|
|
2.5. Тепловой расчет печатной платы.
3. Проектирование печатного узла в САПР PCAD – 2001.
4. Расчёт показателей надёжности.
5. Технологические процессы при изготовлении печатной платы.
6. Программная поддержка программатора.
6.1. Программирование микроконтроллеров серии АТ89.
6.2. Исходный текст программы.
7. Моделирование схемы в САПР OrCAD 9.2
Выводы.
Литература.
29
32
34
42
42
44
63
66
67
1) Основа для выполнения работы.
Основой для проведения расчетно-графической работы является задание, выданное преподавателем согласно приказа по кафедре и учебного плана на 8-й семестр.
2) Наименование и область применения.
Данное устройство предназначено для программирования микроконтроллеров серии АТ89С, выпускаемых фирмой Atmel. Также допускается возможность программирования низковольтных версий АТ89 LV.
3) Цель и назначение разработки.
Целью данной разработки является создание платы программатора микроконтроллеров серии АТ89. Данное устройство должно иметь ряд преимуществ по сравнению с другими аналогами и не содержать в своем составе микроконтроллеров.
4) Источник разработки.
Так как данный тип проекта проводится не впервые, в качестве источников разработки берутся ранее разработанные проекты. В качестве вспомогательного материала берется ряд напечатанных материалов различных авторов.
5) Основные этапы разработки.
Разработка конструкции имеет следующие основные этапы:
- изучение технического задания на изделие;
- выбор или обоснование типа печатной платы;
- выбор или обоснование класса точности;
- выбор габаритных размеров и конфигурации печатной платы;
- выбор материала основания печатной платы;
- размещение навесных элементов на печатной плате;
- трассировка проводников, размещение элементов проводящего рисунка на печатной плате, проверочные расчеты;
- разработка конструкторской документации.
6) Состав устройства.
Устройство состоит из печатного узла.
7) Технические требования.
7.1) Функциональные возможности устройства.
Данное устройство должно обеспечивать:
- программирование микроконтроллеров серий AT89C, AT89LV и AT89S;
- процесс программирования продолжительностью не более двух минут ;
- загрузка FLASH-памяти пордолжительностью 10…15 с.
Питание устройства осуществляется от автономных источников питания напряжением +12 В.
7.2) Требования к надежности устройства.
Среднее время наработки устройства на отказ составляет порядка 10000 часов.
7.3) Требования к уровню унификации и стандартизации.
При изготовлении устройства предусматривается максимальное использование стандартных и унифицированных деталей и изделий.
7.4) Требования к безопасности эксплуатации и обслуживания.
Руководствоваться общими требованиями к аппаратуре низкого напряжения по ГОСТ 12.2.007-75. Также производителем обеспечивается гарантийный ремонт изделия в случае выхода его из строя по вине производителя.
7.5) Требования к составным частям изделия, сырью, исходным и эксплуатационным материалам.
При изготовлении устройства используются материалы и электрорадиоэлементы отечественного производства.
7.6) Условия эксплуатации.
Климатическое исполнение и категория эксплуатации У2.0 по ГОСТ 15150-69.
7.7) Требования к транспортированию и хранению.
Группа условии хранения Л1 по ГОСТ 15150-69. Хранить в закрытых, отапливаемых и вентилируемых помещениях, в которых обеспечивается:
- Температура воздуха +1...+40°C.
- Относительная влажность воздуха 65% при температуре +20°С.
- Атмосферное давление 84... 106 кПа.
Транспортировать автомобильным и железнодорожным транспортом в транспортной таре.
8) Экономические показатели.
Экономические параметры не рассматриваются.
9) Этапы разработки:
Наименование этапа
Сроки выполнения
Результат
Разработка технического задания
Техническое задание
Выполнение расчетов конструкции
Расчет параметров. Выводы по функциональности платы
Выполнение чертежа схемы электрической принципиальной
Схема электрическая принципиальная
Выполнение сборочного чертежа платы
Сборочный чертеж печатной платы
Выполнение чертежа печатной платы
Чертеж печатной платы
Разработка пояснительной записки
Пояснительная записка
Введение.
За последние годы в микроэлектронике бурное развитие получило направление, связанное с выпуском однокристальных микроконтроллеров, которые предназначены для «интеллектуализации» оборудования различного назначения. Однокристальные (однокорпусные) микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде БИС и включающие в себя все составные части «голой» микро-ЭВМ: микропроцессор, память программ и память данных, а также программируемые интерфейсные схемы для связи с внешней средой.
Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости (во многих применениях система может состоять только из одной БИС микроконтроллера), что микроконтроллерам, видимо, нет разумной альтернативной элементной базы для построения управляющих или регулирующих систем.
Широкими возможностями при сравнительной дешевизне внимание радиолюбителей привлекают микроконтроллеры фирмы Atmel серии АТ89 с параллельным интерфейсом программирования. Микроконтроллеры серии АТ89 имеют полный набор команд (CISC) и полностью совместимы по ним с микроконтроллерами Intel 8051. К сожалению, многие распространенные сегодня программаторы для них непригодны. Нужен специализированный. В данном проекте описывается такой программатор, разработанный по рекомендациям фирмы Atmel, но на элементной базе, выпускаемой предприятиями СНГ.
1. Разработка схемы электрической принципиальной программатора.
1.1. Описание работы программатора.
Запись в регистры DD2–DD5 информации, поступающей от компьютера по линиям DATA1–DATA8, происходит по спадам импульсов отрицательной полярности на входах С, поступающих от дешифратора DD1. В регистре DD3 и части регистра DD4 хранят 13-разрядный адрес ячейки внутренней памяти микроконтроллера, в DD5 – байт данных, предназначенных для записи в эту ячейку, в DD2 и свободных от адреса разрядах DD4 – код управления. В таблице 1[1] приведены режимы работы контроллера и соответствующие напряжения на выводах, временные диаграммы на рис. 1, а значения временных параметров указаны в таблице 2[1].
Таблица 1.
Режим
RST
ALE/
/UPP
Р2.6
Р2.7
Р3.6
Р3.7
Запись программы
1
0
5 и 12В
0
1
1
1
Чтение программы
1
0
1
1
0
0
1
1
Стирание программы
1
0
*
5 и 12В
1
0
0
0
Считывание кодов идентификации
1
0
1
1
0
0
0
0
*Для стирания программы длительность импульса должна быть не менее 10 мс
Цепь R13-C1 при включении питания приводит регистр DD2 в исходное состояние, предотвращая случайное искажение содержимого памяти программируемого микроконтроллера.
Шинный формирователь DD6 служит для передачи данных с выходов микроконтроллера на линии DATA1–DATA8. Выходы микросхемы DD6 не должны быть активными, когда LPT-порт работает "на вывод". Это учтено в
программе, формирующей разрешающие сигналы на управляющих входах микросхем.
Таблица 2.
Значение
Параметр
минимальное
максимальное
Fcl,MГц
3
12
tcl, НС
80
330
tAVGL
48*tcl
tGHAX
48*tcl
tDVGL
48*tcl
tGHDX
48*tcl
tehsh
48*tcl
tSHGL, мкс
10
tGHSL, мкс
10
tGLGH, мкс
1
110
t
48*tcl
tELQV
48*tc
tehqz
48*tcl
tGHBL, мкс
1
twc, мс
2
Резисторы R1–R12 уменьшают "звон", сопровождающий перепады сигналов на линиях LPT-порта и защищают его от перегрузок. Когда выходы элементов компьютера, подключенные к линиям порта, и выходы некоторых элементов программатора, в том числе самой программируемой микросхемы, находятся в высокоимпедансном состоянии, резисторы наборов DR1–DR3 поддерживают в соответствующих цепях высокий логический уровень.
Программируемые микросхемы устанавливают в одну из двух панелей; АТ89С1051, АТ89С2051, АТ89С4051 в корпусе DIP-20 – в XS1; АТ89С51 и другие в корпусе DIP-40 – в XS2. Кварцевый резонатор 201 частотой 6 МГц с конденсаторами С4 и С5 необходим, чтобы во время программирования работал внутренний тактовый генератор микроконтроллера, установленного в панель XS2. Тем, которые устанавливают в панель XS1, резонатор не требуется. На контакт 5 этой панели поступают тактовые импульсы, сформированные программно.
Питающее напряжение на разъем Х1 программатора подают от внешнего источника. Им может быть, например, сетевой адаптер видеоприставки "SEGA Mega Drive-II". Хотя при номинальной нагрузке (1 А) его выходное напряжение не превышает 11В, при токе 70...90мА, потребляемом программатором, оно возрастает до 14...15 В.
Напряжение 5 В для питания микросхем (в том числе программируемой) получают с помощью интегрального стабилизатора DA1. Напряжение на выходе стабилизатора DA2 при низком логическом уровне на выводе 18 шинного формирователя DD7 – 12 В. Точное значение устанавливают подстроечным резистором R21. При высоком логическом уровне на выводе 18 открывшийся транзистор VT2 подключает параллельно R21 еще один подстроечный резистор R19, что уменьшает выходное напряжение стабилизатора DA2 до 5 В.
Скорость нарастания напряжения на выходе стабилизатора после смены высокого уровня на выводе 18 DD7 на низкий зависит от емкости конденсатора С14. При слишком большой его емкости и высокой скорости работы управляющего компьютера несколько младших ячеек FLASH-памяти микроконтроллера могут оказаться запрограммированными с ошибками.
Выходное напряжение стабилизатора DA2 поступает на вывод 31 (EA/VPP) панели XS2 непосредственно, а на вывод 1 панели XS1 (RST/VPP) – через ключ на транзисторе VT1. При напряжении 12 В ключ открыт независимо от логического уровня на выводе 16 регистра DD2. а при 5 В – только в случае, если этот уровень низкий.
Пониженная яркость свечения светодиода HL2 свидетельствует о напряжении 5 В на выходе DA2 и о том, что программируемая микросхема нахо-
дится в режиме считывания кодов из ее памяти. В режиме стирания и записи в память напряжение возрастает до 12 В, яркость светодиода заметно увеличивается. Это справедливо для всех микроконтроллеров, кроме тех, которым напряжение 12 В не требуется. При программировании двадцати выводных микроконтроллеров будет включен и светодиод HL1.
Вилку Х2 программатора соединяют с розеткой LPT-порта IBM-совместимого компьютера кабелем длиной до 2 м. В компьютере должен быть включен расширенный режим работы LPT-порта (ЕСР/ЕРР). В современных системных блоках он действует по умолчанию. Если это не так, режим порта можно изменить, запустив при начальной загрузке компьютера программу BIOS SETUP (пункты меню "Integrated Peripherals"– "Parallel Port Mode").
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.