизировать соотношение энергопотребления и быстродействия.

ATmega128 содержит следующие элементы: 128 кБ внутрисистемно программируемой флэш-памяти с поддержкой чтения во время записи, 4 кБ ЭСППЗУ, 4 кБ статического ОЗУ, 53 линии универсального ввода-вывода, 32 универсальных рабочих регистра, счетчик реального времени (RTC), четыре гибких таймера-счетчика с режимами сравнения и ШИМ, 2 УСАПП, двухпроводной последовательный интерфейс ориентированный на передачу байт, 8-канальный 10-разрядный АЦП с опциональным дифференциальным входом с программируемым коэффициентом усиления, программируемый сторожевой таймер с внутренним генератором, последовательный порт SPI, испытательный интерфейс JTAG совместимый со стандартом IEEE 1149.1, который также используется для доступа к встроенной системе отладке и для программирования, а также шесть программно выбираемых режимов уменьшения мощности. Режим холостого хода (Idle) останавливает ЦПУ, но при этом поддерживая работу статического ОЗУ, таймеров-счетчиков, SPI-порта и системы прерываний. Режим выключения (Powerdown) позволяет сохранить содержимое регистров, при остановленном генераторе и выключении встроенных функций до следующего прерывания или аппаратного сброса. В экономичном режиме (Power-save) асинхронный таймер продолжает работу, позволяя пользователю сохранить функцию счета времени в то время, когда остальная часть контроллера находится в состоянии сна. Режим снижения шумов АЦП (ADC Noise Reduction) останавливает ЦПУ и все модули ввода-вывода, кроме асинхронного таймера и АЦП для минимизации импульсных шумов в процессе преобразования АЦП. В дежурном режиме (Standby) кварцевый/резонаторный генератор продолжают работу, а остальная часть микроконтроллера находится в режиме сна. Данный режим характеризуется малой потребляемой мощностью, но при этом позволяет достичь самого быстрого возврата в рабочий режим. В расширенном дежурном режиме (Extended Standby) основной генератор и асинхронный таймер продолжают работать [1].

УГО микроконтроллера изображено на рисунке 3.1, а его цоколевка на рисунке 3.2. Назначение выводов микроконтроллера ATmega128 представлено в таблице 3.1.




Рисунок 3.1 – УГО микроконтроллера ATmega128

Микроконтроллер производится по технологии высокоплотной энергонезависимой памяти компании Atmel. Встроенная внутрисистемно программируемая флэш-память позволяет перепрограммировать память программ непосредственно внутри системы через последовательный интерфейс SPI с помощью простого программатора или с помощью автономной программы в загрузочном секторе. Загрузочная программа может использовать любой интерфейс для загрузки прикладной программы во флэш-память. Программа в загрузочном секторе продолжает работу в процессе обновления прикладной секции флэш-памяти, тем самым поддерживая двухоперационность: чтение во время записи. За счет сочетания 8-разрядного RISC ЦПУ с внутрисистемно самопрограммируемой флэш-памятью в одной микросхеме ATmega128 является мощным микроконтроллером, позволяющим достичь высокой степени гибкости и эффективной стоимости при проектировании большинства приложений встроенного управления.



Рисунок 3.2 – Цоколевка микроконтроллера ATmega128

Таблица 3.1 – Назначение выводов микроконтроллера ATmega128

Обозначение

Описание

XTAL1

Вход тактового генератора.

XTAL2

Выход тактового генератора.

#RESET

Вход сброса. При удержании на входе низкого уровня в течении 50 нс выполняется сброс устройства.

PA0-PA7

Порт A – 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже:

AD0…AD7 : разряды шины адреса и шины данных внешнего интерфейса памяти.

PB0-PB7

Порт B – 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже:

PB7: OC2/OC1C выход компаратора и выход ШИМ таймера-счетчика 2 или выход компаратора и ШИМ таймера-счетчика 1;

PB6: OC1B выход В компаратора и ШИМ таймера-счетчика 1;

PB5: OC1A выход A компаратора и ШИМ таймера-счетчика 1;

PB4: OC0 Выход компаратора и ШИМ таймера-счетчика 0;

PB3: MISO ввод для ведущей/вывод для подчиненой шины SPI;

PB2: MOSI Вывод для ведущей/ввод для подчиненной шины SPI;

PB1: SCK Синхронизация последовательной связи шины SPI;

PB0: SS вход выбора подчиненного режима интерфейса SPI.

PC0-PC7

Порт C – 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже:

A15…А8: разряды 15…8 шины адреса внешнего интерфейса памяти.

PD0-PD7

Порт D – 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже:

PD7: T2 вход синхронизации таймера-счетчика 2;

PD6: T1 вход синхронизации таймера-счетчика 1;

PD5: XCK1 вход/выход внешней синхронизации УСАПП1;

PD4: IC1 вход триггера захвата фронта таймера-счетчика 1;

PD3: INT3/TXD1вход внешнего прерывания 3 или выход передачи УАПП1;

PD2: INT2/RXD1 вход внешнего прерывания 2 или вход приема УАПП1;

PD1: INT1/SDA вход внешнего прерывания 1 или ввод/вывод последовательных данных TWI;

PD0: INT0/SCL вход внешнего прерывания 0 или синхронизация последовательной связи TWI.

Продолжение таблицы 3.1

Обозначение

Описание

PE0-PE7

Порт E – 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже:

PE7: INT7/IC3 вход внешнего прерывания 7 или вход триггера захвата фронта таймера-счетчика 3;

PE6: INT6/ T3 вход внешнего прерывания 6 или вход синхронизации таймера-счетчика 3;

PE5: INT5/OC3C вход внешнего прерывания 5 или выход С компаратора и ШИМ таймера-счетчика 3;

PE4: INT4/OC3B вход внешнего прерывания 4 или выход B компаратора и ШИМ таймера-счетчика 3;

PE3: AIN1/OC3A инвертирующий вход аналогового компаратора или выход A компаратора и ШИМ таймера-счетчика 3;

PE2: AIN0/XCK0 неинвертирующий вход аналогового компаратора или вход/выход внешний синхронизации УСАПП0;

PE1: PDO/TXD0 вывод программируемых данных или вывод передачи УАПП0;

PE0: PDI/RXD0 ввод программируемых данных или вывод приема УАПП0.

PF0-PF7

Порт F действует как аналоговый ввод аналогово-цифрового преобразователя. Порт F также может использоваться как 8-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода, если АЦП не используется. Альтернативные функции описанные ниже:

PF7: ADC7/TDI Вход канала 7 АЦП или ввод данных при JTAG тестировании;

PF6: ADC6/TDO Вход канала 6 АЦП или вывод данных при JTAG тестировании;

PF5: ADC5/TMS Вход канала 5 АЦП или выбор режима JTAG тестирования;

PF4: ADC4/TCK Вход канала 4 АЦП или синхронизация JTAG тестирования;

PF3: ADC3 Вход канала 3 АЦП;

PF2: ADC2 Вход канала 2 АЦП;

PF1: ADC1 Вход канала 1 АЦП;

PF0: ADC0 Вход канала 0 АЦП.

PG0-PG4

Порт G – 5-разрядный порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами. Биты имеют альтернативные функции описанные ниже:

PG4: TOSC1 Генератор часов реального времени таймера-счетчика 0;

PG3: TOSC2 Генератор часов реального времени таймера-

Продолжение таблицы 3.1

Обозначение

Описание




счетчика 0;

PG2: Разрешение фиксации адреса внешней памяти;

PG1: RD Строб чтения внешней памяти;

PG0: WR Строб записи внешней памяти.

AREF

Вход опорного напряжения для АЦП.

GND

Аналоговый общий вывод.

AVCC

Вывод источника питания АЦП.

GND

Общий вывод питания микросхемы.

VCC

Вывод источника питания.


Выходные буферы портов имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии портов будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы. Выводы портов находятся в третьем (высокоимпедансном) состоянии при выполнении условия сброса, даже если синхронизация не запущена.

Конденсаторы С6, С9…С12, С15, С17 служат для уменьшения паразитных связей по питанию устройства, и их номинал 100нФ.

Связь микроконтроллера с контроллером CAN-bus будет осуществляться с помощью интерфейса SPI, т.е. через выводы PB0…PB3. Выводы PD0…PD3, PE7 управляют работой контроллера CAN-bus.

Связь микроконтроллера с приемопередатчиками RS232 будет осуществляться с помощью USART, встроенного в микроконтроллер ATmega128. Через выводы PE0, PE1 будет осуществляться прием и передача данных.

Задание тактовой частоты работы микроконтроллера осуществлено с помощью кварцевого резонатора ZQ2 с тактовой частотой 14,7456МГц. Резонатор следует располагать в непосредственной близости от соответствующих выводов микросхемы микроЭВМ с обеспечением минимального сопротивления соединяющих проводников. Конденсаторы С1, С3…С5 согласно типовой схеме подключения равны 15пФ.

Схема подключения микроконтроллера, составленная на основе типовой схемы подключения микроконтроллера, изображена на рисунке 3.3.

Для реализации контроллера CAN-bus выберем микросхему MCP2515.

УГО микросхемы изображено на рисунке 3.4, а ее цоколевка на рисунке 3.5. Назначение выводов микросхемы MCP2515 представлено в таблице 3.2.







Рисунок 3.4 – УГО микросхемы MCP2515



Рисунок 3.5 – Цоколевка микросхемы MCP2515

Таблица 3.2 – Назначение выводов микросхемы MCP2515

Обозначение

Описание

TXCAN

Вывод передачи данных в CAN-bus.

RXCAN

Вывод приема данных из CAN-bus.

CLKOUT

Вывод тактового генератора с программируемым делителем частоты.

#TX0RTS

Буфер передачи данных TXB0.

#TX1RTS

Буфер передачи данных TXB1.

#TX2RTS

Буфер передачи данных TXB2.

OSC2

Выход генератора.

OSC1

Вход генератора.

VSS

Общий вывод питания микросхемы.

#RX1BF

Буфер приема данных RXB1.

Продолжение таблицы 3.2

Обозначение

Описание

#RX0BF

Буфер приема данных RXB0.

#INT

Выход прерывания.

SCK

Вход тактового сигнала для SPI интерфейса.

SI

Вход данных модуля SPI.

SO

Выход данных модуля SPI.

#CS

Вход выбора устройства на шине SPI.

#RESET

Низкий активный вход сброса устройства.

VDD

Вход питания микросхемы.


Контроллер CAN-bus осуществляет взаимосвязь с микроконтроллером посредством интерфейса SPI, с помощью выводов CS, SO, SI, SCK. Взаимосвязь с приемопередатчиком CAN-bus осуществляется с помощью выводов RXCAN, TXCAN.

Задание тактовой частоты работы контроллера CAN-bus осуществлено с помощью кварцевого резонатора ZQ1 с тактовой частотой 16МГц. Конденсаторы С1, С3 согласно типовой схеме подключения равны 15пФ.

Схема подключения контроллера CAN-bus изображена на рисунке 3.6.



Рисунок 3.6 – Схема подключения микросхемы MCP2515

Для реализации приемопередатчика CAN-bus выберем микросхему MCP2551. Это высокоскоростное устройство поддерживает скорость приема/передачи до 1Мбит/с. MCP2551 обеспечивает защиту от короткого замыкания до ±40 В и защиту от кратковременных напряжений до ±250 В. MCP2551 обеспечивает защиту от короткого замыкания до ±40 В и защиту от кратковременных напряжений до ±250 В.

УГО микросхемы изображено на рисунке 3.7, а ее цоколевка на рисунке 3.8. Назначение выводов микросхемы MCP2551 представлено в таблице 3.3.



Рисунок 3.7 – УГО микросхемы MCP2551



Рисунок 3.8 – Цоколевка микросхемы MCP2551

Таблица 3.3 – Назначение выводов микросхемы MCP2551

Обозначение

Описание

TXD

Вход передатчика.

VSS

Общий вывод питания микросхемы.

VDD

Вход питания микросхемы.

RXD

Выход приемника.

RS

Выход стабилизации общего режима.

CANL

Линия низкого уровня шины CAN-bus.

CANH

Линия высокого уровня шины CAN-bus.

VREF

Опорное выходное напряжение.


Выводы TxD, RxD предназначены для обмена данными с контроллером CAN-bus и поэтому в разрабатываемом преобразователе будут подключены непосредственно к контроллеру CAN-bus. Выводы CANH, CANL – это физический интерфейс CAN-bus. Эти выводы будут подключены к разъему, который будет подключаться к необходимым устройствам. Для минимизации отражения сигнала в шине используется оконечная нагрузка шины (bus termination). ISO-11898 требует, чтобы шина CAN имела номинальную характеристику входного полного сопротивления линии передачи в 120 Ом. Поэтому обычное значение согласующего резистора для каждого конца шины составляет 120 Ом.

Схема подключения приемопередатчика CAN-bus изображена на рисунке 3.9.



Рисунок 3.9 – Схема подключения микросхемы MCP2551

Для реализации приемопередатчика интерфейса RS232 будет использоваться микросхема MAX232.

УГО микросхемы изображено на рисунке 3.10, а ее цоколевка на рисунке 3.11. Назначение выводов микросхемы MAX232 представлено в таблице 3.4.



Рисунок 3.10 – УГО микросхемы MAX232



Рисунок 3.11 – Цоколевка микросхемы MAX232

Таблица 3.4 – Назначение выводов микросхемы MAX232

Обозначение

Описание

C1+, C1-

Подключение внешнего конденсатора удвоителя напряжения порядка 100нФ.

V+, V-

Выходное напряжение (положительное и отрицательное).

C2+, C2-

Подключение внешнего конденсатора инвертора напряжения порядка 100нФ.

T2out, T1out

Выходы передатчика RS232.

R2in, R1in

Входы приёмника RS232.

R2out, R1out

Выходы приёмника ТТЛ/КМОП.

T1in, T2in

Входы передатчика ТТЛ/КМОП.

GND

Общий вывод питания микросхемы.

VCC

Напряжение питания +5В.


Емкость применяемых конденсаторов C7, C8, C14, C16 указана в документации производителя и равна 1мкФ. Микроконтроллер подключается к выводам T1in-R1out. ПЭВМ подключена к паре T1out-R1in.

Схема подключения приемопередатчика интерфейса RS232 изображена на рисунке 3.12.



Рисунок 3.12 – Схема подключения микросхемы MAX232

В качестве разъема для связи с ПЭВМ выберем стандартный, изображенный на рисунке 3.13.



Рисунок 3.13 – Разъем для подключения к ПЭВМ

Терминал будет работать от сети с напряжением 220В, а т.к. все микросхемы терминала рассчитаны на напряжение питания 5В, то будем использовать блок питания. Схема представлена на рисунке 3.14.



Рисунок 3.14 – Схема блока питания

Блок питания состоит из понижающего трансформатора Т1, выпрямителя, в качестве которого используется диодный мост RS602, и стабилизатора L7805ACV со стандартной схемой обвязки.

Емкости конденсаторов, применяемых в обвязке стабилизатора, указаны производителем в документации: C18, С20 равны 100нФ, а C13 равны 10мкФ. Конденсатор С18 будет использоваться для сглаживания напряжения питания, конденсатор C13 используется для фильтрации низкочастотных помех, а конденсатор C20 используется для фильтрации высокочастотных помех.

Схема электрическая принципиальная разрабатываемого устройства изображена на чертеже БрГТУ.007817.012 Э3.





Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист





Скачать файл (3931.1 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации