Архітектурні особливості MK Tiny 15 LP

Мікроконтролери Tiny AVR - низьковартісні мікроконтролери у 8-вивідному виконанні, мають вбудовану схему контролю напруги живлення. Вони характеризуються найменшою серед AVR МК ємністю пам’яті програм та обмеженим набором функцій. Однак малогабаритні корпуси, можливість роботи за напруги живлення 1,8 В (МК з індексом U) дають змогу використовувати ці мікроконтролери у портативній апаратурі, зокрема з батарейним живленням.

Технічні характеристики МК Tiny 15 LP :

напруга живлення 2,7...5,5 В ;

тактова частота 1 МГц ;

6 ліній введення-виведення ;

ємність енергонезалежної пам’яті програм 1 К ;

ємність енергонезалежної пам’яті даних 64 б ;

кількість каналів аналого-цифрового перетворення 4Ч10 ;

кількість і розрядність таймерів-лічильників 2Ч8 ;

можливість програмування на цільовій платі.

1 ПРИЗНАЧЕННЯ І ОСОБЛИВОСТІ ПІДВИЩУВАЛЬНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ

1.1 Призначення підвищувальних перетворювачів

У різних пристроях завжди потрібне додаткове нестандартне живлення. Використовувати резистор великої потужності, або доповнювати батареї живлення ще одним елементом — не завжди розумне рішення проблеми.

Вимірювальні підсилювачі напруги і струму – це масштабні вимірювальні перетворювачі, застосування яких дає змогу збільшити амплітуду змінної напруги у задану кількість разів. Вимірювальні підсилювачі є одними з найважливіших складових частин сучасних електронних аналогових і цифрових вимірювальних пристроїв і в основному визначають їх метрологічні характеристики.

Електронним підсилювачем називається пристрій, призначений для підсилення інформативного параметра електричного сигналу. Структуру підсилювача показано на схемі.

Враховуючи взаємодію і взаємозв’язок енергії та інформації, підсилювач – пристрій, який під дією сигналу керує надходженням енергії від джерела живлення до споживача. За теорією елетричних кіл, підсилювач – нелінійний керований елемент, опір якого нелінійно залежить від керованого сигналу.

Рисунок 1.1 – Структура підсилювача

На практиці для підвищувального перетворювача, застосовують спеціалізовані мікросхеми, такі як МАХ641- МАХ643, МАХ 1703, а також російські аналоги. Але такий підхід не завжди виправданий, оскільки ці деталі дефіцитні. Параметри внутрішнього генератора спеціалізованих мікросхем заздалегідь задані – змінити схему і підстроїтися під потреби навантаження проблематично. Ця проблема особливо гостро стоїть в синхронізованих системах, які часто зустрічаються в багатоланкових джерелах живлення. Крім того, службові функції походження збоїв, помилки або короткого замикання в спеціалізованих мікросхемах дуже обмежені і неінформативні.

В дипломній роботі розроблено підвищуючий перетворювач на мікроконтролері Tiny 15L, при цьому перевірено ресурси МК і принципову можливість застосування МК в перетворюючій техніці, а також визначено структуру програми і швидкодію закладеного алгоритму для майбутніх розробок. Застосування МК дозволяє точно і швидко визначити причину збою джерела, запобігає виходу з ладу деталей, у разі короткочасного збою автоматично виводить джерело в потрібний режим .

У перспективі можливе застосування індикації напруги і службової інформації в цифровому вигляді на розвиненішому і швидкодіючому контроллері.

Вихідні дані даного пристрою:

вхідна напруга 3 В ;

вихідна напруга 5 В ;

тактова частота 40 кГц ;

тактова частота на МК 1,6 МГц .

2 ОПИС ПРИНЦИПОВОЇ ЕЛЕКТРИЧНОЇ СХЕМИ

Робота схеми. Схема побудована по класичних методах підвищуючих перетворювачів. Транзисторний ключ перетворювача VT1 працює в імпульсному режимі, поперемінно включається і вимикається. Коли транзистор відкритий, струм від джерела живлення Un протікає через дросель L. У дроселі лінійно росте струм і запасається енергія. При цьому струм в навантаження від джерела не поступає, оскільки пряме включення діода VD1 має поріг включення, що перевищує падіння напруги на опорі відкритого транзистора (транзистор необхідно підбирати з дуже маленьким опором відкритого стану).

У цей момент струм в навантаження поступає тільки від розряду конденсатора С1 (у початковий момент струм конденсатора IC=0). Коли транзистор закривається, ЕРС самоіндукції дроселя підсумовується з вихідною напругою на конденсаторі С1, і енергія струму дроселя передається в навантаження. При номінальному опорі навантаження надлишок енергії передається на заряд ємкості С1. Струм в навантаженні протікає безперервно. Цей режим називається режимом безперервного струму навантаження. Якщо навантаження збільшилося вище за норму (опір знизився нижче номінального на величину більше 50%), виникає брак енергії заряду дроселя. У початковий момент роботи перетворювача напруга на навантаженні збільшується ступінчасто, поступово виходячи в режим стабілізації вихідної напруги.У режимі стабілізації напруга на навантаженні має невелику пульсацію, середнє значення рівне напрузі стабілізації. Під час збільшення навантаження пульсація зростає, при зменшенні навантаження - залишається незмінною.

Для живлення схеми призначені два джерела струму. Перше джерело (батарея 2) складається із сполучених послідовно батарей розміру типу АА (2шт.) у виносному батарейному відсіку, другий (батарея 1) - елемент живлення CR2032, встановлений безпосередньо на платі. Така конструкція використовується для зменшення впливу електромагнітних перешкод на навколишнє середовище, а також для зменшення індуктивної складової проводів, ведучих до батарейного відсіку. Крім того, батарея 1 виконує функцію аварійного живлення контроллера. Це важливо для майбутніх розробок, оскільки часто коротке замикання порушує роботу всієї системи. У такій ситуації МК може перервати роботу перетворювача. Після зупинки перетворювача, МК видає помилку, яку усуває користувач. На такій основі побудовані всі сучасні джерела живлення і перетворювачі напруги.

Після включення і виходу в режим стабілізації включається світлодіод зеленого кольору, що свідчить про нормальний стан живлення навантаження. У моменти комутації навантаження, виходу в режим або зміни навантаження зелений світлодіод гасне, повідомляючи про критичний стан перетворювача Як тільки відбулося замикання або обрив навантаження, включається світлодіод червоного кольору, який мигає з паузами в 0,16 с. В мить, коли червоний світлодіод не світить, перетворювач намагається автоматично запуститися. Якщо запуск протягом 0,16 с не відбувся, червоний світлодіод включається на 0,16 с. МК відключає навантаження, струм не