2 Структурная схема устройства
На рисунке 1 представлена структурная схема устройства.
ПК Узел
сопряжения Световой
индикатор
Рисунок 1 – Схема структурная
В состав схемы входят следующие блоки:
– Персональный компьютер
– Микроконтроллер
– Светодиодный индикатор
Устройство класса HID может обмениваться с хостом репортами – блоками данных фиксированного размера. Микроконтроллер эти репорты принимает, обрабатывает и отправляет ответ компьютеру. Обратим внимание на тот факт, что прием/передачу данных инициализирует хост программа на ПК. После обработки запроса на запись данных контроллер меняет состояние светового индикатора.
Персональный компьютер включает в себя операционную систему Windows 7, USB-интерфейс и программное обеспечение.
Узел сопряжения включает микроконтроллер ATmega8, элементы цепи и USB-порт.
Световой индикатор состоит из светодиода и ограничивающего резистора.
3 Принципиальная схема устройства
На рисунке 2 представлена принципиальная схема устройства.
Рисунок
2 – Принципиальная схема узла сопряжения
Микроконтроллер ATmega8 подключен классически с 5-ти вольтовым питанием. В USB уровень сигнала на линиях D+ и D- составляет 3.3В, а схему подключили к 5В, поэтому для согласования установлены стабилитроны D1 и D2, которые уменьшают сигнал с микроконтроллера на гасящих резисторах R3, R4 до уровня необходимого по стандарту. Для определения версии протокола в схеме задействован делитель напряжения на резисторах R1 и R2 который обеспечивает 3.4V для D- на холостом ходу. Сопротивления R1 и R2 рассчитываются по току и для данной схемы равны 68 Ом. Сопротивление R5 ограничивает ток на светодиоде LED1. Конденсаторы C1 и C4 применяются для сглаживания скачков напряжения питания микроконтроллера. Кварц Q1 и конденсаторы C2 и С3 задают тактовую частоту микроконтроллера. Выходы USB порта D+ и D- подключаются к входам контролера PD2 и PD4 соответственно. Кварц Q1 подключается к входам микроконтроллера XTAL1 и XTAL2. Светодиод LED1 и ограничивающий резистор R5 подключены к выходу контроллера PB1. Резистор R6 подключен к входу RESET [5]. Номиналы и типы элементов занесены в таблицу 2.
Таблица 2 – Перечень элементов принципиальной схемы узла сопряжения
|
Обозначение |
Тип |
Номинал |
Количество |
|
|
|
|
|
|
IC1 |
MК AVR 8-бит |
ATmega8 |
1 |
|
|
|
|
|
|
D1,D2 |
Стабилитроны |
3V5 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
Конденсаторы |
|
|
|
C1 |
Полярный конденсатор |
100нФ |
1 |
|
С4 |
Конденсатор |
100 нФ |
1 |
|
С2, С3 |
Конденсатор |
24 пФ |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
Резисторы |
|
|
|
R1, R2 |
Резистор |
68 Ом |
2 |
|
R3 |
Резистор |
2,2 кОм |
1 |
|
R4 |
Резистор |
4,7 кОм |
1 |
|
R5 |
Резистор |
330 Ом |
1 |
|
R6 |
Резистор |
10 кОм |
1 |
|
|
|
|
|
|
Q1 |
Кварц |
12 МГц |
1 |
|
|
|
|
|
|
LED1 |
Светодиод |
|
1 |