- ошибки передачи бита (контролируется уровень на шине и сравнивает с передаваемым. Ошибка обнаруживается во время передачи одного бита);

- ошибка стаффинга (обнаруживается при отсутствии бита стаффинга в 6-й позиции последовательности одинаковых битов);

- CRC-ошибка;

- ошибка формата (обнаруживается, если при заранее фиксированном формате фрейма поле с известным значением битов содержит неправильные биты);

- ошибка уведомления (обнаруживается трансивером, если он не находит доминантное состояние в поле уведомления о получении).

Устройство, обнаружившее любую из перечисленных ошибок, сигнализирует об этом с помощью флага ошибки.

3.4 Гальваническая развязка интерфейса CAN [8]

Гальваническая развязка -- передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ними. Гальванические развязки используются для передачи сигналов, для бесконтактного управления и для защиты оборудования и людей от поражения электрическим током. На рисунке 3.8 представлена гальваническая развязка интерфейса CAN.

Рисунок 3.8 Гальваническая развязка интерфейса CAN

Из рисунка 3.8 видно, что гальваническая развязка состоит из двух гальванически развязанных логических элементов HCPL-0601, которые состоят GaAsP светодиода и интегральной схемы фотодетектора с высоким коэффициентом усиления, который может быть стробирован разрешающим сигналом. Выход детектора реализован в виде транзистора с открытым коллектором с фиксирующим диодом Шоттки. Уникальная схема оптрона обеспечивает максимальную изоляцию до 3750 В при переменном (AC) или постоянном токе (DC) и совместимость с TTL логикой (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9. Логический элемент HCPL-0601

Электрические и коммутационные характеристики, приведенные в документации, гарантированы при температуре окружающей среды -40...+85С

HCPL-0601 может применяться в качестве высокоскоростного логического интерфейса, буфера входа/выхода, приемника линии в случае невозможности использования традиционных приемников при сверх высоких шумах по "земле" и индуктивных наводках.

Отличительные особенности:

- ослабление синфазного сигнала (CMR) 10 кВ/мкс (мин.) при Vcm = 1000 В

- скорость передачи сигнала 10 МБод

- LSTTL/TTL совместимый

- низкий входной ток 5 мА

- стробируемый выход

В таблице 3.3 представлены основные параметры логического элемента HCPL-0601.

Таблица 3.3

Основные параметры логического элемента HCPL-0601

Каналов, шт	1
Скорость (макс.),МБод	10
If, мА	от 5 до 15
CMR (мин.), В/мкс	15000
VISO, В	3750
tPHL (макс.), нс	100
tPLH (макс.), нс	100
VCC, В	от 4.5 до 5.5
TA, °C	от -40 до 85
Корпус	SOIC-8

Принципиальная схема элемента HCPL-0601 представлен на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10- Схема логического элемента HCPL-0601

Логические элементы соединяются с приемопередатчиком PCA82C251.

Приемопередатчик PCA82C251 нужен для преобразования интерфейса CAN в UART и обратно рисунок 3.11

Рисунок 3.11. Расположение выводов на элементе

Достоинства PCA82C251:

- полностью совместим с "ISO 11898-24 V" стандарт;

- радиочастотная помехозащищенность (RFI);

- защита от перегрева;

- защита от короткого замыкания;

- малое электропотребление в режиме ожидания;

- высокая скорость (до 1 MBd);

- высокая устойчивость к электромагнитным помехам.

Основные параметры приемопередатчика PCA82C251 приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4

Параметры приемопередатчика PCA82C251

Rx, шт	1
VBUS, В	от -36 до 36
VCM, В	от -7 до 12
ESD защита, кВ	2.5
VCC, В	от 4.5 до 5.5
ICC, мА	78
TA, °C	от -40 до 125
Корпус	DIP-8 SOIC-8

Структурная схема представлена на рисунке 3.12

Рисунок 3.12. Структурная схема приемопередатчика PCA82C251

3.5 Выбор микроконтроллера [9]

ATmega162 - экономичный 8-разрядный микроконтроллер, основанный на усиленной AVR RISC архитектуре. ATmega162 обеспечивает производительность 1 млн. оп. в сек на 1 МГц синхронизации за счет выполнения большинства инструкций за один машинный цикл и позволяет оптимизировать потребление энергии за счет изменения частоты синхронизации.

AVR ядро объединяет богатый набор инструкций с 32 рабочими регистрами общего назначения. Все 32 регистра непосредственно подключены к АЛУ (арифметико-логическое устройство), что позволяет указывать два регистра в одной инструкции и выполнить ее за один цикл. Данная архитектура обладает большей эффективностью кода и в 10 раз большей производительностью по сравнению с CISC микроконтроллерами.

ATmega162 обладает следующими возможностями: 16 кбайт внутрисхемно программируемой флэш-памяти с возможностью чтения во время записи, 512 байт ЭППЗУ, 1 кбайт статического ОЗУ, внешний интерфейс памяти, 35 линий ввода-вывода, 32 рабочих регистров общего назначения, JTAG интерфейс для сканирования адресного пространства, встроенная система отладки и программирования, четыре универсальных таймера-счетчика с режимами компаратора, внутренние и внешние запросы на прерывание, два последовательных программируемых УСАПП, программируемый сторожевой таймер с внутренним генератором, последовательный порт SPI и пять программно настраиваемых режимов управления энергопотреблением. Режим холостого хода (Idle) останавливает ЦПУ, но оставляет в работе статическое ОЗУ, таймеры-счетчики, порт SPI и систему прерываний. Режим пониженного потребления (Power-down) сохраняет содержимое регистров, но останавливает генератор, выключает все встроенные функции до появления следующего запроса на прерывание или аппаратного сброса. В экономичном режиме (Power-save) асинхронный таймер продолжает работать, позволяя пользователю его использовать, а остальные устройства отключены. В дежурном режиме (Standby) генератор на кварцевом резонаторе запущен, а остальная часть отключена. Данный режим позволяет реализовать быстрый запуск в комбинации с малым потреблением. В расширенном дежурном режиме (Extended Standby) и основной генератор и асинхронный таймер запущены.

Устройство выпускается по разработанной Atmel технологии энергонезависимой памяти высокой емкости. Встроенная ISP флэш-память может внутрисхемно перепрограммироваться через последовательный интерфейс SPI, обычным программатором энергонезависимой памяти или запущенной программой в секторе начальной загрузки AVR ядра. Программа в секторе начальной загрузки может использовать любой интерфейс для записи программы. Программа в секторе начальной загрузки выполняется даже при обновлении флэш-памяти приложения, обеспечивая действительную возможность чтения во время записи. За счет комбинирования 8-разрядного RISC ЦПУ с внутрисхемно самопрограммируемой флэш-памятью на одном кристалле, позволило ATmega162 быть мощным микроконтроллером, обеспечивающего высокую универсальность и обладающего низкой стоимостью, что делает его применение идеальным для построения встроенных систем управления. На рисунке 3.13 показано расположение выводов ATmega162.

Рисунок 3.13. Расположение выводов ATmega162

Наименование выводов ATmega162:

- RESET- вход системного сброса;

- XTAL1, XTAL2- выводы для подключения кварцевого резонатора;

- РА0 ч РА7 - 8-разрядный двунаправленный порт А ввода/вывода с третьим состоянием, при роботе с внешней памятью является совмещенной шиной адресе данных (адрес необходимо по сигналу ALE занести в регистр);

- PB0 ч PB7-8-разрядный двунаправленный порт В ввода/вывода с третьим состоянием, который имеет альтернативные функции;

- OC0/ТО(РВО) - вход внешнего сигнала таймера/счетчика ТО либо выход таймера/счетчика ТО в режимах Compare, PWM;

- OC2/Т1(РВ1) -вход внешнего сигнала таймера/счетчика Т1;

- AIN0(PB2) - положительный вход компаратора;

-AIN1(PB3) - отрицательный вход компаратора;

-SS(PB4) - выбор подчиненного устройства (slave) на шине SPI (последовательный интерфейс);

-MOS1(PB5) - выход главного (master) или вход подчиненного (slave) устройства данных модуля SPI;

-MІS0(PB6) - вход главного (master) или выход подчиненного (slave) устройства данных модуля SPI;

-SCK(РВ7) -выход главного (master) или вход подчиненного (slave) устройства тактового сигнала модуля SPI;

-PC0 ч PC7 -8-разрядный двунаправленный порт С ввода/вывода с третьим состоянием, имеет альтернативную функцию - передает старший байт адреса (А8чА15) при работе с внешней памятью;

-PD0чPD7-8-разрядный двунаправленный порт D ввода/вывода с третьим состоянием, имеет альтернативные функции:

- RxD0(PD0) - вход приемника универсального асинхронного последовательного порта (USART);

-TxD0(PD1) - выход передатчика универсального асинхронного последовательного порта (USART);

- INT0(PD2) - вход внешнего прерывания;

- INT1(PD3) -вход внешнего прерывания;

- XCK0(PD4) -вход/выход внешнего сигнала синхронизации (тактового сигнала USART);

- OC1A(PD5) -выход А таймера/счетчика Т1 в режиме сравнения (Compare) и в режиме шин сигнала (PWM);

- WR(PD6) -строб записи во внешнее ОЗУ;

- RD(PD7) -строб чтения из внешнего ОЗУ;

- РЕ0чРЕ2 -3-разрядный двунаправленный порт Е ввода/вывода с третьим состоянием, имеет альтернативные функции:

- РЕ0(INT2)- вход внешнего прерывания 2;

- ICP1- вход захвата таймера/счетчика Т1 (режим Compare);

- РЕ1(ALE)- строб адреса внешнего ОЗУ, записывается адрес в регистр-защелку;

- PE2(OC1B) -выход В таймера/счетчика Т1 в режиме Compare и PWM;

- GND -общий вывод;

- Vcc - вывод источника питания.

Основные технические характеристики:

- тактовая частота 0…16 МГц (0…8 МГц для версии V);

- встроенный RC-генератор 1/2/4/8 МГц с возможностью калибровки

4 внешних источника тактирования;

- 131 команда (большинство команд выполняется за 62,5 наносекунды);

- аппаратный умножитель (время выполнения команды умножения 8х8 - 125 наносекунд);

- 16 Кбайт загружаемой в системе Flash-памяти (не менее 10000 циклов перезаписи);

- 512 байт ЭСПЗУ (не менее 100000 циклов перезаписи);

- 1 Кб ОЗУ;

- 32 рабочих регистра;

- 35 программируемых линий ввода/вывода;

- SPI-интерфейс для внутрисхемного программирования;

- два 8-битных таймера/счетчика с раздельными делителями и режимами сравнения;

- два 16-битных таймера/счетчика с режимами сравнения и захвата;

-таймер часов реального времени с отдельным внешним тактовым генератором;

- Шесть каналов ШИМ;

- программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором;

- два полнодуплексных последовательных порта UART/USART с двойной буферизацией;

- интерфейс SPI с режимом Master/Slave;

- встроенная схема сброса при подаче напряжения питания и схема слежения за питанием;

-аналоговый компаратор;

- JTAG-порт для подключения внутрисхемного эмулятора ATJTAGICE;

- пять программируемых режимов пониженного энергопотребления;

- диапазон напряжения питания:

- от 1,8 до 5,5 В (для ATmega162V)

- от 2,7 до 5,5 В (для ATmega162)

- высоконадежная защита от несанкционированного копирования содержимого ПЗУ;

- 40-выводной корпус DIP и 44-выводной корпус TQFP/MLF;

Структурная схема микроконтроллера ATmega162 представлена на рисунке 3.14.



Рисунок 3.14- Структурная схема микроконтроллера ATmega162

3.6 Выбор памяти

Информация о системе сигнализации пожара поступает на микроконтроллер ATmega162, который ведет мониторинг параметров с последующей записью этих параметров в энергозависимую память EEPROM 25LC512 (рисунок 3.15) [10].



Рисунок 3.15. Линейная интегральная микросхема памяти EEPROM 25LC512

Память такого типа может стираться и заполняться данными до миллиона раз, размер памяти составляет 128 байт, I max потребления в режиме чтения составляет 5 mA, а записи 10 mA. На рисунке 3.16 показано расположение выводов, на рисунке 3.17- структурная схема.

Рисунок 3.16. Расположение выводов памяти EEPROM 25LC512

Рисунок 3.17. Структурная схема памяти EEPROM 25LC512

В таблице 3.5 перечислены основные параметры памяти EEPROM 25LC512.

Таблица 3.5

Основные параметры памяти EEPROM 25LC512

3.7 Выбор Dc/Dc преобразователя

Для питания микроконтроллера необходимо напряжение в 5 В. Для того, чтобы понизить напряжение от системы сигнализации пожара ССП-2А серия 2 (27 В) до требуемого нам (5 В) будем использовать понижающий DC-DC преобразователь на 5V на базе MC34063А. Работает с напряжением от 3 до 40 В , максимальный ток 1.5А, частота преобразования 100KHz. Внешний вид и назначение выводов MC34063А привидены на рисунке 3.18 [11].



Рисунок 3.18- Внешний вид и назначение выводов MC34063А

Выводы микросхемы:

1. SWC (switch collector) - коллектор выходного транзистора

2. SWE (switch emitter) - эмиттер выходного транзистора

3. Tc (timing capacitor) - вход для подключения времязадающего конденсатора

4. GND - земля

5. CII (comparator inverting input) - инвертирующий вход компаратора

6. Vcc - питание

7. Ipk - вход схемы ограничения максимального тока

8. DRC (driver collector) - коллектор драйвера выходного транзистора (в качестве драйвера выходного транзистора также используется биполярный транзистор)

4. Конструкторская часть

В этом разделе рассматривается вопросы трассировки печатных проводников и размещения компонентов на поле печатной платы.

Печатная плата служит основанием для монтажа элементов и обеспечивает их коммуникацию в соответствии с принципиальной схемой. Применение печатных плат позволяет на один - два порядка повысить плотность компоновки элементов по сравнению с объемным монтажом и на порядок снизить массу.

В устройствах малой сложности и в аппаратуре, к которой не предъявляются высокие требования, применяют однослойные и двухслойные печатные платы. В аппаратуре средней и большой сложности часто используют многослойные печатные платы.

Для трассировки проводников используются специализированные пакеты как:

-PCAD (ACCEL EDA);

-Eagle;

-Proteus Electra;

-Ultiboard Workbench;

Наиболее широкие возможности представляет система P-CAD. Она предназначена для проектирования многослойных печатных плат (ПП) вычислительных и радиоэлектронных устройств. В состав P-СAD входят четыре основных модуля - P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Library Executive, P-CAD Autorouters и ряд других вспомогательных программ (рисунок 4.1).



Рисунок 4.1. Структура системы P-CAD

P-CAD Schematic и P-CAD PCB - соответственно графические редакторы принципиальных электрических схем и ПП. Редакторы имеют системы всплывающих меню в стиле Windows, а наиболее часто применяемым командам назначены пиктограммы. В поставляемых вместе с системой библиотеках зарубежных цифровых ИМС имеются три варианта графики: Normal - нормальный (в стандарте США), DeMorgan -- обозначение логических функций, IEEE -- в стандарте Института инженеров по электротехнике (наиболее близкий к российским стандартам).

Редактор P-CAD PCB может запускаться автономно и позволяет разместить модули на выбранном монтажно--коммутационном поле и проводить ручную, полуавтоматическую и автоматическую трассировку проводников. Если P-CAD PCB вызывается из редактора P-CAD Schematic, то автоматически составляется список соединений схемы и на поле ПП переносятся изображения корпусов компонентов с указанием линий электрических соединений между их выводами. Эта операция называется упаковкой схемы на печатную плату. Затем вычерчивается контур ПП, на нем размещаются компоненты и, наконец, производится трассировка проводников.

Применение шрифтов True Type позволяет использовать на схеме и ПП надписи на русском языке.

Автотрассировщики вызываются из управляющей оболочки P-CAD РСВ, где и производится настройка стратегии трассировки. Информацию об особенностях трассировки отдельных цепей можно с помощью стандартных атрибутов ввести на этапах создания принципиальной схемы или ПП. Первый трассировщик QuickRoute относится к трассировщикам лабиринтного типа и предназначен для трассировки простейших ПП. Второй автоматический трассировщик PRO Route трассирует ПП с числом сигнальных слоев до 32. Трассировщик Shape-Based Autorouter - бессеточная программа автотрассировки ПП. Программа предназначена для автоматической разводки многослойных печатных плат с высокой плотностью размещения элементов. Эффективна при поверхностном монтаже корпусов элементов, выполненных в различных системах координат. Имеется возможность размещения проводников под различными углами на разных слоях платы, оптимизации их длины и числа переходных отверстий.

Document Toolbox - дополнительная опция P-CAD РСВ и P-CAD Schematic для размещения на чертежах схем или ПП различных диаграмм и таблиц, составления различных списков и отчетов, которые динамически обновляются, таблиц сверловки, данных о структуре платы, технологической и учетной информации, размещения на чертежах схем списков соединений, выводов подключения питания и другой текстовой информации. Программа предназначена для расширения возможностей выпуска технической документации без использования чертежных программ типа AutoCAD. Document Toolbox позволяет автоматизировать создание конструкторской документации, необходимой для производства проектируемых ПП.

SPECCTRA - программа ручного, полуавтоматического и автоматического размещения компонентов и трассировки проводников. Трассирует ПП большой сложности с числом слоев до 256. В программе используется так называемая бессеточная Shape-Based - технология трассировки. За счет этого повышается эффективность трассировки ПП с высокой плотностью размещения компонентов, а также обеспечивается трассировка одной и той же цепи трассами различной ширины. Программа SPECCTRA имеет модуль AutoPlace, предназначенный для автоматического размещения компонентов на ПП. Вызов программы производится автономно из среды Windows или из программы P-CAD РСВ.

P-CAD Library Executive - менеджер библиотек. Интегрированные библиотеки P-CAD содержат как графическую информацию о символах и типовых корпусах компонентов, так и текстовую информацию (число секций в корпусе компонента, номера и имена выводов, коды логической эквивалентности выводов и т.д.). Программа имеет встроенные модули: Symbol Editor -- для создания и редактирования символов компонентов и Pattern Editor -- для создания и редактирования посадочного места и корпуса компонента. Упаковка вентилей компонента, ведение и контроль библиотек осуществляются модулем Library Executive. Модуль имеет средства просмотра библиотечных файлов, поиска компонентов, символов и корпусов компонентов по всем возможным атрибутам.

Вспомогательные утилиты, образующие интерфейс DBX (Data Base Exchange), в частности, производят перенумерацию компонентов, создают отчеты в требуемом формате, автоматически создают компоненты, выводы которых расположены на окружности или образуют массив, рассчитывают паразитные параметры ПП и т. п.

Общие характеристики системы проектирования P-CAD:

-32-разрядная база данных;

-разрешающая способность P-CAD РСВ и других программ равна 0,001 мм;

-до 100 открытых одновременно библиотек;

-число компонентов в одной библиотеке - неограничено;

-до 64 000 электрических цепей в одном проекте;

-до 10 000 выводов в одном компоненте;

-до 5000 секций (вентилей) в одном компоненте;

-до 2000 символов в атрибуте компонента;

-до 2000 символов в текстовой строке;

-до 20 символов в имени вывода, имени цепи, позиционном обозначении вывода (пробелы, знаки табуляции, точки и скобки не допускаются);

-до 16 символов в имени типа компонента (пробелы и знаки табуляции не допускаются);

-до 30 символов в позиционном обозначении компонента (двоеточие, пробелы, знаки табуляции, точка и точка с запятой не допускаются);

-до 8 символов в имени файла (в том числе и при работе в среде Windows);

-многошаговый «откат» вперед и назад. По умолчанию количество запоминаемых шагов установлено равным 10, но эту величину можно при необходимости изменить, редактируя файл конфигурации *.ini.

-минимальный шаг сетки 0,1 mil в английской системе и 0,001 мм в метрической системе (1 mil = 0,001 дюйма = 0,0254 мм, 1 мм = 40 mil). Систему единиц можно изменять в любой фазе проекта.

Графический редактор принципиальных схем P-CAD Schematic:

-до 99 листов схем в одном проекте, максимальный размер листа 60 х 60 дюймов;

-поддержка стандартных форматов листов от А до Е, А0-А4 и др. форматов;

-дискретность угла поворота компонента 90°;

-работает утилита ERC для просмотра и сортировки ошибок в принципиальных схемах;

-перекрестные связи между P-CAD Schematic и P-CAD РСВ позволяют для выбранной на схеме цепи высветить на ПП соответствующий ей проводник и наоборот;

-возможна передача данных в программу моделирования PSpice A/D.

Графический редактор печатных плат, P-CAD РСВ:

-до 99 слоев в ПП, из них 11 слоев предварительно определены;

-максимальный размер ПП 60 х 60 дюймов;

-автоматическая коррекция принципиальных схем по изменениям в печатной плате и наоборот (коррекция «назад» и «вперед»);

-до 64 000 типов контактных площадок в проекте;

-ширина проводника на ПП до 10 мм;

-до 64 000 стилей стеков контактных площадок в проекте;

-контактные площадки различных форм: эллипс, овал, прямоугольник, скругленный прямоугольник, сквозное переходное отверстие, перекрестье для сверления (target), непосредственное соединение, тепловой барьер с 2 или 4 перемычками;

-контроль соблюдения зазоров и полноты разводки ПП;

-минимальный дискрет угла поворота текста и графических объектов -- 0,1 град;

-поддержка управляющих файлов фотоплоттеров Gerber и сверлильных станков с ЧПУ типа Excellon.

Размещено на Allbest.ru