Mikroelektronikai rendszerek tervezése I. féléves feladat

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Mikroelektronikai rendszerek tervezése I. féléves feladat"

Zsófia Csonkané
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Mikroelektronikai rendszerek tervezése I. féléves feladat Feladat: Feszültségmérő műszer tervezése, 0 1V bemeneti feszültségtartománnyal, 1uV felbontással. A mért értéket kijelzőn jelenítse meg. Számítógépen történénő kiértékelhetőség érdekében RS232 es interface en keresztül csatlakozik a számítógép soros portjához. A félév során a mérőműszer hardwerét (HW+SW blokkvázlat, kapcsolási rajz, tápegység, NYÁKterv) kell megtervezni, dokumentálni, és beadni. A feladat készítője: Dankovits Péter DAPMAAP.PTE Gyakorlatvezető: Brenner Csaba Pécs, Dankovits Péter

2 A feladatban meghatározott műszer a pontosságából, és mérési tartományából adódóan laboratóriumi(t környezet =25C) használatra lesz. Ebből kifolyólag a fogyasztás, és a melegedés nem képez speciális kritériumot. Alkalmazható lenne 7 szekmenses LEDkijelzőkből felépített kijelző is, viszont ezesetben a mikrovezérlő programja bonyolultabb lenne. Továbbá a LEDek tisztességes meghajtásához mA szükséges, ami jelenesetben 6 7 számjegynél már jelentős áramot eredményez (7*7*0.015=0.735A). Ez abból a szempontból probléma, hogy a tápot hirtelen nagyon leterheli a kijelző, amikor számjegyeket vált, és ez mérési pontatlanságot vihet be a rendszerbe. Ebből kifolyólag egy HD44780 chip re épülő pontmátrixos alfanumerikus LCD kijelzőt választottam. A kijelző sorai, és oszlopai szinte tetszőlegesek. Egyetlen kritérium, hogy a mért feszültség teljesmértékben férjen el rajta. Azaz legalább 8 karakter széles legyen. Amennyiben több adatot is szükséges megjeleníteni, nagyobb kijelző is beépíthető. A HD44780 alapú (és kompatibilis) kijelzők csatlakozó kiosztása (11, vagy 7 vezeték), és protokollja azonos, az áramfelvételük csupán néhány milliamper, háttérvilágítás nélkul. Háttérvilágítással kb 20mA áramot vesz fel az LCD. A mérőműszer bemenetén levő R C tagok szerepe kettős. Egyrészt az A/D átalakító bemenetét védik a zavaroktól, tüskéktől, másrészt a bemenetre kapcsolt jelet sávkorlátozzák. A feladat 1uV felbontást ír elő 0 1V tartományon. Ez 20 bites felbontást követel meg minimum. Mivel minden A/D átalakítónak van valamekkora zaja, ezért ahhoz, hogy 20bitnyi értékes információt kapkjak, legalább 22 23bites A/D re van szükségem a feladathoz. Ezért a Cirrus Logic cég 24bites A/D átalakítóját választottam, a CS5532 t. Ez az A/D SPI buszon keresztül kommunikál a mikrovezérlővel. Az IC max 25mA t vesz fel. Az RS232 es szintillesztő, és a billentyűzet áramfelvétele elhanyagolható, vagy minimális. Az RS232 es kommunikációhoz legalább 2 vezeték szükséges. Az A/D 3 vezetékkel kapcsolódik a mikrovezérlőhöz. A 4x3 as mátrixba kötött billentyűzet 7 vezetékkel, az LCD szintén 7 vezetékkel kapcsolódik a mikrovezérlőhöz. Összesen 19 I/O láb szükséges minimum. Figyelembevéve, hogy a mikrovezérlők flash memóriája bármikor módosítható, új szoftver tölthető a mikrovezérlőbe, célszerű néhány plusz I/O lábat hagyni a vezérlőn. A Microchip cég PIC18F452 es mikrokontrollerje erre a feladatra megfelelő, ezt választottam. Ez az IC maximálisan 300mA val terhelheti a tápot. Az egyéb alkatrészek(felhúzó ellenállások, lehúzó ellenállások, kommunikáció, billentyűzet) össz terhelésére 10mA t kalkulálok. Összesen 20mA+25mA+300mA+10mA=335mA Ennek kétszeresére, azaz 670mA ra méretezem a tápot. 2/8

Alkalmazható lenne 7 szekmenses LEDkijelzőkből felépített kijelző is, viszont ezesetben a mikrovezérlő programja bonyolultabb lenne.

3 A készüléket kis szórt mágneses terű transzformátorról célszerű táplálni. Ilyenek a toroid transzformátorok. Amennyiben EI magos transzformátor lesz beépítve, ügyelni kell a trafó megfelelő tájolására, hogy a mágneses erőtere lehetőleg ne az A/D áramköreit megsze. A trafó 12VAC szekunderfeszültségű, és legalább 1A terhelhetőségű legyen. A bemeneti diódahíd diódáival párhuzamos 10nF kondenzátorok a diódák kapcsolási zavarait szűrik. A 12VAC szekunderfeszültség egyenirányítás, pufferelés után 16V DC lesz. A 7805 hűtőbordáját erre a feszültségre kell méretezni. U be =16V, U ki =5V => U drop =U be U ki =11V I out =0,67A, U drop =11V => P d =U drop *I out =7,37W T max =80C, T környezet =25C => dt=t max T környezet =55C dt=r th *P d => R th =dt/p d =7,46K/W A stab.ic és a hűtőborda eredő hőellenállása 7,46 K/W. Ez az IC hőellenállása, és a hűtőborda hőellenállása soros kapcsolásából jön ki. Tehát, hogy megkapjam a hűtőborda hőellenállását, a 7.46K/W ból ki kell vonni az IC hőellenállását, azaz 3K/Wt. Így, a szükséges hűtőborda hőellenállása 4,46W/K. A CS5532 melletti REG precíziós stabilizátor látja el az IC analóg áramköreit 3.3V s tápfeszültséggel. A MAX6325 kimeneti feszültsége adja a CS5532 referenciafeszültségét. Az IC k néhány kulcsparamétere: REG : U out =3.3V Output noise: 28 V rms I=250mA U drop@250ma =150mV MAX6325: U=2.5V, 4.096V, 5V Ouptut noise: 1.5 V p p Temp.coefficient: 1ppm/C A project blokkvázlata, kapcsolási rajza, panelrajzai, szoftver blokkvázlata a következő oldalakon találhatóak. 3/8

A trafó 12VAC szekunderfeszültségű, és legalább 1A terhelhetőségű legyen. A bemeneti diódahíd diódáival párhuzamos 10nF kondenzátorok a diódák kapcsolási zavarait szűrik.

4 HW blokkvázlat: min. 12V AC +3.3V tap (A/D analog tap) +2.5V ref.fesz A/D nek 3 2 A/D CS uc (21 I/O lab lab ctrl) min. 12V AC +5V tap (digitalis resz) Minden egyseg +5V s tapot kap kiveve az A/D Kijelzo (dot matrix LCD 1x8 char, min.) Billentyuzet (4x3 matrix) kommunikacio RS232 4/8

12V AC +5V tap (digitalis resz) Minden egyseg +5V s tapot kap kiveve az A/D

5 SW blokkvázlat: inicializalas (lcd, a/d, int_rs232) A/D kiolvasas beolvasott ertek konverzio (bin -> dec) LCD-n megjeleniteni delay_ms(500); int_rs232: megszakitasgeneralas eseten a mert erteket elkuldi RS232-n 5/8

6 6/8

7 NYÁKtervek: Baloldalt fentről lefelé: A teljes nyákterv, alkatrészoldali fóliarajz, beültetési rajz Jobboldalon, fentről lefelé: Forrasztásoldali NYÁKterv, forrasztásoldali beültetési rajz Alkatrészlista a következő lapon 7/8

fentről lefelé: Forrasztásoldali NYÁKterv,

8 Part Value Device Package Description C1 100nF C EUC0805K C0805K CAPACITOR, European symbol C2 100nF C EUC0805K C0805K CAPACITOR, European symbol C3 100nF C EUC0805K C0805K CAPACITOR, European symbol C4 100nF C EUC0805K C0805K CAPACITOR, European symbol C5 10nF C EUC0805K C0805K CAPACITOR, European symbol C6 10nF C EUC0805K C0805K CAPACITOR, European symbol C7 10nF C EUC0805K C0805K CAPACITOR, European symbol C8 10nF C EUC0805K C0805K CAPACITOR, European symbol C9 470uF CPOL EU153CLV CLV 1014 POL CAPACITOR, European symbol C10 1uF C EUC1206K C1206K CAPACITOR, European symbol C pF C EUC1206K C1206K CAPACITOR, European symbol C pF C EUC1206K C1206K CAPACITOR, European symbol C13 100nF C EUC0805K C0805K CAPACITOR, European symbol C14 1uF C EUC1206 C1206 CAPACITOR, European symbol C15 100nF C EUC1206 C1206 CAPACITOR, European symbol C16 100nF C EUC1206 C1206 CAPACITOR, European symbol C17 100nF C EUC1206 C1206 CAPACITOR, European symbol C18 22nF C EUC1206 C1206 CAPACITOR, European symbol C19 100nF C EUC1206 C1206 CAPACITOR, European symbol C20 1uF C EUC1206 C1206 CAPACITOR, European symbol C21 1uF C EUC1206 C1206 CAPACITOR, European symbol C22 1uF C EUC1206 C1206 CAPACITOR, European symbol C23 1uF C EUC1206 C1206 CAPACITOR, European symbol D1 UF4007 DIODE SMB SMB DIODE D2 UF4007 DIODE SMB SMB DIODE D3 UF4007 DIODE SMB SMB DIODE D4 UF4007 DIODE SMB SMB DIODE D5 UF4007 DIODE SMB SMB DIODE IC1 PIC16F877PQ PIC16F877PQ MQFP44 2 MICROCONTROLLER IC XXS 78XXS VOLTAGE REGULATOR Q1 20MHz XTAL/S QS CRYSTAL R1 1k R EU_M1206 M1206 RESISTOR, European symbol R2 10 R EU_M1206 M1206 RESISTOR, European symbol R3 10 R EU_M1206 M1206 RESISTOR, European symbol R4 1M R EU_M1206 M1206 RESISTOR, European symbol SL1 LCD_CSATLAKOZO M09 09P AMP QUICK CONNECTOR U$1 CS5532 CS5532 SSOP20 U$2 MAX6325 MAX6325 SO08 U$3 MAX3221 MAX3221 SSOP20D8 U$4 REG 102 REG 102 SO8 X1 W237 2N W237 2N WAGO SREW CLAMP X2 W237 2N W237 2N WAGO SREW CLAMP X3 F09HP F09HP SUB D 8/8

European symbol C8 10nF C EUC0805K C0805K CAPACITOR, European symbol C9 470uF CPOL EU153CLV 1014 153CLV 1014 POL CAPACITOR, European symbol C10 1uF C EUC1206K C1206K CAPACITOR, European symbol C11 10

Hasonló dokumentumok

Klórérzékelı vezérlı elektronika

Klórérzékelı vezérlı elektronika Leírás: A vezérlı elektronika fı feladata a mérés során alkalmazott klórgáz-érzékelı szonda mőködıképességének megırzése a kémiailag igen aktív gáz érzékelésekor, valamint