Проектирование на AtMega 128

Вхідна ємкість логічних схем навантаження, С_I – 10 пФ

Монтажні ємкості усіх ланцюгов (С_м =  20 пФ).

 

Згідно завдання кількість  комірок ПЗП складає N_ПЗП.

Розрядність ПЗП n_ПЗП повинна відповідати розрядності обробки даних ЦП.

Інформаційна ємкість С_ПЗП визначається по формулі:

Необхідна швидкодія  ПЗП визначається по тимчасовим діаграмам ЦП. Для МК ATmega128 тривалість циклу запусу (зчитування) t_С равно 3Т_МТ, де Т_МТ – тривалість машинного такту.

У якості мікросхеми ПЗП виберемо КР556РТ20, тому що вона ідеально підходить і не створює ізбиткості для даного випадку.

 

Для даної мікросхеми пам’яті ємкість 1К, а розрядність слова 8 біт:

.

Розрахуємо число ВІС ПЗП в ряду матриці:

де n_БИС – розрядність обраної мікросхеми пам’яті.

Визначимо число розрядів стовбців матриці:

де N_БИС – кількість комірок обраної мікросхеми пам’яті.

Загальна кількість  ВІС ПЗП дорівнює:

Таким чином, кількість корпусів ПЗП дорівнює 2.

 

Рис. 7 – Умовне графічне позначення ПЗП КР556РТ20

 

Найменування виводів:

A0 ÷ A9 – адресні входи.

D0 ÷ D7 – шина даних вводу/виводу.

CS1, CS2 – вибір мікросхеми

CEO – виход дозволу.

 

Технологічні та електричні характеристики КР556РТ20:

Технологія — ТТЛШ

Організація — 1К×8

Час виборки, ns — не більш 65

Напруга живлення, V — 5

Струм живлення, мА – 180 мА

Вхідна напруга, V

при логічному 0 – min 2,4 – max 0,5

при логічній 1 – min 2,4 – max 0,5

Вихідна напруга, V

при логічному 0 – min 2,4 – max 0,5

при логічній 1 – min 2,4 – max 0,5

Вихід – 3 с.

Потужність споживання, mW – 875

Діапазон робочих температур, ºС – -10 - +70

Визначимо стум навантаження і ємкістне навантаження для схем вводу адреси по адресовим ланцюгам ВІС ПЗП по формулам:

I_AL = m * I_IAL = 2 * 0,25 = 0,5 мА

I_AH = m * I_IAH = 2 * 0,04 = 0,08 мА

C_A = m * C_IA + C_m = 2 * 10 + 20 = 40 пФ

де I_IАL, I_IAH – вхідні токи логічного 0 і логічної 1 по адресовим ланцюгам обраної ВІС ПЗП.

C_IА – вхідна ємкість по адресовому входу ВІС ПЗП.

Визначимо струми навантаження I_CSL, I_CSH і величину ємкісного навантаження С_CS по ланцюгам вибору мікросхем (CS) по формулам:

I_CSL = m_p * I_ICSL = 2 * 0,25 = 0,5 мА

I_CSH = m_p * I_ICSH = 2 * 0,04 = 0,08 мА

C_CS = m_p * C_ICS + C_m = 2 * 10 + 20 = 40 пФ

де I_ICSL, I_ICSH – вхідні струми логічного 0 і логічної 1 по ланцюгам вибору (CS) ВІС ПЗП.

C_СS – вхідна ємкість по ланцюгам вибору мікросхем (CS) ВІС ПЗП.

Враховуючи, що навідмінок від ОЗП інформація з ПЗП тільки зчитується, то необхідно визначити  струми навантаження і ємкість навантаження на інформаційні виходи ВІС ПЗП по формулам:

I_QL = m_Р * I_IL = 2 * 0,25 = 0, 5 мА

I_QH = m_Р * I_IH = 2 * 0,04 = 0,08 мА

C_Q = m_C * C_QO + m_Р *C_I + C_m = 1 * 15 + 2 * 10 + 20 = 55 пФ

де I_QL, I_QH – вхідні струми логічного 0 і логічної 1 мікросхем навантаження ВІС ПЗП, C_QO – вихідна ємкість одного інформаційного виходу ВІС ПЗП, C_I – вхідна ємкість мікросхем навантаження ВІС ПЗП.

Отримані значення струмів  не повинні перевищувати граничні значення для обраних мікросхем пам’яті.

 

Рис. 8 – Схема підключення процесорного блоку та блоку пам’яті

 

2. 4 Цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП)

 

Згідно із завданням, у нашій МПС повинен бути використаний Цифро-аналоговий перетворювач. Це пристрій,який перетворює цифровий код в аналоговий сигнал. Цей сигнал повинен потрапляти на всі пристрої, таким чином, ЦАП підключається до загальної шини.

ЦАП повинен бути 8 розрядним та мати досить високу швидкодію, так як частота тактового сигналу складає 25/2 = 12,5МГц. Однак, ЦАП з таким часом перетворення достатньо дорогі і їх вартість може складати до 50% вартості всієї системи, тому немає сенсу їх використовувати у нашій МПС. Вирішено використати ЦАП середньої швидкодії. Такою є мікросхема AD5302. Вона являє собою   8 розрядну ЦАП з часом перетворення 2мкс. Її умовне графічне позначення приведене на рис. 12.

 

Рис. 12 – Умовне-графічне позначення мікросхеми AD5302

Призначення виводів AD5302:

1. LDAC — вход  строба обновления информации  в регистрах DAC A и B. 
2. Vdd — + питания. 
3. VrefB — вход опорного напряжения канала B. 
4. VrefA — вход опорного напряжения канала A. 
5. VoutA — выход напряжения канала A. 
6. VoutB — выход напряжения канала B. 
7. SYNC — вход выбор кристалла. 
8. SCKL — вход синхроимпульсов последовательного интерфейса. 
9. DIN — вход данных последовательного интерфейса. 
10. GND — общий (корпус).

 

Основні електричні параметри  мікросхеми приведені нижче:

Разряды 12, 13 (см. Tab. I) определяют режимы работы. 14-й разряд определяет будет ли буферизироваться опорное напряжение. 15-й старший  разряд определяет в какой канал, A или B, будет записано управляющее слово. В Tab. I разъяснены значения 15-го и 14-го разрядов, а также показаны значения по умолчания после включения питания. Режимы работы (13, 12) имеются следующие: 00 — нормальная работа; 01 — режим «Power Down» — выход подключается к «земле» через сопротивление 1 кОм; 10 — режим «Power Down» — выход подключается к «земле» через сопротивление 100 кОм; 11 — выход в Z-состоянии. В режимах «Power Down» существенно уменьшается потребление — до 200 nA при 5 В (50 nA при 3 В).

 

 

2. 5 Контролер клавіатури і індикації

 

Для керування індикацією та сканування клавіатури використовується спеціалізована мікросхема i8279. Вона являє собою контролер клавіатури та індикації. Мікросхема має внутрішній ОЗП клавіатури та індикації, може працювати у декількох режимах і дозволяє керувати восьми- або шістнадцятирозрядною індикацією та опитувати до 128 клавіш або дискретних датчиків. Умовне графічне позначення мікросхеми приведене на рис. 14.

 

Рис. 14 – Умовне-графічне позначення мікросхеми i8279

 

Внутрішня адресація виробляється по входу A0, тому на цей вхід потрібно подати сигнал з адресної шини. Обмін даними йде по шині даних. Входи RL0-RL7 мікросхеми служать для зчитування стану клавіш клавіатури; виходи OutA3-OutA0, OutB0-OutB3 підключаються до індикаторів; виходи S0-S3 – це виходи сканування рядків клавіатури й перебору індикаторів при відображенні. При надходженні інформації від клавіатури контролер виробляє запит на переривання, виставляючи на виході IRQ сигнал активного рівня. Цей сигнал надходить на один із входів зовнішніх переривань мікроконтролера.

 

Найменування виводів  мікросхеми i8279:

D0…D7 – входи-виходи з третім станом

CS – вибір мікросхеми

RD – читання

WR – запис

A0 або C/D – команда / данні

CLK – синхронизація

RES – початкова установа

S0…S3 – сканування

BD – гасіння індикації

OUTA3… OUTA0, OUTB3… OUTB0 – коди символів

R0…R7 – прийом сигналів з клавіатури

SHIFT – верхній / нижній регістр

IRQ – запит переривання

 

Технологічні та електричні характеристики:

Технологія — ТТЛШ

Напруга живлення, В — 5

Вихідна напруга, В:

високого рівня – 2,4

низького рівня – 0.45

Вихідний струм, мA:

при напрузі низького рівня — 5

при напрузі високого рівня — -1

Вхідний струм, мкA:

низького рівня — 30

високого рівня — -30

Потужність – 350 мВт

Струм споживання – 60 мА

 

Режими роботи інтерфейсу клавіатури:

1. Послідовне опитування  матриці клавіш із декодуванням  і забороною уведення двох одночасно натиснутих клавіш.

2. Послідовне опитування  з дешифруванням лічильника сканування  з  дозволом натискання N клавіш (N<=8).

3. Послідовний режим без дешифрации клавіш із забороною уведення 2х і більше  натиснутих клавіш (S0-S3 - Висновки лічильника, до нього підключений 8 розрядний дешифратор (128 кл.))

4. Послідовне опитування  без дешифрування й з дозволом N натиснутих клавіш   N<=8.

5. Послідовне опитування  матриці датчиків з дешифруванням  матриці сканування.

6. Послідовне опитування  матриці датчиків без дешифрування  матриці сканування.

7. Стробований вхід  з дешифруванням лічильника сканування, що використається для опитування.

8. Стробований вхід без дешифрування лічильника сканування, що використається  для опитування.

 

Режими роботи блоку  індикації

0. Виводить символ на 8мі розрядну індикацію, з розміщенням їх ліворуч праворуч.

1. Виводить символ на 16ти розрядну індикацію, з розміщенням їх ліворуч праворуч.

2. Виводить символ на 8мі розрядну індикацію, зі зрушенням раніше відображеної інформації  вліво.

3. Виводить символ на 16ти розрядну індикацію, зі зрушенням раніше відображеної інформації вліво.

 

Згідно завданню треба  організувати 8 індикаторів то 30 клавіш.

Для перетворення двійкового коду у семисегментний використаємо дешифратор К555ИД3, який має три входи і вісім виходів, чого достатньо для виконання поставленої задачі. Даний дешифратор у своєму составі має керуючі входи для організації динамічної індикації.

 

Рис.15 – Умовне графічне позначення К155ИД7

 

Найменування виводів:

А0-А2 – адресні входи,

Q0-Q7 – лінії виходу,

С1-С3 – ліній вибору мікросхеми.

 

 

Технологічні та електричні характеристики:

Технологія — ТТЛШ

Напруга живлення, V — 5

Вихідна напруга, V

високого рівня – 2,2

низького рівня – 0.8

Вихідний струм, mA

при напрузі високого рівня — 20

при напрузі низького рівня — 8

Струм споживання, mA — 74

 

 

Рис. 16 – Схема підключення блоку i8279

 

 

 

Сформуємо формат команди  встановлення режиму роботи контролера:

ICW1 = 00000001B = 01H

Обрано Режим 0 роботи інтерфейсу індикації та Режим 1 роботи інтерфейсу клавіатури, вивід символів на 8мі розрядну індикацію з розміщенням їх ліворуч праворуч та з запереченням натискання двох або більше клавіш.

 

Сформуємо формат команди  программування синхронізації:

ICW2 = 00110100B = 34H

Кофіціент переліку вибран рівним 20, тобто 10100В, тому що внутрішня  частота інтерфейсу не повинна перевищувати 100кГц (2МГц /20 = 100кГц).

 

Сформуємо формат команди  запису у ОЗП індикації:

ICW3 = 10010000B = 90H

 

Сформуємо формат команди  читання ОЗП клавіатури:

ICW4 = 01010000B = 50H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.6 Проектування адаптера паралельного інтерфейсу

Адаптер параллельного  интерфейса служит для расширения разрядности шины данных, а также приводит к повышению нагрузочной способности.

Адаптер параллельного  интерфейса i8255 имеет три восьмиразрядных порта А, В и С с 3-м состоянием. Причем порт С разделен на две тетрады. Все три порта могут быть запрограммированы на ввод или вывод, причем каждая тетрада порта С может быть запрограммирована раздельно. Данные поступают в АПИ через шину данных D0…D7. С помощью сигнала CS осуществляется выбор кристалла, если сюда поступает низкий уровень сигнала, то порты будут установлены в 3-е состояние.А1, А0 – младшие разряды адреса, они служат для адресации внутренних регистров адаптера.

Рис. 4 Условное графическое обозначение i8255

 

 

Наименование выводов:

D0 ÷ D7 – шинаданных.

CS – выбор кристалла, активный 0 – адаптер подключен к PPI, если 1 – адаптер      имеет третье высокоимпедансное состояние.

A0, A1 – младшие разряды адреса, служат для адресации внешних регистров адаптера.

WR – запись, поступает от МК.

RD – чтение, поступает от МК.

RESET – системный сброс.

PA0 ÷ PA7 – 8-разрядный двунаправленный порт A с третьим состоянием.

PB0 ÷ PB7 – 8-разрядный двунаправленный порт B с третьим состоянием.