Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Общие сведения

1.1 Классификация методов синтеза частот

1.1.1 Прямой аналоговый синтез (DAS)

1.1.2 Косвенный синтез на основе (PLL)

1.1.3 Прямой цифровой синтез (DDS)

1.2 Типы генераторов сигнала произвольной формы

1.2.1 Генератор сигналов произвольной формы и стандартных функций(AFG)

1.2.2 Генератор сигналов произвольной формы (AWG)

1.3 Обзор существующих генераторов сигнала произвольной формы

1.3.1 Protek 9305

1.3.2 AHP 4010

1.3.3 Hantek DDS-3005

2. Разработка структурной схемы генератора

3. Разработка принципиальной схемы генератора

3.1 Синтезатор частоты

3.2 Однокристальная микроЭВМ

3.3 Импульсный преобразователь

3.4 Цепь приравнивания

3.5 Цепь выходного каскада

4. Разработка печатной платы

4.1 Выбор конструкции

4.2 Источники шума и помех

4.3 Категории печатных плат

4.4 Количество слоев

5. Разработка ПО для микро ЭВМAT90USB162

6. Безопасность жизнедеятеяльности

6.1 Опасные и вредные производственные факторы с ПК

6.2 Правила безопасности при разработке платы

6.2.1 Травление хлорным железом

6.2.2 Паяние радиодеталей

6.3 Меры безопасности при эксплуатации генератора сигналов

6.3.1 Освещение рабочего места

6.3.2 Требования к уровню шума и вибрации на рабочих местах

6.3.3 Электробезопасность

6.3.3.1 Меры защиты

6.3.3.2 Действие тока на организм человека

6.3.3.3 Первая помощь при поражении электротоком

6.3.4 Пожарная безопасность

6.3.4.1 Общие требования

6.3.4.2 Определение необходимого количества первичных средств пожаротушения

6.2.4.3 Условия эксплуатации генератора сигналов

Заключение

Приложение А.Библиография

Приложение В. Программа для микроЭВМ

Приложение С. Электрическая принципиальная схема



Введение

Во многих технических учебных заведениях, в которых студенты выполняют лабораторные работы, на темы связанные с тестированием электронных устройств, применяют множество различных измерительных приборов. Одним из самых значимых является генератор.

Студентам нужно измерять характеристики схемы и убедиться в том, что она соответствует требованиям технического задания в определенном рабочем диапазоне и за его пределами. Такая измерительная задача требует законченного решения - решения, обеспечивающего не только измерение, но и создание необходимых сигналов.

Генератор сигнала, или источник сигнала, представляет собой источник воздействующего сигнала, который в паре с регистрирующим прибором позволяет создать законченное измерительное решение. В зависимости от конфигурации, генератор сигналов может создавать воздействующие сигналы в виде аналоговых сигналов, цифровых последовательностей, модулированных сигналов, преднамеренных искажений, шума.

Как правило, генераторы сигналов произвольной формы, применяемых в учебных заведениях, морально и физически устарели, поэтому данная дипломная работа посвящена разработке нового генератора произвольной формы на современной элементной базе.

Данное устройство должно:

- быть максимально компактным;

- быть мобильным;

- иметь дистанционное управление с ПК;

- иметь возможность генерации различных периодических сигналов;

- иметь возможность генерации сигналов на максимальном частотном диапазоне.

1. Общие сведения

1.1 Классификация методов синтеза частот

Еще несколько лет назад прямые цифровые синтезаторы частоты (DDS) были редкостью и имели ограниченную область применения, их широкое использование сдерживалось сложностью реализации, а также недостаточно широким диапазоном рабочих частот. DDS уже не воспринимаются разработчиками как сложные, непонятные и дорогие устройства.

Синтезатор частот это электронное устройство, способное формировать из опорной частоты на выходе требуемую частоту или набор частот, согласно управляющим сигналам.

Основные параметры, характеризующие качество синтезатора частоты:

· чистота спектра выходного сигнала (уровень шума и уровень побочных компонентов );

· диапазон перестройки (полоса частот выходного сигнала);

· скорость перестройки;

· частотное разрешение;

· количество генерируемых частот;

· гибкость (возможность осуществления разных видов модуляции);

· неразрывность фазы выходного сигнала при перестройке.

1.1.1 Прямой аналоговый синтез

Рассмотрим структурную схему прямого аналогового синтезатора, которая изображена на рисуноке 1.1.1.Из-за того, что в нем отсутствует процесс коррекции ошибки, данный метод называют прямым. Качество выходного сигнала напрямую зависит от качества опорного сигнала. Фазовый шум такого синтезатора достаточно низок вследствие прямого синтеза. Перестройка по частоте может быть очень быстрой.



Рисунок 1.1.1 - Прямой аналоговый синтез

Одной из важных особенностей DAS-синтезатора на основе смесителя/фильтра является возможность вернуться на любую частоту и продолжать работать в той же фазе, как если бы перехода не было вообще. Этот эффект называют «фазовой памятью».

Переключаемый банк опорных генераторов используют для перестройки по частоте. Используя делители частоты, имеющие структуру смеситель/фильтр/делитель, можно уменьшить количество необходимых опорных генераторов, хотя и в этом случае возможности перестройки останутся более чем скромными.

1.1.2 Косвенный синтез на основе (PLL)

Рассмотрим косвенный синтез частоты на основе фазовой автоподстройки (PLL) в соответствием с рисунком 1.1.2

Рисунок 2.1.2 - Косвенный синтез на основе фазовой автоподстройки

Этот метод синтеза использует принцип сравнения фазы выходного сигнала и частоты, которая формируется генератором, управляемым напряжением (VCO), с сигналом опорного генератора.Обнаружение ошибки обеспечивает фазовый детектор (ФД), который работает на определенной частоте FC, которая называется частота сравнения. Поскольку делители частоты имеют целочисленные коэффициенты деления, шаг сетки такого синтезатора определяет частота сравнения.

Выходная частота определяется по формуле:

где FOUT -- выходная частота;

FC -- частота сравнения;

N -- коэффициент деления опорной частоты;

M -- коэффициент деления выходной частоты.

PLL-синтезатор умножает опорную частоту в N/M раз. Коэффициенты N и M могут задаваться микроконтроллером, хотя на практике число N при перестройке меняют редко, так как это влечет за собой изменение частоты сравнения и требует изменения параметров петлевого фильтра.

Фазовый детектор является источником дополнительных фазовых шумов. Попытка получить малый шаг перестройки частоты вынуждает работать на более низкой частоте сравнения, что требует понижения частоты среза петлевого фильтра. А это еще более увеличивает фазовые шумы. Быструю перестройку частоты в таком синтезаторе обеспечить также очень сложно.

Для получения малого шага перестройки по частоте иногда объединяют в одном синтезаторе несколько петель PLL. Однако многопетлевой PLL-синтезатор является весьма дорогим и громоздким устройством, что сдерживает его широкое применение.

1.1.3 Прямой цифровой синтез (DDS)

Прямой цифровой синтез это относительно новый метод синтеза частоты, который появился в начале 70-х годов двадцатого века. Все описанные методы синтеза доступны разработчикам уже много времени, но только в последнее время DDS уделяется пристальное внимание. Появление дешевых микросхем с DDS и удобных средств разработки делает их сегодня привлекательными для разных сфер применения.

DDS уникальны своей цифровой определенностью ,генерируемый ими сигнал синтезируется со свойственной цифровым системам точностью. Частота, амплитуда и фаза сигнала в любой момент времени точно известны и подконтрольны.DDS практически не подвержены температурному дрейфу и старению. Высокие технические характеристики стали причиной того, что в последнее время DDS вытесняют обычные аналоговые синтезаторы частот.

Основные преимущества DDS:

1. очень высокое разрешение по частоте и фазе, управление которыми осуществляется в цифровом виде;

2. экстремально быстрый переход на другую частоту (или фазу), перестройка по частоте без разрыва фазы, без выбросов и других аномалий, связанных со временем установления;

3. архитектура, основанная на DDS, ввиду очень малого шага перестройки по частоте, исключает необходимость применения точной подстройки опорной частоты, а также обеспечивает возможность параметрической температурной компенсации;

4. цифровой интерфейс позволяет легко реализовать микроконтроллерное управление.

Частотное разрешение DDS составляет сотые и даже тысячные доли герца при выходной частоте порядка десятков мегагерц. Такое разрешение недостижимо для иных методов синтеза. Другой характерной особенностью DDS является очень высокая скорость перехода на другую частоту. Для DDS скорость перестройки ограничена практически только быстродействием цифрового управляющего интерфейса. Более того, все перестройки по частоте в DDS происходят без разрыва фазы выходного сигнала. Поскольку выходной сигнал синтезируется в цифровом виде, очень просто можно осуществить модуляцию различных видов.

Параметры синтезатора частоты очень важны для аппаратуры связи. Являясь сердцем системы настройки, синтезатор в основном определяет потребительские свойства конкретного аппарата. Как с технической, так и с экономической стороны DDS удовлетворяет большинству критериев идеального синтезатора частоты: простой, высокоинтегрированный, с малыми габаритами. Современные DDS используют субмикронную CMOS-технологию, трехвольтовую логику, миниатюрные корпуса. Одновременно постоянно снижаются цены на них. Все это делает DDS очень перспективными приборами.[16]

1.2 Типы генераторов сигналов произвольной формы

1.2.1 Генераторы сигналов произвольной формы и стандартных функций (AFG)

Генераторы сигналов произвольной формы можно разделить на генераторы сигналов произвольной формы и стандартных функций (AFG) и генераторы сигналов произвольной формы (AWG).

Генератор AFG предназначен для решения широкого спектра задач и на сегодняшний день генераторы этого типа являются наиболее распространенными. Обычно такой прибор предлагает меньше возможностей по изменению сигнала, чем аналогичный AWG, но обладает превосходной стабильностью и быстрым откликом на изменение частоты. Если исследуемому устройству необходима синусоида и меандр (не говоря уже о прочих сигналах) и возможность почти мгновенного переключения между двумя частотами, то решить эту задачу можно с помощью AFG. Другим достоинством AFG является низкая цена, что делает его весьма привлекательным для приложений, не требующих гибкости AWG.

У AFG и AWG есть общие черты, хотя по конструкции AFG является более специализированным прибором. AFG обладает уникальными преимуществами: он создает стабильные сигналы стандартных функций ,в частности, широко применяемые синусоиды и меандры - обладающие высокой точностью и быстро перестраиваемые по частоте. Быстрая перестройка означает возможность быстрого и чистого перехода с одной частоты на другую.

Большинство AFG предлагает набор следующих широко используемых сигналов и функций:

· Синусоида

· Меандр

· Треугольник

· Свипирование

· Импульс

· Линейное нарастание

· Модуляция

· Гаверсинус

И хотя AWG тоже могут генерировать все эти сигналы, современные AFG обеспечивают улучшенное управление фазовыми, частотными и амплитудными характеристиками выходного сигнала.

Кроме того, многие AFG позволяют модулировать сигнал внутренним или внешним источником, что очень важно для некоторых типов тестирования на соответствие стандартам. Старые модели AFG для создания выходных сигналов использовали аналоговые задающие генераторы с последующей обработкой сигнала.

Последние модели AFG используют технологию прямого цифрового синтеза (DDS) тактовой частоты, с которой выборки сигнала извлекаются из памяти.

Особенностью технологии DDS является синтез выходных сигналов и всех частот, используемых внутри прибора, только из одной тактовой частоты. На рисунке 1.2.1 показана упрощенная архитектура AFG, построенного на основе DDS.

Рисунок 1.2.1-схема упрощенной архитектуры AFG

Регистр фазовых приращений в фазовом аккумуляторе принимает инструкции от контроллера частоты, показывающие, на сколько должна изменяться фаза выходного сигнала в каждом следующем периоде. В современных производительных AFG разрешение по фазе может достигать 2^-30, что примерно равно 1/1000 000 000.

Выход фазового аккумулятора используется в качестве тактовой частоты для памяти сигналов. Работа этого прибора очень напоминает работу AWG, за тем исключением, что память сигналов содержит обычно лишь несколько базовых сигналов, таких как синус и меандр.

Аналоговая выходная цепь обычно представляет собой фиксированный фильтр нижних частот, который обеспечивает поступление на выход только запрограммированной полезной частоты (подавляя проникновение тактовой частоты).

Чтобы лучше понять, как фазовый аккумулятор создает нужную частоту, представьте себе, что контроллер посылает значение “1” в 30-битный регистр фазовых приращений. Выходной регистр фазовых приращений фазового аккумулятора будет изменять фазу на 360/230 градусов в каждом периоде, поскольку полный период выходного сигнала соответствует фазе 360 градусов. Следовательно, значение “1” регистра фазовых приращений соответствует минимальной частоте выходного сигнала и требует 230 приращений для создания одного периода.

Генератор будет работать на этой частоте до поступления нового значения в регистр фазовых приращений. Значения больше “1” будут быстрее проходить полный период 360 градусов, создавая более высокую выходную частоту (некоторые AFG используют другой подход: они повышают выходную частоту, пропуская некоторые выборки, ускоряя, тем самым, считывание содержимого памяти).

Единственное, что при этом меняется, это значение фазы, поступающее от контроллера частоты. Главную тактовую частоту менять не надо. Кроме того, это позволяет начинать генерацию сигнала с любой точки периода.

Допустим, нам надо получить синусоиду, которая начинается с максимума положительной полуволны. Элементарная математика говорит, что этот максимум соответствует фазе 90 градусов. . Следовательно:

2^30 приращений = 360°;

и 90° = 360° / 4;

следовательно, 90° = 2^30 / 4

Когда фазовый аккумулятор получает значение, эквивалентное (2^30 / 4), он заставляет память сигналов начать генерацию с точки, содержащей положительный максимум синусоидального сигнала.

В памяти готовых сигналов типичного AFG хранится несколько стандартных сигналов. Обычно, наиболее частое применение находят синусоидальные сигналы и меандры. Сигналы произвольной формы хранятся в области памяти, доступной для перепрограммирования пользователем. Эти сигналы можно определять с той же гибкостью, как и в традиционных AWG. Однако архитектура DDS не поддерживает сегментирование памяти и последовательный вывод сигналов. Такими расширенными возможностями обладают только высокопроизводительные AWG.

Архитектура DDS обеспечивает исключительно высокую скорость перестройки частоты, упрощая программирование частотных и фазовых изменений, что полезно для тестирования устройств, использующих частотную модуляцию - например, компонентов радиостанций и спутниковых систем. И если вам хватает частотного диапазона AFG, то такой генератор идеально подходит для тестирования ЧМн и телефонных технологий со скачкообразной перестройкой частоты, таких как GSM.

И, хотя AFG не обладает возможностью создания практически любых форм сигналов, как это делает AWG, он может воспроизводить большинство широко распространенных сигналов, используемых в лабораториях, ремонтных центрах и конструкторских отделах. Кроме того, он обеспечивает превосходную скорость перестройки частоты. И, что немаловажно, AFG зачастую является самым экономичным решением.

1.2.2 Генераторы сигналов произвольной формы (AWG)

Генератор сигналов произвольной формы (AWG) может создать сигнал любой мыслимой формы. При этом для создания нужного сигнала можно использовать множество методов - от математической формулы до «рисунка» сигнала.

В сущности, AWG представляет собой сложную систему воспроизведения, которая создает сигналы на основе сохраненных цифровых данных, описывающих постоянно изменяющиеся уровни напряжения сигнала переменного тока. Блок-схема этого прибора обманчиво проста.

Если обратиться к более привычным терминам, AWG можно представить, как плеер компакт-дисков, который считывает сохраненные данные в реальном времени (в AWG - из собственной памяти сигнала; в CD плеере - с диска).

Оба эти устройства выдают на выход аналоговый сигнал. Для понимания принципа работы AWG нужно сначала усвоить общую концепцию цифровой дискретизации.

Суть цифровой дискретизации полностью описывается ее названием: она определяет сигнал с помощью дискретных выборок, или точек данных, представляющих собой последовательность измеренных напряжений вдоль графика сигнала.

Эти выборки можно определить, реально измеряя сигнал, например, осциллографом, или используя графические или математические методы. На рисунке 1.2.2 (слева) показана серия выборок.

Все выборки получены через равные интервалы времени, хотя по виду кривой может показаться, что интервалы не равны. В AWG значения выборок сохраняются в двоичной форме в быстром Оперативном Запоминающем Устройстве (ОЗУ).

Рисунок 1.2.2 -Серия выборок, представляющих синусоиду (слева) и реконструированная синусоида (справа)

Используя сохраненную информацию, сигнал можно в любое время реконструировать, считывая значения из памяти и про- пуская их через цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Результат показан на рисунке 1.2.2 (справа). Обратите внимание, что выходная цепь AWG содержит фильтр, который объединяет отдельные точки в чистый, непрерывный выходной сигнал. В результате исследуемое устройство не «видит» отдельных точек сигнала, а воспринимает его как непрерывную аналоговую волну.

Упрощенная блок-схема AWG, реализующая описанные функции, показана на рисунке 1.2.3



Рисунок 1.2.3- Упрощенная архитектура генератора сигналов произвольной формы

AWG предлагает гибкость, практически не достижимую другими приборами. Обладая возможностью воспроизводить сигнал любой мыслимой формы, AWG может применяться практически везде, от моделирования работы антиблокировочной системы тормозов автомобиля до тестирования беспроводных сетей в предельных режимах.[1]

1.3 Обзор существующих генераторов сигнала произвольной формы

1.3.1 Protek 9305

Одну из самых массовых и известных серий генераторов сигналов произвольной формы выпускает фирма Protek. Она начинается с генератора Protek 9305.

Основные возможности и характеристики этого генератора:

· Формирование сигнала методом прямого синтеза (DDS).

· Диапазон частот основных типов сигналов от 100 мкГц до 5 МГц.

· Разрешение по вертикали 12 битов, частота дискретизации 200 МГц.

· Память формы сигнала 4 096 точек.

· Высокая точность установки коэффициента заполнения -- до 1/1000.

· Режимы модуляции сигнала: АМ, ФМ, ЧМ, ИМ.

· Высокая точность и разрешающая способность установки ЧМ сигналов.

· Плавная регулировка фазы в сигналах с высокочастотным заполнением.

· Раздельная установка частот старта и остановки в режиме качания частоты.

· Произвольная установка глубины АМ (от 1 до 120%).

· 10 каналов памяти для синтезируемых сигналов.

· 27 типов стандартных выходных сигналов (плюс произвольно задаваемые сигналы).

· Встроенный частотомер с частотой измерения до 100 МГц.

· RS232C интерфейс, GPIB интерфейс (опция).

Другие генераторы сигналов произвольной формы Protek отличаются только более высокой максимальной генерируемой частотой:

· 9310 -- до 10 МГц;

· 9320 -- до 20 МГц;

· 9340 -- до 40 МГц;

· 9380 -- до 80 МГц;

· 93120 -- до 120 МГц.

Фирма Protek охотно идет на сотрудничество с российскими фирмами, и ее приборы в Россию поставляются под торговыми марками AKTAKOM и АКИП.

1.3.2 АНР_4010

Под торговой маркой АКТАКОМ на нашем рынке представлена серия генераторов произвольной формы AHP, подобная генераторам фирмы Protek.

Рассмотрим кратко их характеристики:

· Форма выходного сигнала: синус, прямоугольник, импульс, треугольник, лестничный, пилообразный, произвольный, кардиограмма, sin(x)/x, шум, экспонента, логарифм и пр.;

· частота выходного сигнала 10 мкГц ... 10 МГц;

· амплитуда выходного сигнала 1 мВп-п ... 10 Вп-п (50 Ом, f?20 МГц), 100 мкВп-п ... 3 Вп-п (50 Ом, f>20 МГц), 2 мВп-п ... 20 Вп-п (1 МОм, f?20 МГц), 200 мВп-п ... 6 Вп-п (1 МОм, f>20 МГц);

· габаритные размеры 240Ч90Ч300 мм;

· масса 3 кг.

Другие модели отличаются максимальной частотой генерации синусоидального напряжения:

· АНР_4020 20 МГц;

· АНР_4040 40 МГц;

· АНР_4060 60 МГц;

· АНР_4080 80 МГц;

· АНР_4120 120 МГц.

Под торговой маркой АКИП на нашем рынке представлена аналогичная серия генераторов: ГСС-05, ГСС-05/1, ГСС-10, ГСС-10/1, ГСС-20, ГСС-20/1, ГСС-40, ГСС-40/1, ГСС-80, ГСС-80/1, ГСС-120, ГСС-120/1.

Как нетрудно понять, цифры указывают на верхний предел частоты в мегагерцах. Генераторы с цифрой 1 под дробной чертой имеют повышенную стабильность частоты.

На рис. 1.3.2 показан внешний вид генератор ГСС-80. Он характерен и для генераторов клона АКТАКОМ и оригинальных моделей фирмы Protek.[2]



Рисунок 1.3.2. Внешний вид генератора сигналов произвольной формы ГСС-80

1.3.3 Генератор сигналов произвольной формы Hantek DDS-3005

Прибор имеет автоматическую калибровку.

На рисунке 1.3.3 показан внешний вид генератора Hantek DDS-3005.

Генератор Hantek DDS-3005 может создавать стандартные и специальные электромагнитные сигналы различных видов: прямоугольные, синосоиды, импульсные, пилообразные и т.д.

Универсальность позволяет применять устройство при наладке, проверке и настройке различных каналов связи и высокоточных радиоэлектронных приборов. Отличается крайне низким уровнем искажения, высокоточными результатами работы благодаря очень низкому уровню погрешности и оптимальным соотношением цены и качества. Может работать с устройствами различного типа.

Генератор сигналов Hantek DDS-3005 может работать как подключенным к ПК, так и автономно. Есть встроенный двух канальный частотомер диапазон которого доходит до 2.7 ГГц.

Поскольку прибор имеет USB-интерфейс, для его работы не нужен блок питания или батареи. Пользователь может создавать параметры сигнала, рисовать точку, используя компьютерную мышь.

Несколько генераторов серии можно подключать к одному ПК и использовать в мультиканальном режиме. Одинарный генератор DDS-3005 может работать как модуль для других устройств, выдавая сигнал с установленными пользователем параметрами частотой до 5 МГц.[3]

Рисунок 1.3.3- Генератор сигналов произвольной формы Hantek DDS-3005

Таблица 1.3.4 Характеристики генератора сигналов произвольной формы Hantek DDS-3005

Вывод сигнала произвольной формы
Частота	от 0.1 до 5 Мгц
Разрешение	0.01 Гц
ЦАП	0-50 Мгц шагами по 0.2 Гц
Каналы	1 канал вывода сигнала
Глубина памяти	256К сэмплов
Вертикальное разрешение	14 бит
Стабильность	<30ppm
Амплитуда	+- 10В
Выходной импеданс	50 Ом
Выходной ток	50мА (пик 100мА)
ФНЧ	5 МГц, 1 МГц, 10КГц, 1КГц, программируемый контроль
Гармонические искажения сигнала	-65dBc (1КГц), -53dBc(10 КГц)
1-й канал частотомера
Диапазон	0-25 МГц
Амплитуда входного сигнала	400мВ - 25В от пика до пика
Развязка	AC,DC
Точность	+- ошибка базы времени +- отсчет
2-й канал частотомера
Диапазон	25 МГц - 2.7 ГГц
Входная мощность	±20dbm
Стандартная частота	25 МГц
Развязка	AC
Точность	+- ошибка базы времени +- отсчет
Скорость старения	+-1 ppm в год
Цифровой выход и выход
Бит	8 бит + 1 бит синхросигнала + 1 бит внешнего сигнала
Уровень	3/5В TTL/CMOS
Условия эксплуатации
Температура	0-70 С
Влажность	0-65%
Вес	0.7 Кг

2. Разработка структурной схемы

Расмотрим структурную схему цифрового генератора сигналов. Разработанный универсальный генератор - это низкочастотный генератор периодических сигналов, который позволяет генерировать синусоидальные, треугольные и прямоугольные сигналы с частотой настройки от 1 Гц до 1МГц, шаг перестройки которой осуществляется энкодером - 1 Гц. Все устройство выполнена на больших интегральных микросхемах (БИС) такие как, AD90USB162 - однокристальная микроЭВМ, AD9833 - синтезатора частоты, микросхемы импульсного преобразователя МАХ743.

Главным и основным элементом данного устройства является микросхема синтезатора частоты AD9833 , с помощью которого происходит генерация периодических электрических сигналов. Она позволяет генерировать треугольной, прямоугольной и синусоидальной формы сигнала [4]. Синтезатор частоты это DDS синтезатор, у него в памяти хранится таблица синусоиды, из которой получается при его переборе синусоидальный сигнал. Данная микросхема управляется с помощью однокристальной микроЭВМ AТ90USB162 по цифровому протоколу SPI [7].

Интерфейс SPI относится к самым широко-используемым интерфейсам для соединения микросхем. SPI - популярный интерфейс для последовательного обмена данными между микросхемами. Изначально его придумала компания Motorola, а в настоящее время используется в продукции многих производителей. Его наименование является аббревиатурой от «Serial Peripheral Bus», что отражает его предназначение - шина для подключения внешних устройств. Шина SPI организована по принципу «ведущий-подчиненный». В качестве ведущей шины обычно выступает микроконтроллер, но им также может быть программируемая логика, DSP-контроллер. Подключенные к ведущей шине внешние устройства образуют подчиненные шины. В их роли выступают различного рода микросхемы, в том числе запоминающие устройства, часы реального времени (RTC), АЦП/ЦАП, цифровые потенциометры, специализированные контроллеры и др.

По этому протоколу подаются команды на выбор того или иного генерируемого сигнала, то есть прямоугольника, синусоиды или треугольника, также туда отправляются код частоты, который нам нужно получить на выходе. Программирование синтезатора частоты AD9833 осуществляется через трехпроводный последовательный интерфейс SPI, который подключается к однокристальной микроЭВМ.

Однокристальная микроЭВМ осуществляет взаимодействие не только с синтезатором частоты AD9833, но и с жидкокристаллическим символьным индикатором WH1602B-YYH-CTK. Установленная частота, тип генерируемого сигнала, включенная или отключенная генерация - все эти основные показатели выводится на жидкокристаллическом символьном индикаторе WH1602B -YYH-CTK, что является очень удобным для пользователей. Пользователи задают определенную частоту, тип генерируемого сигнала с помощью органов управления данного устройства.

Помимо этого, однокристальная микроЭВМ осуществляет связь с компьютером посредством USB, c которого снимается питание данного генератора. Для питания генератора нам нужны следующие напряжения +5В и ±15 В. Напряжение питания +5В снимается с входного фильтра, поступает на питание самого микроконтроллера однокристального микроЭВМ и жидкокристаллического индикатора. Получение двухполярного напряжения ±15В осуществляется импульсным преобразователем МАX743. Данный преобразователь производит повышение до ±15В. МАX743 является универсальным, который позволяет получать либо ±15В, либо ±12В.

Таким образом, можно сделать вывод, принцип работы данного устройства основан на том, что после того, как однокристальный микроЭВМ AТ90USB162 осуществит опрос пользовательских кнопок, передает данные команды на микросхему синтезатора частоты AD9833, который генерирует нам определенный сигнал на выходе.

Рисунок 2.1 - Структурная схема генератора.

генератор сигнал печатный каскад

3. Разработка принципиальной схемы генератора

3.1 Синтезатор частоты AD9833

Синтезатор частоты это электронное устройство, способное формировать из опорной частоты на выходе требуемую частоту или набор частот, согласно управляющим сигналам.

Рассмотрим принципиальную схему генератора сигналов (приложение C). Для генерации периодических сигналов была выбрана готовая микросхема цифрового синтезатора частоты AD9833, которая является малопотребляющим, программируемым генератором колебаний [4]. Применение данного синтезатора позволило производить генерацию периодических сигналов типа: синус, меандр и треугольник. Шаг перестройки по частоте 1 Гц. Частотный диапазон регулирования составляет от 1 Гц до 1МГц. Диапазон выходных частот от 0 МГц до 12.5 МГц.

Микросхема AD9833 тактируется от внешнего кварцевого генератора на 25 МГц и совместима со стандартными портами цифровых сигнальных процессоров и микроконтроллеров. Компонент работает с напряжением питания в диапазоне от 2.3 В до 5.5 В[8].



Рисунок 3.1.1 - Схема подключения AD9833

На 10 выходе данной микросхемы получается синусоидальный сигнал, путем перебора таблицы синусоиды, которая хранится в памяти данной микросхемы. Эта микросхема управляется с помощью однокристальной микроЭВМ AТ90USB162 по цифровому протоколу SPI, где данные команды поступают на следующие 6,7,8 входы/выходы микросхемы SLK, SDATA и FSDATA.

Главным составным блоком интерфейса SPI является обычный сдвиговый регистр, сигналы синхронизации и ввода/вывода битового потока которого и образуют интерфейсные сигналы. Таким образом, протокол SPI правильнее назвать не протоколом передачи данных, а протоколом обмена данными между двумя сдвиговыми регистрами, каждый из которых одновременно выполняет и функцию приемника, и функцию передатчика. Непременным условием передачи данных по шине SPI является генерация сигнала синхронизации шины. Этот сигнал имеет право генерировать только ведущий шины и от этого сигнала полностью зависит работа подчиненного шины [7].

По данному протоколу подаются команды на выбор того или иного генерируемого сигнала, то есть прямоугольника, синусоиды или треугольника, также туда отправляются код частоты, который нам нужно получить на выходе, тем самым мы отсылаем команды на данный цифровой синтезатор, а он уже синтезирует нам необходимый сигнал, который мы снимаем с 10 выхода этой микросхемы.

Нам необходимо питать синтезатор частоты, который работает в широком диапазоне питающих напряжений от 3 В до 5,6 В. В данной схеме синтезатор частоты питается от 5 В, но непосредственно брать 5В с входного фильтра мы не можем. Поэтому мы питаем наш синтезатор частоты от отдельного интегрального стабилизатора L78L05, который питается от напряжения +15В. Напряжение интегрального стабилизатора L78L05 как правило получается от импульсного преобразователя.

В данном случае у нас получается такая цепочка: импульсный преобразователь MAX743 преобразует напряжение +5В до ±15В, который используется в выходном каскаде и для питания стабилизатора. Интегральный стабилизатор L78L05 понижает это напряжение от +15В до напряжения +5В, от которого уже и питается наш выходной синтезатор частоты и эталонный кварцевый генератор на 25 МГц.

Рисунок 3.1.2 Интегральный стабилизатор L78L05

3.2 Однокристальная микроЭВМ AT90USB162

Из поставленных задач вытекает основа проектируемого генератора.

Генератор изготовлен на основе однокристальной микроЭВМ AT90USB162 (приложение C). Для уменьшения масс габаритных показателей изделия, для дистанционного управление и простоты обслуживания.

AT90USB162 - маломощный 8-разрядный КМОП микроконтроллер, выполненный на основе прогрессивной RISC-архитектуре AVR. За счет выполнения большинства инструкций за один машинный цикл AT90USB162 достигает производительности 1 миллион операций в секунду на МГц тактовой частоты, что позволит разработчикам оптимизировать соотношение потребляемой мощности и производительности [6].

Встроенная ISP флэш-память поддерживает возможности внутрисистемного программирования через интерфейс SPI, программирования с помощью программатора обычной энергонезависимой памяти или программирования под управлением программы в загрузочном секторе и исполняемой ядром AVR. Загрузочная программа может использовать любой интерфейс для загрузки программного кода и размещения его в секторе прикладной программы флэш-памяти. При этом, поддерживается возможность продолжения выполнения программы в загрузочном секторе во время обновления сектора прикладной программы, тем самым, обеспечивая действительную поддержку чтения во время программирования. Объединение 8-разрядного RISC ЦПУ с внутрисистемно-самопрограммируемой флэш-памятью в одном кристалле делает микроконтроллер AT90USB162 эффективным инструментом в стоимостном плане решения многих задач встраиваемого управления.

Микроконтроллеры AT90USB162 поддерживаются полным набором аппаратных и программных средств для проектирования, в том числе си-компиляторы, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисхемные эмуляторы и оценочные наборы. Основные параметры однокристального микроЭВМ представлена в соответствии с таблицей 3.2.1.



Таблица 3.2.1 Основные параметры AT90USB162

ЦПУ: Ядро	AVR
ЦПУ: MIPS	16
ЦПУ: F,МГц	от 0 до 16
Память: Flash,КБайт	16
Память: RAM,КБайт	0.5
I/O (макс.),шт.	22
Таймеры: 8-бит,шт	1
Таймеры: 16-бит,шт	1
Таймеры: Каналов ШИМ,шт	5
Интерфейсы: SPI,шт	1
Интерфейсы: USB,шт	1
VCC,В	от 2.7 до 5.5
TA,°C	от -40 до 85

Однокристальная микроЭВМ так же осуществляет взаимодействие с жидкокристаллическим символьным индикатором WH1602B-YYH-CTK, осуществляет опрос пользовательских кнопок, опрос энкодера, а также управлением зуммером пищалкой. По мимо этого однокристальная микроЭВМ осуществляет связь с компьютером посредством USB, c которого снимается питание данного генератора.

3.3 Импульсный преобразователь МAX743

MAX743 - двухканальный, импульсный стабилизатор (от +5 В до ±15 В или ±12 В). Интегральный DC/DC преобразователь напряжения MAX743 имеет все активные цепи, необходимые для построения малогабаритных, двухканальных источников питания. Реализуемое, с использованием стандартных дросселей с двумя выводами, а не с трансформаторами, схемное решение позволяет, независимо стабилизировать оба выходных напряжения, с погрешностью в пределах ±4%, в диапазоне допустимых входных напряжений, температуры, и токов нагрузки.

ИС MAX743, типично, обеспечивает эффективность преобразования от 75% до 82%, для большинства значений нагрузки. ИС функционирует в режиме токовой обратной связи на частоте 200 кГц, т.е. возможно совместное использование с ИС малогабаритных, легких внешних элементов. Также, это позволяет реализовать простую фильтрацию выходных пульсаций и шумов.

ИС MAX743 имеет повышенную надежность, благодаря встроенным силовым транзисторам и монолитной конструкции. Функция термо - отключения предотвращает перегрев, а ограничение тока внутри каждого цикла преобразования, защищает силовые транзисторы. К другим функциям относятся система блокировки запуска при недостатке входного напряжения и программируемый, мягкий старт [5]. Схема подключения данного устройства представлена в соответствии с рисунком 3.3.1.

Отличительные особенности:

- нагрузочная способность: ±100 мА, или ±125 мА;

- гарантированные характеристики для внутрисхемной работы;

- погрешность выходного напряжения ±4% в диапазоне температур, входных напряжений и нагрузки;

- типичная эффективность преобразования 82%;

- низкий уровень шумов, обратная связь по току;

- встроенная система ограничения тока;

- система термозащиты с режимом Shutdown;

- система защиты от запуска при пониженном напряжении и мягкий старт;

- логическое управление переключением режимов ±12 В и ±15 В;

Области применения:

1) модульная замена DC/DC преобразователей

2) системы распределения энергии

3) компьютерная периферия

4) портативные измерительные приборы



Рисунок 3.3.1 Типовая схема включения

Импульсный преобразователь МАX743 выбран и используется в генераторе сигналов произвольной формы из-за того, что позволяет получить двухполярные напряжения ±15В. Данный преобразователь производит повышение до ±15В. Он является универсальным, который позволяет получать либо ±15В, либо ±12В. Выборов получаемых на выходе напряжения осуществляется путем 11 вывода, если этот вывод соединить на общий провод, то выходное напряжение будет генерироваться в диапазоне ±15В как на схеме, если соединить на +5В питания, то есть подать логическую единицу, то у нас произойдет генерация в диапазоне ±12В.

3.4 Цепь приравнивания

Как было сказано раньше, у синтезатора частоты в памяти хранится таблица синусоиды, из которой получается при его переборе синусоидальный сигнал на 10 выходе данной микросхемы. Амплитуда сигнала на выходе 10 данного синтезатора частоты для синусоидального и треугольного сигнала равна всего лишь 0,5В, а для прямоугольного

сигнала амплитуда равна в порядке 2В, которая в несколько раз больше, чем амплитуда синусоиды и треугольника, поэтому перед тем как подать сигнал на цепочку операционного усилителя, который производит смещение сигнала, нам необходимо сравнять амплитуды треугольника, синусоиды с прямоугольником. Для этого мы собираем цепочку, который состоит из стандартного делителя, подстроечного резистора, параллельно которой подключается свободно разомкнутый контакт герконового реле. Когда происходит генерация синусоидов и треугольников, данное реле замкнута, то сигнал с выхода синтезатора частоты через замкнутую группу свободно поступает на операционный усилитель, где происходит смещение данного сигнала. При генерации прямоугольников, то есть меандра данный ключ герконового реле размыкается, в результате чего сигнал проходит через подстроечный резистор, где соотношение постоянного и подстроечного резистора подобрана так, что амплитуда точки прямоугольника, находящийся между ними, равна 0,5В.

То есть благодаря этой цепочке у нас происходит сравнивание амплитуды синусоиды, треугольника с амплитудой прямоугольника. После этого сигнал поступает на устройство, который производит смещение нашего сигнала.

3.5 Цепь выходного каскада

Из-за того что, нам необходимо получить на выходе двухполярный сигнал, а это означает график синусоиды должен быть периодическим, сначала в положительную сторону возрастает и убывает, потом возрастает в отрицательную область убывает и т.д. Но генерируемый сигнал генератора частоты естественно находится только в одной четверти, потому что питание данного синтезатора однополярное, в результате чего синусоида генерируется только в положительной области графика. Нам нужно середину то есть 0,25В сдвинуть на уровень 0В, чтобы 0В синуса приходилось на -0,25В, а 0,5 на уровень -0,25В , тем самым синусоида сдвинется на необходимую нам половинку. Данную операцию выполняет следующая цепочка.

Рисунок 3.5.1 -Выходной каскад

Далее уже сдвинутый в нужное направление сигнал, то есть смещенный по оси у сигнал подается на выходной каскад, который собран на операционном усилителе AD80654RZ и четырех транзисторов типа КТ3130 и КТ3129. Данный выходной каскад с глубокой отрицательной связью производит увеличение мощности сигнала и его увеличение амплитуды, в результате чего размах сигнала на выходе может достигать до 10 - 13В, в зависимости от того какое сопротивление мы подберем на резисторе в цепи обратной связи. На выходе генератора имеется герконовое реле с одногруппой переключающих контактов. По умолчанию, происходит замыкание контактов с нижним, это значит выходной разъем генератора подключен на резистор 50 Ом, который замкнут на общий провод. Это положение соответствует отсутствию генерации на выходе генератора. При включении генератора у нас запускается синтезатор частоты и переключается данная группа контактов верхнее положение и сигнал уже с выхода усилителя поступает на выходной разъем, который уже идет далее в то устройство, к которому мы подключим. Таким образом, работает наш низкочастотный генератор, который синтезирует треугольные, синусоидальные и прямоугольные сигналы в диапазоне частот от 1 Гц до 1МГц с шагом перестройки в 1Гц.

В основе данной схемы находится двухтактный усилитель (если реализовать два усилителя, которых можно заставить их усиливать положительную и отрицательную полуволны синусоиды отдельно, а затем соединить эти полуволны вместе, то получится усилитель, работающий почти без искажений). Подобный усилитель получил название двухтактного усилителя.

Рисунок 3.5.2 Схема двухтактного каскада на n-p-n и p-n-p транзисторах

Применение двух транзисторов позволяет им помогать друг другу. В приведенном рисунке 4.5.2 положительная полуволна синусоидального напряжения открывает транзистор VT1 и закрывает VT2. Отрицательная полуволна -- запирает транзистор VT1 и открывает VT2. Таким образом каждый из транзисторов усиливает только половинку входного напряжения, однако на выходе, на сопротивлении нагрузки (в звуковых усилителях на динамике) эти половинки суммируются и форма входного напряжения восстанавливается.

4. Разработка печатной платы

4.1 Выбор конструкции

Данный прототип печатной платы низкочастотного генератора выполнен на предприятии по изготовлению печатных плат на собственных современных производственных мощностях, оснащенных высокотехнологичным и производительным оборудованием, позволяющим изготовить от одной до крупной промышленной серии. Технологический процесс изготовления печатных плат, применяемый на предприятии, который обеспечивает производство продукции, соответствующей конструкторской документации и удовлетворяющий требованиям ГОСТу 23752-79.

В данной предприятии выделяется два типа класса сложности изготовления печатных плат - А и B.

Класс A - по основным параметрам конструкции соответствует 1-4 классам точности по ГОСТ Р 53429-2009. Следует отметить, что по данному ГОСТу нет описания защитной паяльной маски, горячего лужения (HASL), иммерсионных покрытий. Поэтому для данных параметров, а также параметров деформации мы используем стандарты IPC.

Класс B - по основным параметрам конструкции соответствует 4-5 классам точности по ГОСТ Р 53429-2009 и по сравнению с классом А может требовать от нас повышенного внимания технологов или дополнительных этапов контроля качества при изготовлении печатных плат на производстве, что приводит к увеличению стоимость плат на 20...40 %.

В нашем случае описанные параметры печатных плат, определяет принадлежность нашего заказа к классу А, представлена в таблице 4.1



Таблица 4.1 Основные характеристики классов

Наименование	Класс А (типовой процесс)	Класс B (повышенная сложн.)
Соответствие классов точности ГОСТ Р 53429-2009	1 -- 3	4 -- 5
Количество слоёв	1 - 6	до 12
Максим размер платы, мм: ОПП, ДПП,МПП	427,5 х 282,52 345 х 285	505 х 330 475 х 325
Допуск на положение контура платы, мкм	± 200	± 200
Допуск на размеры платы	h12	h12
Допуск на неметаллизиров. отверстия, внутренние пазы и окна	H12	H12
Допуск на положение маркировки относительно топологии платы, мкм	± 200	± 200
Допуск на совмещение паяльной маски относительно топологии платы, мкм	± 100	± 75
Паяльная маска	LPI	DRY FILM, LPI
Цвет паяльной маски	зелёный	зеленый, красный, чёрный, синий, белый
Цвет маркировки шелкографией	белый	чёрный, зеленый (по белой паяльной маске, не более 2 заготовок)
Финишное покрытие3	HAL	HAL, ImAu, ImSn
Покрытие ножевых разъёмов	Ni, NiAu	Ni, NiAu
Покрытие полей клавиатуры		карбон (графит)
Слотовое сверление	0.8, 1.0, 1.2, 1.5
Глухие переходные отверстия		соотношение диаметра отверстия к глубине сверления 1:1

Более подробные характеристики классов представлены в [15].

4.2 Источники шума и помех

Шум и помехи являются основными элементами, ограничивающими качественные характеристики схем. Помехи могут как излучаться источниками, так и наводиться на элементы схемы. Аналоговая схема часто располагается на печатной плате вместе с быстродействующими цифровыми компонентами, включая цифровые сигнальные процессоры. Высокочастотные логические сигналы создают значительные радиочастотные помехи. Количество источников излучения шума огромна:

ключевые источники питания цифровых систем, мобильные телефоны,

радио и телевидение, источники питания ламп дневного света, персональные компьютеры, грозовые разряды и так далее. Даже если аналоговая схема работает в звуковом частотном диапазоне, радиочастотные помехи могут создавать заметный ум в выходном сигнале.

4.3 Категории печатных плат

Выбор конструкции печатной платы является важным фактором, определяющим механические характеристики при использовании устройства в целом. Для изготовления печатных плат используются материалы различного уровня качества. Лучше всего для разработчика, если изготовитель печатных плат находится неподалеку. В этом случае легко осуществить контроль удельного сопротивления и диэлектрической постоянной - основных параметров материала печатной платы. К сожалению это бывает недостаточно и часто необходимо знание других параметров, таких как воспламеняемость, высокотемпературная стабильность и коэффициент гигроскопичности. Эти параметры может знать только производитель компонентов, используемых при производстве печатных плат. Слоистые материалы обозначаются индексами FR (flame resistant, сопротивляемость к воспламенению) и G. Материал с индексом FR-1 обладает наибольшей горючестью, а FR-5 - наименьшей.

Желательно не использовать печатные платы категории FR-1. Есть много примеров таких печатных плат с повреждениями от теплового воздействия мощных компонентов. FR-4 часто используется при изготовлении промышленного оборудования, в то время как FR-2 используется в производстве бытовой техники. Эти две категории стандартизованы в промышленности, а печатные платы FR-2 и FR-4 часто подходят для большинства приложений. Но иногда неидеальность характеристик этих категорий заставляет использовать другие материалы. Например, для очень высокочастотных приложений в качестве материала используют фторопласт и даже керамика. Однако, чем экзотичнее материал печатной

платы, тем выше может быть цена. При выборе материала печатной платы обращается особое внимание на его гигроскопичность, поскольку этот параметр может негативно повлиять на характеристики платы - поверхностное сопротивление, утечки, высоковольтные изоляционные свойства (пробои и искрения) и механическая прочность. После того как материал печатной платы выбран, необходимо определить толщину фольги печатной платы. Этот параметр выбирается исходя из максимальной величины протекающего тока. По возможности, нужно избегать применение очень тонкой фольги.

Для изготовления генератора была использована плата размерами (100х120) мм. Материалом послужил типовая конструкции печатных плат класса А, основанный на применении стандартного стеклотекстолита типа FR-4, с рабочей температурой от -50 до +110 °C. Диэлектрическая проницаемость препрега FR-4 может составлять от 3.8 до 4.4 в зависимости от марки.

4.4 Количество слоев

В зависимости от общей сложности схемы и качественных требований разработчик должен определить количество слоев печатной платы.

Односторонние печатные платы - простые электронные схемы, которые выполняются на одной стороне печатной платы с использованием дешевого фольгированного материала (FR-1 или FR-2). Такой способ создания печатных плат рекомендуется только для низкочастотных схем.

Двухсторонние печатные платы - платы, которые в большинстве случаев используют в качестве материала подложки FR-4, хотя иногда встречаются и FR-2. Применение FR-4 более предпочтительнее, поскольку печатные платы из этого материала отверстия получаются лучшего качества. Схемы на двусторонних печатных платах разводятся гораздо легче, т.к. в двух слоях проще осуществить разводку пересекающихся

трасс. Однако для аналоговых схем пересечение трасс рекомендуется избегать. Где возможно, возможно нижний слой необходимо отводить под полигон земли, а остальные сигналы разводить в верхнем слое. Использование полигона в качестве земляной шины дает несколько преимуществ:

- общий провод является наиболее часто подключаемым в схеме проводом; поэтому резонно иметь большую поверхность шины общего провода для упрощения разводки;

- увеличивается механическая прочность платы;

- уменьшается сопротивление всех подключений к общему проводу, что в свою очередь, уменьшает шум и наводки;

- увеличивается распределенная емкость для каждой цепи схемы, помогая подавлять излучаемый шум;

- полигон, являющийся экраном, подавляет наводки, излучаемые источниками, располагающимися с его стороны.

Разрабатываемая плата является двухсторонней печатной платой.



Рисунок 4.4.1 Лицевая сторона печатной платы

Рисунок 4.4.2 Обратная сторона печатной платы

5 

5. Разработка ПО для микроЭВМ AT90USB162

Одним из основных этапов разработки низкочастотного генератора является программирование микроконтроллера, где требуются навыки программиста, знающего особенности операционных систем и языков программирования.

Можно считать что микроконтроллер (МК) - это компьютер, разместившийся в одной микросхеме, с ограниченными возможностями. Отсюда и его основные привлекательные качества: малые габариты; высокие производительность, надежность и способность быть адаптированным для выполнения самых различных задач.

Микроконтроллеры используются во всех сферах жизнедеятельности человека, устройствах, которые окружают его. Простота подключения и большие функциональные возможности. С помощью программирования микроконтроллера можно решить многие практические задачи аппаратной техники. Преимущественные характеристики использования микроконтроллеров, необходимости их внедрения в различные устройства.

Микроконтроллер помимо центрального процессора (ЦП) содержит память и многочисленные устройства ввода/вывода: аналого-цифровые преобразователи, последовательные и параллельные каналы передачи информации, таймеры реального времени, генераторы программируемых импульсов и т.д. Его основное назначение - использование в системах автоматического управления, встроенных в самые различные устройства: фотоаппараты, сотовые телефоны, музыкальные центры, телевизоры, видеомагнитофоны и видеокамеры, стиральные машины, микроволновые печи, системы охранной сигнализации, и многое, многое другое. Достаточно широкое распространение имеют МК фирмы ATMEL, которые располагают большими функциональными возможностями.

Применение МК можно разделить на два этапа:

- программирование, когда пользователь разрабатывает программу и прошивка ее непосредственно в кристалл. Значительно облегчают отладку программы на первом этапе - симулятор, который наглядно моделирует работу микропроцессора.

- согласование спроектированных исполнительных устройств с запрограммируемым МК. На втором этапе для отладки используется внутрисхемный эмулятор, который является сложным и дорогим устройством, зачастую недоступным рядовому пользователю.

Микроконтроллер- компьютер на одной микросхеме, предназначенный для управления различными электронными устройствами и осуществления взаимодействия между ними в соответствии с заложенной в микроконтроллер программой. В отличие от микропроцессоров, используемых в персональных компьютерах, микроконтроллеры содержат встроенные дополнительные устройства. Эти устройства выполняют свои задачи под управлением микропроцессорного ядра микроконтроллера.

К наиболее распространенным встроенным устройствам относятся устройства памяти и порты ввода/вывода (I/O), интерфейсы связи, таймеры, системные часы. Устройства памяти включают оперативную память (RAM), постоянные запоминающие устройства (ROM), перепрограммируемую ROM (EPROM), электрически перепрограммируемую ROM (EEPROM). Таймеры включают и часы реального времени, и таймеры прерываний. Средства I/O включают последовательные порты связи, параллельные порты (I/O линии), аналого-цифровые преобразователи (A/D), цифроаналоговые преобразователи (D/A), драйверы жидкокристаллического дисплея (LCD). Встроенные устройства обладают повышенной надежностью, поскольку они не требуют никаких внешних электрических цепей.