Необходимо выбрать одну из этих микросхем, причем наиболее подходящую. Для этого воспользуемся методом выбора элементов по матрице параметров. Запишем матрицу параметров:

Параметры в матрице X должны соответствовать такому виду, чтобы большему значению параметра соответствовало лучшее качество ИС. Параметры, не удовлетворяющие такому условию (IПОТ, ЕП) пересчитываются по формуле (4.1).

Пересчитав эти параметры, получаем такую матрицу Y:

После этого параметры матрицы Y нормируют по формуле (4.2).

В результате нормирования получим матрицу A (в ней есть обязательно хотя бы один нуль).

Матрица А имеет такой вид:

Для обобщенного анализа системы параметров элементов вводят оценочную функцию, рассчитываемую по формуле (4.3):

Определим эти оценочные функции (приведем их в матричном виде):

По полученным значениям оценочной функции можно сказать, что микросхема видеодекодера SAA7144HL1 наилучшая из всех рассматриваемых (ей соответствует минимальное значение оценочной функции). Её и будем применять.

Остальные элементы принципиальной схемы выбираются аналогичным образом.

4.4 Выбор стабилизатора напряжения

Также нам необходима микросхема стабилизации напряжения. Выполним сравнение микросхем и осуществим выбор наиболее подходящих для наших условий. К рассмотрению приняты такие параметры как:

- максимальный выходной ток ток;

- максимальное напряжение питания.

- отклонение выходного напряжения он номинального

- количество выовдов

Параметры этих микросхем приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4

Параметры выбираемых микросхем.

При составлении таблицы использовались источники [3,4].

Наша задача выбрать одну из этих микросхем, причем наиболее нам подходящую. Для этого воспользуемся методом выбора элементов по матрице параметров. Запишем матрицу параметров:

Параметры в матрице X должны соответствовать такому виду, чтобы большему значению параметра соответствовало лучшее качество ИС. Параметры, не удовлетворяющие такому условию (N, Uвых,) пересчитываются по такой формуле:

, (4.1)

Пересчитав эти параметры, получаем такую матрицу Y:

После этого параметры матрицы Y нормируют по такой формуле:

, (4.2)

В результате нормирования получим матрицу A (в ней есть обязательно хотя бы один нуль). Матрица А имеет такой вид:

Для обобщенного анализа системы параметров элементов вводят оценочную функцию:

, (4.3)

при этом (см. таблицу ).

Определим эти оценочные функции (приведем их в матричном виде):

По полученным значениям оценочной функции можно сказать, что стабилизатор напряжения К1156ЕК5А наилучший из всех рассматриваемых (ему соответствует минимальное значение оценочной функции). Его и будем применять в качестве элемента схемы.

Остальные элементы принципиальной схемы выбираются аналогичным образом.

4.4 Выбор микросхемы памяти

Микросхема памяти должна обладать следующими характеристиками:

- иметь емкость для записи 30с видео материала с частотой кадров 25к/с, и разрешением 640 х 480 точек.

- иметь возможность циклической записи.

Таким требованиям отвечают микросхемы NAND Flash-памяти. Эти микросхемы имеют странично-блочную организацию и последовательный доступ к данным в пределах одной страницы. Такая организация больше всего подходит для хранения больших массивов данных, тем более что объем памяти этих микросхем достигает 8 Гбит (1 ГБайт). На основе этих микросхем построены все известные карты памяти. Объем памяти на один видео канал разрабатываемого устройства высчитывается по формуле

где:

Sкадра - размер кадра;

Iцветн - количество бит цветности;

Nк/с - количество кадров в секунду;

t - общие время записи;

Y ? 230 Мбайт

Наиболее распространенные микросхем емкостью 2Гбита, (256Мбайт) производят фирмы Samsung и Hynix. Samsung микросхема К9F2G08U0A, и Hynix-микросхема HY27UF082G2M. Обе микросхемы являются абсолютно идентичными по своим характеристикам, поэтому выбираем микросхему с наиболее приемлемой ценой фирмы Hynix.

5. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ

Схема электрическая принципиальная устройства автомобильной системы видео наблюдения ДК31.424313.001 Э3 должна выполнять все функции, изложенные в техническом задании к данной работе. Исходя из этого просматриваются некоторые блоки, выполняющие свои функции и находящиеся во взаимосвязи между собой.

Основой устройства является микроконтроллер ATmega1281 фирмы «Atmel». Для оцифровки видео сигналов используется 4-х канальный видеодекодер SAA7144HL1. Устройство питается от внешнего нестабилизированного источника питания постоянного тока +12В номинальным током не менее 0,5А.

5.1 Схема питания

Схема питания выполнена на стабилизаторах напряжения К1156ЕК5 (DA1), который преобразовывает напряжение «плюс 12В» в напряжение «плюс 5В», и стабилизаторе IRU1117-33 который преобразовывает напряжение «плюс 5В» в напряжение «плюс 3,3В». Также в схему питания включен конденсатор C1, C29, C30, C31 для борьбы с высокочастотными и низкочастотными помехами.

5.2 Оцифровка видеосигнала

Оцифровка видео сигнала будет производиться с помощью 4-х канального видеодекодера SAA7144HL1. Поскольку видеокамеры будут расположен за пределами печатной платы, то количество проводников подключаемых к ним должно быть минимальным. Данный видеодекодер отвечает таким требованиям и при подключении используется по одной линии на канал. Для нормальной роботы видеодекодера необходим кварцевый резонатор.

Кварцевый резонатор ZQ1 с частотой 25МГц, который тактирует работу видеодекодера. Он подключен между входами тактирования XTAL0 и XTAL1. Эти выводы являются соответственно входом и выходом инвертирующего усилителя тактового генератора. Емкости конденсаторов C10 и С11 , подключаемых между выводами резонатора и общим проводом, зависят от типа резонатора. Для кварцевого резонатора необходимы конденсаторы емкостью 10пФ. Оцифрованный сигнал подается на четыре 8-и битных порта. Каждый порт соответствует отдельному сигналу.

5.3 Блок памяти

В данном устройстве блок памяти представляет собой 4-и ИМС Hynix HY27UF082G2M которые напрямую подключаются к портам микроконтроллера и видеодекодера для управления, и записи информации соответственно.

5.4 Блок синхронизации и контроля

На этот блок возложена основная работа устройства, и он состоит из микроконтроллера ATmega1281 (DD6) и разъема ХP2 к которому подключаются датчики и кнопки управления. Рассмотрим элементы необходимые для нормальной работы микроконтроллера.

Кварцевый резонатор ZQ2 с частотой 16 МГц, который тактирует работу микроконтроллера. Он подключен между входами тактирования XTAL1 и XTAL2. Эти выводы являются соответственно входом и выходом инвертирующего усилителя тактового генератора. Емкости конденсаторов C32 и С33 , подключаемых между выводами резонатора и общим проводом, зависят от типа резонатора. Для кварцевого резонатора необходимы конденсаторы емкостью 30пФ.

Как правило, устройства, использующие микроконтроллеры, должны начинать работу при включении питающего напряжения. Для установки внутренних регистров в исходное состояние на вывод 1 (RST) необходимо подать единичный импульс длительностью не менее 16 периодов тактовой частоты. В данной схеме начальный сброс микроконтроллера выполняется нажатия кнопки RST, которая подключена к разъему XP2

Для ввода некоторой информации от пользователя самым простым способом является клавиатура. При этом заказывать специализированную клавиатуру для каждого отдельного устройства достаточно дорого. В таком случае наиболее простой способ составить из отдельных кнопок необходимую клавиатуру. При этом обработка нажатий кнопок ведется с помощью микроконтроллера. Существует несколько основных способов обработки нажатий клавиатуры - по прерыванию или периодически опрашивая клавиатуру. Обработку по прерыванию удобно использовать, когда нажатие кнопки будет редким, не основным действием пользователя. В этом случае такая обработка нажатия позволяет микроконтроллеру выполнять свою основную задачу, не «отвлекаясь на проверку клавиатуры», а при нажатии кнопки переходить на обработку нажатия и затем вновь возвращаться к основной программе. Если же клавиатура используется для ввода некоторой последовательности информации, которая затем обрабатывается (как в калькуляторе), то имеет смысл проводить постоянный опрос клавиатуры. Поскольку данное устройство относится ко второму типу, то опрос клавиатуры будет происходить периодическим считыванием порта.

Разъем к которому подключены кнопки и датчики напрямую подключен к портам микроконтроллера.

Кнопки будут использоваться для начального сброса RESET, для старта записи и передачи, а также для выбора необходимой передаваемой информации.

6. РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОГО УЗЛА

6.1 Выбор материала печатной платы

Печатной платой (ПП) называется материал основания, вырезанный по размеру, содержащий необходимые отверстия и, по меньшей мере, один проводящий рисунок. Материал для печатной платы должен обладать следующими свойствами [8]:

- иметь минимальные е, tgд, TKp, ТКе;

- для стабильной работы и исключения паразитных емкостей p и Unp максимум;

- ТКЛР печатной платы близок к ТКЛР меди;

- теплопроводность и теплоемкость должны быть максимальны для отвода тепла от печатных медных проводников;

- стойкость к химическим, внешним воздействиям;

- высокие механические свойства (твердость, прочность на изгиб, сжатие, растяжение, вибростойкость);

- допускать возможность обработки резанием и штамповкой;

- сохранять свои свойства при воздействии климатических факторов, а также в процессе создания рисунка схемы и пайки.

Для изготовления печатных плат используются слоистые диэлектрики, лакированные электролитической медью. К материалам для печатных плат предъявляются следующие требования:

- Они должны обладать высокой термостойкостью (260С в течение 5-20с) и малой влагопроницаемостью (0,2%-0,8%);

- Поверхностное сопротивление при 40С должно быть не менее 104 МОм.

- Чистота меди должна быть не менее 99,5%;

- Шероховатость не хуже 0,4 мкм.

Основными материалами для изготовления печатных плат являются:

- гетинакс;

- стеклотекстолит.

Гетинакс и стеклотекстолит фольгированные представляют собой слоистые прессованные пластики, изготовленные на основе бумаги (гетинакс) или ткани из стеклянного волокна (стеклотекстолит), пропитанные термореактивными смолами и облицованные с одной или двух сторон медной электролитической фольгой.

Часто для изготовления печатных плат используют стеклотекстолит фольгированный травящийся, который представляет собой листовой прессованный слоистый пластик, изготовленный из стеклоткани, пропитанной искусственной термореактивной смолой и облицованный с одной или двух сторон электролитической фольгой с гальваностойким покрытием или медной электролитической оксидированной фольгой. Он предназначен для изготовления многослойных печатных плат методом металлизации сквозных отверстий.

В качестве материала для изготовления ПП выбираем стеклотекстолит СФ-2-35-1.5 ГОСТ 10316-88 он уверенно выдерживает перепады температур, вибрационные нагрузки, климатические удары (в отличие от гетинакса, который со временем имеет свойство расслаиваться):

- толщина фольги - 35 мкм;

- толщина основания (стеклотекстолита) - 1.5 мм.

6.2 Выбор типа печатной платы

Печатные платы с гибким и жестким основанием по конструкции делятся на такие типы [8]:

- односторонние;

- двусторонние;

- многослойные;

- гибкие;

Для создания устройства целесообразно использовать двустороннюю печатную плату с металлизированными монтажными и переходными отверстиями. Этот тип плат характеризуется высокими коммутационными свойствами, повышенной прочностью соединения вывода навесного элемента с проводящим рисунком платы.

Применение двусторонних плат позволяет облегчить трассировку, оптимально разместить элементы навесного монтажа. Уменьшить габариты платы, следовательно, уменьшить расход материала платы, обеспечить надежное соединение.

Поэтому изготавливаемая печатная плата будет именно двухсторонней платой.

6.3 Выбор класса точности

По плотности монтажа ПП делятся на 5 классов точности. Печатные платы 1-го и 2-го класса точности наиболее просты в исполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную плотность монтажа. Печатные платы 3-го, 4-го, 5-го класса точности требуют использования высококачественных материалов, инструмента и оборудования [3].

Проектируемое устройство должно иметь небольшие габаритные размеры, плотность монтажа должна быть достаточно высокой. В тоже время на печатной плате необходимо расположить не очень большое количество элементов, поэтому не следует делать монтаж очень плотным. Наиболее распространенным классом точности для устройств подобного типа является класс 4, поэтому и для данной печатной платы выбран этот класс точности.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9