Многоканальная охранная система сигнализации

Размещено на http://www.allbest.ru

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка до дипломного проекту містить: 93 сторінок, 26 рисунків, 7 таблиць, 20 джерел, 7 додатків.

Мета роботи: Багатоканальна охоронна система сигналізації.

Метод розробки: Аналітичний з використанням ЕОМ.

У даному дипломному проекті проведене покращення багатоканальної охоронної системи сигналізації, а це оновлення застарілої елементної бази, підвищення робочої частоти та зменшення розмірів плати. Представлена розробка схем електричної структурної, електричної принципової та печатної плати даного пристрою.

Конструкторська документація розроблена з застосуванням систем автоматизованого проектування MS Office Visio, EAGLE 4.16.

ШИНА, ДАТЧИК, КОНТРОЛЕР, ЗВУКОВИЙ ВИПРОМІНЮВАЧ, СВІТЛОВИЙ ВИПРОМІНЮВАЧ, ІЧ-ВИПРОМІНЮВАННЯ, БЛОК КЕРУВАННЯ, ЖИВЛЕННЯ, КОМУТАЦІЯ, СКАНЕР ДАТЧИКІВ, ФОРМУВАЧ ЧАСОВИХ ІНТЕРВАЛІВ, МIКРОСХЕМА, МIКРОКОНТРОЛЕР.

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка к дипломному проекту содержит: 93 страниц, 26 рисунков, 7 таблиц, 20 источников, 7 приложений

Цель работы: Многоканальная охранная система сигнализации.

Метод разработки: Аналитический с использованием ЭВМ.

В данном дипломном проекте проведено улучшение многоканальной охранной системы сигнализации, а это обновление устаревшей элементной базы, увеличение количества датчиков, увеличение рабочей частоты и уменьшение размеров платы. Представлена разработка схем электрической структурной, электрической принципиальной и печатной платы данного устройства.

Конструкторская документация разработана с использованием систем автоматизированного проектирования MS Office Visio, EAGLE 4.16.

ШИНА, ДАТЧИК, КОНТРОЛЛЕР, ЗВУКОВОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ, СВЕТОВОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ, ИК-ИЗЛУЧЕНИЕ, БЛОК УПРАВЛЕНИЯ, ПИТАНИЕ, КОММУТАЦИЯ, СКАНЕР ДАТЧИКОВ, ФОРМИРОВАТЕЛЬ ВРЕММЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ, МИРОКОНТРОЛЛЕР, МИКРОСХЕМА.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СИСТЕМ ОХРАННЫХ СИГНАЛИЗАЦИЙ

1.1 Охранная сигнализация на магнито-контактных датчиках

1.2 Система охранной сигнализации на ИК лучах

1.3 Многоканальная охранная сигнализация

2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

2.1 Обобщенная структурная схема систем охранных сигнализаций

2.2 Разработка структурной схемы многоканальной охранной системы сигнализации

3. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ

3.1 Выбор элементной базы

3.2 Описание микроконтроллера ATmega8

3.3 Описание шины

3.4 Разработка электрической принципиальной схемы многоканальной охранной системы сигнализации

3.5 Алгоритм работы многоканальной охранной системы сигнализации

4. РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ОХРАННОЙ СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ

4.1 Анализ технического задания и характеристики материала печатной платы

4.2 Выбор материала и способ изготовления печатного основания

4.3 Расчёт габаритных размеров печатной платы

5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

5.1 Составление и анализ схемы «ЧМС»

5.2 Техника безопасности в НИЛ

5.3 Производственная санитария и гигиена труда в помещении НИЛ

5.4 Пожарная профилактика помещения НИЛ

6. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

6.1 Краткая характеристика дипломной НИР

6.2 Расчет сметной стоимости научно исследовательской работы

6.3 Оценка результатов НИР

6.4 Определение экономической эффективности результатов НИР

ВЫВОДЫ

ССЫЛКИ

сигнализация датчик плата шина

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ОС - Охранная сигнализация

ИК - Инфракрасный луч

ОПС - Охранно-пожарная сигнализация

ИС - Интегральная схема

МС - Микросхема

МК - Микроконтроллер

ВКМ - Внутренняя контроллерная магистраль

АЛУ - Арифметическо-логическое устройство

ВВЕДЕНИЕ

Средства защиты человека и его имущества развивались достаточно длительный период от простейших средств физической защиты жилища человека до современных систем безопасности. Из них наибольшее распространение получили системы охранной сигнализации, которые достаточно эффективно обеспечивают безопасность.

Принцип действия охранной сигнализации заключается в том, что лицо устанавливающее сигнализацию рассматривает места возможного проникновения на объект и оснащаются охранными датчиками (в этом плане наиболее уязвимыми с точки зрения безопасности являются окна и двери). В помещении охраны устанавливается прибор охранной сигнализации. В случае открытии двери, окна, разбитии стекла, несанкционированном проникновении в офис срабатывает соответствующий датчик, и сигнал передаётся на прибор охранной сигнализации в помещении охраны. Включается звуковая и световая сигнализация, оповещая охрану о том, что на объект, в таком то месте кто-то проник. Наиболее распространенными датчиками, используемыми в охранной сигнализации, являются инфракрасные датчики движения, акустические датчики разбития стекла, герконы (магнито-контактные).

Актуальность моей работы обусловлена тем, что технологии электроники прогрессируют в развитии очень быстро и уменьшают свои габариты при этом увеличивая степень упаковки, то охранные сигнализации быстро устаревают, а техническая оснащенность злоумышленников зачастую шагает вперед и крайне важно идти в ногу со временем и совершенствовать системы охранной сигнализации. [1][2][3]

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СИСТЕМ ОХРАННЫХ СИГНАЛИЗАЦИЙ

Автоматическая система охранной сигнализации широко используется при оснащении различных типов помещений. Цель охранной сигнализации - абсолютное пресечение любой возможности незаконного проникновения в охраняемое помещение или на охраняемую территорию. Основой охранной системы служат контрольные датчики, которые передают информацию на центральный контрольный пункт. При этом охранная сигнализация может быть не только автономной, но и функционировать в комплексе с другими системами безопасности охраняемого объекта. Система охранной сигнализации позволяет контролировать охраняемое помещение или территорию 24 часа в сутки.

Система охранной сигнализации - это сложный комплекс технических средств, предназначенный для своевременного обнаружения несанкционированного проникновения в охраняемую зону. Обычно, охранная сигнализация интегрируется в комплекс, объединяющий все установленные системы безопасности и инженерные системы здания, обеспечивающий достоверной адресной информацией системы оповещения и др.

Задача охранной сигнализации (ОС) защитить помещение от несанкционированного проникновения посторонних лиц, объектов. Автономная система ОС - в случае срабатывания такой системы активируются сирены, строб-вспышки и т.п. Сигнал тревоги никуда не передается по радиоканалу.

На современном рынке охранных услуг представлено немало отечественного и импортного оборудования, с помощью которого можно построить систему безопасности любого объекта. Возможно все: от простой, с минимальной насыщенностью средствами ОПС, до сложной, интегрированной системы безопасности, объединяющей системы видеонаблюдения, контроля доступа, учета рабочего времени, а также охранно-пожарную и тревожную сигнализации, систему оповещения о кризисных ситуациях и т.д.[4]

1.1 Охранная сигнализация на магнито-контактных датчиках

Охранная сигнализация[5] предназначена для охраны квартир, домов, дач, офисов, торговых точек, гаражей от несанкционированного проникновения. С помощью датчиков сигнализация контролирует факт событий несанкционированного проникновения. Реакцией охранной сигнализации на вторжение (или нажатие кнопки «Тревога») является включение звуковой и (или) световой сигнализации. Структурная схема данной охранной сигнализации изображена на (рисунке 1.1).

Рисунок 1.1 - Структурная схема охранной сигнализации

Для повышения надежности и эффективности работы ОС число звуковых излучателей увеличено до трех, а их подключение осуществлено через развязывающие предохранители, что препятствует выходу из строя всей ОС при коротком замыкания одного из звуковых излучателей.

Для оперативного включения звуковой сигнализации служит кнопка (с фиксацией) независимого включения "сирены". Такая функция крайне необходима при нахождении в доме детей без родителей, а также и при разбойном нападении, когда нет времени воспользоваться телефоном.

По причине того что грабители и квартирные воры, как правило, перед взломом отключают в доме тем или иным способом сетевое электропитание 220 вольт, сигнализация запитана от независимого источника бесперебойного питания напряжением 12В, энергии которого хватает для работы ОС в течение нескольких суток после отключения сетевого электропитания.

Особенности схемы. Охранными датчиками служат два пассивных дверных (герконы) и два активных (ИК детектор движения) датчика. Для постановки ОС в режим охраны нажимается кнопка управления, при этом загорается и часто мигает светодиод красного цвета. После того, как (если) будет обнаружено закрытие входной двери (срабатывание датчика-геркона), или, после того, как ИК детектор движения зафиксирует факт отсутствия людей, прозвучит короткий звуковой сигнал подтверждения постановки ОС в режим охраны.

Для повышения надежности в описываемой схеме сигнализации введены дополнительные элементы и усложнения. Так, для устранения выхода из строя источника питания, служат два плавких предохранителя в цепях звуковых и световых оповещателей (контакт 6 устройства управления). Такое техническое решение не позволяет заблокировать все извещатели одновременно. Так, если будут замкнуты провода питания одной из "сирен", то перегорит предохранитель в ее цепи, а другая "сирена" останется работоспособной.

Два звуковых извещателя, с целью затруднить их умышленное повреждение, устанавливаются на охраняемом здании на высоте 2,5-3.5 метра от земли. Третий звуковой извещатель установлен внутри помещения, что многократно усиливает психологический эффект действия сигнализации, так как становится невозможной локализация источников звука. Пьезокерамические звуковые извещатели, при уровне звука 110 дб, потребляют ток всего 30 мА, поэтому, увеличение количества звуковых извещателей, не влияет на продолжительность работы ОС.

Рисунок 1.2 - Электрическая принципиальная схема охранной сигнализации на PIC контроллере

Достоинства и недостатки ОС. Основным отличием представленной охранной сигнализации от других подобных является ее компактность, простота и надежность. Охранная сигнализация конструктивно размещена в одном пожаробезопасном металлическом корпусе вместе с источником резервного питания 12В.

Для постановки на охрану и снятия с охраны не требуется брелка, ключа или SMS сообщения, что во многих случаях является скорей достоинством охранной сигнализации, чем ее недостатком, поскольку отмечена тенденция роста случаев, когда грабители, угрожая насилием, проникают в помещение вместе с его владельцем. В таком случае для того, чтобы сработала охранная сигнализация, достаточно нескольких секунд бездействия.

Так же к недостаткам можно отнести и отсутствие брелков ключей, в место которых одна кнопка управления. Кнопке управления здесь отдано предпочтение по причине того, что в пользовании квартирой участвуют много людей, вследствие этого неизбежны потери пультов, что, в свою очередь, повлекло - бы необходимость периодического перепрограммирования кодов доступа и приобретения новых ключей, что создает определенные неудобства. Неудобства, может, не в плане дороговизны ключей и сложности процесса программирования, но в самой обязательности этих процедур.

Существенным недостатком охранных сигнализаций с управлением кнопкой является нежелательная задержка времени срабатывания ОС при нарушения охраняемой зоны. Однако, в варианте данной ОС этот недостаток, благодаря оригинальному техническому решению, практически, удалось устранить. После срабатывания датчика сигнал звуковых оповещателей включается через 2-3 секунды.

1.2 Система охранной сигнализации на ИК лучах

Система предназначена для охраны квартир, офисов, коттеджей, музеев, земельных участков, дач и других объектов.[6] Структурная схема сигнализации изображена на (рисунке 1.3).

Рисунок 1.3 - Структурная схема сигнализации ни ИК - лучах

Действие системы основано на использовании ИК датчиков. Режим тревоги включается при пересечении нарушителем инфракрасного луча. К одному блоку системы может быть подключено до 10 охранных датчиков. Все датчики подключены параллельно к одной четырехпроводной линии.

Рисунок 1.4 - Схема электрическая принципиальная блока ИК передатчика

Задающий генератор блока выполнен на элементах DD1. 1, DD1. 2, резисторах Rl, R2 и конденсаторе С1. С выхода генератора прямоугольные импульсы частотой 16 кГц поступают на усилитель мощности, выполненный на элементах DD1. 3, DD1. 4, включенных параллельно. С выхода последнего импульсы поступают на ключевой каскад, выполненный на транзисторе VT1.

Нагрузкой транзистора VT1 служит ИК светодиод VD1. Резистор R4 ограничивает ток, протекающий через диод VD1 и транзистор VT1. Питается блок от источника постоянного тока напряжения 9 В. Блок ИК передатчика собран на отдельной плате и помещен во влагозащитный корпус.

Блок ИК приемника располагается на расстоянии не более 10 м от передатчика. ИК приемник усиливает сигнал до уровня срабатывания КМОП микросхем. Принципиальная схема ИК приемника приведена на (рисунке 1.5). Приемник собран на 2 микросхемах и 2 транзисторах.

Рисунок 1.5 - Схема электрическая принципиальная ИК приемника

На операционном усилителе DA1 собран преобразователь тока фотодиода VD1 в напряжение. Подавление синфазной помехи в нем достигает 70 дБ. Цепь R3R4C1 формирует необходимую для подавления паразитной низкочастотной помехи, вызванной излучением ламп накаливания, АЧХ и определяет коэффициент передачи по напряжению усилителя. Каскад на транзисторе VT1 усиливает, а ключ на транзисторе VT2 окончательно формирует полезный сигнал фотоприемника. Диод VD2 включен для ускорения процесса перезарядки конденсатора СЗ. В то время когда луч не прерывается нарушителем, на коллекторе транзистора VT2 и на выходе 2 блока присутствует последовательность импульсов с частотой 16 кГц. Но это происходит только тогда, когда счетчик DD1 установлен в состояние, соответствующее номеру данного блока. При пересечении нарушителем луча импульсы на выходе 2 блока пропадают. Счетчик DD1 управляется импульсами, поступающими на вывод 4 блока. Принципиальная схема основного блока -- блока индикации, приведена на (рисунке 1.6). Он рассчитан на подключение до 10 блоков ИК приемников (по количеству ИК передатчиков).

Рисунок 1.6 - Схема электрическая принципиальная основного блока -- блока индикации

На элементах DD10. 2 и DD10. 3 выполнен генератор тактовых импульсов частотой 600 Гц. При включении питания цепь R5C6 формирует отрицательный импульс, блокирующий генератор по выводу 8. После заряда конденсатора Сб до уровня логической единицы генератор начинает работать. Импульсы с его выхода CN (вывод 10 DD10. 3) поступают на вход счетчика DD1 (вывод 14), а также на входы блоков приемников через контакт 4 платы. Таким образом, счетчики датчиков и счетчик DD1 основного блока работают синхронно, и в каждый момент времени на вход 2 блока индикации поступают импульсы частотой 16 кГц только от одного из блоков приемников. Очередность работы приемных блоков определяется подключением катода диода VD3 к выходам счетчика DD1 (рисунок 1.2.4). При появлении логической единицы на соответствующем выходе счетчика диод VD3 закрывается, разрешая проход импульсов на базу транзистора VT2.

С вывода 2 основного блока (рисунок 1.6) эти импульсы через конденсатор С1 поступают на детектор, выполненный на диодах VD1, VD2. При этом на выводах 5 и 6 элемента DD10. 1 будет уровень логической единицы а при отсутствии импульсов -- уровень логического нуля. Таким образом, сигнал, информирующий о состоянии датчика, включенного в данный момент, через инвертор DD10. 1 поступает на вентили DD2. 1, DD2. 3, DD3. 1, DD4. 3, DD5. 1, DD5. 3, DD6. 1 и DD6. 3. Их выходы через соответствующие инверторы подключены ко входам R триггеров DD7, DD8, DD9. По какой из цепей и на вход какого именно триггера поступит сигнал, зависит от состояния счетчика DD1, а следовательно, и от номера подключенного датчика. К выходам триггеров подключены светодиодные индикаторы HL1 --HL10. Диоды VD3--VD12, резистор R17, R18 и микросхема DD11 образуют звуковое сигнальное устройство.

При отсутствии нарушения (пересечения луча) на выходе инвертора DD10. 1 (вывод 4) будет уровень логического нуля, коммутаторы будут закрыты и на входы триггеров сигналы со счетчика не поступят. Устройство находится в дежурном режиме. При пересечении луча одного из датчиков на выходе элемента DD10. 1 (вывод 4) появится положительный импульс длительностью, равной одному такту, разрешающий прохождение сигнала с одного из выходов счетчика на вход соответствующего триггера. Триггер переключается в противоположное состояние, включится светодиод, соответствующий номеру сработавшего датчика, и раздастся звуковой сигнал тревоги. Установка триггеров в исходное состояние осуществляется кнопкой SB1 или, при включении питания, цепью С5, R6.

Настройка устройства заключается в установке частот генераторов тактовых импульсов подбором сопротивления резистора R2 (рисунок 1.4) до получения на выходе элементов DD1. 3, DD1. 4 частоты 16 кГц и подбором сопротивления резистора R4 (рисунок 1.6) до получения на выводе 10 элемента DD10. 3 частоты 600 Гц.

Достоинства и недостатки ОС. В достоинства можно включить то, что система позволяет не только определить факт незаконного вторжения на охраняемую территорию, но и выдает информацию о местоположении сработавшего датчика включением соответствующего светодиода. Таким образом, установив светодиоды на карте или схеме объекта можно быстро определить место вторжения, а по очередности зажигания светодиодов -- направление перемещения нарушителя. Система состоит из ИК передатчиков и приемников (до 10 блоков - достаточно большое количество, по сравнению с предыдущим примером), а также блоков индикации и сигнализации.

В качестве блоков передатчиков и приемников можно использовать готовые блоки от систем дистанционного управления телевизорами, немного доработав их.

1.3 Многоканальная охранная сигнализация

Охранная сигнализация[7] разработана для небольшого частного домовладения, но с успехом может быть адаптирована для городской квартиры. Реакцией на вторжение является подача звуковых и световых сигналов.

Структурная схема разрабатываемой многоканальной системы сигнализации (рисунок 1.7) состоит из следующих блоков:



Рисунок 1.7-- -- Структурная схема

«Блок формирования временных интервалов» - представляет собой блок, в котором формируются временные интервалы. Этот блок выполняет функцию задатчика временных диапазонов срабатывания того или иного устройства, например срабатывание сирены.

«Источник питания» - в особых пояснениях не нуждается, так как собран по типовой схеме. Коммутация напряжения питания осуществляется контактами поляризованного реле.

«Сканер датчиков» - применение сканера обеспечивает автоматическое запоминание состояния датчиков в момент включения блока охраны как исходного. При этом датчики могут быть в произвольной комбинации замкнуты или разомкнуты - сигнализация сработает от изменения состояния, а при долговременном нарушении одного из четырех шлейфов охраны, через 3,5 мин работы сирены, сканер переключит цепь охраны на инверсный сигнал, т.е. если раньше данный шлейф срабатывал на размыкание, то теперь будет реагировать на изменение состояния (замыкание). Такое переключение при необходимости схема выполняет до трех раз, когда появляется импульс на выходе счетчика.

Принцип действия ОС .Блок временных интервалов - (рисунок 1.8), состоит из триггера на элементах DD1.1. DD1.3; генератора импульсов DD3.1, DD3.2; счетчика импульсов DD5 селектора временных интервалов (12 и 6 с) на логических элементах микросхем DD6, DD3, DD7; ограничителя времени звучания звукового сигнала на счетчике DD2; триггера на элементах DD4 для обеспечения режима ожидания начала отсчета первого временного интервала (12 с). В качестве триггера выбираем микросхему 561ЛЕ5, а в качестве генератора импульсов D3.1, D3.2 выбираем микросхему 561ЛЕ5.

В момент подачи питания на схему импульс, сформированный цепью C3-R3, обеспечивает начальную нулевую установку счетчиков DD2 и DD5 (на выходе DD2/7 появится лог. «1», т.е. напряжение питания). При этом на выводах микросхем будут состояния: DD4/3 - «1»; DD5/11 - «1»; DD1/1 - «1»; DD1/2 - «1» DD1/3 - «0»; DD6/10 - «1»; DD7/9 - «0». В качестве счетчиков подбираем микросхемы 561ИЕ11 и 561ИЕ16 соответственно.

После срабатывания датчика F1 (лог. «0» на входах DD4/13 и DD1/9) на выходе DD4/11 появится лог. «1» (на DD4/10 - лог. «0», что разрешает работу счетчика DD5). При этом работает генератор (импульсы на DD3/3 с частотой примерно 500 Гц) и связанный с ним счетчик DD5, до момента времени (12 с), пока на DD6/10 не появится лог. «0» (на DD1/3 лог. «1» - что остановит работу генератора). Схема переходит в режим ОХРАНА. Если при этом сработает датчик F1 - переключится триггер на элементах DD1.1.DD1.3 (на выводе DD1/4 появится лог. «1», на DD1/3 - «0»), что разрешает работу генератора и счетчика DD5. В этом случае если не нажать кнопку SB2, через 6 с появится звуковой сигнал тревоги.



Рисунок 1.8 - Формирователь временных интервалов. Схема электрическая принципиальная

При срабатывании любого другого датчика триггер на элементах DD1.1…DD1.3 также переключится, но звуковой сигнал тревоги появится без задержки и будет прерывистым, так как лог. «О» подается на вход DD3/12, а на DD3/11 будут импульсы.

Счетчик DD2 позволяет ограничить время работы звукового оповещения. Когда на DD2/7 появится лог. «О» (при включенном SA1), а на DD4/10 - лог. «1» - этот уровень дает запрет на работу DD5 и прохождение сигналов на выход DD7/9.

Контроль за напряжением аккумулятора выполняет транзистор VT3. Он работает в режиме микротоков, за счет чего имеет большое усиление и переключается из запертого состояния в открытое при изменении напряжения в цепи контроля на 0,1 В. Подбором резистора R11 нужно добиться, чтобы при напряжении источника G1 9 В и меньше транзистор VT3 запирался (лог «1» на входе DD4/6). Зеленый светодиод будет непрерывно светиться - что говорит о необходимости устранить причину снижения напряжения. Светодиод отключится при переходе схемы в режим ОХРАНА (DD4/5 - лог «0») - это исключает разряд элементов питания за счет тока, протекающего через светодиод. Сдвоенный светодиод HL1 можно заменить двумя любыми обычными, но с разным цветом свечения. Зеленый

светодиод служит также для индикации режимов работы моргает). При этом для того чтобы снизить ток потребления схемой, напряжение на него подается короткими импульсами с выхода DD7/10. Из-за инерции зрения это незаметно.

Налаживание блока временных интервалов начинается с установки резистором R12 порога запирания транзистора VT3 при напряжении 9 В в цепи аккумулятора (напряжение подается от регулируемого источника питания). После этого проверяется логика работы схемы в соответствии с описанием. При необходимости можно подстроить частоту тактового генератора резистором R9 для получения временных интервалов 6 и 12 с (или 8 и 16 с).

Сканер охранных датчиков (рисунок 1.9), собран на двух микросхемах. Четырехразрядный последовательно-параллельный регистр 2DD1 используется для запоминания исходного состояния охранных датчиков.

Запись в регистр производится при появлении импульса на входе 2DD1/6 - первоначально это происходит при срабатывании датчика F1 (триггер на DD4.2, DD4.3 переключится). Управление регистром 2DD1 выбрано так, что на его выходах сигнал является инверсным по отношению к входным (в начальном состоянии на выводах 13,15, 14 и 1 будет лог «1») Логические элементы 2DD2 обеспечивают на выходах лог «1», что эквивалентно подключению к разъему ХSЗ нормально разомкнутых датчиков.

Наличие выходов от каждого триггера регистра позволяет преобразовывать последовательный код на входе D в параллельный, снимаемый с выходов QO…Q3. Из одного корпуса ИС типа ИР2 можно организовать восьмиразрядный регистр с последовательным вводом информации и параллельным считыванием. Для этого достаточно установить перемычки между выводами 6 и 14, 1 и 9, 10 и 15.



Рисунок 1.9 - Сканер охранных датчиков. Схема электрическая принципиальная

В качестве датчиков, устанавливаемых на дверях, окнах и других местах могут применяться как обычные, промышленного изготовления (СМК-1, ДИМК) на размыкание, так и любые другие (ультразвуковые, емкостные, инфракрасные и т.д.), имеющие релейный выход при срабатывании. К одному охранному шлейфу может подключаться много датчиков, замкнутых в кольцо так, чтобы при размыкании любого из них разрывалась цепь.

Принцип действия многоканальной системы сигнализации рассмотрим на основе принципиальной схемы.

В момент подачи питания на схему импульс, сформированный цепью C3-R3, обеспечивает начальную нулевую установку счетчиков DD2 и DD5 (на выходе DD2/7 появится лог. «1», т.е. напряжение питания). При этом на выводах микросхем будут состояния: DD4/3 - «1»; DD5/11 - «1»; DD1/1 - «1»; DD1/2 - «1» DD1/3 - «0»; DD6/10 - «1»; DD7/9 - «0».

После срабатывания датчика F1 (лог. «0» на входах DD4/13 и DD1/9) на выходе DD4/11 появится лог. «1» (на DD4/10 - лог. «0», что разрешает работу счетчика DD5). При этом работает генератор (импульсы на DD3/3 с частотой примерно 500 Гц) и связанный с ним счетчик DD5, до момента времени (12 с), пока на DD6/10 не появится лог. «0» (на DD1/3 лог. «1» - что остановит работу генератора). Схема переходит в режим ОХРАНА. Если при этом сработает датчик F1 - переключится триггер на элементах DD1.1.DD1.3 (на выводе DD1/4 появится лог. «1», на DD1/3 - «0»), что разрешает работу генератора и счетчика DD5. В этом случае если не нажать кнопку SB2, через 6 с появится звуковой сигнал тревоги.

При срабатывании любого другого датчика триггер на элементах DD1.1…DD1.3 также переключится, но звуковой сигнал тревоги появится без задержки и будет прерывистым, так как лог. «О» подается на вход DD3/12, а на DD3/11 будут импульсы.

Счетчик DD2 позволяет ограничить время работы звукового оповещения. Когда на DD2/7 появится лог. «О» (при включенном SA1), а на DD4/10 - лог. «1» - этот уровень дает запрет на работу DD5 и прохождение сигналов на выход DD7/9.

Контроль за напряжением аккумулятора выполняет транзистор VT3. Он работает в режиме микротоков, за счет чего имеет большое усиление и переключается из запертого состояния в открытое при изменении напряжения в цепи контроля на 0,1 В. Подбором резистора R11 нужно добиться, чтобы при напряжении источника G1 9 В и меньше транзистор VT3 запирался (лог «1» на входе DD4/6). Зеленый светодиод будет непрерывно светиться - что говорит о необходимости устранить причину снижения напряжения. Светодиод отключится при переходе схемы в режим ОХРАНА (DD4/5 - лог «0») - это исключает разряд элементов питания за счет тока, протекающего через светодиод. Сдвоенный светодиод HL1 можно заменить двумя любыми обычными, но с разным цветом свечения. Зеленый светодиод служит также для индикации режимов работы моргает). При этом для того чтобы снизить ток потребления схемой, напряжение на него подается короткими импульсами с выхода DD7/10. Из-за инерции зрения это незаметно.

Запись в регистр производится при появлении импульса на входе 2DD1/6 - первоначально это происходит при срабатывании датчика F1 (триггер на DD4.2, DD4.3 переключится). Управление регистром 2DD1 выбрано так, что на его выходах сигнал является инверсным по отношению к входным (в начальном состоянии на выводах 13,15, 14 и 1 будет лог «1») Логические элементы 2DD2 обеспечивают на выходах лог «1», что эквивалентно подключению к разъему ХSЗ нормально разомкнутых датчиков.

Наличие выходов от каждого триггера регистра позволяет преобразовывать последовательный код на входе D в параллельный, снимаемый с выходов QO…Q3. Из одного корпуса ИС типа ИР2 можно организовать восьмиразрядный регистр с последовательным вводом информации и параллельным считыванием. Для этого достаточно установить перемычки между выводами 6 и 14, 1 и 9, 10 и 15.

Достоинства и недостатки ОС. Данная схема является более лучшим вариантом в отличии предыдущих, а именно из - за ее высокой автоматизации и высоким интеллектуальным решением. Применение «Сканера датчиков» обеспечивает автоматическое запоминание состояния датчиков в момент включения блока охраны. При этом датчики могут быть в произвольной комбинации замкнуты или разомкнуты - сигнализация сработает от изменения состояния, а при долговременном нарушении одного из четырех шлейфов охраны, через 3,5 мин работы сирены, сканер переключит цепь охраны на инверсный сигнал, т.е. если раньше данный шлейф срабатывал на размыкание, то теперь будет реагировать на изменение состояния (замыкание). Возможность работы в любом месть и абсолютно на любой периферии. Возможным недостатком является ее громоздкость и не компактность по сравнению с предыдущими схемами.

2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

2.1 Обобщенная структурная схема охранных сигнализаций

Система сигнализации предназначена для установки в квартире или любом другом помещении, нуждающемся в охране и оповещать звуковым сигналом, при срабатывании одного из датчиков, хозяина данного помещения либо охрану. Разрабатываемая система сигнализации может найти применение в любом помещении, нуждающемся в охране. Все системы сигнализации работают схожим принципом и имеют подобные блоки, независимо от ввода и вывода информации. Обобщенная схема охранных сигнализации показана на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Структурная схема охранной сигнализации

На рисунке 2.1 показано, что во всех охранных сигнализация присутствует блок питания для приведения стандартного напряжения электросети к необходимому уровню напряжений питания элементов схемы и источник бесперебойного питания.

Управляющим блоком опрашиваются датчики с различными величинами и состояниями. Полученная информация с датчиков обрабатывается и сравнивается с состоянием по умолчанию управляющим блоком. В случае различия полученного сигнала с сигналом по умолчанию управляющий блок генерирует соответствующий сигнал в извещающий блок. Раздается сигнал тревоги, либо охранно-контрольный пункт ставится в известность о нарушении периметра.

2.2 Разработка структурной схемы многоканальной охранной сигнализации

Разработка структурной схемы является начальным этапом проектирования любого электронного устройства. Структурной называется схема, которая определяет основные функциональные части изделия и связи между ними. Структурная схема лишь в общих чертах раскрывает назначение устройства и его функциональных частей, а также взаимосвязи между ними, и служит лишь для общего ознакомления с изделием. Составные части проектируемого устройства изображаются упрощенно в виде прямоугольников произвольной формы, т.е. с применением условно-графических обозначений. Внутри каждого прямоугольника, функционального узла устройства, указаны наименования, которые очень кратко описывают предназначение конкретного блока. Структурная схема многоканальной сигнализации состоит из блоков (рисунок 2.2):

- БП - стандартный блок питания с аккумуляторной батареей, обеспечивает питание сигнализации даже в аварийном режиме в случае отсутствия стационарного питания;

- ЗИ - звуковой извещатель, извещает хозяев или охрану соответствующим звуком в случае нарушения охраняемого периметра;

- УП - управляющий блок, контролирует систему сигнализации;

- БО - блок опроса, опрашивает датчики на наличие изменения сигнала;

- И - блок индикации, отображает включение, сеть и нарушение периметра;

- БУ - блок управления, включает в себя кнопки включения и сброса работы устройства;

Рисунок 2.2 - Структурная схема многоканальной охранной сигнализации

3. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ

3.1 Выбор элементной базы

В настоящее время выпускается целый ряд типов МК. Все эти приборы можно условно разделить на три основных класса:

- 8-разрядные МК для встраиваемых приложений;

- 16- и 32-разрядные МК;

- цифровые сигнальные процессоры (DSP).

Наиболее распространенным представителем семейства МК являются 8-разрядные приборы, широко используемые в промышленности, бытовой и компьютерной технике. Они прошли в своем развитии путь от простейших приборов с относительно слаборазвитой периферией до современных многофункциональных контроллеров, обеспечивающих реализацию сложных алгоритмов управления в реальном масштабе времени. Причиной жизнеспособности 8-разрядных МК является использование их для управления реальными объектами, где применяются, в основном, алгоритмы с преобладанием логических операций, скорость обработки которых практически не зависит от разрядности процессора.

Росту популярности 8-разрядных МК способствует постоянное расширение номенклатуры изделий, выпускаемых такими известными фирмами, как Motorola, Microchip, Intel, Zilog, Atmel и многими другими. Современные 8-разрядные МК обладают, как правило, рядом отличительных признаков. Перечислим основные из них:

- модульная организация, при которой на базе одного ядра проектируется ряд (линейка) МК, различающихся объемом и типом памяти программ, объемом памяти данных, набором периферийных модулей, частотой синхронизации;

- использование закрытой архитектуры МК, которая характеризуется отсутствием линий магистралей адреса и данных на выводах корпуса МК. Таким образом, МК представляет собой законченную систему обработки данных, наращивание возможностей которой с использованием параллельных магистралей адреса и данных не предполагается;

- использование типовых функциональных периферийных модулей (таймеры, счетчики, контроллеры последовательных интерфейсов, аналого-цифровые преобразователи и др.), имеющих незначительные отличия в алгоритмах работы в МК различных производителей;

- расширение числа режимов работы периферийных модулей, которые задаются в процессе инициализации регистров специальных функций МК.

При модульном принципе построения все МК одного семейства содержат ядро, одинаковое для всех МК данного семейства, и изменяемый функциональный блок, который отличает МК разных моделей. Структура модульного МК приведена на рисунке 3.1.

Ядро включает в себя:

- АЛУ;

- внутреннюю контроллерную магистраль (ВКМ) в составе шин адреса, данных и управления;

- схему синхронизации МК;

- схему управления режимами работы МК, включая поддержку режимов пониженного энергопотребления, начального запуска (сброса) и т.д.

Изменяемый функциональный блок включает в себя модули памяти различного типа и объема, порты ввода/вывода, модули тактовых генераторов, таймеры. В относительно простых МК модуль обработки прерываний входит в состав ядра. В более сложных МК он представляет собой отдельный модуль с развитыми возможностями. В состав изменяемого функционального блока могут входить и такие дополнительные модули как компараторы напряжения, аналого-цифровые преобразователи и другие. Каждый модуль проектируется для работы в составе МК с учетом протокола внутренней контроллерной магистрали. Данный подход позволяет создавать разнообразные по структуре МК в пределах одного семейства.

Рисунок 3.1 - Модульная организация МК

Основными характеристиками, определяющими производительность процессорного ядра МК, являются:

- набор регистров для хранения промежуточных данных;

- система команд процессора;

- способы адресации операндов в пространстве памяти;

- организация процессов выборки и исполнения команды.

С точки зрения системы команд и способов адресации операндов процессорное ядро современных 8-разрядных МК реализует один из двух принципов построения процессоров:

- контроллеры с CISC-архитектурой, реализующие так называемую полную систему команд (Complicated Instruction Set Computer);

- контроллеры с RISC-архитектурой, реализующие сокращенную систему команд (Reduced Instruction Set Computer).

CISC-процессоры выполняют большой набор команд с развитыми возможностями адресации, давая разработчику возможность выбрать наиболее подходящую команду для выполнения необходимой операции. В применении к 8-разрядным МК процессор с CISC-архитектурой может иметь однобайтовый, двухбайтовый и трехбайтовый (редко четырехбайтовый) формат команд. При этом система команд, как правило, неортогональна, то есть не все команды могут использовать любой из способов адресации применительно к любому из регистров процессора. Выборка команды на исполнение осуществляется побайтно в течение нескольких циклов работы МК. Время выполнения команды может составлять от 1 до 12 циклов. К МК с CISC-архитектурой относятся МК фирмы Intel с ядром MCS-51, которые поддерживаются в настоящее время целым рядом производителей, МК семейств НС05, НС08 и НС11 фирмы Motorola и ряд других.

В процессорах с RISC-архитектурой набор исполняемых команд сокращен до минимума. Для реализации более сложных операций приходится комбинировать команды. При этом все команды имеют формат фиксированной длины (например, 12, 14 или 16 бит), выборка команды из памяти и ее исполнение осуществляется за один цикл (такт) синхронизации. Система команд RISC-процессора предполагает возможность равноправного использования всех регистров процессора. Это обеспечивает дополнительную гибкость при выполнении ряда операций. К МК с RISC-процессором относятся МК AVR фирмы Atmel, МК серии PIC16 фирмы Microchip и другие.

На первый взгляд, МК с RISC-процессором должны иметь более высокую производительность по сравнению с CISC МК при одной и той же тактовой частоте внутренней магистрали. Однако на практике вопрос о производительности более сложен и неоднозначен.

Во-первых, оценка производительности МК по времени выполнения команд различных систем (RISC и CISC) не совсем корректна. Обычно производительность МП и МК принято оценивать числом операций пересылки «регистр-регистр», которые могут быть выполнены в течение одной секунды. В МК с CISC-архитектурой время выполнения операции «регистр-регистр» составляет от 1 до 3 циклов, что, казалось бы, уступает производительности МК с RISC-архитектурой. Однако стремление к сокращению формата команд при сохранении ортогональности системы команд RISC-контроллера приводит к вынужденному ограничению числа доступных в одной команде регистров. Так, например, системой команд МК PIC16 предусмотрена возможность пересылки результата операции только в один из двух регистров -- регистр-источник операнда f или рабочий регистр W. Таким образом, операция пересылки содержимого одного из доступных регистров в другой (не источник операнда и не рабочий) потребует использования двух команд. Такая необходимость часто возникает при пересылке содержимого одного из регистров общего назначения (РОН) в один из портов МК. В то же время, в системе команд большинства CISC-контроллеров присутствуют команды пересылки содержимого РОН в один из портов ввода/вывода. То есть более сложная система команд иногда позволяет реализовать более эффективный способ выполнения операции.

Во-вторых, оценка производительности МК по скорости пересылки «регистр-регистр» не учитывает особенностей конкретного реализуемого алгоритма управления. Так, при разработке быстродействующих устройств автоматизированного управления основное внимание следует уделять времени выполнения операций умножения и деления при реализации уравнений различных передаточных функций. А при реализации пульта дистанционного управления бытовой техникой следует оценивать время выполнения логических функций, которые используются при опросе клавиатуры и генерации последовательной кодовой посылки управления. Поэтому в критических ситуациях, требующих высокого быстродействия, следует оценивать производительность на множестве тех операций, которые преимущественно используются в алгоритме управления и имеют ограничения по времени выполнения.

В-третьих, необходимо еще учитывать, что указанные в справочных данных на МК частоты синхронизации обычно соответствуют частоте подключаемого кварцевого резонатора, в то время как длительность цикла МК определяется частотой обмена по ВКМ. Соотношение этих частот индивидуально для каждого МК и должно быть принято в расчет при сравнении производительности различных моделей контроллеров.

С точки зрения организации процессов выборки и исполнения команды в современных 8-разрядных МК применяется одна из двух уже упоминавшихся архитектур МПС: фон-неймановская (принстонская) или гарвардская.

Основной особенностью фон-неймановской архитектуры является использование общей памяти для хранения программ и данных, как показано на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Структура МПС с фон-неймановской архитектурой

Основное преимущество архитектуры Фон-Неймана - упрощение устройства МПС, так как реализуется обращение только к одной общей памяти. Кроме того, использование единой области памяти позволяло оперативно перераспределять ресурсы между областями программ и данных, что существенно повышало гибкость МПС с точки зрения разработчика программного обеспечения. Размещение стека в общей памяти облегчало доступ к его содержимому. Неслучайно поэтому фон-неймановская архитектура стала основной архитектурой универсальных компьютеров, включая персональные компьютеры.

Основной особенностью гарвардской архитектуры является использование раздельных адресных пространств для хранения команд и данных, как показано на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Структура МПС с гарвардской архитектурой

Гарвардская архитектура почти не использовалась до конца 70-х годов, пока производители МК не поняли, что она дает определенные преимущества разработчикам автономных систем управления.

Дело в том, что, судя по опыту использования МПС для управления различными объектами, для реализации большинства алгоритмов управления такие преимущества фон-неймановской архитектуры как гибкость и универсальность не имеют большого значения. Анализ реальных программ управления показал, что необходимый объем памяти данных МК, используемый для хранения промежуточных результатов, как правило, на порядок меньше требуемого объема памяти программ. В этих условиях использование единого адресного пространства приводило к увеличению формата команд за счет увеличения числа разрядов для адресации операндов. Применение отдельной небольшой по объему памяти данных способствовало сокращению длины команд и ускорению поиска информации в памяти данных.

Кроме того, гарвардская архитектура обеспечивает потенциально более высокую скорость выполнения программы по сравнению с фон-неймановской за счет возможности реализации параллельных операций. Выборка следующей команды может происходить одновременно с выполнением предыдущей, и нет необходимости останавливать процессор на время выборки команды. Этот метод реализации операций позволяет обеспечивать выполнение различных команд за одинаковое число тактов, что дает возможность более просто определить время выполнения циклов и критичных участков программы.

Большинство производителей современных 8-разрядных МК используют гарвардскую архитектуру. Однако гарвардская архитектура является недостаточно гибкой для реализации некоторых программных процедур. Поэтому сравнение МК, выполненных по разным архитектурам, следует проводить применительно к конкретному приложению[10][11].

3.2 Описание микроконтроллера ATmega8

Обоснование выбора микроконтроллера заключается в максимальной подгонки микросхемы под многоканальную охранную систему сигнализации, а это подходящий объем памяти, его архитектура, быстродействие, количество команд, выполнение большого количества инструкций за один машинный цикл, требования по питанию. Следовательно выбор микроконтроллера из другой серии даст нам лишь переизбыток в выделенной памяти, в количестве регистров, счетчиков, а это увеличение цены. ATmega8 это маломощный CMOS 8-битный микропроцессор основанный на AVR RISC архитектуре. За счет выполнения большинства инструкций за один машинный цикл ATmega8 достигает производительности 1 млн. операций в секунду/МГц, что позволяет проектировщикам систем оптимизировать соотношение энергопотребления и быстродействия. Цоколевка ATmega8 изображена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Цоколевка ATmega8

Таблица 3.1 - Назначение выводов ATmega8

Название	№ вывода	Функция	Описание
PC6(Reset)	1	Цифровой вход	Системный сброс
PD0(RXD)	2	Цифровой вход	Вход данных USART
PD1(TXD)	3	Цифровой вход	Выход данных USART
PD2(INT0)	4	Цифровой вход	Запрос на прерывание
PD3(INT1)	5	Цифровой вход	Запрос на прерывание
PD4(XCK/T0)	6	Цифровой вход	Вход внешнего таймера
VCC	7	Питание	Цифровое питание
GND	8	Питание	Цифровая земля
PB6(XTAL1)	9	Цифровой вход	Вход синхронизации
PB7(XTAL2)	10	Цифровой вход	Вход синхронизации
PD5(T1)	11	Цифровой вход	Вход таймера счетчика 1
PD6(AIN0)	12	Аналоговый вход	Положительный вход 0
PD7(AIN1)	13	Аналоговый вход	Отрицательный вход 1
PB0(ICP1)	14	Цифровой вход	Вход таймера счетчика
PB1(OC1A)	15	Цифровой вход	Вход компаратора А
PB2(SS/OC1B)	16	Цифровой вход	Вход компаратора В
PB3(MOSI)	17	Цифровой вход	Вход загрузки данных
PB4(MISO)	18	Цифровой вход	Выход чтения памяти
PB5(SCK)	19	Цифровой вход	Вход тактовых импульсов
AVCC	20	Питание	Питание ЦАП
AREF	21	Питание	Опорное напряжение ЦАП
GND	22	Питание	Аналоговая земля
PC0(ADC0)	23	Аналоговый вход	Вход АЦП
PC1(ADC1)	24	Аналоговый вход	Вход АЦП
PC2(ADC2)	25	Аналоговый вход	Вход АЦП
PC3(ADC3)	26	Аналоговый вход	Вход АЦП
PC4(SDA)	27	Цифровой вход	Вход данных
PC5(SCL)	28	Цифровой вход	Вход синхронизации

Отличительные особенности:

- 130 мощных инструкций, большинство из которых выполняются за один машинный цикл;

- 32 Ч 8-разр. регистров общего назначения + регистры управления встроенной периферией;

- полностью статическая работа;

- производительность до 16 миллионов команд в секунду при тактовой частоте 16 МГц;

- встроенное умножающее устройство выполняет умножение за 2 машинных цикла;

Энергонезависимая память программ и данных:

- износостойкость 8 кбайт внутрисистемно перепрограммируемой флэш-памяти: 1000 циклов запись/стирание;

- 512-байтовый EEPROM;

- 1-килобайтовый внутренний SRAM;

- запись/стирание циклов: 10000 Flash/100000 EEPROM;

- хранение данных: 20 лет в 85°C/100 лет в 25°C;

- программируемая защита кода ;

Периферийные особенности:

- два 8-разр. таймера-счетчика с раздельными предделителями и режимами сравнения;

- один 16-битовый таймер-счетчик с отдельными предделителем, режимами сравнения и режимами захвата;

- ЦАП с 6 каналами в корпусе PDIP, с программируемым разрешением 10 разрядов;

- программируемый последовательный USART;

- ведущий/подчиненный последовательный интерфейс SPI ;

- программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором

- встроенный аналоговый компаратор;

Специальные возможности микроконтроллера:

- сброс при подаче питания и программируемая схема сброса при снижении напряжения питания;

- встроенный калиброванный RC-генератор;

- внешние и внутренние источники прерываний;

- пять режимов снижения энергопотребления: холостой ход (ldle), уменьшение шумов АЦП, экономичный (Power-save), выключение (Power-down), дежурный (Standby);

Ввод - вывод и корпуса:

- 23 программируемые линии ввода - вывода;

- PDIP с 28 лидерством, TQFP с 32 лидерством, и QFN/MLF с 32 подушками;

Рабочие напряжения:

- 4.5V - 5.5V (ATmega8);

Градация по быстродейтсвию:

- 0 - 8 МГц (ATmega8L);

- 0 - 16 МГц (ATmega8);

Рисунок 3.5 - Функциональная схема контроллера ATmega8

Ядро AVR сочетает богатый набор инструкций с 32 универсальными рабочими регистрами. Все 32 регистра непосредственно подключены к арифметико-логическому устройству (АЛУ), который позволяет указать два различных регистра в одной инструкции и выполнить ее за один цикл. Данная архитектура обладает большей эффективностью кода за счет достижения производительности в 10 раз выше по сравнению с обычными CISC-микроконтроллерами.

ATmega8 содержит следующие элементы: 8 кбайт внутрисистемно программируемой флэш-памяти с поддержкой чтения во время записи, 512 байт ЭСППЗУ, 1 кбайт статического ОЗУ, 23 линии универсального ввода-вывода, 32 универсальных рабочих регистра, счетчик реального времени (RTC), три гибких таймера-счетчика с режимами сравнения.

Микроконтроллер производится по технологии высокоплотной энергонезависимой памяти компании Atmel. Встроенная внутрисистемно программируемая флэш-память позволяет перепрограммировать память программ непосредственно внутри системы через последовательный интерфейс SPI с помощью простого программатора или с помощью автономной программы в загрузочном секторе. Загрузочная программа может использовать любой интерфейс для загрузки прикладной программы во флэш-память. Программа в загрузочном секторе продолжает работу в процессе обновления прикладной секции флэш-памяти, тем самым поддерживая двухоперационность: чтение во время записи. За счет сочетания 8-разр. RISC ЦПУ с внутрисистемно самопрограммируемой флэш-памятью в одной микросхеме

ATmega8 поддерживается полным набором программных и аппаратных средств для проектирования, в т.ч.: Си-компиляторы, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисистемные эмуляторы и оценочные наборы[12].

3.3 Описание шины

Шина I2C широко используется в бытовой электронике, передаче данных и промышленной электронике. Разработанная фирмой Philips простая двунаправленная 2-проводная шина для эффективного управления и взаимодействия различных блоков телевизоров, она стала применяться для связи между собой однокристальных микроконтроллеров, ЖКИ-индикаторов, портов ввода-вывода, микросхем памяти (особенно энергонезависимой), аналого-цифровых и цифро- аналоговых преобразователях, цепях цифровой настройки, DTMF кодеров и декодеров, часов реального времени и т.д.

Передача бита. Из-за разнообразия различных технологий (CMOS, NMOS, биполярные приборы) которые могут быть использованы с шиной , уровни логического “0” и “1” не установлены и зависят от величины питающего напряжения VDD. Для передачи одного бита данных используется один импульс сигнала синхронизации, при этом уровень на линии SDA должен быть неизменным в течение высокого уровня на линии SCL, и может изменяться только при низком уровне на SCL (Рисунок 3.6). Исключениями служат два особых состояния - START и STOP.

Рисунок 3.6 - Передача бита

START и STOP. Существуют два особых состояния шины - start и stop, которые служат для индикации начала и конца передачи и соответственно перехода шины в неактивное состояние. Следует отметить, что до тех пор, пока не установлено состояние start, сигналы на линиях SDA и SCL могут быть совершенно произвольными (Рисунок 3.7). Это позволяет, в частности, использовать одну линию SDA и несколько линий SLC (например, при нехватке, адресов на одной шине).

Состояние START - переход от “1” к “0” на линии SDA при “1” на линии SCL.

Состояние STOP - переход от “0” к “1” на линии SDA при “1” на линии SCL.

Эти два состояния всегда генерируются мастером. Детектирование состояний start и stop в специализированных элементах обычно производится аппаратно. При полностью программной реализации шины в микроконтроллерах без аппаратной -части необходимо как минимум 2 раза проверять состояние линии SDA.