Обоснование выбора микроконтроллера

Среди 8-разрядных однокристальных микроконтроллеров (ОМК) ведущие позиции бесспорно занимает семейство MCS-51, родоначальницей которого является фирма INTEL.

Среди фирм, выпускающих микроконтроллеры семейства MCS-51, следует отметить ATMEL.

Фирма ATMEL за счет совершенства технологии сумела обеспечить:

• самые низкие цены на свои ОМК;

• возможность внутрисхемного программирования памяти программ для некоторых модификаций ОМК.

Лучшие модели ОМК фирмы ATMEL характеризуются емкостью памяти данных до 256 байт и емкостью памяти программ до 20 Кбайт (Flash).

В качестве микроконтроллера был выбран базовый представитель семейства MCS-51, производства ATMEL, AT89C51.

АТ89С51 это:

1. 8-разрядный КМОП микроконтроллер с Flash ПЗУ

2. Совместимость с приборами семейства MCS-51

3. Емкость перепрограммируемой Flash памяти: 4 Кбайт, 1000 циклов стирание/запись.

4. Напряжение питания 5±20% B

5. Полностью статический прибор - диапазон рабочих частот от 0 Гц до 24 МГц.

6. Группы по частотам: 12 МГц, 16 МГц, 20 Мгц и 24 Мгц

7. Трехуровневая блокировка памяти программ

8. СОЗУ емкостью 128 байтов

9. 32 программируемых линий ввода/вывода

10. Два 16-разрядных таймера/счетчика событий

11. Шесть источников сигналов прерывания

12. Программируемый последовательный канал UART

13. Пассивний (idle) и стоповый (power down) режимы

14. Промышленный (-40°С...85°C), коммерческий (0°C...70°C), диапазоны температур

Существуют два варианта микроконтроллеров АТ89С51: с возможностью внутрисистемного программирования с использованием при программировании напряжения 5 В, и программирование с использованием напряжения 12 В, применяемого в большинстве программаторов. Содержимое Flash памяти программ может быть защищено от несанкционированной записи/считывания. Имеется возможность очистки Flash памяти за одну операцию, возможность считывания встроенного кода идентификации.

Потребление в активном режиме на частоте 12 Мгц не превышает 20 мА и в пассивном режиме, при котором остановлено ЦПУ, но система прерываний, ОЗУ, таймеры/счетчики событий и последовательный порт остаются активными, потребление не превышает 5 мА. В стоповом режиме потребление не превышает 100 мкА и 20 мкА при напряжении питания 6 В и 3 В, соответственно.

Микроконтроллер АТ89С51 ориентирован на использование в качестве встроенного управляющего контроллера.

По заданию микроконтроллер управления объектом должен получать данные по 2-м аналоговым входам (датчик уровня воды и температуры) и от цифровой клавиатуры. Выходными сигналами выступают 8 дискретных и 2 аналоговых.

Подключение АЦП, ЦАП и EEPROM обеспечивается при помощи шины I2C, что требует всего лишь двух линий ввода-вывода. В качестве средства отображения применен ЖКИ-дисплей со встроенным контроллером.

Расчет необходимого числа портов ввода-вывода приведен в таблице 1.

Таблица 1 – Подсчет общего количества выводов микроконтроллера

Таким образом, практически все выводы микроконтроллера задействованы.

Использование AT89C51 вкупе с внешними, подключаемыми по шине I2C АЦП, ЦАП и внешней энергонезависимой памятью, позволяет реализовать микроконтроллер управления стиральной машиной, соответствующий заданию.

Цоколевка микроконтроллера AT89C51 приведена на рисунке 1.

Назначение выводов:

• RST – сброс микроконтроллера

• P0.0 – P0.7 – выводы порта P0

• P1.0 – P1.7 – выводы порта P1

• P2.0 – P2.7 – выводы порта P1

• RXD/TXD – вход и выход UART

• INT0, INT1 – входы внешних прерываний

• T0, T1 – входы таймеров

• RD/WR – строб чтения/записи

• X1/X2 – выводы для подключения источника тактового сигнала

• Vss – общий вывод

• Vcc – питание

• EA/VPP – выбор внешней памяти или 12В при программировании

• ALE/P – задействование защелки адреса или вход импульсов при программировании FLASH

• PSEN – строб чтения внешней памяти программ

Рисунок 1 – Цоколевка микросхемы AT89C51

Обоснование выбора преобразователей и другой элементной базы

В качестве аналого-цифрового преобразователя используется микросхема AD7992 фирмы Analog Devices -- 2-канальный 12-битный АЦП с интерфейсом I2C.

Основные характеристики микросхемы:

• два аналоговых недифференциальных входа;

• напряжение питания от +2,7 В до +5,5 В;

• малое потребление энергии;

• высокая пропускная способность: 188 тыс. отсчетов в секунду;

• интерфейс I2C поддерживает: стандартный, быстрый и высокоскоростной режимы;

• выпускается в 10-выводном корпусе TSSOP.

Данная микросхема без затруднений позволяет проводить аналого-цифровое преобразование входных сигналов и передачу результатов преобразований в микроконтроллер.

В качестве ЦАП используются две микросхемы AD5301, производства Analog Devices.

Основные характеристики микросхемы:

• малое потребление энергии;

• диапазон температур от -40°C до 105°C;

• высокая пропускная способность: 400 тыс. преобразований в секунду;

• интерфейс I2C;

• выпускается в 6-выводном SOT-23 корпусе и 8-выводном MicroSOIC корпусе.

В качестве энергонезависимой памяти используется микросхема PCF8582, производства Phillips.

Основные характеристики микросхемы:

• низкое потребление;

• энергонезависимое хранение 2 кбит данных, в виде 256 x 8-бит ;

• питание от одного источника. Сохранение функциональности при напряжении источника не ниже 2,5 В;

• интерфейс I2C;

• 1000000 циклов чтения/записи;

• 10 лет хранения информации без потери;

• выпускается в корпусах DIP8 и SO8.