Проектирование микропроцессорных устройств

(Общий подход)

В процессе проектирования электронных устройств на основе микропроцессоров в принципе необходимо разработать:

- общую функциональную схему, в которой необязательно определять какими средствами реализуются разные функции;

- структурную схему, в которой определяется аппаратный состав и распределение функций по узлам. При этом должны быть точно определены функции реализуемые программно;

- алгоритм программной части;

- текст программы.

Весь процесс разработки и отладки может быть описан схемой на рис.1, взятой с сайта http://www.excode.ru/art6436.html.

Рис.1

1. Разработка принципиальной схемы

Рассмотрим подход к разработке принципиальной электрической схемы устройства с МК на примере схемы электрических часов (на основе статьи из интернета).

Разработка принципиальной схемы начинается с анализа структурной схемы. Структурная схема приведена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема часов.

Анализируя структурную схему часов, можно выделить часть схемы, которая может быть выполнена с применением микроконтроллера. Это делители частоты, счётчик временных интервалов, схема установки внутреннего состояния счётчика временных интервалов и дешифратор. Для реализации полной схемы часов микроконтроллер придётся дополнить кварцевым резонатором, кнопками и светодиодными индикаторами.

Из блока индикации только дешифратор можно реализовать программно. Светодиодные индикаторы естественно должны быть подключены к выводам микроконтроллера.

Так как у микроконтроллера есть четыре восьмиразрядных параллельных порта, то к ним можно подключить четыре семисегментных светодиодных индикатора. Четырёх индикаторов достаточно для отображения информации о текущем времени. Это десятки и единицы минут, десятки и единицы секунд.

После подключения этих индикаторов остаются свободными четыре одиночных вывода параллельных портов. Эти выводы можно использовать для подключения трёх кнопок блока коррекции. Трёх кнопок будет вполне достаточно. Это кнопки коррекции часов, минут и установки счётчика секунд в нулевое состояние.

Особенность разработки электрических схем микропроцессорных устройств заключается в том, что большая часть схемы является берется из описаний элементов схемы и в первую очередь из технической документации на микроконтроллер.

Как любая электрическая схема микроконтроллер требует подключения питания. Для подавления помех по цепям питания обязательно нужно поставить конденсатор. В качестве индуктивности этого фильтра обычно достаточно паразитной индуктивности проводника, по которому подводится питание. Конденсатор нужно использовать высокочастотный (керамический) и подключать его возможно ближе к выводам микросхемы короткими проводниками.

Следующей важной частью схемы включения микроконтроллера является задающий генератор. В техническом описании на микросхему приводится рекомендованная схема включения генератора. Если применяются комплектующие отличающиеся от рекомендованных в описании могут возникнуть трудности запуска генератора. Например, генератор может не запускаться при пониженных температурах. В этом случае типовая схема может быть изменена.

Для правильной работы микроконтроллера при включении питания необходимо осуществить сброс микросхемы. В типовых схемах подключения микроконтроллеров обычно в качестве схемы сброса при включении питания используется конденсатор C_R номиналом 1 мкф. В современных микроконтроллерах обычно имеются встроенные схемы сброса и этот конденсатор не требуется.

Рис. 3. Принципиальная схема подключения микроконтроллера.

Теперь осталось начертить электрическую принципиальную схему согласно ЕСКД. Получившаяся принципиальная схема часов приведена на рис. 4.

Рис.4. Электрическая принципиальная схема часов.

Многие современные микроконтроллеры обеспечивают на выходах портов цифрового ввода/вывода значительный ток (20мА и более). Этого вполне достаточно для питания обычных светодиодных индикаторов и усилители на транзисторах VT1 могут отсутствовать.