Прежде, чем приступить к рассмотрению коллекции микроконтроллерных схем, надо договориться об условных обозначениях. На Рис. 2.39, а, б показаны сигналы, окружающие идеализированный МК. Их расшифровка приведена в Табл. 2.8. Этот «джентльменский набор» характерен для широкораспространенных 8-битных МК общего назначения согласно сведениям из их даташитов.

Чтобы не загромождать электрические схемы лишней информацией, в каждом конкретном случае будут приводиться только наиболее важные цепи подключения. Остальное считается имеющимся по умолчанию.

Условные графические обозначения МК, как радиоэлемента, будут разделяться по следующим функциональным признакам:

• входные сигналы (Рис. 2.40, а...д);

• выходные сигналы (Рис. 2.41, а...л);

• совмещённые входы/выходы (Рис. 2.42, а...л);

• цепи управления, синхронизации и сброса (Рис. 2.43, а.д).

Рис. 2.40. Условные обозначения входных сигналов МК:

а) цифровые входы без внутреннего резистора, активный фронт спадающий и нарастающий;

б) цифровые входы с внутренним резистором R, активный фронт спадающий и нарастающий;

в) цифровой вход обработки прерывания INT и цифровой вход таймера/счётчика Т0;

г) аналоговый вход внутреннего АЦП;

д) аналоговые входы внутреннего компаратора (положительный и отрицательный).

Рис. 2.41. Условные обозначения выходных сигналов МК (начало):

а) цифровой КМОП-выход с произвольно изменяющейся информацией («1» — ВЫСОКИЙ уровень, «0» — НИЗКИЙ уровень);

б) цифровой выход с открытым стоком и произвольно изменяющейся информацией («X» — состояние обрыва, «0» — НИЗКИЙ уровень);

в) аналоговый выход простейшего ЦАП на основе программируемого ИОН;

г) цифровые выходы с перепадами «НИЗКИЙ-ВЫСОКИЙ» и «ВЫСОКИЙ-НИЗКИЙ»;

д) цифровые выходы с постоянной генерацией импульсов, близких к меандру;

е) цифровые выходы с сигналами ШИМ преимущественно НИЗКОГО уровня и преимущественно ВЫСОКОГО уровня;

ж) цифровые выходы с одиночными импульсами ВЫСОКОГО и НИЗКОГО уровня;

з) цифровые выходы с генерацией импульсных последовательностей большой скважности преимущественно ВЫСОКОГО уровня и преимущественно НИЗКОГО уровня; О

О Рис. 2.41. Условные обозначения выходных сигналов МК (окончание):

и) цифровые выходы с генерацией сигналов разной частоты;

к) «бегущая единица» на двух и более выходах;

л) «бегущий нуль» на двух и более выходах.

Рис. 2.42. Условные обозначения входных/выходных сигналов МК:

а) совмещённый цифровой вход/выход с активным спадающим фронтом по входу;

б) совмещённый цифровой вход/выход с активным нарастающим фронтом по входу;

в) цифровой выход, совмещённый с аналоговым входом АЦП;

г) две цифровые линии, одна из которых настроена на вход, другая — на выход;

д) интерфейс РС; е) трёхпроводной интерфейс SPI; ж) интерфейс UART (USART);

з) цифровой параллельный интерфейс; и) квазиоткрытый сток: «0» — выход с НИЗКИМ уровнем, «1» — выход с ВЫСОКИМ уровнем, «Z» — высокоимпедансный вход без резистора;

к) «квазидвунаправленный»: «0» — выход с НИЗКИМ уровнем, «1» — выход с ВЫСОКИМ уровнем, «R» — вход с «pull-up» резистором R; л) двунаправленные выводы USB.

Рис. 2.43. Условные обозначения сигналов управления, синхронизации, сброса:

а) вход ИОН; б) выход ИОН; в) вход генераторного узла XT1 и выход генераторного узла XT2; г) сброс сигналом НИЗКОГО уровня RES; д) сброс сигналом ВЫСОКОГО уровня RST.

Отличить «что есть что», помогают стенки вертикальных линий в условном графическом обозначении МК. Входные сигналы, как издавна принято на электрических схемах, подводятся слева, значит вертикальная линия одна, причём находится она тоже слева (например, Рис. 2.40, а). Выходные сигналы по традиции рисуются с правой стороны, значит вертикальная линия размещается тоже справа (например, Рис. 2.41, а). Если в МК используются двунаправленные линии или имеются входные и выходные сигналы одновременно, то вертикальных линий будет две и условное обозначение МК превращается в классический прямоугольник (например, Рис. 2.42, а).

На всех схемах общий провод МК рисуется внизу, питание вверху, входы слева, выходы справа. При этом считается, что аналоговая «земля», аналоговое питание, сигналы подсистем синхронизации, сброса и программирования подключены правильно, но для экономии места не показаны.

Несколько замечаний по применяемой элементной базе

• Разработчики микроконтроллерных схем используют самые разные типы электрорадиоизделий (ЭРИ). Руководствуются простыми житейскими правилами: «купить то, что имеется на ближайшем радиорынке», «заказать через Интернет», «применить радиодетали, хорошо зарекомендовавшие себя ранее», «руководствоваться отраслевыми ограничительными перечнями», в конце концов, «у кого что оказалось под рукой или нашлось в неликвидах». В целях унификации предлагается сузить номенклатуру упоминаемых в книге ЭРИ. В частности, не будет большой погрешности, если все маломощные транзисторы указывать как КТ315, КТ361, КТ3102, КТ3107 или обобщённо (n—p—n), (p—n—p). Транзисторы средней мощности — КТ816, КТ817; транзисторы большой мощности КТ818, КТ819, КТ825; низковольтные диоды — КД522, 1N4148; высоковольтные диоды — 1N4004...1N4007; диоды Шот-тки — 1N5817...1N5819, BAT85; операционные усилители (ОУ) — LM358, LM324. В тех случаях, когда тип ЭРИ критичен или не хочется рисковать с подбором замены, будут оставлены оригинальные названия.

• Для стабилитронов, реле, светодиодов, разрядников обозначения будут обезличенными. Например, VD1 (5V6) — это стабилитрон с напряжением ста-

билизации 5.6 В; К1 (5V) — это реле с номинальным рабочим напряжением 5 В; HL3 (1.6V) — это светодиод красного цвета, у которого прямая ветвь ВАХ начинается примерно с 1.6 В; HL1 (1.8V) — светодиод зелёного цвета с началом ВАХ примерно 1.8 В; HL1 (кр-зел) — двухцветный светодиод «красно-зелёный»; FV1 (90V) — разрядник с пороговым напряжением 90 В.

• Конкретные типы трансформаторов и катушек индуктивности на схемах могут не приводиться. Они выбираются в зависимости от частотных свойств, напряжения и тока. Предполагается, что радиолюбитель в состоянии сделать расчёты самостоятельно. Коэффициент передачи трансформаторов указывается в скобках через дробь, например, Т1 (22 /1). Это означает, что при подаче на первичную обмотку трансформатора переменного напряжения 220 В на вторичной обмотке будет напряжение 10 В.

• Если в подрисуночных надписях приводятся данные для изготовления моточных изделий, то надо правильно понимать, что в целях унификации везде указывается провод ПЭВ разного диаметра, хотя реально он может быть другим. Например, в импульсных трансформаторах маломощных источников питания хорошие результаты получаются с проводом в шелковой оплётке типа «литцендрат», который обычно применяется в радиоприемниках.

• Интегральные стабилизаторы напряжения для единообразия указываются как 78Lхх, хотя их можно заменить любыми другими с аналогичным напряжением и требуемым током нагрузки.

• Некоторые авторы считают плюсом то, что они используют в схемах залежавшиеся ЭРИ из «дедушкиного сундука». С точки зрения рачительности это хорошо, но только физику обмануть нельзя. Надёжность транзисторов и диодов, выпущенных более четверти века назад, очень низкая из-за естественной деградации свойств полупроводников. Реальный случай, когда абсолютно не паяный транзистор МП42Б, изготовленный в 1972 г., через 30 лет имел коэффициент передачи по постоянному току й21Э = 2. Старые электролитические конденсаторы К50-3, К50-6 обладают непомерными габаритами и большими токами утечки. Их проще заменить современными недорогими импортными конденсаторами, что повысит надёжность. Единственная «радость» — это практически вечные советские резисторы МЛТ, следует только очистить скальпелем их выводы от окисла и проверить на устойчивость к сгибу. Перечень возможных замен ЭРИ приведен в Табл. 2.9.

• Оптопары, ввиду их разнообразия, нет смысла детализировать. Для понимания физики процессов достаточно нарисовать их условное обозначение с надписью «VU» и порядковым номером. Однако, если на схеме указывается конкретный тип оптопары, то обязательно с нумерацией выводов.

^ Нагрузка будет обозначаться в виде резистора КН без указания мощности, номинала и наличия реактивной составляющей. Эти величины надо уточнять в частном порядке при разработке конкретного устройства.

• В схемах радиолюбительских конструкций, опубликованных 20...30 лет назад, применяются конденсаторы с не существующими ныне номиналами. Все они будут приводиться к современной элементной базе. Например, вместо конденсатора ёмкостью 50 мкФ с рабочим напряжением 200 В на схеме указывается 47 мкФ х220 В. То же касается низковольтных полярных конденсаторов ёмкостью 1...2 мкФ, которые будут заменяться керамическими аналогами, имеющими лучшие частотные и фильтрующие свойства. Это отголосок прошлого, когда технологически ещё нельзя было сделать малогабаритные элементы с хорошими параметрами.

• В схемах с напряжением питания до 5 В вводятся упрощённые надписи для параметров электролитических конденсаторов. В целях сокращения места номинальное напряжение у них указываться не будет, только ёмкость. Дело в том, что минимальное рабочее напряжение современных конденсаторов начинается с 6.3 В, т.е. в устройстве можно ставить любой тип, подходящий по конструкции.

Условная маркировка резисторов и конденсаторов

Сколько существует книг и журналов, столько существует и стилей оформления электрических схем и вариантов надписей на них номиналов ЭРИ. В данной книге принята следующая условная маркировка.

Конденсаторы ёмкостью до 9.9 пФ будут обозначаться в пикофарадах с разделительной десятичной точкой, например, «2.2 пФ» = 2.2 пФ; «6.8 пФ» = 6.8 пФ; «9.1 пФ» = 9.1 пФ.

Конденсаторы ёмкостью от 10 до 9999 пФ будут обозначаться в пикофарадах без десятичной точки и надписи «пФ», например, «36» = 36 пФ; «1000» = 1000 пФ; «9100» = 9100 пФ.

Конденсаторы ёмкостью от 0.01 мкФ до 9999 мкФ будут обозначаться в микрофарадах с десятичной точкой без надписи «мкФ», например, «1000.0» = 1000 мкФ; «0.01» = 0.01 мкФ; «0.1» = 0.1 мкФ; «10.0» = 10 мкФ; «6.8» = 6.8 мкФ.

Конденсаторы ёмкостью от 0.01 Ф и более будут обозначаться в фарадах с десятичной точкой, например, «0.22Ф» = 0.22 Ф; «0.01Ф» = 0.01 Ф.

Резисторы обычной точности ±5; ±10% сопротивлением до 999 Ом будут обозначаться в омах без надписи «Ом», например, «2.2» = 2.2 Ом; «910» = 910 Ом.

Резисторы обычной точности ±5; ±10% сопротивлением от 1 до 999 кОм будут обозначаться в килоомах с добавлением буквы «к», например, «10к» = 10 кОм; «1к» = 1 кОм; «910к» = 910 кОм.

Резисторы обычной точности ±5; ±10% сопротивлением от 1 МОм и более будут обозначаться в мегаомах с добавлением заглавной буквы «М», например, «1М» = 1 МОм; «4.7М» = 4.7 МОм.

Резисторы повышенной точности ±0.5; ±1; ±2% безотносительно от сопротивления будут обозначаться с прибавлением к номиналу третьей значащей цифры, например, «10.0к» = 10.0 кОм; «3.62к» = 3.62 кОм; «0.10» = 0.1 Ом. Если три цифры уже имеются, то ориентироваться надо по числам, не входящим в ряд Е24, например, «499к» = 499 кОм; «362» = 362 Ом.

И последнее...

Ссылки на первоисточники схем даются не во всех случаях. Почему?

1. Не всегда можно однозначно указать самую раннюю публикацию, поскольку схемные идеи «кочуют» в Интернете по разным сайтам, обрастают подробностями и «перебегают» из одного журнала в другой.

2. После прошествия определённого времени, наиболее удачные технические решения переходят в разряд очевидных и широко применяемых.

3. Некоторые схемы были синтезированы из двух-трёх разных источников (количество переходит в качество).

4. Есть схемы, которые взяты из коллективных разработок на радиолюбительских форумах [2-10], [2-11], [2-12], [2-13], где имена участников обезличены псевдонимами.

5. Многие схемы заимствованы из даташитов на применяемые ЭРИ. Это открытая информация, бесплатно распространяемая через Интернет. В целях экономии места, даташиты вынесены в отдельный сборник файлов на прилагаемом компакт-диске.

Ссылки на первоисточник схемы указываются в нижней части рисунка возле буквы порядковой нумерации. Это визуально улучшает подачу материала. Однако, наличие ссылки не означает, что схема перерисована «один к одному». Для обобщённой модели идеализированного МК требуется определённая адаптация. Например, могут изменяться номиналы некоторых ЭРИ, снижаться питающие напряжения, добавляться новые связи, функции, устраняться явные опечатки и т.д. От первоисточников главным образом заимствуются оригинальные и свежие идеи, каркас схемы. Остальные вопросы (повышение надёжности, устойчивость работы в широком диапазоне температур и напряжений) решаются в отдельном порядке.

И ещё один важный момент. Публикации, из которых брались схемы, могут содержать невыявленные редакционные опечатки, неточности вёрстки, а также изначальные авторские ошибки и заблуждения, вызванные отстутствием макетирования схем на практике. В простых и очевидных случаях схемы исправлены, но... Иногда бывает очень сложно отличить ошибку от глубокого смысла, который автор схемы вложил в техническое решение, но почему-то не рассказал о нём подробно. В таких случаях надо подходить к проблеме по-философски и не ругать сгоряча всех подряд. Человеческий фактор будет ещё долгое время вносить непредсказуемость во все сферы нашей жизни. Снисходительность обычно приходит к тем людям, которые хоть раз попробовали сами что-либо опубликовать в печатном издании.