Микроконтроллеры

АЦП AD7999 работает следующим образом:

1.      МК начинает обмен по шине, выдав условие START.

2.      Выбирается микросхема АЦП для записи. Для этого МК выдает на шину 7-битный адрес АЦП совместно с битом «чтение-запись», установленным в «запись».

3.      Подключается нужный аналоговый вход. Для этого на шину выдается байт

конфигурации АЦП, в котором установлен необходимый бит.

4.      Автоматически запускается преобразование. Во время преобразования АЦП удерживает шину, не давая остальным устройствам производить обмен.

5.      После задержки на преобразование, которая составляет около 2 мкс, в выходной буфер АЦП записывается результат преобразования и АЦП перестает удерживать шину.

6.      Для того, чтобы считать результат из буфера АЦП, необходимо адресовать АЦП, установив бит «чтение-запись» в «чтение», и принять 2 байта результата.

7.      Для завершения обмена контроллер выдает условие STOP.

Т.к. на вход АЦП AD7999 можно подавать напряжение от 0 до 5В, то схема согласования будет аналогична схеме согласования с цифровым датчиком, за исключением составляющих ее элементов. Для обеспечения необходимой точности следует взять прецизионные операционные усилители OP 270 и прецизионные резисторы Р1-8.

4 Блок вывода управляющих сигналов

Для получения аналогового управляющего сигнала Y4 применим ЦАП. В качестве ЦАП используем микросхему AD5301 фирмы Analog Devices.

Характеристики данного ЦАП:

–       разрядность — 8 бит;

–       максимальная ошибка преобразования — половина младшего разряда результата;

–       выход по напряжению;

–       максимальное время установления выходного сигнала — 6 мкс;

–       возможность работы с однополярным питанием от 2,7 до 5,5 В;

–       диапазон выходного напряжения — от 0 до напряжения питания;

–       максимальный ток потребления — 200 мкА.

ЦАП AD5301 имеет 2 вывода шины I2C, аналоговый выход, 2 адресных входа. Назначение выводов ЦАП дано в таблице 2.

Таблица 2 — Назначение выводов ЦАП AD5301

Схема согласования с исполнительным механизмом представлена на рисунке 4.

Рисунок 3 — Схема согласования с исполнительным механизмом

ЦАП AD5301 работает следующим образом:

1.      МК инициирует обмен по шине, выдав условие START.

2.      Выбирается микросхема ЦАП для записи. Для этого МК выдает на шину 7-битный адрес ЦАП совместно с битом «чтение-запись», установленным в «запись».

3.      ЦАП отвечает, посылая ACK.

4.      МК выдает на шину два байта. В первом байте содержится два нуля, два бита конфигурации ЦАП и 4 старших бита данных. Во втором байте содержится четыре оставшихся бита данных и четыре незначащих бита.

5.      После приема второго байта ЦАП выдает NO ACK.

6.      Автоматически запускается преобразование.

7.      Во время преобразования возможен прием новых данных, т.к. время преобразования существенно меньше времени передачи 3-х байт по шине I2C.

8.      Для завершения обмена МК выдает на шину условие STOP.

5 Блок последовательного канала связи

Электрические характеристики интерфейса RS-422 приведены в таблице 3.

Таблица 3 — Электрические характеристики интерфейса RS-422

Из таблицы 3 видно, что уровни сигналов в линии RS-422 не совпадают с уровнями сигналов ТТЛ, а значит микроконтроллер не может передавать информацию в линию RS-422 напрямую. Для преобразования уровней сигналов микроконтроллера в уровни сигналов линии связи необходимы специальные микросхемы преобразователей уровня.

Для организации канала с последовательным доступом в полудуплексном режиме применим преобразователь уровней ADM4854. Назначение выводов преобразователя уровней дано в таблице 4.

Таблица 4 — Назначение выводов преобразователя уровней ADM4854

Вход передатчика DI соединим с выводом TxD микроконтроллера, а выход приемника RO — с выводом RxD. Выходы передатчика и входы приемника подключим к 25-контакному разъему DB-25F.

           Схема блока последовательного канала связи представлена на рисунке 5.

Рисунок 4 — Схема блока последовательного канала связи

Для получения скорости передачи, равной  2400 бит/с, необходимо выполнить следующие условия:

1.      При инициализации МК задать режим 1 или 3 работы UART.

2.      При инициализации МК задать режим работы UART от встроенного задатчика скорости.

3.      Загрузить в регистр BR задатчика скорости константу, расчитанную по формуле

где К — константа,

SMOD1 — бит номер 7 регистра PCON, при установке бита в 1 скорость передачи удваивается,

F — частота тактового генератора МК,

SPD — бит номер 1 регистра BDRCON, при установке бита в 0 UART тактируется от генератора МК через делитель частоты на 6,

V — скорость передачи.

Для скорости передачи 2400 бит/с константа K будет равна 244 (F4h) при установленных в 0 битах SMOD1, SPD и частоте тактового генератора МК равной 11,059 МГц.

6 Пульт управления

Пульт управления содержит восемь тумблеров для ввода 8-разрядного кода уставки, кнопку «Сброс», тумблер «Останов», устройство индикации — жидкокристаллический знакосинтезирующий индикатор, светодиод в качестве аварийной сигнализации.

Тумблеры подключены к питанию через ограничительный резистор. В начальный момент времени замыкания тумблера его сопротивление очень мало, а значит через него протекает большой ток, который может повредить контакты.

Жидкокристаллический знакосинтезирующий индикатор WH7414 имеет встроенный контроллер и способен отображать 4 строки по 40 символов. Этого достаточно для индикации значений всех величин в процессе работы МПСУ. Индикатор имеет восемь входов данных DB0-DB7 и 4 входа управления RS, R/W, E, V0. Вход E предназначен для выбора микросхемы. Вход RS определяет, что будет записано в буфер дисплея — данные или команда управления. По входу R/W устанавливается режим обмена с дисплеем: чтение либо запись. Считывать информация из памяти индикатора мы не будем, поэтому данный вывод заземлен. Вход V0 управляет контрастом экрана, поэтому он подключен в питанию через переменный резистор на 10 кОм.

Внутри индикатора есть ячейки памяти, называемые обычно видеопамятью. При помощи соответствующих команд мы можем в любую из этих ячеек занести любое 8-битное число. Каждому из этих чисел взаимно однозначно соответствует при отображении определенный символ: например, числу 32h соответствует цифра 2, числу 47h — заглавная латинская буква G и т.д. В кодовой таблице индикатора содержится полный набор кириллических символов.

Алгоритм работы с индикатором по 4-битной шине данных выглядит следующим образом.

1.   Установить в 0 сигнал на входе R/W индикатора.

2.   Установить в 1 сигнал на входе RS индикатора. При RS=1 встроенный контроллер воспринимает передаваемую информацию как данные, а при RS=0 — как команду.

3.   На входы DB4-DB7 вывести передаваемые в индикатор старшие 4 бита кода символа.

4.   На входы DB0-DB4 вывести передаваемые в индикатор младшие 4 бита кода символа.

5.   Подать на вход Е индикатора стробсигнал — положительный импульс длительностью не менее 500 нс. По перепаду стробсигнала из 1 в 0 осуществится запись данных из буфера в видеопамять индикатора.

6.   После записи всех кодов символов в видеопамять подается команда на индикацию.

Индикатор имеет параллельные шины данных и управления. Поэтому к последовательной шине I2C он подключен через соответствующий преобразователь. Это преобразователь последовательного кода шины I2C в параллельный

код PCA8574 фирмы NXP Semiconductor, бывшей Philips Semiconductor.

Блок тумблеров подключен к порту 0 МК. К линии 0 порта 2 МК через токоограничительный резистор подключен тумблер «Останов». Аварийная сигнализация подключена к линии 1 порта 2 МК.

Схема пульта управления представлена на рисунке 6.

Рисунок 5 — Схема пульта управления

7 Общий алгоритм управления

Рисунок 6 — Общий алгоритм управления

Блок i1 выполняет начальную установку системы.

Блок d1 реализует задачу логического управления: принимает информацию от двоичных датчиков Х1-Х5,Х8, вычисляет значение функции f(X1,…Х5,Х8)  выдает это значение в качестве управляющего сигнала Y1 по соответствующему выходному каналу на исполнительный механизм.

Блок a1 обеспечивает прием информации с аналоговых датчиков, ее преобразование в цифровую форму, вычисление значений управляющих воздействий Y2, Y3, Y4 и выдачу их на исполнительные механизмы. При выполнении этого блока учитывается значение уставки, заданной оператором с пульта.

Блок l1 обеспечивает циклический режим управления или останов системы в соответствии с командой, поступающей с пульта управления.

8 Алгоритм работы блока чтения информации с цифровых датчиков

Рисунок 7 — Алгоритм работы блока чтения информации с цифровых датчиков

В блоке d1 происходит побитовый ввод значений X1-X5,Х8 с одновременным вычислением значения функции f во флаге переноса.

Блок d2 проверяет значение функции f и если оно равно 0, то организуется обход блока d3.