Микропроцессорное устройство. 
Обоснование и расчеты по организации производства сигнализатора утечки бытового газового вещества

В качестве микропроцессора выберем микропроцессор фирмы MicroChip Technolohy Inc [10]. Так как микропроцессоры данной фирмы крайне популярны во всем мире у производителей электронной техники. Данные микропроцессоры обеспечены мощной и продуманной поддержкой разработчиков со стороны фирмы, обладают низкой стоимостью микросхем. Кроме этого, сам продукт обладает целым рядом неоспоримых достоинств. Микроконтроллеры PIC фирмы MicroChip объединили в себе все передовые технологии, применяемые в производстве микроконтроллеров: развитую RISC-архитектуру, минимальное энергопотребление при высоком быстродействии, ППЗУ, программируемое пользователем, функциональную законченность.

Микроконтроллеры PIC также интересны простотой освоения и применения, разработчик освобождается от непроизводительного труда, направленного на подбор и поиск подходящих компонентов, разработку сложной схемотехники, реализованной на микросхем жесткой логики [11]. Значительно упрощается сама конструкция устройства и повышается надежность.

Все микроконтроллеры серии PIC (Peripheral Interface Controller — периферийный контроллер интерфейса) построены по так называемой Гарвардской архитектуре, когда используются раздельные области памяти и шины для данных и команд. Это позволяет одновременно, за один цикл, получить доступ как к памяти команд, так и к данным. Кроме того, существует двухступенчатый конвейер, который обеспечивает одновременное исполнение команды и выборку следующей. Все команды, кроме команд перехода, выполняются за один машинный цикл. Переходы, включая возврат из подпрограмм, выполняются за два цикла.

Система команд высокосимметрична, т. е. позволяет выполнять любую операцию над любым регистром с применением любого способа адресации. Такая система команд значительно упрощает процесс программирования, сокращает объем программы и увеличивает производительность.

Память программ располагается на кристалле и снабжается битом защиты. Микроконтроллеры выпускаются в отладочном, однократно программируемом и масочным вариантах.

Отладочные кристаллы бывают как с электрически стираемой FLASH-памятью, так и с ультрафиолетовым стиранием.

Однократно программируемые контроллеры дешевле отладочных и позволяют пользователю самому записать в них окончательную версию программ. Кроме того, некоторые однократно программируемые контроллеры дополнительно имеют EEPROM (электрически перепрограммируемое ПЗУ) памяти данных, что позволяет, даже после записи программы в кристалл, изменять константы программы. Таким образом, осуществляется индивидуальная настройка устройства.

Масочно программируемые кристаллы имеют самую низкую стоимость и программируются при изготовлении крупных партий на заводе фирмы MicroChip.

Некоторые микроконтроллеры обладают специальными функциями: встроенный драйвер ЖКИ, до 16-ти каналов АЦП, контроль за напряжением питания, USB контроллером и т. д.

Остановимся на микроконтроллерах семейства PIC16, являющимся 8-разрядными и обладающими наилучшим соотношением цена-качество, простотой программирования, достаточно высоким быстродействием [11]. В качестве реализации микроконтроллера PIC16 выберем PIC16C745 (рис 2.2).

Рисунок 2.2 Микроконтроллер PIC16C745.

Структура микроконтроллера:

• 1. Ядро микроконтроллера — оно заставляет микроконтроллер работать. В состав этой группы входит:
  • · Тактовый генератор;
  • · Логика сброса;
  • · Центральный процессор;
  • · Арифметико-логическое устройство;
  • · Организация памяти;
  • · Прерывания;
  • · Система команд.
• 2. Периферийные модули — особенности, которые добавляются независимо от центрального процессора. Периферийные модули позволяют организовать интерфейс связи с внешней схемой (например, универсальные порты ввода/вывода, драйверы ЖКИ, входы АЦП) и выполнять отсчет временных интервалов (таймеры).
• 3. Специальные особенности микроконтроллера — уникальные особенности микроконтроллера, позволяющие придать одно или более следующих свойств конечному изделию:
  • · Уменьшить стоимость устройства;
  • · Увеличить надежность системы;
  • · Предоставить дополнительную гибкость разработчикам при проектировании устройства.

Рассмотрим USB модуль микропроцессора. Он в первую очередь предназначен для подключения периферийных устройств к персональному компьютеру. Интерфейс USB обеспечивает следующие характеристики:

• · Высокая скорость передачи данных;
• · Высокая помехозащищенность;
• · Подключение нескольких устройств на одну линию;
• · Автоматическое определение и настройка периферийного устройства;
• · Малое количество соединительных проводов;
• · Низкая стоимость.

Сеть USB строится по топологии звезда с шести уровневой древовидной структурой. В USB может быть только одно «Master» устройство (компьютер) и до 127 «Slave» периферийных устройств. Инициирует передачу только Master, Slave устройства не могут самостоятельно начать передачу в шину USB.

Основные электрические характеристики:

• · Диапазон рабочих температур — 55⁰С. +125⁰С;
• · Напряжение питания — 5В;
• · Рассеиваемая мощность — 1Вт;
• · Максимальный ток вывода Vss — 300мА;
• · Максимальный ток вывода Vdd — 250мА.