Часть2 (Рябов В.Т. - Комплексная разработка механических, электронных и программных компонентов ТО), страница 10

МКпросто должен быть способен выполнить требуемую работу, причем с достаточнымзапасом по быстродействию и количеству портов ввода-вывода. Аппетит приходитво время еды и, наверняка, в процессе разработки захочется еще что-то добавить.2. Специализация микроконтроллера под автоматизируемое устройство во многомупростит аппаратное и программное обеспечение.

Сейчас выпускаются МК, специализированные для управления асинхронными трехфазными электродвигателями, шаговыми двигателями и т.п. Достаточно появиться какому-либо устройствуширокого назначения, как для управления им уже выпускаются специализированные микроконтроллеры.3. Наличие опыта разработки аппаратной и программной части для какого либо семейства МК, естественно, стимулирует продолжение работ в этом направлении.Идите проторенной дорогой, но следите за новинками рынка. Не бойтесь новыхрешений, но не разбрасывайтесь.4.

Наличие аппаратных и программных средств поддержки разработки является существенным, даже обязательным, фактором выбора того или иного семейства.5. Обеспечение ремонтопригодности изделия также существенно влияет на выбор семейства микроконтроллера. Прогресс в области микроконтроллерных средствуправления сейчас столь быстр и жизненные циклы изделий столь коротки, чтоможет оказаться, что к тому времени, когда ваша разработка вступит в строй, запасных частей (микроконтроллеров) к ней уже не найти.

Их уже сняли с производства. Поэтому ориентируйтесь на семейства солидных фирм. Например, семействоMCS-51 и его клоны выпускаются добрым десятком американских, европейских иазиатских фирм и здесь проблем с поставками не будет.Дальнейшее рассмотрение аппаратной части и программного обеспечения локальныхМК здесь проводится на примере однокристальных контроллеров семейства MCS-51, поскольку ранее достаточно подробно было изложено их аппаратное построение и система команд31Портовая и шинная архитектура построения локальных МКФункциональный состав центральных, узловых и локальных МК рассматривался вразделе 1.3 первой части учебного пособия. Локальный МК представляет из себя совокупность вычислительного ядра и устройств связи с объектом управления. Они формируют линии дискретного и аналогового контроля и управления и линии обмена по последовательнымканалам связи.

Вычислительное ядро – достаточно универсальное устройство, способноевоспринимать информацию, поступающую от объекта через линии связи, непосредственнопроводящее обработку этой информации с целью выдачи управляющих воздействий, направленных на поддержание работоспособности объекта управления.Задачами устройств связи является нормализация уровней сигналов вычислительногоядра и объекта управления для обеспечения их надежной передачи по линиям связи, защитасигналов от помех, согласование сигналов вычислительного ядра и элементов объекта поуровню и временным характеристикам.Портовой будем называть архитектуру, когда все функции вычислительного ядра беретна себя МК и устройства связи с объектом начинаются для выдачи дискретного либо аналогового управления (ДУ и АУ) или заканчиваются при дискретном либо аналоговом контроле непосредственно (ДК и АК) от вывода порта микроконтроллера.

Никаких дополнительных регистровдля хранения и обработки информации нет. Для проведения ДК можно непосредственно ассемблерной командой проверить, на каком уровне установлен вывод порта. Например, командами:JB bit, rel; переход к метке «rel», если бит равен единицеилиJNB bit, rel; переход к метке «rel», если бит равен нулюможно провести дискретный контроль и осуществить по ее результату ветвление в ходе выполнения программы.Командами битового процессора:SETB bit; установка битаCLR bit; очистка битаможно включать и выключать элементы объекта, проводя дискретное управление.На рис. 4.1. представлен фрагмент схемы локального МК с портовой архитектурой.Микроконтроллер контролирует состояние конечного выключателя SA1 и может управлятьнекоторой нагрузкой Rн, например, электромагнитом.Рис.

4.1. Фрагмент схемы локального МК с портовой архитектурой.32Конечный выключатель подключен к порту P1.7 через транзисторную оптопару DA1.Если контакт выключателя замкнуть, потечет ток через светодиод оптопары. Светодиод осветит базу фототранзистора и он откроется. Коллекторный ток фототранзистора вызовет падение напряжения на резисторе R2 и на выводе Р1.7 появится сигнал низкого уровня. Читаясостояние вывода порта Р1.7, можно определить, включен или выключен конечный выключатель, т.е.

проводить дискретный контроль объекта. Этот конечный выключатель можетбыть встроен, например, в вакуумный клапан и указывать нам, открыт он или закрыт.К порту P2.2 через повторитель DD2.1 также подключена оптопара DA2. Повторительразгружает порт МК и принимает ток светодиода оптопары при низком уровне сигнала навыводе P2.2. Как только на выводе порта появится низкий уровень, на затвор ключевоготранзистора VT1 будет подано управляющее напряжение, близкое к напряжению питания Ud.Ключ откроется, подключив нагрузку Rн.Целесообразность использования оптопар при подключении элементов объектауправления будет рассмотрена в следующем разделе.При шинной архитектуре формируется внешняя шина микроконтроллера и элементыобъекта управления подключаются к этой шине.

Организация внешней шины МК семействаMCS-51 и подключение схем памяти, регистров для выдачи дискретного управления и буферов для организации дискретного контроля приведено на рис. 3.5, 3.6 и 3.7 соответственно впредыдущей главе.С одной стороны при шинной архитектуре снимаются ограничения по количеству линий связи, с другой – усложняется схемотехническое построение контроллера и программноеобеспечение. Команды битового процессора, позволяющие устанавливать и контролироватьотдельные порты МК, не могут широко использоваться, т.к.

практически все порты придетсязадействовать для организации внешней шины. Для контроля и установки отдельных битовпридется использовать приемы маскирования.В учебных целях в контрольные вопросы включены задания по подключению и программированию записи в регистры, чтению из буферов и обращению к схемам внешней памяти в рамках шинной архитектуры. но, по определению, у локального микроконтроллерачисло линий связи с объектом управления должно быть невелико, поэтому избегайте шиннойархитектуры. Ответив на 4-ый - 7-ой контрольные вопросы можно будет сформулироватьразвернутый ответ на 8-ой вопрос.Контрольные вопросы.1. Приведите факторы, определяющие выбор семейства МК.2.

Опишите поэтапное прохождение сигналов дискретного контроля и управления всхеме, представленной на рис. 4.1. Почему для повышения нагрузочной способности портаприменен повторитель DD2.1, а не инвертор?3. Какие функции в схеме выполняет диод VD1.4. Дайте примеры ассемблерных команд контроля состояния SA1 и включения - выключения нагрузки Rн для схемы по рис.

4.1.5. Подключить в старшую зону адресов (C000h..FFFFh) МК внешнее энергонезависимое ОЗУ на 8 КБ. Дать примеры ассемблерных команд чтения и записи в младшую и старшую ячейку ОЗУ.6. Подключить в старшую зону адресов с 8000h до FFFFh внешнее энергонезависимое ОЗУ на 8 КБ и регистр на 8 ДУ. Дать примеры ассемблерных команд включения и выключения объекта, подключенного к четвертому биту регистра ключом по рис.

4.1.7. Подключить в старшую зону адресов с 8000h до FFFFh внешнее энергонезависимое ОЗУ на 8 КБ, регистр на 8 ДУ и буфер на 8 ДК. Дать примеры контроля второго битабуфера ДК.8. Почему портовая архитектура предпочтительнее шинной?334.2. Обеспечение надежности функционированиямикроконтроллераАктивные и пассивные способы обеспечения надежности ЛМКНадежность функционирования микроконтроллера в комплексе определяется его аппаратным построением и программным обеспечением.

При разработке схемотехническогорешения следует обеспечить согласование нагрузочных и временных характеристик используемых элементов. Схемотехническое решение вычислительного ядра (собственно ИС микроконтроллера и его минимального окружения) приводят в фирменных описаниях используемого семейства. Часто приводится даже топология печатной платы этой части локальногомикроконтроллера. Более того, рядом фирм изготавливаются отладочные модули, включающие ИС МК с минимальным окружением, последовательным каналом связи с персональнымкомпьютером и программным обеспечением, позволяющим транслировать программы пользователя, проводить их загрузку в РПЗУ или Flesh-память ИС МК и осуществлять отладкупрограммного обеспечения.

Использование такого готового модуля существенно упрощаетразработку ЛМК. Модули имеют портовые выводы, с помощью которые можно подключитьпрактически готовое вычислительное ядро к плате контроллера, на которой формируютсятолько устройства связи с объектом управления (УСО).Таким образом, разработка аппаратной части ЛМК может быть сведена к разработкеУСО и линий для реализации каналов дискретного и аналогового контроля и управления.Отказ МК проявляется в том, что он перестает выполнять предписанные ему функции,а основной причиной отказов, если правильно согласованы нагрузочные и временные характеристики используемых элементов, являются помехи, проникающие по цепям питания и полиниям связи с объектом управления.Почему здесь такое влияние уделяется помехам? Помеха в телевизоре или радиоприемнике проявляет себя как сбой и после ее исчезновения изображение восстанавливается. Ностоит в микроконтроллере сбиться счетчику команд, как сам он, без посторонней помощи,уже не сможет вернуться к нормальной работе.