Розробка охоронного пристрою – електронного замка
1.2.1 Вибір мікроконтролера
Було вирішено взяти мікроконтролер AT89C2051 фірми Atmel. Мікроконтролери даного сімейства виготовляються за високоякісною КМОП (CMOS) технологією, містять енергонезалежні запамятовувальні пристрої для зберігання програми і даних, виконані по Flash і EEPROM технологіям, і відрізняються низьким енергоспоживанням при високій тактовій частоті. Запис програми і вихідних даних в память може виконуватися після установки мікроконтролера в апаратурі, де йому належить працювати (ISP, In-System Programmable). Таким чином, МК має високу швидкодію і володіє хорошим співвідношенням функціональності і ціни, завдяки чому набув широкого поширення, для нього існують зручні середовища розробки, а документація переведена на російську та українську мову, що безумовно полегшує завдання проектування.
Опис базового мікроконтролера
AT89C2051 8-розрядний КМОП мікроконтролер з Flash ПЗУ фірми Atmel має такі особливості:
– сумісність з приладами сімейства MCS-51;
– ємність Flash памяті: 2 Кбайт, 1000 циклів стирання/запис;
– діапазон робочих напруг від 2,7 В до 6 В;
– повністю статичний прилад - діапазон робочих частот від 0 Гц до 24 Мгц;
– дворівневе блокування памяті програм;
– 15 програмованих ліній вводу/виводу;
– 16 2-розрядних таймера/лічильника подій;
– шість джерел сигналу переривання;
– виходи прямого управління СІД;
– вбудований аналоговий компаратор;
– пасивні (idle) і стоповий (power down) режими.
AT89C2051 розроблений за технологією КМОП. Мікроконтролер оснащений Flash програмованим ПЗП, а також сумісний за системою команд і за виводами зі стандартними приладами сімейства MCS-51. Обсяг Flash ПЗП - 2 Кбайта, ОЗП - 128 байтів. Має 15 ліній вводу/виводу, один 16-розрядний таймер/лічильник подій, повнодуплексний порт (UART) пять векторних дворівневих переривань, вбудований прецизійний аналоговий компаратор, вбудовані генератор і схему формування тактової послідовності. Напруга програмування Flash памяті - 12 В і її вміст може бути захищений від несанкціонованих запису/зчитування. Є можливість очищення Flash памяті за одну операцію і можливість зчитування вбудованого коду ідентифікації. Струм споживання в активному режимі на частоті 12 МГц не перевищує 15 мА при 6 В і 5,5 мА при напрузі живлення 3 В. У пасивному режимі (ЦПУ зупинений, але система переривань, ОЗП, таймер/лічильник подій і послідовний порт залишаються активними) споживання не перевищує 5 мА і 1мА. У стоповому режимі струм споживання не перевищує 100 мкА і 20 мкА при напрузі живлення 6 В і 3 В, відповідно. Мікроконтролер AT89C2051 орієнтований на використання в якості вбудованого керуючого контороллера. Структурна схема МК показана на рисунку 1.3. Гранично допустимі параметри і температурні характеристики показані в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 - Гранично допустимі параметри і температурні характеристики
Параметр |
Значення |
Одиниця вимірювання |
|
Максимальна робоча напруга |
6.6 |
V |
|
Максимальний вихідний струм |
25 |
mА |
|
Напруга між будь-яким виводом і GND |
-1.0 to +7.0 |
V |
|
Температура збереження |
-65 +150 |
°C |
Рис. 1.3 - Структурная схема (AT89C2051)
Відмінні особливості мікроконтролера
Мікроконтролер AT89C2051 це представник сімейства однокристальних мікроконтролерів американської фірми Atmel.
Мікросхема виконана в стандартному DIP-корпусі і має 20 виводів. Основна перевага розглянутого мікроконтролера - це сумісність за системою команд з широко поширеною мікросхемою фірми Intel - MCS-51 (радянський аналог 1816ВЕ51). Розробники ставили завдання створити мікросхему, максимально сумісну зі своїм аналогом, але при цьому має менші габарити і більш зручна в застосуванні. Для цього вони відмовилися від одного з портів вводу/виводу, відмовилися від всіх режимів, що вимагають зовнішньої обвязки мікросхеми, вбудували тактовий генератор в корпус контролера і застосували в якості памяті команд електрично перепрограмований ПЗП, що дало можливість дуже швидко і легко перепрограмувати мікросхему.
До достоїнств мікросхеми AT89C2051 відноситься наявність режиму захисту програми, "зашитих" в память програм мікросхеми від несанкціонованого копіювання.
Перераховані вище гідності, а так само досить низька вартість ($1,5) і послужили причиною вибору саме цього процесора для розробки замка.
На рисунку 1.3 наведена структурна схема мікроконтролера AT89C2051. Розглянемо основні елементи схеми. Але є й істотні відмінності, повязані з тим, що вся ця схема знаходиться всередині однієї мікросхеми.
Рис. 1.4 - Блок-схема тактового генератора
На схемі (рис. 1.3) не показаний один важливий елемент: вбудований тактовий генератор. На рисунку 1.4 показана блок-схема генератора із зовнішніми навісними елементами, які необхідно підключити до мікросхеми для її нормальної роботи. Зовнішніми елементами є кварцовий резонатор, що визначає частоту тактового генератора і дві ємності.
Схема генератора побудована таким чином, що допускає синхронізацію від зовнішнього тактового генератора. При включенні мікросхеми в такому режимі, кварцовий генератор і погоджують ємності не встановлюються, а на вхід XTAL1 подається тактовий сигнал від зовнішнього генератора.