Программатор микросхем I2С BUS

Проектирование программатора микросхем AT17C010, обоснование режимов функционирования узлов микроконтроллера, аппаратных средств, достаточности программных ресурсов. Принципиальная схема устройства, рекомендации по разработке диагностических средств.
Краткое сожержание материала:

Содержание

Введение

1. Анализ поставленной задачи

1.1 Обоснование достаточности аппаратных средств и программных ресурсов

1.2 Доопределение набора аппаратных средств для реализации устройства

1.3 Распределение функций устройства между узлами микроконтроллера

1.4 Выбор и обоснование режимов функционирования узлов микроконтроллера и периферийных устройств

2. Проектирование принципиальной схемы устройства

2.1 Проектирование схемы питания

2.2 Проектирование схемы включения микроконтроллера

2.2.1 Анализ, выбор и обоснование тактового генератора

2.2.2 Распределение периферийных устройств и портов

2.2.3 Проектирование схемы сброса

2.2.4 Реализация внутрисхемного программатора

3. Проектирование программного обеспечения микроконтроллера

3.1 Анализ поставленных программе задач и проектирование алгоритма

3.2 Проектирование процедур обработки прерываний (при необходимости)

3.3 Создание проекта. Расчет делителей периферийных устройств

3.4 Листинг программы с комментариями

4. Проектирование печатной платы устройства (PCad, OrCad)

5. Рекомендации по разработке программных и аппаратных диагностических средств для проверки работоспособности устройства

Заключение

Литература

Введение

В данном курсовом проекте необходимо разработать программатор микросхем AT17C010 - она используется для конфигурирования микросхем ПЛИС таких марок: Atmel AT6000, AT40K FPGAs, Altera FLEX® Devices, Lucent ORCA® FPGAs, Xilinx XC3000, XC4000, XC5200, SPARTAN® and Virtex® FPGAs. Данное устройство будет построено на базе Mega серии микроконтроллеров Atmel.

Микросхема АТ17ххх использует интерфейс I2C, с помощью которого невозможно наладить связь с ПК. Поэтому для связи с компьютером необходимо использовать интерфейс RS-232.

1. Анализ поставленной задачи

1.1 Обоснование достаточности аппаратных средств и программных ресурсов

Для реализации поставленной задачи предложенных аппаратных средств недостаточно. Это связано с тем, что питание всех микросхем лежит в диапазоне +4,5В - +5,5В, а по заданию используется питание +6В - нужен блок питания. Также применяемые в RS-232 уровни сигнала несовместимы с ТТЛ уровнями.

Учитывая все приведенные аргументы, следует добавить в разрабатываемое устройство дополнительные элементы.

1.2 Доопределение набора аппаратных средств для реализации устройства

Для реализации необходимы дополнительные модули: преобразователь уровней MAX232, блок питания.

Т.к. по заданию схема питается от 6В, а все микросхемы питаются от 5В, то необходимо применить понижающий стабилизатор напряжения. Для защиты от нестабильного напряжения задействуем емкостной фильтр. Так же необходимо включить схему защиты от переполюсовки и перенапряжения.

Для преобразования протокола RS-232 в I2С используется АТMEGA8.

Стандарт RS232 использует напряжения логических уровней +12В и -12В, а АТМEGA8 - ТТЛ уровни (0В,5В), поэтому для согласования используем преобразователь МАХ232.

АТ17010 - микросхема памяти, которая подлежит программированию.

Для программирования подойдет любой ПК с СОМ портом.

Обобщив замечания построим функциональную схему устройства. Также следует заметить, что программатор должен физически находиться отдельно от программируемой микросхемы. Также будет удобно питать программируемую микросхему от программатора, что повысит гибкость и удобство использования.

Рис.1 Функциональная схема

БП - блок питания;

ATMEGA8 - контроллер программатора;

МАХ232 - преобразователь уровней;

АТ17010 - ППЗУ для конфигурирования ПЛИС;

ПК - персональный компьютер;

ПЛИС - программируемая логическая интегральная схема

1.3 Распределение функций устройства между узлами микроконтроллера

На контроллер возлагаются следующие функции:

- инициализация связи с ПК и вход в режим программирования АТ17010,

- прием данных от ПК по протоколу RS-232,

- передача принятых данных по протоколу I2С,

- индикация работоспособности устройства.

1.4 Выбор и обоснование режимов функционирования узлов микроконтроллера и периферийных устройств

Контроллер ATMEGA8 имеет аппаратный блок UART, что представляет собой протокол RS-232, в котором есть буфера приема/передачи, что значительно упрощает программу и увеличивает надежность.

Также в контроллере присутствует интерфейс TWI, который является аналогом I2C. Применение его также значительно упростит программу.

Таким образом, программу можно сделать асинхронной, т.к. для формирования синхроимпульсов будет использован аппаратный генератор. Это говорит о том, что нет необходимости применять таймера.

Также есть смысл применить WatchDogTimer, для предотвращения возможного зависания программы.

Для стабильной работы и возможности использования различных скоростей UART применим генератор с внешним кварцевым резонатором с частотой 3,6864 МГц.

2. Проектирование принципиальной схемы устройства

2.1 Проектирование схемы питания

Исходные данные и требования:

- входное напряжение +6В;

- выходное напряжение +5В;

- защита схемы от пульсаций напряжения и высокочастотных помех по питанию;

- защита схемы от перенапряжения;

- защита схемы от противовключения;

- защита от короткого замыкания.

При данных условиях имеет смысл применить линейный стабилизатор напряжения, который отличается простотой, надежностью, доступностью. Таким, к примеру, может быть LM7805. Такой стабилизатор имеет большой диапазон входных напряжений и обеспечивает достаточный ток.

Для защиты от противовключения можно применить такие схемы:

- последовательно включенный диод во входной цепи, при подаче обратного напряжения диод запирается, и ток во входной цепи не течет;

- параллельно входу включенный диод в обратном направлении с ограничителем тока, при подаче обратного напряжения диод открывается и обратное напряжение не превышает 0,7В, что безопасно для используемых узлов.

Рис 2.1 - Схема защиты с последовательно включенным диодом



Рис. 2.2 - Схема защиты с параллельно включенным диодом

Проанализируем достоинства и недостатки этих схем.

В схемы с последовательно включенным диодом при прямом включении (нормальная работа) на диоде образуется падение напряжение 0.7В, в результате чего на входе стабилизатора будет не 6В, а 5,3В, что не допустимо. Преимуществом этой схемы является то, что при обратном включении ток не течет.

В схеме с параллельно включенным диодом при прямом включении (нормальная работа) не образуется никакого падения напряжения и на входе стабилизатора те же 6В. Однако при обратном включении протекает ток ограниченный ограничителем тока.

Так как обратное включение - это не штатная ситуация, то недостаток параллельного включения становится несущественным. А недостаток последовательного включения для нас является не допустимым, поэтому выбираем схему с параллельным включением.

Для защиты от перенапряжения будем использовать параллельно включенный стабилитрон с ограничителем тока. Это защитит от пробоя стабилизатор, что может повлечь за собой выход из строя остальных элементов. В качестве ограничителя тока можно использовать один и тот же, как для защиты от противовключения, так и от перенапряжения. Стабилитрон выберем с двойным запасом - 12В.

Для надежной и стабильной работы стабилизатора желательно защитить его от пульсаций напряжения и высокочастотных помех. Этого можно достичь, применив конденсаторный фильтр. Следует учесть, что для защиты от пульсаций напряжения применяется электролитический конденсатор в связи с его большой емкостью. А для высокочастотных помех - керамический конденсатор, из-за того, что у него меньшая индуктивность. Так же стоит применять по одному керамическому конденсатору на каждую отдельную микросхему.