Проектирование цифровых систем передачи

 

Рис. 2.7 Микросхема AD8534AR, вид сверху.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.12

Описание выводов микросхемы AD8534AR

Pin	Мнемоника	Описание
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14	OUT A -IN A +IN A V+ +IN B -IN B OUT B OUT C -IN C +IN C V- +IN D -IN D OUT D	Выход усилителя A Отрицательный вход усилителя A Положительный вход усилителя A Положительное напряжение питания Положительный вход усилителя B Отрицательный вход усилителя B Выход усилителя B Выход усилителя C Отрицательный вход усилителя C Положительный вход усилителя C Отрицательное напряжение питания Положительный вход усилителя D Отрицательный вход усилителя D Выход усилителя D

 

Отличительными особенностями микросхемы AD623BR являются:

Одинарное и двойное питание

Низкое энергопотребление

Установка величины усиления всего одним резистором

 

Основные характеристики микросхемы AD623BR приведены в табл. 2.13. Расположение выводов показано на рис. 2.8. Описания выводов приведены в табл. 2.14.

 

 

 

Таблица 2.13

Основные характеристики микросхемы AD623BR

Характеристика	Мин. значение	Типичное значение	Макс. значение	Единицы измерения
Диапазон усиления	1		1000
Ошибка усиления G=1 G=10 G=100 G=1000		0.03 0.10 0.10 0.10	0.05 0.35 0.35 0.35	% % % %
Смещение входного тока		17	25	нА
Колебания выходного сигнала RL=10кОм RL=100кОм	+0.01 +0.01		-0.5 -0.15	В В

 

Рис. 2.8 Микросхема AD623BR, вид сверху

 

 

 

 

 

Таблица 2.14

Описание выводов микросхемы AD623BR

Pin	Мнемоника	Описание
1 2 3 4 5 6 7 8	-RG -IN +IN -VS REF OUTPUT +VS +RG	Вход для регулировки входного сопротивления Инверсный вход Вход Отрицательное питание Опорное напряжение Выход Положительное питание Вход для регулировки входного сопротивления

 

7. Мультиплексор

В качестве мультиплексора будем использовать микросхему ADG413BR, фирмы  Analog Devices. Это четырёхканальный мультиплексор отличительными особенностями которого являются:

• Диапазон напряжений переключаемых каналов ±15В.
• Низкое входное сопротивление (<35Ом).
• Ультранизкое потребление.
• Быстрое время переключения.
• TTL/CMOS совместимость.

 

Основные характеристики микросхемы ADG413BR приведены в табл. 2.15. Расположение выводов изображено на рис. 2.9. Описания выводов приведены в табл. 2.16.

 

 

 

Таблица 2.15

Основные характеристики микросхемы ADG413BR

Параметр	Значение	Единица измер.
Диапазон переключаемых сигналов	±15	В
Входное сопротивление	35	Ом, максимум
Время включения	110	нс
Время выключения	100	нс
Задержка	25	нс
Количество входных каналов	4

 

Рис. 2.9 Микросхема ADG413BR, вид сверху

Таблица 2.16

Описание выводов микросхемы ADG413BR

Pin	Мнемоника	Обозначение
1	IN1	Управление каналом 1
2	D1	Выход 1
3	S1	Вход 1
4	VSS	Отрицательное питание
5	GND	Общий
6	S4	Вход 4
7	D4	Выход 4
8	IN4	Управление каналом 4
9	IN3	Управление каналом 3
10	D3	Выход 3
11	S3	Вход 3
12	VL	Логическое питание
13	VDD	Положительное питание
14	S2	Вход 2
15	D2	Выход 2
16	IN2	Управление каналом 2

 

8. Схема сброса

Для реализации схемы сброса понадобятся полевые транзисторы. В качестве полевых транзисторов будем использовать микросхему IRF7105, фирмы International Rectifier. Микросхема представляет собой два полевых транзистора.

Рис. 2.10 Микросхема IRF7105, вид сверху

 

9. ПЛИС

В результате анализа структурной схемы было предложено использовать ПЛИС фирмы Altera, семейства MAX (Multiple Array matriX) 7000. Микросхемы этой серии обеспечивают:

• Задержку распространения сигнала от любого входа до выхода СБИС не более 5 нс;
• Устойчивую работу на частотах до 151 МГц;
• Возможность регулирования скорости переключения выходных буферов;
• Возможность использования четырех режимов работы выходных буферов: вход, выход, двунаправленный, открытый коллектор;
• Возможность задания режима пониженного энергопотребления (Turbo-off) как для всей СБИС в целом, так и для цепей распространения отдельных сигналов;
• Возможность программирования и репрограммирования после распайки на плате;
• Возможность задания режима секретности разработки (Design Security);
• Работу с пониженным (3.3 В) напряжением питания.

 

Для модуля инерционного сенсора будем использовать микросхему EPM7160STI100-10

Таблица 2.17

Основные характеристики микросхемы EPM7160STI100-10

Параметр	Значение
Количество макроячеек	160
Корпус	TQFP
Количество выводов	104
Количество выводов ввода/вывода	84
Напряжение питания	5 В
Задержка распространения сигнала	10 нс
Количество используемых гейтов	3200
Количество логических блоков	10

 

Рис. 2.11 Функциональная схема ПЛИС серии MAX7000 фирмы Altera

Рис. 2.12 Микросхема EPM7160STI100-10, вид сверху.

 

10. Микроконтроллер

В качестве микроконтроллера будем использовать микросхему AT89S8252 фирмы Atmel. Это высокопроизводительный, низкопотребляющий, восьмибитный CMOS микроконтроллер. Основными характеристиками которого являются:

• 100000 Циклов перезаписывания
• От 4 до 6В рабочий диапазон.
• Диапазон частот от 0 до 24МГц
• Три уровня запирания памяти
• 256*8 бит внутренняя ОЗУ
• 32 Программируемых линий ввода/вывода
• Низкое потребление
• Восстановление в рабочий режим по прерыванию

 

Рис. 2.13 Микросхема AT89S8252, вид сверху

Описание выводов:

VCC – напряжение питания.

GND – общий.

Port 0 – открытый, двунаправленный восьмибитный порт ввода/вывода. Порт 0 может быть настроен для работы с совмещённой шиной адреса и данных.

Port 1 – восьмибитный двунаправленный порт с внутренней подтяжкой до третьего состояния.

Port 2 -  восьмибитный двунаправленный порт с внутренней подтяжкой до третьего состояния. Используется как порт адреса.

Port 3 – восьмибитный двунаправленный порт ввода-вывода с подтяжкой до третьего состояния. Также можут быть использован для передачи информации по последовательному каналу.

RST – Сброс.

ALE/PROG – Address Latch Enable.

PSE – читает строб в память программы.

EA/VPP – Включение внешнего адреса.

XTAL1 – вход инвертирующего усилителя.

XTAL2 – выход из инвертирующего усилителя.

 

Таблица 2.18

Описания дополнительных функций выводов порта  1 и 3микросхемы AT89S8252

Мнемоника	Описание
P1.0	Т2 синхо выход
P1.1	Т2 дополнительный синхро выход
P1.4	Выход выбора подчиненного порта
P1.5	Главный выход данных, подчиненный вход данных для SPI канала
P1.6	Главный вход данных, подчиненный выход данных для SPI канала
P1.7	Главный выход синхронизации, подчиненный выход синхронизации для SPI канала
P3.0	RXD (для последовательного канала)
P3.1	TXD (для последовательного канала)
P3.2	Внешнее прерывание 0
P3.3	Внешнее прерывание 1
P3.4	Таймер 0, внешний вход
P3.5	Таймер 1, внешний вход
P3.6	Строб записи
P3.7	Строб чтения

 

4. Принцип работы модуля инерционного сенсора

ПЛИС генерирует на выход сигнала сброса сигнал «меандр», схема сброса по положительным и отрицательным фронтам этого сигнала подаёт на вход сброса магниторезистивного сенсора сигнал с большим током, заставляя домены магниторезистивного сенсора переориентироваться в одном направлении. В промежутки времени между положительными и отрицательными фронтами сигнала сброса ПЛИС с частотой 2кГц опрашивает последовательно магниторезистивный сенсор, первый и второй акселерометры  и температурный датчик , записывая их показания в 7 12-и разрядных регистров.

1. Регистр оси Х магниторезистивного сенсора.
2. Регистр оси Y магниторезистивного сенсора.
3. Регистр оси Z магниторезистивного сенсора.
4. Регистр оси X акселерометров.
5. Регистр оси Y акселерометров.
6. Регистр оси Z акселерометров.
7. Регистр показаний температуры.

Сразу после включения схемы ПЛИС подаёт на масштабирующие входы магниторезистивного сенсора калибровочные коэффициенты, необходимые для масштабирования и линейного выравнивания показаний магниторезистивного сенсора.

Микроконтроллер с частотой 2кГц производит считывание данных из первых 6-и вышеупомянутых регистров ПЛИС. Проводит масштабную и линейную корректировку показаний акселерометров. Раз в минуту микроконтроллер производит считывание показаний температурного датчика и использует его показания для температурной корректировки  показаний акселерометров и магниторезистивных сенсоров в соответствии с таблицей поправок зашитой в микроконтроллере. После снятия и корректировки показаний акселерометров и магниторезистивных сенсоров, микроконтроллер производит первичную фильтрацию этих показаний алгоритмом скользящего среднего, с размеров скользящего окна равным 16.

При поступлении сигнала с интерфейса RS-232C микроконтроллер проверяет присланный байт. Если он равен 55h, то микроконтроллер начинает последовательно отсылать корректированные и отфильтрованные показания акселерометров и магниторезистивных сенсоров через интерфейс RS-232C в КПК. Последовательность посылки такая:

1. Первые 8 бит показаний оси X магниторезистивного сенсора.
2. Последние 4 бита показаний оси X магниторезистивного сенсора дополненные нулями в старших разрядах.
3. Первые 8 бит показаний оси Y магниторезистивного сенсора.
4. Последние 4 бита показаний оси Y магниторезистивного сенсора дополненные нулями в старших разрядах.
5. Первые 8 бит показаний оси Z магниторезистивного сенсора.
6. Последние 4 бита показаний оси Z магниторезистивного сенсора дополненные нулями в старших разрядах.
7. Первые 8 бит показаний оси X акселерометров.
8. Последние 4 бита показаний оси X акселерометров дополненные нулями в старших разрядах.
9. Первые 8 бит показаний оси Y акселерометров.
10. Последние 4 бита показаний оси Y акселерометров дополненные нулями в старших разрядах.
11. Первые 8 бит показаний оси Z акселерометров.
12. Последние 4 бита показаний оси Z акселерометров дополненные нулями в старших разрядах.