Работа схемы на МК БИС PIC 18F458 по электрической структурной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Работа схемы на МК БИС PIC 18F458 по электрической структурной

Схема электрическая структурная состоит из следующих функционально законченных частей:

1) Процессорный блок;

2) Программируемое постоянно-запоминающее устройство (ППЗУ);

3) Блок внешних устройств;

Процессорный блок включает в себя: микроконтроллерPIC16F877.

Программируемое постоянно-запоминающее устройство AT 28C010.

Блок внешних устройств включает в себя: программатор P16PRO.

Управляющая контроллером программа выполняет следующие действия: после включения питания контроллера осуществляется проверка подключения программатора если же он не подключен программа перепрограммирования считывается с ППЗУ. Далее МК осуществляет перепрограммирование МК серий PIC12FXXX, PIC16FXXXи PIC 18FXXX, если же таковые на найдены то об этом сообщает индикатор, так же возможно программно задать возможность перепрограммирования сразу нескольких МК.

Необходимость модернизации схемы на МК БИС PIC 18F458.

Необходимость модернизации PIC МК обусловлена тем, что стандартный микроконтроллер PIC 16F877 и микросхемы памяти ППЗУ AT 28C010, входившие в комплект данной МП, имеют более низкие характеристики и объем памяти чем их существующие аналоги. Для увеличения функциональных способностей и количества памяти МК, заменяю микроконтроллер PIC 16F877 на PIC 18F458-I, память AT 28C010 на AT 29C257

Исходный МК PIC 16F877 Новый МК PIC 18F458

Ядро PIC16FXX Ядро PIC18FXX

Разрядность 8 Разрядность 8

Тактовая частота, МГц 20 Тактовая частота, МГц 40

Объем ROM-памяти 8K Объем ROM-памяти 16К

Объем RAM-памяти 368 Объем RAM-памяти 15386

Внутренний АЦП, кол-во каналов 8 Внутренний АЦП, кол-во каналов 8

Таймер 3 канала Таймер 4 канала

Температурный диапазон, C -40…+85 Температурный диапазон, C-40.+85

Тип корпуса PQFP44 Тип корпуса PQFP44

Срок хранения данных 5 лет Срок хранения данных 10 лет

Из представленных параметров видно, что новое ППЗУ имеет наилучшие характеристики: объем памяти и срок хранения данных увеличены в два раза.

При совпадении разрядностей ША и ШД видно, что тактовая частота повысится в 2 раза.

Обоснование выбора элементной базы модернизированной

Схема электрическая принципиальная модернизированная PIC микроконтроллера построена на следующих БИС и ИМС:

Шина данных: 8 бит.

Шина адреса: 12 бит.

Объём памяти: 256 кбайт.

Тип корпуса: SOIC 8.

Рабочие температуры: -40°С…85°С.

Шина данных: 8 бит.

Шина адреса: 16 бит.

Объем памяти: 256 кбайт.

ШИМ: 2х16 разрядных.

АЦП: 16 разрядный, многоканальный.

Таймер-счетчик: 2х16 разрядный, 2х8 разрядных.

Тип корпуса: SOIC.

Тактовая частота: 40 МГц.

PIC18F458.

Постоянный прямой ток через элемент:

при T = -60…+35°С 25 мА.

при T = +70°С 17,5 мА.

В данном проекте используется ППЗУ AT 29C257 представляющая собой память с электрической записью информации и с длительным хранением информации. Емкость памяти 256 Кбайт.

Сама микросхема представляет собой статическое устройство, поэтому, когда считывается информация, напряжение на входах и выходах определяется управляющим сигналом и кодом адреса, подаваемым на входы. Сигнал CS разрешает работу выходного каскада, но не переводит микросхему в режим пониженной потребляемой мощности. Сигнал SO определяет выбор схемы ППЗУ, также схема может находиться в состоянии пониженного потребления мощности.

В режиме хранения подается напряжение на вывод WP. В режиме считывания микросхема представляет собой статическое ППЗУ, и входные уровни определяются записанной информацией и логическими уровнями на адресных и управляющих входах.

Расчёт временных соотношений командного цикла МК PIC 18F458.

Тактовая частота работы МК задаётся частотой работы кварцевого резонатора ZQ1 = 3,6 МГц.

Найдём период следования импульсов сигнала ZQ1:

электрический микроконтроллер командный информация

Tzq1 = (1/f)*10^9 [нс] = (1/3,6*10^6)*10^9 [нс] = 47; 7 нс.

При расчёте были использованы следующие справочные данные:

1. Время генерации адресов РА0-7, РС0-7: Тгадр = Тzq1-7 =47,7 - 7 = 40,7 нс.

2. Длительность сигнала фиксации младшего байта адреса ALE: Tale = 2*Tzq1 - 11 = 2*47.7 - 11 = 84,4 нс.

3. Время задержки сигнала фиксации, младшего байта адреса относительно сигналов адреса РА0-7, РС0-7: Tз = Tzq1 - 7 = 40,7 нс.

4. Длительность сигнала чтения команды из памяти SCK: Tsck = 6*Tzq1 - 35 = 6*47,7 - 35 = 251,2 нс.

5. Время задержки сигнала чтения команды SCK относительно сигнала ALE: Tз2 = Tzq - 7 = 40,7 - 6 = 34,7 нс.

6. Время обработки и исполнения команды: Tи = 12*Tzq1 = 12 * 47,7 = 572,4 нс.

Время выборки команды из памяти будет равно сумме времени генерации адреса, времени задержки сигнала фиксации младшего байта адреса ALE относительно сигналов адреса, длительности сигнала ALE, времени задержки сигнала чтения команды SCK относительно сигнала SCL и длительности сигнала SCK.

Tвыбк = Tгадр + Tscl + Tз + Tsck + Tз2 = 40,7 + 84,4 + 40,7 + 251,2 + 34,7 = 451,7 нс.

Длительность командного цикла МК PIC 18F458 будет равно суммарному времени выборки команды из памяти и времени обработки и исполнения команды.

Tкц = Tвыбк + Tи = 451,7 + 572,4 = 1024,1 нс.

В результате расчёта временных соотношений командного цикла, общая задержка составила 1024,1 нс., что соответствует техническим условиям на данную БИС.

Расчёт надёжности модернизированной схемы на МК БИС PIC 18F458.

Надёжность - это свойство изделия или отдельных его элементов выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в необходимых пределах, соответствующих данным режимам и условиям использования технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Надёжность - важная характеристика любой конструкции. На показатель надёжности оказывают влияние следующие характеристики схемы: элементная база, количество паек, условие эксплуатации, безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого промежутка времени или некоторой наработки.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению отказов, повреждений и устранению их последствий путём проведения ремонтов и технического обслуживания.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять исправность и работоспособность после хранения и транспортировки.

Расчёт надёжности - это определение качественных характеристик надёжности с целью выявления слабых мест в электрических схемах и изыскания с целью выявления слабых мест в электрических схемах и изыскания путей повышения надёжности. Рассчитанные данные должны соответствовать техническим условиям. В случае получения надёжности ниже требуемой должны быть приняты меры для её повышения.

Произведём расчёт надёжности схемы на микроконтроллера БИСPIC 18F458 по схеме электрической принципиальной. Данные для расчёта удобно представлять в виде таблицы, которая составляется на основе справочных данных.

Таблица значений

Определяем общее значение интенсивности отказов элементов схемы:

л_общ=(0,000018+0,00006+0,000084+0,002+0,008+0,4+1,26+5,4+0,222+0,056)*10^-6=8,104*10^-6=0,000007348162

Определим наработку на отказ:

T0=1/7,348162*10^-6=74569,7 часов = 3107,03 дней ?8 лет

Вычисляем вероятность безотказной работы для нескольких промежутков времени:

P(t)=e^-лобщ*t

P(0)=e^{-8,104*10^-6*0}=1

P(10)=e^{-8,104*10^-6*10}=0,9999189

P(100)=e^{-8,104*10^-6*100}=0,9991899

P(1000)=e^{-8,104*10^-6*1000}=0,9919287

P(10000)=e^{-8,104*10^-6*10000}=0,9221568

P(100000)=e^{-8,104*10^-6*10000}=0,4446801

Наряду с вероятностью безотказной работы P(t) можно определить показатель вероятности отказовQ(t), который определяется по формуле:

Q(t)=1-P(t)

Q(0)=1-1=0

Q(10)=1-0,9999189=0,000082

Q(100)=1-0,9991899=0,000811

Q(1000)=1-0,9919287=0,00807

Q(10000)=1-0,9221568=0,077844

Q(100000)=1-0,4446801=0,555319

При расчёте надёжности было установлено, что при малом времени эксплуатации вероятность безотказной работы большая - близка к 1 (Q(100000)=0,555319). При увеличении времени эксплуатации вероятность безотказной работы стремится к 0 (P(100000)= 0,4446801), а вероятность отказа, наоборот, возрастает и стремится к 1.

В результате расчёта надёжности было установлено, что схема на БИС МК PIC 18F458 является достаточно надёжной и обеспечивает безотказную работу в течении 8 лет.

Масштабы:

По оси P, Q: в 1 см 0,2 P(t), Q(t);

По оси времени t: в 2 см 10ⁿ [час], где n = 1; 2; 3; 4; 5.

Заключение

В данном проекте модернизируется схема PIC микроконтроллера с целью повышения производительности и увеличения объема памяти.

Схема PICмикроконтроллера состоит из: микроконтроллера, программатора, устройства динамической индикации и программируемого ПЗУ. Данные микросхемы доступны, легкозаменяемые, потребляют мало мощности, имеют высокое быстродействие, что и обусловило выбор данной схемы.

Работа PIC микроконтроллера по схеме электрической принципиальной рассмотрена в положительной логике (уровень логической единицы=2,4В, уровень логического нуля = 0,5В). Представлены составленные таблица истинности и построены временные диаграммы.

Рассмотрена работа МК БИС PIC 18F458 по схеме электрической функциональной в положительной логике (уровень логической единицы =2,4В, уровень логического нуля = 0,5В). Работу иллюстрирует таблица истинности и временные диаграммы работы.

Рассмотрена работа ППЗУ БИС AT 29C257 по схеме электрической функциональной в положительной логике (уровень логической единицы =2,4В, уровень логического нуля = 0,5В). Работу иллюстрирует таблица истинности и временные диаграммы работы.

В результате расчета временных соотношений командного цикла МК БИС PIC 18F458 общая задержка составила 564,1 нс., что соответствует техническим условиям на данную БИС.

Разработан и представлен алгоритм программы перепрограммирования ППЗУ БИС AT 29C257.

Расчёт надёжности произведён приближённым методом, который показал, что схема PICмикроконтроллера достаточно надежна и прослужит в течении 8 лет.

Список литературы

1. Журнал «Схемотехника», выпуск №12, М., ноябрь 2003 г.

2. Пехотник Н.Р., Конспект лекций по предмету: «Микропроцессоры и микропроцессорные системы», М., ПК №19, 2012 уч/г.

3. Нефедов А.В. «Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги: Справочник» - Т1, Т2, Т3, Т5.

Размещено на Allbest.ru