Разработка архитектуры, принципиальной схемы и конструкции специализированного микроконтроллера (стр. 4 из 4)
Формат дисплея. Если используется 8-позиционный дисплей, то время цикла сканирования дисплея в 2 раза меньше, чем для 16-позиционного дисплея. При внутренней частоте 100 кГц это время составляет 1 и 10,2 мс соответственно.
Байт состояния памяти клавиатуры/датчиков
Байт состояния используется в режиме клавиатуры и стробируемого ввода для отображения числа введенных символов и индикации ошибки. Возможны два вида ошибок: переполнение и пеpeoпустошение. Флаг переполнения устанавливается, когда делается попытка записи в заполненную память клавиатуры. Флаг переопустошения устанавливается, если была попытка считать из пустой памяти клавиатуры. Байт состояния имеет также бит DU, показывающий, что дисплей недоступен из-за того, что завершена очистка памяти дисплея. В специальном режиме ошибки бит S/E является флагом ошибки и указывает на множественное нажатие клавиш. В режиме матрицы датчиков этот бит показывает, что имеется хотя бы один "замкнутый" (нулевой) датчик.
Формат байта состояния памяти клавиатуры/датчиков: DU.S/E.O.U.F.N.N.N
DU - дисплей недоступен;
S/E - датчик "замкнут"/ошибка многократного нажатия;
О - ошибка переполнения;
U - ошибка переопустошения;
F — память клавиатуры заполнена;
NNN — количество символов в памяти клавиатуры.
4 Схема сопряжения микроконтроллера с фотоимпульсным датчиком
Основным элементом ФИД является прозрачный диск с нанесенными на него рисками, количество которых достигается нескольких тысяч. При повороте диска, луч света, излучаемый источником ИС, модулируется рисками и воспринимается фотоприемниками ФП. Электрические сигналы от ФП преобразуются электронным преобразователем ЭП в систему электрических сигналов, которые подаются на микроконтроллер.
Схема фотоимпульсного датчика скорости
В качестве электронного преобразователя рассматривается следующая схема сопряжения ФИД с цифровой системой.
Структурная схема сопряжения ФИ датчика
с цифровой системой управления
4.1 Гальваническая развязка
В качестве гальванической развязки возможно применение
- трансформаторы
- оптопары
Используется оптопара, выполненная на микросхеме… Каждая оптопара ставится на каждый канал фотоимпульсного датчика.
4.2 Мажоритарный элемент
Имеет нечетное число входов и один выход. Сигнал на выходе элемента получает то значение, которое имеется не большинстве его входов. Если необходимо создать мажоритарный элемент на какое-либо количество входов, то необходимо суммировать все сигнал от элементов «И», на входы которых подаются все комбинации входных сигналов от большинства.
Поскольку мажоритарный элемент используется для выявления и устранения кратковременных импульсных помех, то сначала необходимо выполнить сдвиг информационного сигнала на некоторое количество тактов.
Сдвиг информационного сигнала можно выполнить на D-триггерах (в данном проекте используется 3 D-триггера для одного канала сигналов).
Схема сдвига сигнала
Для данной схемы возможно всего 3 комбинации:
| A’ | 1T | 2T |
| 110 | 101 | 011 |
Следовательно, необходимо 3 элемента «И» и одни «ИЛИ». Схема мажоритарного элемента будет иметь вид (см. рисунок 12).
4.3 Схема выделения импульсов
Широко распространена схема выделения импульсов, собранная на мультиплексорах. Для определения входных данных мультиплексора составляются диаграммы входных импульсов (см. рисунок 10). Поскольку задан датчик без умножения, то будем считать, что выходной импульс формируется по фронту сигнала А.
Диаграмма этих сигналов при вращении вправо и влево показана на рисунке11. При этом необходимо обеспечить, чтобы при движении вправо при каждом переходе входного сигнала происходит прибавление 1http://www.unilib.neva.ru/dl/532/k9-2-1.gif в счетчике, а при движении влево – вычитание 1. Таким образом, в счетчике ПК формируется код угла поворота Na или его приращения.
Поскольку задан датчик без умножения, то разрядность счетчиков равна 10.
Используются три микросхемы 4-разрядных реверсивных двоичных счетчиков К555ИЕ7, соединенных по схеме увеличения разрядности.
Для передачи данных в микроконтроллер используются 2 микросхемы буферных регистров К555ИР33
Запись данных в регистр производится с приходом такта на вход С. Для чтения информации с МК на вход Z подается сигнал H-уровня. При этом выходы регистра переходят из высокоимпедансном состояния в обычное.
5 Расчет потребляемого тока от источника питания
Токи, потребляемые элементами, входящими в состав микроконтроллера для обработки дискретных сигналов, приведены в таблице 5.
Таблица 5
| Микросхема | Наименование элемента | Количество элементов | Потребляемый ток, мА |
| DD1 | AT89C5131A-L | 1 | 25 |
| DD2 | MCP4921 | 1 | 24 |
| DD3 | AD7949 | 1 | 50 |
| DD4 | КР580ВД79 | 1 | 60 |
| DD5 | К555ИД3 | 1 | 35 |
| DD6-DD8 | К555ИЕ7 | 3 | 3*20 |
| DD9-DD10 | К555ИР33 | 2 | 2*20 |
| DD11 | К555ТМ8 | 1 | 15 |
| DD12 | К555ТМ9 | 1 | 18 |
| DD13 | К555КП2 | 1 | 10 |
| DD14 | К555ЛЛ1 | 1 | 10 |
| DD15-DD16 | К555ЛИ1 | 2 | 11.5*2 |
| HG1-HG9 | АЛС348А | 10 | 8*10 |
Суммарный ток, потребляемый элементами микроконтроллера от источников питания, составляет
395мА.РАСЧЕТ БЛОКА ПИТАНИЯ
Блок питания должен быть хорошо отфильтрован и стабилизирован /1/. Поэтому применяется схема двухполупериодного выпрямления со стабилизатором на интегральных микросхемах (рисунок 4.1.). Необходимо получить выходное напряжение для питания микросхем +5В, +12В и –12В. При этом двух полярное напряжение необходимо для питания операционных усилителей, а остальные микросхема работают при напряжении +5В.
Схема блока питания приведена на рисунке 21.
Схема блока питания
Понижающий трансформатор Т1 необходим для гальванической развязки питания цифровой и аналоговой частей. В качестве схемы выпрямления используется диодный мост КЦ405Е (100В, 1А). Напряжение снимается с микросхем стабилизаторов: MC78L05 с выходным напряжением Uвых=5 В; MC78L12 с выходным напряжением Uвых=12 В; MC79L12 с выходным напряжением Uвых=-12 В. Входные конденсаторы C2, C5, C6 имеют емкость 0.33 мкФ и предназначены для сглаживания входного напряжения, поступающего на стабилизатор. Выходные конденсаторы C7, C9, C10 емкостью 0.1 мкФ не являются необходимыми, но существенно улучшают характер переходного процесса при включении электропитания. Остальные конденсаторы – сглаживающие: C1, C3, C4 – К50-35 1000 мкФ; C8, C11, C12 – К50-35 100 мкФ.
6 Программная часть
Блок-схема программы вывода информации на индикацию представлена на рис. 21.
Блок-схема программы
HG:
CLRP0.4;выбор кристалла
SETBP0.3;направление передачи МК - ККД
CLRP0.7;
SETBP0.6;запись в ККД
MOVP2,00000000B;инициализация клавиатуры и индикаторов
MOVP2,00111111B;инициализация опорной частоты
CLRP0.3;начало записи данных в память дисплея
MOVR0,10010000B;начальный адрес памяти дисплея в ККД
MOVR1,07H;счётчик
MOVR2,50H;начальный адрес массива данных на индикацию в МК
M:
MOVP2,R0;выбор ячейки в памяти ККД
MOVP2,@R2;запись в неё очередного значения из массива
INC R0
INC R2
DEC R1
JNCM;переход если нет переноса
SETBP0.7;
CLRP0.6;данные записаны
RET