О б я с н и т е л н а з а п и с к а структурна схема

Управление

последователно

прибл. (SAR)

Ui

Uo

на цифрово-аналологовия преобразувател определя разредността на аналогово-цифровото преобразуване.

Цифровата информация за ЦАП се определя от специален регистър SAR (Successive Aproximation Register- регистър за последователно приближение).Процесът на измерване започва с нулиране на всички разреди.След това, в старшия разред се записва 1. ЦАП изработва на изхода си напрежение, съответстващо на половината от работния диапазон. Компаратора сравнява напрежението от входа и това от ЦАП.

Ако входното напрежение е по-високо, разредът се оставя в 1, а ако е по-ниско-разредът се нулира. Следва установяване в 1 на следващия разред. Неговото тегло е ¼ от диапазона на преобразуване. Компараторът отново сравнява входното напрежение с това от изхода на ЦАП и изработва сигнал за оставянето в 1 или свалянето в 0 на “претегления” разред. Преминава се към обработка на следващия по-младши разред и т.н. За толкова такта, колкото е разредността на ЦАП се извършва претеглянето на всички разреди и накрая, числото, подадено на входа на ЦАП, съответства на входната аналогова

величина. Т.е. за n-разредно АЦП са необходими n такта.
Осигуряване шумоустойчивост на АЦП

А
ко захранването на аналоговата и цифровата част на микроконтролера и схемата са изпълнени чрез една захранваща шина, може да се получат пикове в следствие на превключването на логическите елементи, което е нежелателно за аналоговата част, защото се получават грешки при аналогово-цифровото преобразуване. За избягване на този ефект се прилага метод при който шините на цифровото и аналоговото захранване са разделени.По този начин се избягват максимално промяната на потенциалите на аналоговата земя и захранване, тъй като те са по-чувствителни.При изпълнение на печатната платка също се съблюдава аналоговата и цифровата част да са максимално разделени. Типично схемо-техническо решение на проблема се постига с използване на следната схема.

Цифровата земя и аналоговата земя могат също да бъдат звездно свързани заедно. Обаче ако отделно се захранват,

двата обърнати диода ограничават напреженовите разлики

до по-малки от  700mv.

Обикновено входният АЦП шум е много малък и цялостния входно-насочен шум е далеч по-малък отколкото един LSB, така изходният сигнал е доста стабилен. Чрез натрупването на шум в устройството през захранването и земята ,шумовото напрежение се редуцира, което оказва влияние върху несигурността на кода.
Захранване
На схемата се подава двуполярно захранване (±5V), към което няма особени изисквания. Напрежението за захранване на контролера и за опорно напрежение на АЦП се схема TPS77133 на фирмата TI осигурява захранващо напрежение 3,3 V.

Схемата също така изработва сигнал RESET за 220mS.

Спазвани са правилата за разделяне на цифровото и аналоговото захранване. Предвиден е филтър на аналоговото захранване.

Използваният сензор за налягане е MPX700.

Основните параметри характеризиращи сензора са дадени в табличен вид.

Съществуват различни модификации в зависимост от грешката. С по голяма точност е версията MPX700D, която е избрана.

Максималното изходно напрежение от сензора в зависимост от необходимия обхват се определя със зависимостта:

Необходимо е операционният усилвател да има малки офсети, малък температурен дрифт. Също така е необхоидимо да усилва диференциалното изходно напрежение от сензора. В случая е избран Single Supply, Rail-to-Rail, Low Cost Instrumentation Amplifier AD623 на фирмата Analog Devices.

Опростената схема на усилвателя е:

На фигурата по-долу е показана конкретното свързване на схемата.

Асинхронният последователен интерфейс няма предаване на тактова честота между предавателя и приемника. Нормално, кореспондентите се тактуват от собствени тактови генератори, като синхронизацията между тях се осъществявя чрез включването на допълнителни синхронизиращи битове в предаваната информация.

Стандартът RS-485 е предназначен за еднополярно диференциално приемане и предаване на цифрова информация. При него могат да се включват за работа до 32

предаватела и 32 приемника, т.е. в линията могат да участват

до 32 кореспондента, със скорост на обмен 4 Мbit/s. Това изисква по специално отношение към буфериращите схеми, осигуряващи интерфейса на цифровите сигнали към и от

RS485. На първо място приемниците имат по-голямо входно съпротивление - минимум 12к. На второ място са взети мерки

за ненатоварване на линията от буфер, когато му отпадне захранването. Предавателят задължително има вход за разрешение, чрез който се управлява неговото включване в линията и защита по ток от конфликтна ситуация, когато повече от един предавател се опитат да предават едновременно.

Избраната схема за реализиране на RS485 има нужда от комуникация с микроконтролера с неговият UART.За конфигуриране на този сериен протокол за предаване на данни е необходимо да се познава вътрешната архитектура на USART и по конкретно на UART.

Основните характеристика на UART интерфейса са:

-Asynchronous formats that include idle line/address bit-

Communication protocols

-Two shift registers that shift a serial data stream into URXD and out

of UTXD

-Programmable transmit and receive bit rates

-Status flagsОсновните блокове на UART са:


Асинхронния формат на предаване на данни, показан на долната фигура, се състои от стартов бит, седем или осем даннови бита, бит за проверка по четност, нечетност (може и да липсва), адресен бит в режим на адресен бит и един или два стопови бита. Периода на един бит се дефинира чрез избор на източник на честота и чрез дефиниране на the baud rate регистъри.



Светодиодна индикация
Реализирано е динамично управление на индикацията. Избрана е светодиодна индикация общ катод. Запускането на всяка цифра чрез подаване на „1” на някой изход от dig1 до dig4.

Управлението на всеки сегмент се осъществява чрез сигналите a, b, c, d, e, f, g, ‘.’.

Необходимо да се осигури необходимия ток на светодиодите. Избирам ток 6mA. Тъй като е необходимо да се осигури 5 mA средна стойност на тока през светодиодите резисторите се изчисляват да осигурят ток пет пъти по-голям (в случая има 4 индикатора за управление). Токоограничаващите резистори R9 - R16 се изчисляват по следната формула.

Избирам стойност R=47Ω

Резисторите R17-R20 се изчисляват от условието за токово насищане на биполярния транзистор.

Избирам стойност R=4,7кΩ

Ако се спазва този алгоритъм се прави софтуерна филтрация.

Паметта може да бъде достъпна като байт или дума (8 бита).

Някои от полетата могат да се четат или пишат само като бяйт, други само като думи.


Адресите на регистрите за задаване на работната честота на ядрото и периферията:

Адресите на регистрите на АЦП са следните:

Адресите на регистрите на USART са следните:

Адресите на входно изходните портове:



Проектиране на печатна платка
При проектирането на печатната платка са следвани следните директиви:

• 
  двуслойна печатна платка
  
• 
  минимална площ
  
• 
  елементите са групирани по функционален признак
  ( аналогова част, цифрова част, захранваща част )
  
• 
  за захранващите шини са използвани по-дебели писти
  

На фигурата по долу е показана типична схема за опроводяване на масата при аналогово цифрови схеми.

Страна пътечки отгоре