Расчёт и проектирование электронных систем

Тема курсового проекта  по дисциплине:

«Расчёт и проектирование электронных систем»

Исходные сведения:

Для измерения сопротивления  биообъекта целесообразно применять  мостовую схему в соответствии без  шунта и с использованием шунта.

Для устранения погрешности  поляризации при определении  индекса динамического поддиапазона и при аналого-цифровом преобразовании изменяют полярность ЗС, приложенного к пассивному и активному электроду  в каждом такте преобразования. Такое  изменение полярности в силу выбранной  мостовой схемы измерения сопротивления  не сказывается на указанных алгоритмах аналого-цифрового преобразования.

Вариант многоопределенной  структурной схемы АЦСИ сопротивления  с адаптивным выбором диапазона  измерения приведена на рисунке 2.

Исходные технические  данные:

1. Число разрядов АЦП N=14;
2. Число поддиапазонов m=4;
3. Питающее напряжение моста должно изменяться в пределах от 5В до 1В с шагом в 1В;
4. Время переключения с разряда на разряд при управлении резисторным мостом должно быть не более 1мС;
5. Питание АЦСИ осуществляется от аккумулятора.

Задание курсового  проекта:

Выбор, обоснование и описание микропроцессора с учётом производительности и разработать для данной АЦСИ соответствующую принципиальную схему.

1. Выбор, обоснование  и описание микропроцессора

Микропроцессорная система  состоит из 14 − микропроцессора, 15 − клавиатуры управления, 16 − ЖКИ, 17 − запоминающего устройства с  последовательной записью и считыванием, 18 − схема интерфейса RS-232.

Ниже приведена микропроцессорная  измерительная система для диагностики  состояния твёрдых тканей биообъектов. В той же системе также имеется  структурная схема микропроцессорной  системы.

Рис. 5.3 − Микропроцессорная  измерительная система для диагностики  состояния твёрдых тканей биообъектов

В данной микропроцессорной  системе, выбираем каждый элемент, который  должен быть удовлетворять заданным техническим требованиям, также  быстродействию всего устройства.

Соответственно, рассмотрим каждый элемент системы:

1.1 Микропроцессор

Микропроцессор играет головную роль в этой системе. Выбираем ATMEGA32 в качестве микропроцессора. Он имеет такие черты, приведены ниже.

Микроконтроллер ATMEGA32 является КМОП 8-битным микроконтроллером, построенным на расширенной AVR RISC архитектуре. Используя команды исполняемые за один машиный такт, контроллер достигает производительность в 1 MIPS на рабочей частоте 1МГц, что позволяет разработчику эффективно оитимизировать потребление энергии за счет выбора оптимальной производительности [13, 18].

AVR ядро сочетает расширенный набор команд с 32 рабочими регистрами общего назначения. Все 32 регистра соединены с АЛУ, что обеспечивает доступ к двум независимым регистрам на время исполнения команды за один машинный такт. Благодаря выбранной архитектуре достигнута наивысшая скорость кода и соответственно высокая производительность в 10 раз превосходящая скорость соответствующего CISC микроконтроллера.

ATMEGA32 содержит 32 Кбайт внутрисистемно программируемой FLASH памяти программ, допускающей чтение во время записи, 1024 байт EEPROM, 2Кбайт SRAM, 32 рабочих регистра, JTAG интерфейс сканирования внутренних регистров, встроенную систему отладки и программирования, три гибких таймера-счетчика с модулем сравнения, внутренние и внешние прерывания, последовательный программируемый интерфейс USART, байт-ориентированный двухпроводный последовательный интерфейс, 8-и канальный, 10-и битный АЦП с дифференциальным программируемым усилителем (только для TQFP), программируемый Watchdog таймер с внутренним генератором, порт SPI и шестью режимами сбережения энергии. В режиме Idle ЦПУ не функционирует в то время как функционируют USART, двухпроводный интерфейс, АЦП, SRAM и система прерываний. В ATMEGA32 cуществует специальный режим подавления шума АЦП, при этом в целом в спящем режиме функционирует только АЦП и асинхронный таймер для уменьшения цифровых шумов преобразования. В режиме выключения, процессор сохраняет содержимое всех регистров, замораживает генератор тактовых сигналов, приостанавливает все другие функции кристалла до прихода внешнего прерывания или поступления внешней команды Reset. В режиме ожидания работает один тактовый генератор, при остановке остальных функций контроллера. Благодаря быстрому переходу в нормальный режим, в том числе и по внешнему прерыванию ATMEGA32 успешно приспосабливается к внешним условиям работы и требует меньше энергии, чаще оказываясь в режиме выключения. В расширенном режиме ожидания в рабочем состоянии находятся основной генератор и асинхронный генератор.

Микросхемы выпускаются  при использовании ATMEL технологии энергонезависимой памяти высокой плотности. Встроенная ISP FLASH память позволяет перепрограммировать область программной памяти внутрисистеммно через последовательный SPI интерфейс стандартным программатором, или используя загрузочную программу из энергонезависимой памяти работающую в AVR ядре. Комбинация расширенной 8-и битной RISC архитектуры ЦПУ и твердотельной FLASH памяти обеспечивают ATMEGA32 высокую гибкость и экономическую эффективность во встраиваемых системах управления. Микроконтроллер ATMEGA32 имеет 32 программируемых вывода вход-выхода и один вход, 40 выводной корпус PDIP, 44 выводной корпус TQFP, и 44 контактный MLF, напряжение питания от 4,5В до 5,5В, тактовую частоту от 0 до 16МГц.

Рисунок 2.2. Блок схема микроконтроллера ATMEGA32

Рисунок 2.3. Расположение выводов  микроконтроллера ATMEGA32

ATMEGA32 имеет 32 Кбайт внутрисистемно программируемой FLASH памяти. Этот объем достаточно для записи и считывания. Поэтому блок 17 может интегрируется внутри микроконтроллера ATMEGA32.

1.2 АЦП

АТМЕGA32 имеет 8 каналов АЦП 10-бит. Поэтому для решения данной задачи используемся ещё внешний АЦП 14-бит. В качестве АЦП 14-бит, выбираем