Схема шестикнопочного устройства

3.5 Система стабилизации питания 
 
 

     Стабилизатор  напряжения применяется для защиты электроприборов от проблем, возникающих  при электроснабжении. Например, при использовании мобильного источника питания, такого как аккумуляторная батарея, имеет место так называемая «просадка» при изменении нагрузки, так и при разрядке. Так же возможны разнообразные скачки и перепады напряжения у прочих источников питания. Чтобы избежать проблем с электроснабжением системы сбора данных, в схему будет включён стабилизатор напряжения включённый по схеме, показанной на рисунке 9. 

Рисунок 9 Схема системы стабилизации питания 

     Стабилизатор  TS7800 позволяет обеспечивать на выходе напряжение 5В и максимальный ток 2А, при этом обладает сравнительно небольшими габаритами и низкой стоимостью. Согласно рекомендациям на входе и выходе стабилизатора стоят полярные электролитические конденсаторы C1 и C2 ёмкостью 0,33мкФ и 0,1мкФ соответственно. Так же на схеме присутствуют сглаживающие конденсаторы C3-C7 (ёмкость каждого из них составляет 15пФ), которые должны располагаться максимально близко между выводами питания микросхем.

     Так же на схеме имеется кнопка включения  питания SW1.

     Вывод на 12В используется в как опорное  напряжение аналогового мультиплексора и для питания однополярного  операционного усилителя. Благодаря наличию ёмкости C1 можно быть уверенными в стабилизации и этого вывода.

     Входное напряжение на стабилизаторе может  колебаться от 8,5В до 25В, но тем не менее использование подобных источников в схеме не допустимо, так как  напряжение для некоторых узлов  схемы берётся напрямую с источника  питания, а оно не должно превышать  некоторого критического значения, коим является напряжение в 12В. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.6 Система управления светодиодной индикацией 
 
 

     В нашей схеме будет использоваться четырёхбитный ЖКИ. Для этих целей  будет выбран индикатор WH1602D, который имеет дисплей с двумя строками по 16 символов. Этот ЖКИ основан на базе контроллера HD44780 и является эффективным средством отображения различной информации. Наличие многих режимов вывода (скроллирование, курсоры, определяемые пользователем символы) позволяет разрабатывать удобные интерфейсы управления и устройства индикации.

     Назначение  выводов выбранного ЖКИ можно  увидеть в таблице 5. 

Таблица 5 Назначение выводов ЖКИ

 

     В нашей схеме светодиодная подсветка  будет включаться пользователем  вручную с панели управления. Для  ограничения тока необходимо установить шунтирующий резистор номиналом 100 Ом.

     Работа  в четырёхбитном режиме практически  не отличается от восьмибитного, лишь возникает необходимость сдвигать байты, но при этом мы экономим сразу  четыре вывода микроконтроллера. 

     Таким образом, количество используемых выводов  микроконтроллера для реализации изображения  информации на дисплее жидкокристаллического  индикатора, сократится до семи.

     В результате получим следующую схему  включения (рисунок 9)

     Рисунок 9 Схема включения ЖКИ

     Но, наша схема будет обладать некоторыми специфическими особенностями. Так  как ЖКИ будет подключён к  портам RB0–RB7,которые используются для внутреннего программирования микроконтроллера, то возникает необходимость изоляции этих выводов от остальной схемы во время программирования. Преградой в данном случае выступает наш ЖКИ.

     Чтобы была возможность изоляции, сделаем  наш индикатор съёмным. Ввиду  особенностей конструкции ЖКИ, одним  из разъёмов будут являться сами выходы индикатора, а на плате установим  лишь разъём для подключения.

     В результате мы будем иметь полностью  рабочий ЖКИ, но при этом, если возникнет  необходимость, можно будет легко  его отсоединить и провести необходимые  операции с микроконтроллером.

     Схему подключения разъёма на плате  можно увидеть на рисунке 10.

     Рисунок 10 Схема подключения разъёма на плате.

     К регулятору контрастности подключён переменный резистор, регулировать его номинал будет возможно, не разбирая корпуса, для этого на корпусе будет присутствовать отверстие. Таким образом воспользовавшись тонкой отвёрткой, можно будет отрегулировать контрастность до необходимого значения.

     Так же на рисунке 10 можно увидеть кнопку включения светодиодной подсветки  подсветки (SW9) и шунтирующий резистор R16 номиналом 100 Ом.

     Так как наш ЖКИ имеет встроенный контроллер, который, в свою очередь, обладает своим блоком управления, который обрабатывает команды и память. Память контроллера делится на три вида:

     DDRAM - память дисплея. Все что запишется в DDRAM будет выведено на экран. То есть, например, при записи в память кода 0×31 — на экране появится символ “1″ т.к. 0х31 это ASCII код цифры 1. Но есть тут одна особенность - DDRAM память гораздо больше, чем видимая область экрана. Как правило, DDRAM содержит 80 ячеек — 40 в первой строке и 40 во второй, а на дисплей может двигаться по этой линейке, как окошко на логарифмической линейке, высвечивая видимую область. То есть, например, можно записать в DDRAM сразу большой объём информации, а потом просто передвигать «окно» дисплея, показывая необходимую область данных. Для перемещения дисплея есть специальная команда. Также есть понятие курсора — это место, в которое будет записан следующий символ, т.е. текущее значение счетчика адреса. Курсор не обязательно может быть на экране, он может располагаться и за экраном или быть отключен вовсе.

     CGROM - таблица символов. Когда мы записываем в ячейку DDRAM байт, то из таблицы берется символ и отображается на экране. CGROM нельзя изменить, поэтому важно, чтобы она имела на русские буквы. Если, конечно, планируется русскоязычный интерфейс.

     CGRAM - тоже таблица символов, но ее мы можем менять, создавая свои символы. Адресуется она линейно, то есть вначале идет 8 байт одного символа, построчно, снизу вверх — один бит равен одной точке на экране. Потом второй символ таким же образом. Поскольку знакоместо у нас 5 на 8 точек, то старшие три бита роли не играют. Всего в CGRAM может быть 8 символов, соответственно CGRAM имеет 64 байта памяти. Эти программируемые символы имеют коды от 0х00 до 0х07. Так что, записав, например, в первые 8 байт CGRAM (первый символ с кодом 00) некоторый символ, и записав в DDRAM нуль (код первого символа в CGRAM) мы увидим на экране наш символ.

     Доступ  к памяти осуществляется следующим образом. Мы командой выбираем, в какую именно память и, начиная с какого адреса, будем записывать информацию, а потом просто отправляем байты. Если указано, что записываем в DDRAM то на экран (или в скрытую область) начнут записываться символы, если в CGRAM то байты будут записаны уже в память знакогенератора. После чего, можно переключится обратно на область Ш

     Более подробно использование команд описано  в листинге программы инициализации. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.7 Реализация работы клавиатуры 
 
 

     Устройству  необходимо использовать шесть программируемых  клавиш. На нашем контроллере после  установки всех компонентов осталось шесть незадействованных выводов. Таким образом, не будем использовать сложные системы шифрации нажатия  на клавишу, а просто подключим кнопки к свободным выводам микроконтроллера. 

Рисунок 11 Схема реализации работы клавиатуры 

     Кнопки  SW2 и SW7 являются контактными. Так как клавиатура подключена к выводам, микроконтроллера не имеющих подтягивающих резисторов, то будут добавлены SMD резисторы R7-R12 с номиналами 10кОм. 

3.8 Подключение  внешней памяти EEPROM к микроконтроллеру. 
 
 

     Если  возникнет необходимость записать большой объём информации, то внутренней памяти микроконтроллера может не хватить. Для этих целей будет использоваться микросхема внешней памяти EEPROM.

     EEPROM - (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) что значит Программируемая Память с Электрическим Стиранием.

     То  есть такие микросхемы предназначены  для хранения данных без внешних  источников питания. Им не страшно отключение питания. Их легко можно стереть, выполнив определенную команду. Данные микросхемы работают по протоколу  I²C что подразумевает высокую скорость работы и простоту подключения.

     Схема включения внешней памяти представлена на рисунке 11.

     Рисунок 11 Схема включения EEPROM 

     Мы  будем использовать микросхему памяти 24С64 ёмкостью 65Кб.

     Подробное описание и работы команд имеется  в листинге программы инициализации  микроконтроллера в приложении 1 
 
 

     4 Расчёт потребляемой мощности 
 
 

     Необходимо  произвести расчёт потребляемой мощности для выбора источника питания  для схемы, а так-же для расчета  ширины печатных проводников. Для этого просуммируем все токи протекающие через каждый элемент и примем, что этот ток единовременно может протекать в любом участке цепи.

     Значения  токов берём из руководства к  каждому из элементов и заносим  его в таблицу 6

Таблица 6 Потребляемый ток системы сбора данных

 
 

     Блок питания должен питать схему напряжением в 12В с максимальным отклонением не более 5%.