Описание выводов микроконтроллера, используемых в устройстве

Содержание

Техническое задание

Введение

1. Описание принципиальной схемы

1.1 Микроконтроллер

1.2 Интерфейс UART

1.3 Датчик

2. Программа

Заключение

3.

Техническое задание

Разработать измерительное устройство с датчиками, вывод датчика подключен к АЦП МК, измерения производятся периодически через время Δt (сек), данные передаются по интерфейсу UART (RS-232) в ПК.

Характеристики измерительного устройства:

МК - Mega64

Датчик - BPW34

Временной интервал измерения, сек - 3

Тактовая частота, МГц - 9

Скорость передачи RS-232 - 2400

Введение

В основе работы любого измерительного устройства находится измерительный преобразователь (датчик), который необходим для получения значений измеряемых физических или электрических величин. В настоящее время большинство измерительных устройств включают в себя микроконтроллеры, что позволяет обеспечивать высокую точность измерений, а также синхронизацию и согласование между устройствами, подключаемыми к микроконтроллеру.

Обобщенная структурная схема измерительного устройства состоит из датчика, микроконтроллера и устройства отображения информации (рис.1). Информация, полученная датчиком передается в микроконтроллер через специальный интерфейс. Микроконтроллер производит преобразование информации для последующей ее отправки в персональный компьютер или устройство отображения информации.

Рис. 1 – Структурная схема измерительного устройства

Описание принципиальной схемы

Микроконтроллер

В соответствии с техническим заданием в данной работе должен быть использован микроконтроллер фирмы ATMEL ATMega64. На рис.2 изображена его структурная схема.

Рис. 2 Структурная схема микроконтроллера

Интерфейс UART

В соответствии с техническим заданием данные из микроконтроллера передаются в персональный компьютер посредством интерфейса UART.

Порт UART входит в состав периферийных устройств микроконтроллеров типа 2313, 4433, 8515, m163 и m103.

Порт UART содержит передатчик, приемник, тактовый генератор и аппаратуру управления передачей и приемом. Передатчик получает байт из шины данных микроконтроллера и формирует и выдает последовательность битов. Приемник выделяет стартовый бит, расформировывает принятый кадр и подготавливает байт для выдачи в шину данных микроконтроллера.

Тактовый генератор формирует сигнал, определяющий скорость передачи и приема битов и позволяющий выделять биты при приеме кадра.

В состав порта входят регистр данных передатчика UDR (T), регистр данных приемника UDR (R), регистр управления UCR, регистр состояния USR, регистр задания скорости передачи/приема UBRR и др. при обращении для записи выбирается регистр UDR, при обращении для чтения – регистр UDR (R).

Перед началом сеанса связи необходимо выполнить инициализацию USART. Процесс инициализации обычно состоит из установки скорости связи, задания формата посылки и разрешения работы передатчика и приемника.

Работа передатчика USART разрешается путем установки бита разрешения передачи (TXENх) в регистре UCSRxB. После разрешения, функция вывода TxD как обычного порта заменяется на функцию выхода последовательной передачи данных. Скорость связи, режим работы и формат посылки должны быть установлены однократно перед началом какой-либо передачи.

Начало передачи инициируется записью передаваемых данных в буфер передатчика. Буферизованные данные в буфере передатчика будут перемещены в сдвиговый регистр, после того как он будет готов к отправке новой посылки. Запись в сдвиговый регистр новых данных происходит в состоянии ожидания (когда передача завершена) или сразу после завершения передачи последнего стоп-бита предыдущей посылки. Если в сдвиговый регистр записаны новые данные, то начинается передача одной посылки на скорости, определенной в регистре скорости связи.

Буферные регистры данных передатчика и приемника USART расположены по одному и тому же адресу в области ввода-вывода, обозначенной как регистр данных UDRx. Если выполнять запись по адресу регистра UDRx, то записываемые данные помещаются в буферный регистр данных передатчика. По аналогии, при чтении регистра UDRx извлекается содержимое буферного регистра данных приемника.

Описание выводов микроконтроллера, используемых в устройстве

PEN вход разрешения программирования для режима последовательного программирования через интерфейс SPI. Если во время действия сброса при подаче питания на этот вход подать низкий уровень, то микроконтроллер переходит в режим последовательного программирования через SPI. В рабочем режиме PEN не выполняет никаких функций.

VCC Напряжение питания цифровых элементов

AVcc вход питания порта F и аналогово-цифрового преобразователя. Он должен быть внешне связан с VCC, даже если АЦП не используется. При использовании АЦП этот вывод связан с VCC через фильтр низких частот. AREF вход подключения источника опорного напряжения АЦП.

GND Общий

XTAL1 вход инвертирующего усилителя генератора и вход внешней синхронизации.

XTAL2 выход инвертирующего усилителя генератора.

Порт A (PA7..PA0)

√ 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта A имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии порта А будут действовать как источник тока, если

внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы.

Порт C (PC7..PC0)

Порт C √ 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта C имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии порта C будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы.

Порт F (PF7..PF0) Порт F также может использоваться как 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода, если АЦП не используется. Порт F действует как аналоговый ввод аналогово-цифрового преобразователя. К каждой линии порта может быть подключен встроенный подтягивающий к плюсу резистор (выбирается раздельно для каждого бита). Выходные буферы порта F имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами.

Порт D(PD7..PD0)

Порт D √ 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта D имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии порта D будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы.

Порт E(PE7..PE0)

Порт E √ 8-разр. порт двунаправленного ввода-вывода с внутренними подтягивающими к плюсу резисторами (выбираются раздельно для каждого разряда). Выходные буферы порта E имеют симметричную выходную характеристику с одинаковыми втекающим и вытекающим токами. При вводе, линии порта E будут действовать как источник тока, если внешне действует низкий уровень и включены подтягивающие резисторы.

Рис. 2.1 Расположение выводов у ATmega64

Датчик

По заданию датчик BPW34 является фотометрическим, имеет максимальную чувствительность в красной и ИК областях спектра. Представляет собой фотодиод. Фотодиод имеет гораздо более высокую эффективность преобразования, чем ячейки солнечной батареи. Используется в случаях, когда нужен датчик очень маленьких размеров. Его техничесские характеристики:

Наименование	BPW34
Тип	PIN фотодиод
Угол 2Θ1/2 °
Длина волны, нм
Диапазон волн, нм	600 - 1050
Максимальный темновой ток коллектора, нА
Материал	кремний
Макс. раб. частота, кГц
Диапазон рабочих температур, °С	-55…+100
Площадь чувствительного элемента, мм2	7.5

Рис.3 Датчик BPW34 в корпусе

Фотодио́д — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов вp-n-переходе.

Фотодиод, работа которого основана на фотовольтаическом эффекте (разделение электронов и дырок в p- и n- области, за счёт чего образуется заряд и ЭДС), называется солнечным элементом. Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями p- и n- находится слой нелегированного полупроводника i. p-n и p-i-n фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от лавинных фотодиодов и фототранзисторов.

Дата добавления: 2015-10-23