Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка - страница 33

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 

Пам'ять даних у них складає від 36 до 368 байт, а пам'ять програм від 0,5 до 128 кілобайтів.

Кількість ліній введення-виведення, що можуть за вибором переда­вати інформацію у одному з напрямків, становить від 6 до 53.

Робоча частота 1-24 МГц.

Напруга живлення може знаходитись у межах 1,8-6 Б (номінальне значення 5 Б).

Бони можуть мати у своєму складі аналогові компаратори (наприк­лад, два), аналого-цифрові перетворювачі (наприклад, у деяких мікро-контрблерів AVR фірми Atmel від 4 до 11), таймери (1-2), широтно-імпульсні модулятори (1-8), різні інтерфейси зв'язку з зовнішніми при­строями.

У мікроконтрблерів РІС (Peripheral Interface Controller - периферій­ний контрблер інтерфейсу) фірми Microchip є можливість захисту кодупрограми від несанкціонованих змін або копіювання (один або два біти захисту).

За технологією виконання пам'яті програм є три типи мікроконтрб-лерів:

1) масково-програмовані - мають найменшу вартість, але застосо­вуються лише при масовому виробництві, бо програмуються на за-воді-виробнику ІМС у процесі виготовлення кристалу;

2) з ультрафіолетовим стиранням - дозволяють перепрограмування, але процес цей досить тривалий і після ультрафіолетового опромінення можлива нечітка робота контрблера, особливо за зниженої напруги живлення;

3) з флеш-пам'яттю - дозволяють багаторазове електричне стиран­ня (дозволяють здійснювати розроблення і відпрацьовування програм на готовому пристрої), але у декілька разів дорожчі від контрблерів першого типу.

Та все ж вартість масово застосовуваних мікроконтрблерів останньо­го типу сягає лише чотирьох доларів США. Саме такі мікроконтрблери є найприйнятнішими для застосування при розробці пристроїв керування технологічного устаткування, виходячи з таких їхніх особливостей:

1) практично необмежена кількість циклів перепрограмування, що в умовах одиничного та малосерійного виробництва забезпечує виконання робіт з налагодження і доведення, а також оперативну зміну алгорит­му керування при експлуатації устаткування;

2) достатньо високі робочі частоти;

3) наявність простих, дешевих і доступних для самостійної реалізації моделей програматорів;

4) мінімальні габарити, вартість, висока надійність;

5) доступність і вкрай прийнятна вартість;

6) наявність моделей з вбудованими аналоговими компараторами та аналого-цифровими перетворювачами (з розвитком інтегральної технології з'явилась можливість розміщення на одному кристалі як цифрових, так і аналогових елементів);

7) можливість захисту програм від несанкціонованих змін та копію­вання;

8) можливість отримання інформації від сучасних інтегральних датчиків та передачі інформації комп'ютеру у відповідних протоколах інтерфейсу;

9) велика кількість доступної довідкової та іншої технічної інформації, програмного забезпечення (для складання програм, їхнього відлагод-ження, занесення у пам'ять мікроконтрблера), інформації з типових за­стосувань та досвіду використання як у друкованому вигляді, так і у INTERNET-джерелах.

На жаль, сучасні мікроконтрблери втратили початкову особливість програмованих логічних контрблерів - доступність мови програмуван­ня для неспеціалістів з інформатики. Хоч процесори мікроконтрблерів, на відміну від CISC-процесорів (Complex Instruction Set Computer) ЕОМ з складною системою команд, відносять до RISC (Reduced Instruct Set Computers) процесорів, у яких набір виконуваних команд скорочено до мінімуму (залежно від типу мікроконтрблера його асемблер має від 33 до 133 команд), їхнє програмування на асемблері особливо складне і доступне власне спеціалістам з мікроконтрблерів. Дещо простіше про­грамування на алгоритмічній мові С+ або на спеціальній версії Basic, але також вимагає впевненого знання комп'ютера та призводить до збільшення обсягу програм до тридцяти відсотків.

Це висуває вимоги високої кваліфікації персоналу (вміння користу­вання комп'ютером, програмування), використання при обслуговуванні й ремонті пристроїв керування на основі мікроконтрблерів досить до­рогого комп'ютерного устаткування. Але сучасний рівень виробницт­ва все більше висуває саме такі вимоги як до персоналу, так і до влас­не устаткування. Окрім того, зрештою, зниження строків виробництва устаткування, зниження його вартості, збільшення надійності роботи, зручності експлуатації того варті.

8.10.13. Структура мікроконтролера

Отже, перші мікроконтрблери з'явилися у 1976 році, коли в одній БІС стало можливим сумістити процесор, ОЗП, ПЗП і елементи інтерфей­су. На відміну від універсальних мікро-ЕОМ, в мікроконтрблерах неве­лика за розміром пам'ять (декілька сотень байт ОЗП та декілька де­сятків кілобайт ПЗП) і простий інтерфейс для зв'язку з зовнішніми при­строями. Це витікає із специфіки використання мікроконтрблерів. їх не застосовують в універсальних обчислювальних системах. Мікрокон-трблери призначені для створення високоефективних і дешевих системкерування і регулювання. Бони реалізують відносно нескладні алго­ритми, тому потребують обсягів пам'яті на декілька порядків менших, ніж ЕОМ універсального призначення. їх застосовують у системах керування маніпуляторами, вимірювальних приладів, технологічного устаткування, станків, автомобілів, побутової техніки та ін. Типову структуру мікроконтрблера наведено на рис 8.30.

Зовнішні запити

і_L

Керування перериваннями

Флеш-пам'ять

ОЗП

Таймер 2

Таймер 1

Ч0Н

Кварцевий резонатор

ін а

%

о

Tx D

P0   P1   P2 P3

Рис. 8.30 - Типова структура мікроконтролера Ємності ОЗП у декілька сотень байт цілком досить для тимчасово­го зберігання даних та проміжних результатів при виконанні програм керування. Програми зберігаються у флеш-пам'яті ємністю у десятки кілобайт, чого, як правило, цілком вистачає. За необхідності передба­чено можливість нарощування обсягів пам'яті за рахунок підключення зовнішніх БІС оперативної та постійної пам'яті.

Зрозуміло, що роботою всіх вузлів керує центральний процесор­ний елемент ЦПЕ. Синхронізують його роботу імпульси ГТІ з час­тотою 12-24 МГц, що задається зовнішнім кварцевим резонатором. Це забезпечує високу стабільність частоти, що необхідно при відпра­цюванні проміжків часу.

Адреси і дані передаються по шині адрес/даних з розрядністю слів, які опрацьовуються мікроконтрблером.

Бведення і виведення інформації здійснюється через чотири пара­лельних і один послідовний порти введення/виведення. Через порти Р0-Р3 обмін з зовнішніми пристроями відбувається по восьми-розрядних шинах. Зараз також випускають 16- і 32-розрядні мікро-контрблери. Кожен з портів забезпечує взаємодію з одним пристроєм. Функції ліній шин в різних режимах можуть мати різне значення (вве­дення або виведення).

Через вхід Rx D послідовного порту відбувається прийом даних у послідовному коді, через вхід Tx D - передача.

Мікроконтрблер може обслуговувати декілька як внутрішніх, так і зовнішніх запитів на переривання програми для переходу до вико­нання більш пріоритетних підпрограм.

Таймери-лічильники призначені для відпрацьовування інтервалів часу або підрахунку кількості імпульсів.

Систему команд мікроконтрблера орієнтовано на виконання задач керування, тому поряд зі звичайними командами, характерними для всіх мікропроцесорів, є й специфічні.

Оскільки всі вузли мікропроцесорної системи тут знаходяться все­редині однієї БІС, не потрібні звертання до зовнішніх пристроїв. Тому більшість команд короткі з часом виконання, наприклад, близько 1 мкс за тактової частоти 12 МГц.

8.10.14. Зіставлення основних етапів створення пристроїв керування на основі цифрових автоматів з жорсткою логікою і програмованих

У табл. 8.5 наведено зіставлення основних етапів створення при­строїв керування з жорсткою логікою і програмованих. З неї видно, що при застосуванні типових програмованих пристроїв керування (та­ких, що можна придбати готовими), у циклі створення готового при­строю відсутні процедури, пов'язані з розробленням конструкторсь­кої і технологічної документації та власне виробництвом. Усі проце­дури фактично пов'язано виключно з розробленням та відлагоджен-ням програми.

23В

ЕЛЕКТРОНІКА І МІКРОСХЕМОТЕХНІКА

Таблиця 8.5- Зіставлення основних етапів створення пристроїв керування

Пристрій керування з жорсткою логікою

Програмований пристрій керування

1. Розробка алгоритму керування

2. Розробка електричної принципової схеми пристрою керування на основі обраного типу ІМС

2. Розробка програми роботи при­строю керування на основі обрано­го типу МПП (наприклад, ПЛК)

3. Створення макету пристрою керування

3. Занесення програми в ОЗУ МПП

4. Відладка макету пристрою керування і відповідне коригування його електричної принципової схеми

4. Відладка і відповідне коригування програми

5. Розробка конструкторської і технологічної документації для виробництва пристрою керування

5. Придбання типового МПП (наприклад, ПЛК)

6. Виробництво пристрою керування

6. Занесення програми в ІМС постійної пам'яті і встановлення їх в ПЗУ МПП

7. Поставка пристрою керування замовнику

насамкінець зазначимо, що специфіка роботи з мпп відносить їх скоріш до галузі інформатики, бо у більш-менш серйозних застосуван­нях вартість розроблення програмного забезпечення складає до 80% вартості всього пристрою керування. Биходячи з цього, ми обмежи­лись лише наданням загальних понять, особливо щодо питань програ­мування МПП.

Контрольні запитання

1. Поясніть, що являють собою цифрові мікроелектронні пристрої. Назвіть найвживаніші цифрові мікроелектронні пристрої.

2. На які класи поділяють цифрові пристрої?

3. Що таке функціонально повна система логічних елементів? На­ведіть приклади.

4. Поясніть, як, виходячи з правил де Моргана, можна побудува­ти елемент АБО-НІ на основі елемента І-НІ

5. Поясніть, як багатовходовий логічний елемент з інверсією на виході можна використати як інвертор.

6. Поясніть, як можна отримати логічний елемент з кількістю входів, що перевищує кількість входів елемента, обраного за базовий, при побудові логічної схеми.

7. Як реалізують складні логічні функції?

8. Що таке дешифратори? Для чого вони призначені?

9. Поясніть різницю між двійковим і двійково-десятковим дешиф­раторами.

1 0. Що таке мультиплексор? Наведіть його таблицю істинності і логічну функцію, яку він виконує.

11. Поясніть, для чого призначені, які бувають і на чому можуть бути побудовані лічильники імпульсів.

1 2 Наведіть схему, умовне позначення і поясніть роботу чотири-розрядного підсумовуючого послідовного двійкового лічильни­ка імпульсів, виконаного на комбінованих RST-тригерах.

1 3. Поясніть, як із підсумовуючого послідовного двійкового лічиль­ника можна отримати двійково-десятковий. Для чого призна­чені двійково-десяткові лічильники?

14. Для чого призначені регістри, які вони бувають залежно від способу запису і видачі інформації?

15. Для чого призначені ЦАП і АЦП?

16. Поясніть, як побудовано ЦАП.

1 7. Наведіть структурну схему і поясніть принцип роботи АЦП, побудованого на основі ЦАП.

1 8. Поясніть, у чому полягає принцип дії мультивібраторів або одно-

вібраторів, побудованих на логічних елементах чи тригерах.

19. Наведіть приклади побудови імпульсних пристроїв на логіч­них елементах і тригерах.

20. Поясніть, що становить собою ІМС таймера К1006ВИ1 (555) і чому вона знайшла широке застосування при побудові імпульс­них пристроїв.

22. Поясніть, що таке мікропроцесор і для чого він призначений.

2 2 . Наведіть структуру процесора і поясніть призначення його вузлів. 2 3 . Наведіть структуру мікропроцесорної системи і поясніть при­значення її складових частин.

24. Вкажіть різницю між постійним та оперативним запам'ято­вуючими пристроями.

2 5 . Поясніть, що таке системна магістраль і як здійснюється під-

микання до неї модулів мікропроцесорної системи. 26. Поясніть, що собою являє інтерфейс.

2 7 . Поясніть, як ініціюється виконання програми мікропроцесором.

2 8. Поясніть, у якому вигляді може бути записана програма робо-

ти мікропроцесорного пристрою. 29. Чим, на вашу думку, можна пояснити те, що швидкодія про­грамованих пристроїв керування принципово менша, ніж у при­строїв із жорсткою логікою?

3 0. Поясніть, як використовується шістнадцяткова система чис-

лення при запису програм мікропроцесорного пристрою. Як перевести число, записане у шістнадцятковому (двійковому) коді у двійковий (шістнадцятковий) код?

31. У чому полягає робота пристрою керування у реальному мас­штабі часу?

32. Поясніть, у чому полягає ефективність застосування мікро­процесорних пристроїв у порівнянні з іншими пристроями об­робки цифрової інформації.

3 3. Чим визначається інформаційна потужність мікропроцесора?

34. Що таке програмований логічний контролер? Які види про­грамованих логічних контролерів Ви знаєте?

35. Як співвідносяться вартості апаратної частини мікропроце­сорного пристрою і його програмного забезпечення?

3 6. Проаналізуйте співставлення основних етапів створення при­строїв керування з жорсткою логікою і програмованих.

РОЗДІЛ 9

перетворювальні пристрої. випрямлячі

9.1. Загальні відомості та класифікація

ьлектрична енергія виробляється централізовано і малопотужним спо­живачам постачається з параметрами 220 В, 50 Гц, а потужним - 380 В, 50 Гц. Але навантажень, що розраховані саме на такі параметри жив­лення, не так вже й багато. Це можуть бути, наприклад, нагрівачі (пере­творюють електричну енергію у теплову), освітлювальні прилади (пере­творюють електричну енергію у світлову), двигуни змінного струму (пе­ретворення у механічну енергію з обертанням), електромагніти (у ме­ханічну енергію з зворотно-поступальним рухом), індукційні нагрівачі (у енергію електромагнітного поля, наприклад, для плавлення металу), елек­тричний дзвінок (перетворює електричну енергію у звукову). А величез­на (основна) кількість інших споживачів, наприклад, двигуни постійного струму, гальванічні установки, і безмежна кількість підсилювачів у складі пристроїв інформаційної електроніки, вимагають для свого живлення не значення напруги 220 В, і не змінного струму, а постійного. Перетворен­ня напруги змінного струму стандартного значення у напругу постійного струму необхідного значення забезпечують випрямлячі.

Випрямлячі - це електротехнічні пристрої, призначені для пере­творення енергії джерела напруги змінного струму в енергію напруги постійного струму.

Склад випрямляча показано на узагальненій структурній схемі, на­веденій на рис. 9.1.

До мережі напруги змінного струму о-

 

 

 

ВС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗФ

СН (РН)

Н

Рис. 9.1 - Структурна схема випрямляча: TV- трансформатор напруги; ВС - вентильна схема; ЗФ - згладжуючий фільтр; СН (РН) - стабілізатор напруги (регулятор напруги); Н- навантаження

Як правило, випрямляч підмикається до розподільної мережі напру­ги змінного струму.

Трансформатор призначений для перетворення величини напруги мережі до значення, необхідного для роботи випрямляча. Він також за­безпечує електричну (гальванічну) розв'язку мережі і навантаження.

Вентильна схема перетворює змінну напругу у випрямлену - пуль­суючу однополярну. Вона, як правило, виконується на напівпровіднико­вих ключах.

Згладжуючий фільтр перетворює випрямлену напругу у постійну. Фільтри виконуються на реактивних елементах, що мають властивість накопичувати електричну або електромагнітну енергію: конденсато­рах, дроселях. Такі фільтри називаються пасивними.

Для живлення радіоелектронних пристроїв часто використовують активні фільтри, що будуються на транзисторах, операційних підсилю­вачах та реактивних елементах.

Стабілізатор напруги підтримує напругу на навантаженні на незмін­ному рівні при змінах напруги мережі або навантаження у заданих ме­жах.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 


Похожие статьи

Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка