IV. Проектно розрахунковий розділ

4.1 Обгрунтування використовуємої елементної бази

1. Інтегральний стабілізатор КР142ЕН5А

Мікросхема 142ЕН5А, являє собою інтегральний стабілізатор з фіксованою вихідною напругою, виконаною по планарно-дифузійній технології з ізоляцією діелектриком. Мікросхема призначена для застосування в стабілізованих джерелах живлення радіоелектронної апаратури постійної напруги.

Для відводу тепла і кріплення мікросхеми передбачений фланець із двома кріпильними отворами. Мікросхему КР142ЕН5А випускають у прямокутному полімерному корпусі КТ-28-2 із трьома пластинчастими виводами (мал. 2.1). Для відводу тепла і кріплення мікросхеми використовується фланець з однім кріпильним отвором. Мікросхему кріплять до друкованої плати пайкою чи через перехідні елементи. Теплоотвід установлюють на плату і пригвинчують до нього мікросхему.

Прилад розрахований на тривалу експлуатацію в жорстких умовах: при температурі навколишнього середовища від –60 до +125 °С, зниженому до 5 мм рт.ст. атмосферному тиску, впливі інею і соляного тумана, механічних перевантажень. Мінімальний наробіток на відмовлення — 50000 годин, збереження — 25 років.

Мал 2.1 Мікросхема КР142ЕН5А

Основні технічні характеристики мікросхеми КР142ЕН5А

Uвх.min=7.5 В Uпд.max=2.5 В

Uвх.max=15 В Ppac.max=10 Вт

Uвих.min=4,9 В Ku.max=0.05 %

Uвих.max=5,1 В KI.max=1 %

Iвих.max=3 A Kсг.max=70 дБ

КТ КДПУ КП. 19.00.000.ПЗ

Арк

13

Зм.

Арк

№ Докум

Підпис

Дата

де:

Uпд.max – мінімальне падіння напруги на стабілізаторі

Ppac.max – падіння потужності при температурі корпусу від –60° до +80°

Ku.max – коефіціент нестабільності по напрузі

KI.max – коефіціент нестабільності по току

Kсг.max - коефіціент сглажування пульсацій при частоті 1 кГц

1. Мікроконтроллер PIC 16F84

PIC16F84 - це 8-pазpядні мікроконтролери з RISC архітектурою, вироблені фірмою Microchip Technology. Це сімейство мікроконтролерів відрізняється низькою ціною, низьким енергоспоживанням і високою швидкістю. Мікроконтролери мають убудоване ЭППЗУ програми, ОЗУ даних і випускаються в 18 і 28 вивідних корпусах.

Для налагодження програм і макетування випускається варіант контролерів з ультрафіолетовим стиранням. Ці контролери допускають велике число циклів запису/стирання і мають дуже малий час стирання ( звичайно 1-2 хвилини. Однак ціна таких контролерів істотно вище, ніж однократно програмувальних, тому їх невигідно встановлювати в серійну продукцію.

Для виробів, програма яких може мінятися, або містить які-небудь перемінні частини, таблиці, параметри калібрування, ключі і т.д., випускається электрично стираємий і перепрограмувальний контролер PIC16F84. Він також містить электрично перепрограмувальне ПЗУ даних. Саме такий контролер я і використовував в своїй роботі.

PIC16F84 відноситься до сімейства КМОП мікроконтролерів. Відрізняється тим, що має внутрішнє 1Kx14 біт EEPROM для програм, 8-бітові дані і 64-байт EEPROM пам'яті даних. При цьому відрізняються низькою вартістю і високою продуктивністю. Усі команди складаються з одного слова (шириною 14 біт) і виповнюються за один цикл (400 нс. при 10 Мгц), крім команд переходу, що виконуються за два цикли (800 нс.). PIC16F84 має переривання, що спрацьовують від чотирьох джерел, і восьмирівневий апаратний стік.

Периферія містить у собі 8-бітний таймер/лічильник з 8-бітним програмувальним попереднім дільником (фактично 16 - бітний таймер) і 13 ліній двунаправленного введення/виводу. Висока навантажувальна здатність (25 мА макс. Струм, що втікає, 20 мА макс. струм, що випливає,) ліній введення/вивода спрощують зовнішні драйвери і, тим самим, зменшується загальна вартість системи. Розробки на базі контролерів PIC16F84 підтримується ассемблером, програмним симулятором, внутрисхемним емулятором (тільки фірми Microchip) і програматором.

Серія PIC16F84 підходить для широкого спектра додатків від схем високошвидкісного керування автомобільними й електричними двигунами до економічних віддалених прийомопередатчиків, що показують приладів і зв'язних процесорів. Наявність ПЗУ дозволяє підбудовувати параметри

КТ КДПУ КП. 19.00.000.ПЗ

Арк

14

Зм.

Арк

№ Докум

Підпис

Дата

в прикладних програмах (коди передавача, швидкості двигуна, частоти приймача і т.д.). Малі розміри корпусів, як для звичайного, так і для поверхневого монтажу, роблять цю серію мікроконтролерів придатної для портативних додатків. Низька ціна, економічність, швидкодія, простота використання і гнучкість введення/виводу робить PIC16F84 привабливим навіть у тих галузях, де раніше не застосовувалися мікроконтролери. Наприклад, таймери, заміна жорсткої логіки у великих системах, співпроцесори.

Позначення виводів мікроконтролера PIC 16F84

Варто додати, що убудований автомат програмування EEPROM кристала PIC16F84 дозволяє легко підбудовувати програму і дані під конкретні вимоги навіть після завершення ассемблювання і тестування. Ця можливість може бути використана як для тиражування, так і для занесення каліброваних даних уже після остаточного тестування.Кожна команда PIC16F84 - це 14-бітове слово, що розділене за змістом на наступні частини: поле коду операції OPCODE, поле для одного і більш операндов, що можуть брати участь чи ні в цій команді.

Система команд PIC16F84 містить у собі байт(орієнтовані команди, біт(орієнтовані, операції з константами і команди передачі керування (Табл. 1). Для байт(орієнтованих команд 'f' позначає собою регістр, з яким провадиться дія; 'd' ( біт обумовлює, куди записати результат. Якщо 'd' = 0, то результат буде поміщений у W регістр, при 'd' = 1 результат буде поміщений у регістр 'f', згаданий у команді.

Для біт(орієнтованих команд 'b' позначає номер біта, що участвуют у команді, а 'f' ( це регістр , у якому цей біт розташований. Для команд передачі керування й операцій з константами, 'к' позначає восьми чи одинадцятибітну константу.

Усі команди виконуються протягом одного командного циклу. У двох випадках виконання команди займає два командних цикли: перевірка умови і перехід, зміна програмного лічильника як результат виконання команди. Один командний цикл складається з чотирьох періодів генератора. Таким чином, для генератора з частотою 4 Мгц час виконання командного циклу буде 1 мкс.

Набір команд мікроконтролера PIC16F84 Таблиця 1

КТ КДПУ КП. 19.00.000.ПЗ

Арк

15

Зм.

Арк

№ Докум

Підпис

Дата

Переривання в PIC16F84 можуть бути від чотирьох джерел:

-зовнішнє переривання з ніжки RB0/INT,

-переривання від переповнення лічильника/таймера T0CKI,

-переривання по закінченні запису даних у EEPROM

-переривання від зміни сигналів на ніжках порту RB.

У PIC16F84 існують розходження між варіантами скидань:

1. Скидання по включенню живлення.

2. Скидання по зовнішньому сигналі при нормальній роботі.

3. Скидання по зовнішньому сигналі в режимі SLEEP.

4. Скидання по закінченню затримки таймера WDT при нормальній роботі.

5. Скидання по закінченню затримки таймера WDT у режимі SLEEP.

8-бітова шина даних з'єднує два основних функціональних елементи разом: набір регістрів (включаючи порти) і арифметико-логічний пристрій. Перші 32 байта ОЗУ адресуються прямо і називаються "Банк 0". Область ОЗУ організована як 128 х 8. До осередків ОЗУ можна адресуватися прямо чи побічно, через регістр покажчик банку FSR (04h). Це також відноситься і до EEPROM пам'яті данних констант.

КТ КДПУ КП. 19.00.000.ПЗ

Арк

16

Зм.

Арк

№ Докум

Підпис

Дата

f0 – Регістр непрямої адресації Indirect add (00h)

Регістр непрямої адресації фізично не існує. Він указує завжди тільки на один регістр – покажчик непрямої адресації (FSR). Будь-яка команда, що використовує його, насправді звертається до регістра даних, на який указує FSR.

f1 – Регістр таймера/лічильника TMR0 (01h)

Основне застосування таймера/лічильника  підрахунок числа зовнішніх подій і вимір часу. У регістр TMR0 можна завантажити дані чи зчитати з нього, як з будь-якого іншого регістра. Вміст цього регістра може бути інкрементовано фронтом зовнішнього сигналу, що надходить на вхід RA4/T0CKI кристалу, чи внутрішнім сигналом синхронізації (CLKOUT=F_OSC / 4).

f2  Програмний лічильник PCL (02h чи 82h)

Програмний лічильник забезпечує доступ до 14-бітних комірок вбудованої постійної пам'яті (EEPROM). Ширина програмного лічильника 13 біт, що дозволяє прямо адресувати 8Кх14 комірок ПЗУ. Однак, для PIC16F84, фізично доступно тільки 1К комірок (адреси 0000h(03FFh). Звертання до адресу вище 3FFh фактично є адресація в той же перший кілобайт. Вектор скидання знаходиться за адресою 0000h, вектор переривання знаходиться за адресою 0004h.

f3  Регістр статусу STATUS (03h)

Регістр f3 містить арифметичні прапори АЛУ, стан контролера при скиданні і біти вибору сторінок для пам'яті даних. f3 доступний для будь-якої команди так само, як будь-який інший регістр

f4  Покажчик непрямої адресації FSR (04h)

Будь-яка команда, що використовує f0 (адресу 00h) як регістр фактично звертається до покажчика, що зберігається в FSR (04h). Необхідна 9 - бітна адреса формується об'єднанням умісту 8- бітного FSR регістра і біта IRP з регістра статусу..

f5, f6  Регістри введення/виводу PORTA, PORTB (05h, 06h)

Регістри f5 і f6 відповідають двом портам введення/виводу, що мається в PIC16F84. Порт A має 5 розрядів RA4(RA0, що можуть бути індивідуально запрограмовані як входи чи виходи за допомогою регістра TRISA, розташованого на першій сторінці регістрів за адресою 85h. Порт В ( це двонаправлений порт, шириною у вісім біт (адреса регістра 06h). Стосовний до порту В керуючий регістр TRISB розташований на першій сторінці регістрів за адресою 86h.

f8, f9  Регістри EEPROM EEDATA, EEADR (08h, 09h)

Пам'ять даних EEPROM дозволяє прочитати і записати байт інформації. При записі байта автоматично стирається попереднє значення, і записуються нові дані. Усі ці операції робить убудований автомат запису EEPROM. Доступ до пам'яті здійснюється через два регістри: EEDATA (08h), що містить у собі восьмибітні дані для читання/запису і EEADR (09h), що містить адресу поточної комірки.

КТ КДПУ КП. 19.00.000.ПЗ

Арк

17

Зм.

Арк

№ Докум

Підпис

Дата

Керування записом і зчитуванням здійснюється через керуючі регістри: EECON1 (88h) і EECON2 (89h). При зчитуванні даних з пам'яті EEPROM необхідно записати необхідну адресу в EEADR регістр і потім установити біт RD EECON1 в одиницю.

Регістри EECON1, EECON2 (88h, 89h)

Регістр EECON1 - це керуючий регістр шириною п'ять біт. Молодші п'ять біт фізично існують, а старші три біти читаються завжди як `0`.Регістр EECON2 не реалізований фізично, його читання повертає 00h. Регістр EECON2 використовується винятково в циклі запису даних.

Регістри W, INTCON, OPTION

Робочий регістр W використовується в більшості команд як регістр акумулятора. З його допомогою провадяться всі арифметичні і логічні операції. Регістр переривань INTCON (адреса 0Bh) служить для керування режимами переривання і містить біти дозволу переривань від різних джерел і прапори переривань. Регістр режимів OPTION (адреса 81h) служить для завдання джерел сигналу для попереднього дільника і таймера/лічильника, а також для завдання коефіцієнта розподілу попереднього дільника, активного фронту сигналу для T0CKI і входу переривання.

Регістри загального призначення

Регістри загального призначення являють собою статичне ОЗУ, розташоване по адресах 0Ch(2Fh. Усього в PIC16F84 можна використовувати 36 комірок ОЗУ.

Обзор основних характеристик

Високопродуктивний RISC-процесор:

• Всього 35 простих для вивчення команд

• Всі команди виповнюються за один такт (200 нс), крім команд переходу, виконуваних за два такти

• Швидкість роботи: тактова частота до 20 МГц
  мінімальна тривалість такту 200 нс

• 14 бітові команди

• 8 - бітові дані

• 15 апаратних регістрів спеціального призначення

• 8-рівневий апаратний стек

• Прямий, непрямий і відносний режими адресації для даних і команд

• чотири джерела переривання:
  - зовнішній вхід RB0/INT
  - переповнення таймера TMR0
  - переривання при зміні сигналів на лінії порту B (PORTB)
  - по завершенню запису даних у ЄСППЗУ (EEPROM)

• 1000 циклів запису/стирання FLASH пам'яті програми

• 1 000 000 циклів запису/стирання пам'яті даних ЄСППЗУ

• Період збереження даних ЄСППЗУ > 40 років

КТ КДПУ КП. 19.00.000.ПЗ

Арк

18

Зм.

Арк

№ Докум

Підпис

Дата