 |
Схемы ввода цифровых и аналоговых сигналов
|
|
|
|
Разработка структурной схемы МПС
Структурная схема составляется исходя из описания работы МКС и исходных данных для проектирования.
Структурная схема разрабатываемой МКС приведена на рис. 1.1. Ее центральной частью является однокристальный микроконтроллер К1108ПВ1, имеющий внутреннюю память программ объемом 4 Кбайт и 32 двунаправленных линий ввода-вывода. МК имеет 2 таймера: Т/С0 и Т/С1. Таймер Т/С0 используется для отсчета времени Топр, а таймер Т/С1 используется для задания требуемой скорости обмена 9600 бит/с по интерфейсу ИРПС.
Аналоговые сигналы U1, U2, U3 через коммутатор (аналоговый мультиплексор) поступают на АЦП. С выхода АЦП 8-разрядный код поступает в МК. МК выдает адрес для выбора канала коммутатора, а также сигнал для запуска АЦП.
Цифровые (двоичные) сигналы X1, X2, X3, X4 поступают на входы МК. Управляющие сигналы Y1, Y2 и Y3, представляющие собой одиночные импульсы определенной длительности, вырабатываются микроконтроллером. Они усиливаются по току с помощью формирователей сигналов ФС1, ФС2, ФС3.
Сигналы последовательного интерфейса TxD (передаваемые данные) и RxD (принимаемые данные) вырабатываются последовательным портом (УАПП) микроконтроллера. Для преобразования их в сигналы интерфейса ИРПС служит блок сопряжения.
Пульт оператора включает в себя: 7 светодиодов для индикации значений сигналов X1, X2, X3, X4, Y1, Y2, Y3; четырехпозиционный линейный дисплей на семисегментных светодиодных индикаторах для отображения аналоговых сигналов (напряжений) U1, U2, U3; 3 переключателя для выбора аналоговых каналов; переключатель режима работы МКС; кнопку «Сброс», при нажатии на которую производится сброс МК.
Разработка отдельных модулей МПС
|
|
|
Рассмотрим схему включения МК КМ1816BE751.
Для обеспечения генерации тактовой частоты 
к выводам XTAL1 и XTAL2 подключен кварцевый резонатор ZQ1. Частота резонатора 
выбирается из условия = и равна 8 ГГц [1].
Конденсаторы С2, С3 служат для облегчения запуска внутреннего генератора. Цепочка С1, R1 обеспечивает сброс МК при подаче электропитания. С помощью кнопки SB1, расположенной на пульте управления, сброс МК может выполнить оператор в любой момент времени. На вывод EA подан высокий уровень, что разрешает работу внутренней памяти программ. Конденсатор С4 служит для фильтрации высокочастотных помех, возникающих на выводах источника питания при работе микросхемы.
К выводам порта Р0 присоединены «подтягивающие» резисторы R1-R9, которые обеспечивают ток для входов микросхем ТТЛ, подключенных к этому порту, при высоком логическом уровне, когда все линии Р0 находятся в z-состоянии. Порты Р1, Р2, Р3 имеют внутренние «подтягивающие» резисторы.
Рис. 2.1. Схема подключения микроконтроллера с внутренней памятью программ
Схемы ввода цифровых и аналоговых сигналов
Реализация схем ввода сигналов от датчика МКС зависит от их количества, а также типа заданного АЦП. При разработке схемы подключения АЦП следует учитывать разрядность кода и возможность управления выходными буферами микросхемы.
На рис. 2.2 приведена функциональная схема ввода цифровых и аналоговых сигналов при использовании АЦП типа К1108ПВ2. Микросхема DA1 К590КН1 является коммутатором аналоговых входных сигналов U1-U3. Переключение входных каналов коммутатора выполняется цифровыми сигналами уровней МОП, подаваемых на адресные входы А2, А1 и А0. Таблица истинности коммутатора имеет вид:
| А1 | А0 | Соединение |
| 0 | 0 | Y=U1 |
| 0 | 1 | Y=U2 |
| 1 | 0 | Y=U3 |
Операционный усилитель DA2 включен по схеме повторителя и служит для устранения влияния низкоомного входа АЦП на коммутатор.
|
|
|
Рис. 2.2. Схема ввода цифровых и аналоговых сигналов с АЦП К1108ПВ1
Особенностью микросхемы К1108ПВ1 является то, что в ней отсутствует возможность управления выходными буферами выдачи цифрового кода [3]. После запуска АЦП выходы буферов будут в z-состоянии. Когда преобразование закончится (сигнал на выводе 
станет равным 0), выходы буферов переходят в активный режим и на выводах D0-D7 появится цифровой код, который будет неизменным до нового запуска АЦП. В схеме на рис. 2.2 разряды D0-D7 выходного кода АЦП подаются на входы буферного регистра DD2. Сигнал готовности данных АЦП и цифровые входные сигналы Х1-Х4 подаются на входы DD3. Выходы регистров DD2 и DD3 соединены с выводами порта Р0 МК. Управление выходными буферами регистров осуществляется от линий Р3.3 и Р3.4. При Р3.3=1, Р3.4=1 выходы регистров DD2, DD3 находятся в z-состоянии и они отключены от выводов порта Р0. Запуск АЦП выполняется сигналом от линии Р1.4. Переключение каналов коммутатора производят сигналы с линий P1.5, Р1.6, Р1.7 микроконтроллера.
Схема подключения светодиодов индикации VD1 - VD7 и семисегментных светодиодных индикаторов HG1 - HG4 приведена на рис. 2.3. Ее особенность является то, что элементы индикации непосредственно подключены к выходам регистров DD5 - DD9, без использования инверторов с открытым коллектором. Дело в том, что регистры КР1533ИР33 обладают высокой нагрузочной способностью при низком уровне сигнала на выходах: I вых <= 20 мА, что вполне достаточно для яркого свечения светодиодов. Однако для работы элементов индикации нужно на входы регистров DD5 - DD9 подавать инверсные значения данных с порта P0 микроконтроллера для их отображения на VD1 - VD7 и HG1 - HG4.
В разрабатываемой МКС на пульте управления имеется простейшая клавиатура, состоящая из клавиш для переключения аналоговых сигналов с целью отображения их на индикаторах дисплея, а также переключателя (тумблера) для ввода режима работы МКС.
В кодирующих клавиатурах каждый контакт подключается к отдельной линии порта ввода МК. При этом схемным путем формируется код, соответствующий нажатой клавише. Благодаря простоте реализации эти клавиатуры широко применяются при небольшом числе клавиш, как правило, не более 8.
|
|
|
Рис. 2.3. Схема подключения индикаторов при использовании программной перекодировки
Контакты кодирующих клавиатур (переключателей и кнопок) бывают с фиксацией замкнутого состояния и без фиксации. Первые остаются в нажатом состоянии (замкнуты), вторые размыкаются после отжатия. На рис. 2.4 приведена схема подключения кодирующей клавиатуры, состоящей из переключателей с фиксацией, к порту МК. Переключатели SA1-SA3 служат для выбора аналоговых сигналов U1-U3, а переключатель (тумблер) SA4 - для выбора режима работы МКС: «Работа-Пульт». Особенностью переключателей SA1-SA3 является то, что они взаимозависимы, т.е. в любой момент времени может быть замкнут только один из них. Мы используем дополнительный регистр, так как свободных линий портов МК недостаточно для подключения клавиатуры.
Схемы вывода управляющих сигналов
В проектируемой МКС имеются 3 управляющих сигнала Y1, Y2, Y3. Эти сигналы представляют собой одиночные импульсы МОП - уровней, поступающие на исполнительные устройства МКС. Управляющие сигналы снимаются с портов МК. Однако следует учитывать, что нагрузочная способность портов P1, P2, P3 мала: 
1,6 мА, 
40 мкА [2]. Емкость нагрузки не должна превышать 150 пФ. Для увеличения нагрузочной способности линий портов МК следует использовать усилительные элементы. Это обычно микросхемы, имеющие выходы с открытым коллектором.
Рис. 2.5. Схемы вывода управляющих сигналов Y1, Y2, Y3
В схеме на рис. 2.5 используется инвертор К155ЛН3. При сигнале на входе уровня логической 1 на выходе будет логический 0, т.е. такая схема требует инверсных входных сигналов для управления.
|
|
|
