3.7 Розробка структурної схеми

Після визначення загальних принципів функціонування пристрою можна перейти до розробки його структурної схеми – визначення його основних структурних одиниць та зв’язків між ними. У процесі розробки треба зазначити призначення кожного блоку, що є його вхідними сигналами, а що вихідними, тобто описати функції виконувані блоком та його зв’язки з іншими блоками пристрою.

Основний блок будь-якого мікропроцесорного пристрою зазвичай називають або блоком керування, або блоком управління та синхронізації, або мікропроцесорним блоком керування. Оскільки основу розроблюваного пристрою складає мікроконтролер, то головний структурний блок можна назвати так само – мікроконтролер. Цей блок структурної схеми є головним, тобто він забезпечує виконання усіх функцій пристрою. При цьому він використовує сигнали, що формуються іншими блоками, і сам формує сигнали, що керують роботою інших блоків. У кожному конкретному випадку треба детально описати виконувані ним функції, сигнали яких блоків він використовує і якими блоками керує.

Решту структурних блоків схеми треба визначати, орієнтуючись на результати, отримані у першому розділі. При цьому треба починати з тих блоків, які можуть вплинути на вибір інших. Так наприклад, у пристрої, що контролює температуру, одним з основних блоків буде датчик температури, або сенсор, або первинний перетворювач. Таким датчиком може бути, наприклад, терморезистор або цифровий датчик. Якщо використовувати терморезистор, то у схему треба вводити аналого-цифровий перетворювач. Якщо вибрати цифровий датчик температури, то його можна підключати до блока керування безпосередньо. Тому у таких випадках треба розглянути можливі види датчиків і серед них обґрунтовано вибрати певний (наприклад, виходячи із заданого діапазону вимірювань, мінімізації апаратних витрат, простоти використання).

Аналогічно треба роботи і у тих випадках, коли є різні варіанти реалізації структурного блоку. Наприклад, як індикатор можна використовувати світлодіодний або рідкокристалічний, як силовий елемент комутації для керування електронавантаженням – тиристор, симистор або реле.

Розроблена структурна схема наводиться у Додатку Б. Під час її опису, треба зробити посилання на неї, наприклад, «Розроблена структурна схема …. наведена у Додатку Б», або «Основними блоками структурної схеми (Додаток Б) є:» Структурна схема може виконуватися на аркушах А4 або А3 формату з основним надписом за формою 55 х 185 мм. В центальне поле надпису вписується назва курсового проекту у називному відмінку та назва креслення – Схема електрична структурна. У верхнє поле вписується умовне позначення креслення, яке відрізняється від умовного позначення пояснювальної записки тільки двома останніми символами. Для пояснювальної записки це смволи ПЗ, а для схеми електричної структурної – Е1 (Е – електрична схема, 1 – структурна).

3.8 Вибір елементної бази

Після розробки структурної схеми можна перейти до розробки схеми електричної принципової. Первинним етапом розробки принципової схеми є вибір елементної бази.

У більшості випадків є зрозумілим які елементи будуть використовуватися і що із себе представляють ці елементи, зокрема, скільки входів та виходів вони мають. У цих випадках вибір елементної бази починають з вибору мікроконтролера. Іноді не зрозуміло, який інтерфейс (скільки вхідних або вихідний ліній) буде мати певний елемент. Тоді вибір елементної бази починають з вибору цього елемента.

При виборі мікроконтролера бажано розглянути основні особливості мікроконтролерів певного виробника, краще 2-х – 3-х. Якщо буде розглядатися один виробник, то треба обґрунтувати, чому саме мікроконтролери його виробництва будуть вибиратися (наприклад, більш доступні на ринку, або найбільш популярні, або кращі програмні засоби для розробки, або найбільший вибір). Якщо розглядаються кілька виробників, треба обґрунтовано надати перевагу мікроконтролерам одного із них і більш детально розкрити їх особливості. Далі треба визначити критерії, яким повинен задовольняти мікроконтролер для реалізацій задач, поставлених у курсовому проекті. Такими критеріями можуть бути об’єм пам’яті, кількість ліній введення/виведення, необхідних для підключення інших елементів, швидкодія, наявність вбудованого аналогового компаратора, аналого-цифрового перетворювача, асинхронного приймача/передавача тощо. Далі за визначеними критеріями вибирається конкретний тип мікроконтролера і надається коротка інформація про його основні характеристики та параметри.

Після вибору мікроконтролера переходять до вбору інших елементів. У більшості випадків треба вибирати тільки активні елементи – підсилювачі, транзистори, діоди, датчики, індикатори, цифрові елементи, такі як регістри, лічильники, дешифратори та інші. Вибір починають з тих елементів, які будуть впливати на вибір інших. Наприклад, пристрій місить реле, керування яким здійснюється за допомогою транзисторного ключа. Першим вибирають реле, а потім за його вхідними характеристиками вибирають транзистор.

Для пасивних елементів (резистори, конденсатори, дроселі) основним параметром є їх номінал. Номінали пасивних елементів розраховують та визначають на завершальному етапі розробки електричної принципової схеми.

Вибір більшості елементів схеми повинен здійснюватися обґрунтовано. Для цього визначаються критерії вибору. Наприклад, для реле такими критеріями можуть бути максимально допустимі комутовані струм та напруга, для транзистора – максимально допустимий струм колектора, який не повинен бути меншим за струм того, чим керує транзистор, для датчика – діапазон вимірювань, для індикатора – розмір символів, колір світіння, яскравість. Після визначення конкретного типу того чи іншого елемента наводять інформацію про його основні характеристики.

У деяких випадках вибір окремих елементів схеми може здійснюватися у ході її розробки після проведення певних розрахунків або в результаті визначення варіанту певного схемотехнічного рішення.