Общее число различных микроконтроллеров  с различными системами команд насчитывается  более пятисот, и все они в  силу своей специализации, имеют свои достоинства и недостатки. Из этого большого разнообразия микроконтроллеров можно выбрать такие, которые будут удовлетворять всем вышеперечисленным требованиям. В России рынок микроконтроллеров представлен такими фирмами как: INTEL, ATMEL, Microchip, Motorola и др..

     Перечень  микроконтроллеров этих фирм, соответствующих  предъявленным требованиям приведен в табл. 3.1[2,21,14]. Все они имеют десятиразрядный АЦП. Объем памяти в таблице приводится в байтах. Первая цифра в столбце "Timers" означает количество таймеров, вторая – их разрядность. Время исполнения одной команды в микросекундах приведено в последнем столбце. 

Таблица 3.1 –  Основные характеристики микроконтроллеров  

     Из  всех рассмотренных микроконтроллеров  оптимальными, для реализации на них  проектируемого устройства, являются микроконтроллеры семейства AVR фирмы  Atmel[21]. Архитектура семейства является сегодня, по существу одним из стандартов на мировом рынке 8-разрядных микроконтроллеров. Это семейство микроконтроллеров широко распространено, имеет удобную архитектуру и систему команд. Для этих микроконтроллеров имеется также большое разнообразие отладочных средств и программаторов. Все это обуславливает снижение затрат на разработку и изготовление проектируемого устройства; доступность средств отладки и программирования.

     Микроконтроллеры  семейства Mega изготавливаются по КМОП-технологии, которая в сочетании с усовершенствованной RISC архитектурой позволяет достичь наилучшего соотношения стоимость/быстродействие/энергопотребление.  Микроконтроллеры Mega являются наиболее развитыми представителями семейства контроллеров AVR общего применения.

     Оптимальным выбором из всей линейки микроконтроллеров  Mega для данного устройства станет контроллер ATmega 48.

     Микроконтроллер, используемый в контроллере сети, должен иметь не меньше двух последовательных приемопередатчиков (UART) и больший  объем памяти. Этим требованиям удовлетворяет  контроллер ATmega 164.

       Данные контроллеры обладает RISC архитектурой, системой из 130 команд, большинство которых выполняется за один тактовый цикл, Тридцатью двумя 8-разрядными регистрами общего назначения. Все это позволяет им достичь производительности до 1 MIPS на 1 МГц тактовой частоты контроллера.

          Технические характеристики контроллеров ATmega 48/ATmega 164[6,9].

• 4/16 Кб программируемой Flash памяти программы;
• 256/512 байт EEPROM;
• 512/1024 байта встроенной SRAM памяти;
• Два 8- разрядных таймера/счетчика с отдельным предделителем и режимом сравнения;
• Один расширенный 16-разр. таймер-счетчик с отдельным предделителем, режимов сравнения и захвата;
• 5/6 каналов ШИМ;
• 8 канальный 10-ти разрядный АЦП последовательного приближения;
• Внешние и внутренние источники прерывания;
• Пять режимов пониженного потребления: Idle, ADC Noise Reduction, Power-Save, Power-down и Standby;
• 1/2 Последовательных приемо/передатчиков UART;
• Программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором;
• Температурный диапазон: от – 40 до + 85 С°;
• Напряжение питания от 2.7 до 5.5 В;
• Тактовая частота до 20 МГц;

     Выводы  всех портов имеют внутренние резисторы, подтягивающие уровень выходного  сигнала к напряжению питания. Выводы могут обеспечить ток 20 мА для одного вывода и 80 мА для всего порта. Ток, потребляемый микроконтроллером в  активном режиме, равен 13 мА при частоте 20 МГц и напряжении питания 5 В.

     Рисунок 3.1

    На  рисунке 3.1 показана схема для программирования встроенной Flash памяти через интерфейс SPI. Для гарантированного сброса на входе RESET должен удерживаться сигнал логической единицы в течение времени, достаточного для запуска внутреннего тактового генератора.

Выбор аналогово-цифрового  преобразователя

    Аналого-цифровой преобразователь должен быть десятиразрядным  и иметь максимальную частоту  преобразования не менее 1,6 кГц. Этим требованиям отвечает интегрированный в микроконтроллер АЦП последовательного приближения. Основные параметры приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Параметры АЦП контроллера  ATmega 48

    АЦП  микроконтроллера ATmega 48 работает по методу последовательного приближения[1]. Благодаря этому удается достичь относительно небольшой длительности преобразования при высокой точности и небольшой сложности процесса. Длительность преобразования занимает 13 тактов, выборка и запоминание входного сигнала осуществляется за 1,5-2,5 такта. Оптимальная частота работы АЦП лежит в диапазоне 50-200 кГц, по этой причине схема преобразователя тактируется от внутреннего предварительного делителя. Входы могут объединяться попарно для формирования канала с дифференциальным входом, однако при этом разрешающая способность снизится до 8 бит. Таким образом, встроенный АЦП полностью удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям.

Описание  используемых микросхем

    В данной части производится описание микросхем, используемых в принципиальной схеме проектируемого устройства.

    Поскольку контроллер не располагает встроенным приемо-передатчиком стандарта RS-485, то необходимо использовать дополнительную микросхему, с помощью которой  датчик мощности подключался бы к  линии связи. На рынке представлено много различных микросхем такого типа. Остановимся на MAX13410[8]. Данный приемопередатчик имеет повышенное входное сопротивление,  и позволяет соединить до 256 устройств. В микросхеме присутствует встроенный LDO-стабилизатор напряжения, что позволяет обойтись без внешнего стабилизированного источника питания или снизить к нему требования. Микросхема имеет пониженную скорость нарастания выходного напряжения, что снижает чувствительность к радиопомехам и обеспечивает прием и передачу с максимальной скоростью 500 Кбит/с.

    Для связи контроллера сети с компьютером  необходимо использовать драйвер стандарта RS-232. Примером таких микросхем являются микросхема МАХ220, фирмы MAXIM, или ADM232, фирмы Analog Devices. Остановимся на микросхеме ADM232, так как она имеет меньшую стоимость.  

    Микросхема ADM232A[15] представляет собой высокоскоростной приемопередатчик, работающий от источника питания плюс 5 В. Она имеет в своем составе два приемника и два передатчика сигналов. Микросхема преобразует стандартные уровни логического нуля и единицы интерфейса RS-232 в стандартные ТТЛ/КМОП уровни при приеме, и совершает обратное преобразование при передаче. На рисунке 3.2 приведена стандартная схема включения микросхемы ADM232. Вывод 7 данной микросхемы используется для приема информации от ЭВМ, которая после преобразования уровня в стандартный ТТЛ/КМОП уровень, передается на вывод 10 данной микросхемы и далее на вход микроконтроллера. При передачи информации из микроконтроллера в ЭВМ использу ются соответственно выводы 9 и 8 данной микросхемы.

    Для преобразования и фиксации напряжения питания на уровне плюс 5 В для всех элементов принципиальной схемы (кроме опорного генератора) используется интегральный преобразователь напряжения типа LM317.

    Стабилизатор LM 317 имеет нестабильность выходного  напряжения менее 1 %, максимальный выходной ток 1 А и максимальное входное напряжение 35 В.

    Для обеспечения устойчивой работы микросхемы во всем диапазоне допустимых значений входного напряжения и выходного  тока используются шунтирующие на землю  конденсаторы, которые для типовой  схемы включения имеют следующие  номиналы: С1=0,33 мкФ, С2=0.1 мкФ. Резисторы R1 и R2 задают выходное напряжение.  Типовая схема включения микросхемы LM 7805 приведена на рисунке 3.3.

    Для измерения значения тока в цепи используется датчик тока на основе эффекта Холла. На рынке представлено большое количество подобных датчиков. Остановим свой выбор на датчике тока компании «Sentron» CSA-1V[7]. Интегральный датчик тока представляет собой одноосевой линейный датчик Холла, который размещён в корпусе SO8 и предназначен для измерения постоянного и переменного (до 100 кГц) тока. Датчик выполнен по КМОП-технологии с дополнительным ферромагнитным слоем в качестве концентратора магнитного потока для повышения чувствительности. Датчик позволяют измерять ток, протекающий по печатной дорожке непосредственно под датчиком, а также ток проводника, расположенного над ним. Величина измеряемого тока зависит от геометрии проводника и его расположения относительно микросхемы. При монтаже датчика непосредственно над печатной дорожкой, ток которой необходимо измерять, не должен превышать ±30 А (диапазон может быть увеличен до 50 А в зависимости от термоизоляции платы). При бесконтактном измерении тока проводника, расположенного над корпусом датчика, диапазон измеряемого тока составляет 10…1000 А на расстоянии от 0,2 до 40 мм. Так, для измерения тока до 100 А необходимо расположение проводника на расстоянии 4 мм от поверхности датчика. Блок-схема датчика приведена на рисунке 3.4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Общие технические характеристики приведены  в таблице 3.3

Таблица 3.3 –  Характеристики датчика тока  CSA -1V