4-канальный логический анализатор на PIC микроконтроллере

Оглавление

Введение

Глава 1. Структурная схема устройства, компоненты и описание

Глава 2. Устройства индикации, интерфейсы обмена, датчики

2.1 Жидкокристаллический дисплей

2.2 Микросхема 74HC04N/D

2.3 Стабилизатор напряжения LM7805

Глава 3. Описание микросхем

Глава 4. Алгоритм работы устройства

Глава 5. Принципиальная схема

Литература

анализатор микроконтроллер микросхема стабилизатор

Введение

Микроконтроллер - компьютер на одной микросхеме. Предназначен для управления различными электронными устройствами и осуществления взаимодействия между ними в соответствии с заложенной в микроконтроллер программой. В отличие от микропроцессоров, используемых в персональных компьютерах, микроконтроллеры содержат встроенные дополнительные устройства. Эти устройства выполняют свои задачи под управлением микропроцессорного ядра микроконтроллера.

 К наиболее распространенным встроенным устройствам относятся устройства памяти и порты ввода/вывода (I/O), интерфейсы связи, таймеры, системные часы. Устройства памяти включают оперативную память (RAM), постоянные запоминающие устройства (ROM), перепрограммируемую ROM (EPROM), электрически перепрограммируемую ROM (EEPROM). Таймеры включают и часы реального времени, и таймеры прерываний. Средства I/O включают последовательные порты связи, параллельные порты (I/O линии), аналого-цифровые преобразователи (A/D), цифроаналоговые преобразователи (D/A), драйверы жидкокристаллического дисплея (LCD) или драйверы вакуумного флуоресцентного дисплея (VFD). Встроенные устройства обладают повышенной надежностью, поскольку они не требуют никаких внешних электрических цепей.

В отличие от микроконтроллера контроллером обычно называют плату, построенную на основе микроконтроллера, но достаточно часто при использовании понятия 'микроконтроллер' применяют сокращенное название этого устройства, отбрасывая приставку 'микро' для простоты. Также при упоминании микроконтроллеров можно встретить слова 'чип' или 'микрочип', 'кристалл' (большинство микроконтроллеров изготавливают на едином кристалле кремния), сокращения МК или от английского microcontroller - MC.

Микроконтроллеры можно встретить в огромном количестве современных промышленных и бытовых приборов: станках, автомобилях, телефонах, телевизорах, холодильниках, стиральных машинах... и даже кофеварках. Среди производителей микроконтроллеров можно назвать Intel, Motorola, Hitachi, Microchip, Atmel, Philips, Texas Instruments, Infineon Technologies (бывшая Siemens Semiconductor Group) и многих других.

Основным классификационным признаком микроконтроллеров является разрядность данных, обрабатываемых арифметико-логическим устройством (АЛУ). По этому признаку они делятся на 4-, 8-, 16-, 32- и 64-разрядные. Сегодня наибольшая доля мирового рынка микроконтроллеров принадлежит восьмиразрядным устройствам (около 50 % в стоимостном выражении). За ними следуют 16-разрядные и DSP-микроконтроллеры (DSP - Digital Signal Processor - цифровой сигнальный процессор), ориентированные на использование в системах обработки сигналов (каждая из групп занимает примерно по 20 % рынка). Внутри каждой группы микроконтроллеры делятся на CISC- и RISC-устройства. Наиболее многочисленной группой являются CISC-микроконтроллеры, но в последние годы среди новых чипов наметилась явная тенденция роста доли RISC-архитектуры

Тактовая частота, или, более точно, скорость шины, определяет, сколько вычислений может быть выполнено за единицу времени. В основном производительность микроконтроллера и потребляемая им мощность увеличиваются с повышением тактовой частоты. Производительность микроконтроллера измеряют в MIPS (Million Instruсtions per Second - миллион инструкций в секунду)

Глава 1. Структурная схема устройства, компоненты и описание

Основные параметры устройства:

Базовый компонент: PIC18F4580

Частота дискретизации: 200 Гц - 2 МГц

Количество каналов: 4

Память: 1024 отсчета на каждый канал

Матричный LCD дисплей: 64Ч128 точек

Напряжение питания: 9 В аккумулятор

Основой устройства является микроконтроллер PIC18F4580, который производит выборки и управляет LCD дисплеем (например, DEM128064A), управление возможно при помощи клавиатуры из 5 кнопок (S1- S5). Кварцевый резонатор (X1, 10 МГц) определяет максимальную частоту выборок. Интегрированный в микроконтроллер модуль PLL используется для получения внутренней частоты 40 МГц, которая является максимальной по заявлениям производителя компании Microchip.

Диоды D1 - D8 защищают входы микроконтроллера от слишком высокого или отрицательного напряжения. Входные сигналы поступает на входы микросхемы IC1 74HC04N выступающей в роли буфера. Факт того, что сигналы инвертированы в этом случае для нас не важен, т.к. vs можем легко преобразовать его программно. Сигналы после буферной микросхемы поступают непосредственно на входы микроконтроллера RA1 - RA4, где уже программно обрабатываются.

Потенциометр P1 необходим для регулировки контрастности дисплея, транзистор T1 управляет подсветкой. Звуковой излучатель BZ1 сигнализирует о начале очередного цикла записи данных (о начале сэмплирования), а также при переключении между режимами работы. Для клавиш управления (S1 - S5) не требуется схемы подавления дребезга контактов, т.к. этот процесс реализуется программно.

Источник питания устройства служит для обеспечения устройства стабилизированным напряжением 5 В (питание микроконтроллера и микросхемы 74HC04N) и напряжением 9 В, используемого для подсветки дисплея. Цепь T2, R1, R17, D12 реализует схему зарядки 9 В аккумулятора при подключении внешнего источника питания 9 - 12 В. При использовании стандартного светодиода, с падением напряжения 1.5 В, ток зарядки аккумулятора будет равен: (1.5 - 0.6)/56 = 16 мА,что, при использовании NiMH аккумулятора емкостью 160 мАч достаточно. Батарея в таком случаем будет полностью заряжена приблизительно через 10 часов. В течении зарядки светодиод D12 будет включен.

Глава 2. Устройства индикации, интерфейсы обмена, датчики

2.1 Жидкокристаллический дисплей

(ЖК-дисплей, ЖКД; жидкокристаллический индикатор, ЖКИ; англ. Liquid crystal display, LCD) -- плоский дисплей на основе жидких кристаллов, а также устройство (монитор, телевизор) на основе такого дисплея. Простые приборы с дисплеем (электронные часы, телефоны, плееры, термометры и пр.) могут иметь монохромный или 2--5-цветный дисплей. Многоцветное изображение формируется с помощью RGB-триад.

Блок схема DEM128064A-FGH-PW

Основные параметры

2.2 Микросхема 74HC04N/D

Микросхема 74HC04N/D содержит шесть стандартных инверторов структуры ТТЛШ. Микросхема 74HC04 по входным и выходным уровням сигналов совместима с другими ИС стандартной КМОП логики.

Интегральное исполнение микросхемы 74HC04N/D

Внутренняя структура схемы 74HC04N/D

Основные параметры устройства:

Напряжение питания (Vcc)+2..6В

Входной ток (0/1), не более 1мкА

Ток потребления (статический), max 20мкА

Выходной ток лог. '0/1', мах. 25мА

Выходной уровень '0' < 0,1В

Выходной уровень '1' >Uпит-0,1В

Диапазон температур*-40..+85oC

74HC04N(AN)КорпусDIP-14

74HC04D(M)  SO-14

* - зависит от производителя.

2.3 Стабилизатор напряжения LM7805

7805 - cтабилизатор, выполненный в корпусе, похожем на транзистор и имеет три вывода. (+5V стабилизированного напряжения и ток 1A). Так же в корпусе имеется отверстие для крепления стабилизатора напряжения 7805 к радиатору охлаждения. 7805 является стабилизатором положительного напряжения. Его зеркальное отражение - 7905 - аналог 7805 для отрицательного напряжения. Т.е. на общем выводе у него будтет +, а на вход будет подаваться -. С его выхода, соответственно, будет сниматься стабилизированное напряжение -5 вольт.

Так же стоит отметить, что для нормальной работы на вход обоим стабилизаторам необходимо подавать напряжение около 10 вольт.

Интегральная схема LM7805

Глава 3. Описание микросхем

Структурная схема PIC18F4580

Интегральная схема PIC18F4580

Назначение выводов PIC18F4580

Стабилизатор напряжения LM7805

Структурная - схема LM7805

LM7805 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Глава 4. Алгоритм работы устройства

При кратковременном нажатии клавиши S4 - микроконтроллер переходит в режим работы с памятью и ожидает выполнения условия запуска/синхронизации, на дисплее в это время в правом углу отображается символ «R». После выполнения синхронизации, считанные 1024 сохраняются в ОЗУ, значок «R» сменяется на «S» и дисплей отображает первые 128 выборок каждого канала. При помощи клавиш S1 и S2 пользователь может прокручивать данные в пределах памяти, курсор внизу дисплея показывает - данные из какой области памяти в данный момент отображаются.

Следующее короткое нажатие на клавишу S4 - устройство снова делает выборки и сохраняет их в памяти, но на дисплее будут отображаться данные из той области памяти, которую пользователь просматривал до нажатия кнопки S4, что в некоторых случаях является полезной функцией.

При удержании клавиши S4 длительное время (услышите один звуковой сигнал) - будут произведены выборки, но дисплей будет отображать данные из начальной (первые 128 выборок) области памяти.

При удержании клавиши S4 более длительное время (два звуковых сигнала) - устройство переходит в режим отображения в реальном времени первых 128 выборок на дисплее.

Глава 5. Принципиальная схема

Принципиальная схема 4-канального логического анализатора на PIC микроконтроллере

Список основных использованных компонентов

Литература

1. http://www.myrobot.ru

2. http://www.rlocman.ru

3. http://catalog.gaw.ru/

4. http://tec.org.ru

5. http://pdf1.alldatasheet.com

6. http://www.kontest.ru