Návrh a realizácia obvodového zapojenia systému zberu teplotných dát
Obsah
V obvodovom zapojení musíme zohľadniť zapojenie jednotlivých častí návrhu. Celková schéma zapojenia je na Obr. 4.3. V nasledujúcich podkapitolách rozoberieme jednotlivé časti zapojenia a popíšeme ich vlastnosti a činnosť. Zapojenie samotného mikroprocesora je vzhľadom na konfigurovateľnosť veľmi flexibilné, pretože skoro každý vstup alebo výstup môže byť zapojený na ľubovoľný pin. Bolo zvolené zapojenie podľa Obr. 4.1. Na ochranu procesora pred rázmi je paralelne s jeho napájacími pinmi zapojený kondenzátor C10.
Ochrana 1-Wire portu
Na Obr. 4.2 je zobrazená prepäťová ochrana 1-Wire zbernice použitím jednoduchého zapojenia rezistora R1 a transilovej diódy D2. V prípade, že napätie na medzi 1-Wire dátovým vodičom a zemou prekročí prierazné napätie transilu, ten sa otvorí a ochráni obvod zvedením napätia na zem.
Zdroj stabilizovaného napätia 5 V a 3,3 V
Na Obr. 4.4 je schéma stabilizovaného zdroja napätia 5 V. Zdroj napätia 3,3 V je napájaný priamo zo zdroja 5 V. Na vstupné svorky A1, B2 pripájame vstupné napätie od 7,5 V do 35 V. Obvod je chránený proti prepólovaniu diódou a proti preťaženiu tepelnou poistkou. Kondenzátory C1 a C5 slúžia na vyhladenie vstupného a výstupného napätia. Aby sme zamedzili vzniku šumu na stabilizátore, do schémy sme zaradili kondenzátory C2 a C3.
Napätie 3,3 V potrebujeme pre napájanie pamäte F-RAM. Obvod je tvorený modifikovaným sériovým stabilizátorom. Tranzistor T1 sa otvára, až pokiaľ na odporovom deliči medzi R4 a zemou nie je 2,5 V. Ak sa bude napätie na emitore ďalej zvyšovať, zdroj referenčného napätia IC2 začne otvárať polovodičový prechod, čo spôsobí pokles bázového prúdu a následne sa zníži napätie na emitore. Výstupné napätie 3,3 V je dané pomerom rezistorov R3 a R4. Na výstup je pripojený kondenzátor C8, ktorý má vyhladiť prípadný superponovaný šum v obvode.
| [math]R_{3}=\frac{3,3}{2,5}.R_{4}-R_{4}=1320-1000=320\Omega [/math] | (4.1) |
Ak k vypočítanému rezistoru R3 zvolíme najbližšiu vyrábanú hodnotu 330 Ω, výstupné napätie bude 3,325 V.
| [math]U=2,5.\left( \frac{R_{3}+R_{4}}{R_{4}} \right)=2,5*1.333=3,325V[/math] | (4.2) |
Prevodník úrovní z EIA-232 na TTL
Prevodník úrovní z EIA-232 na TTL je riešený jednoducho použitím prevodníka MAX232. Napájacie napätie tohto obvodu je 5 V a potrebné napätie pre úrovne EIA-232 je vyrábané pomocou kapacitného generátora napätia – „kapacitnej pumpy“ na Obr. 4.5. Paralelne k napájacím pinom je pripojený kondenzátor C11.
Zapojenie I2C komponentov
Na Obr. 4.6 je zapojenie RTC PCF8563 a F-RAM pamäti FM24V10. Zapojenie SDA a SCL vodičov je rovnaké pre oba integrované obvody. Pri RTC je potrebné medzi piny 1 a 2 zapojiť 32,768 kHz kryštál a pri návrhu dosky plošných spojov rozšíriť plôšky podľa odporúčania výrobcu. Na vizuálnu kontrolu funkčnosti RTC je na pin 7 pripojená LED1 s rezistorom R5 napájaná napätím 5 V. Pin 3 je pinom prerušenia, ktoré je vyvolané alarmom alebo ukončením odpočítavania a je pripojený k pinu kontroly prerušenia na mikroprocesore. Pri zapojení RTC je odporúčané do zapojenia zahrnúť aj záložnú batériu alebo veľkokapacitný kondenzátor, aby pri náhodnej poruche nedošlo k strate časových údajov v RTC. Aj keď sa v našom zapojení počíta s napájaním zo zálohovaného napájacieho zdroja, na zálohovanie RTC je použitý veľkokapacitný kondenzátor C13.
Pamäť F-RAM nevyžaduje žiadne prídavné súčiastky a tak je paralelne k jej napájacím pinom pripojený iba kondenzátor C12, ktorý slúži na vyhladenie napájacieho napätia.
Realizácia zapojenia
Zapojenie bolo realizované na univerzálnej doske plošných spojov. Jednotlivé časti zapojenia sú riešené formou zásuvných modulov. Príklad zásuvného modulu pre komunikáciu EIA-232 je na Obr. 4.7.
