Разработка функциональной схемы. На основе обобщенной схемы, согласно техническому заданию, была реализована функциональная схема микропроцессорного контроллера погружной телеметрии
На основе обобщенной схемы, согласно техническому заданию, была реализована функциональная схема микропроцессорного контроллера погружной телеметрии
Микропроцессорное устройство состоит из следующих компонентов: гидрофон, дифференциальный усилитель, полосовой фильтр, нормирующий усилитель, выпрямитель , АЦП, цифровой FIR фильтр , микроконтроллер ATmega32, датчик давления ABH-20K-P-6-C-1-B-3 , датчик температуры Hel 775-A-T-O, акселерометры MMA 2204D и MMA 1210D .
С акустического канала приходит аналоговый сигнал , который перед этим проходит предварительную обработку на дифференциальном усилителе и полосовом фильтре, далее поступает на нормирующий усилитель, управляемый сигналами микроконтроллера, проходит выпрямитель и аналогово-цифровое преобразование(был подсоединен внешний в виду разрядности битов АЦП) должен попадать на цифровую фильтрацию, реализованную программно в самом микроконтроллере. Оцифрованный сигнал пройдя фильтрацию дешифруется в понятную микроконтроллеру информацию, одновременно с этим, данные от датчиков поступают на ДУ, а с ДУ в свою очередь на входы внутреннего АЦП микроконтроллера , где в свою очередь вся собранная информация передается по интерфейсу RS-485.
Питание поступает по проводам и в блоке конвертора преобразуется в напряжение +5V ,+12V и -12V.
1.3 Разработка электрической принципиальной схемы устройства
Выбор микропроцессора
Процессор, который будет положен в основу главного модуля (вычислителя), должен удовлетворять следующим требованиям и ограничениям:
– Температурный диапазон устройства 0-100 градусов Цельсия.
– обладать достаточным быстродействием (16 MIPS), для решения круга задач возложенных на него;
– объем ПЗУ не менее 5 Кбайт, для реализации необходимых программ;
– 16-битный таймер/счётчик;
– наличие модуля USART для передачи данных;
В результате сравнения микропроцессоров фирмы Atmel семейства AVR ATmega, удовлетворяющих данным требованиям, был выбран 8-разрядный микропроцессор ATmega32 .
Процессор представляет собой КМОП микропроцессор, выполненный с AVR RISC архитектурой с раздельной памятью программ и данных и раздельными шинами для памяти программ и данных (Гарвардская архитектура). AVR-ядро объединяет мощную систему команд с 32 регистрами общего назначения и конвейером (в одном цикле одна команда выполняется, а другая выбирается) выборки из памяти программ.
Контроллер имеет следующие основные характеристики:
- Температурный диапазон до 125 градусов Цельсия (в зависимости от корпуса)
- развитая RISC архитектура:
1) 131 исполняемых команд, большинство за один машинный
такт;
2) 32 рабочих регистра общего назначения;
3) производительность до 16 MIPS при 16 МГц;
4) 32 программируемых вывода;
- энергонезависимая память программ и данных:
1) 32К байт внутрисистемно самопрограммируемой FLASH памяти с количеством циклов перепрограммирования до 10 000;
2) 2К байт внутренней SRAM;
- периферийные функции:
1) два 8-битных таймера/счётчика с программируемым предделителем и режимом сравнения;
2) один 16-битный таймер/счётчик с программируемым предделителем, режимом сравнения и захвата;
3) счётчик реального времени с программируемым генератором;
4) внутренние и внешние источники прерываний;
5) программируемый USART;
6) Встроенный аналоговый компаратор;
- напряжение питания:
1) 4.5 В до 5.5 В.
Рисунок 1.4 - Обвязка микропроцессора
Аппаратный сброс микропроцессора производится при включении/выключении микропроцессорного устройства, подачей на вывод «Reset» сигнала низкого уровня. Для устранения дребезга, что повлечет за собой многократный сброс микроконтроллера, к выводу «Reset» микроконтроллера подключается RC-цепь (см. рисунк 1.4).
Рассчитаем сопротивление резистора R32 и емкость конденсатора С13 из условий задержки сигнала сброса при включении питания по формуле (1.1).
t = R36 · C6, (1.1)
где t – задержка сигнала, с.
Время сброса микроконтроллера после включения питания примем t = 0,1 c, а сопротивление резистора R32 примем равным 10 кОм, тогда
С6 = 0,1 / 10000 = 10 мкФ.
Тогда примем R32 = 10 кОм, С13 = 10 мкФ.
TAL1 и TAL2 – вход и выход, которые могут быть настроены для использования внешнего генератора (см. рисунок 1.2) /7/. В качестве резонатора, для обеспечения тактовых импульсов для микропроцессора выбран PK169MA8CC 8 МГц. По требованию заказчика в схему подключения резонатора включены два конденсатора C15, C14, для обеспечения отвода паразитных частот.
Следующие элементы схемы имеют рекомендуемые номиналы: C15, C14 - 30 пФ C17,C18 - 0,1мкФ, R35 - 10кОМ.