Рябов В.Т. - Устройство и программирование однокристальных микроконтроллеров (1041592), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Оно зависит отемкостей, шунтирующих цепи питания и составляет обычно несколько десятков и даже сотенмиллисекунд. Это, малое по нашим меркам, время весьма заметно для микроконтроллера. Подключим к цепи питания делитель напряжения, настроенный с помощью переменного резистораR3 так, что при Vcc=4,8В, напряжение на PFI составит 1,25В и подключим его к входу PFI супервизора (рис. 4.3, а). Тогда мы сможем зафиксировать момент начала падения напряжения питания с опережением tS в несколько миллисекунд или даже десятков миллисекунд. За это времяМК сможет сделать до 1000 и более коротких операций.Если подключит вывод PFO супервизора к входу внешнего прерывания МК,например INT0, по сигналу супервизора мысможем запустить подпрограмму обслуживания этого прерывания, в которой предусмотрим сохранение критичной информации в энергонезависимом ОЗУ, прежде чеммикроконтроллер будет сброшен.Защита от программных сбоев.Для обнаружения зависаний в супервизореиспользована система «Watch dog» (WD) –сторожевой таймер.
Это чрезвычайно эффективная система для защиты от проРис. 4. 3. Подача предупредительного прерыграммных сбоев. Практически во все сования: а) аппаратное исполнение;временные микроконтроллеры такая сисб) снижение напряжения питания во времени.тема бывает встроена.Как она действует? Ведь микроконтроллер сам никогда не сможет обнаружить, что он«завис» при выполнении управляющей программы, как человек сам объективно не сможетоценить адекватность своего поведения.Через определенный период времени некая внешняя система WD пытается сброситьмикроконтроллер.
МК, в свою очередь, при нормальной работе должен периодически сбрасывать WD. Для этого в управляющей программе предусматривается специальный процессили синхроквант. Если управляющая программа «подвисла», упреждающий сигнал на WDпослан не будет и микроконтроллер будет сброшен сторожевым таймером. По сбросу он восстановит исходное значение в своем счетчике команд и начнет управляющую программусначала. Дело программиста написать программу так, чтобы она восстановила состояниеобъекта и продолжила управление, как будто ничего не случилось.В супервизоре предусмотрено специальное устройство «Таймер RESET и WD», задающий длительность стандартного сигнала СБРОС и период «тиков» встроенного сторожевого таймера «Таймер WD». Исходно «Таймер WD» срабатывает за период около секунды(см.
техническую документацию на конкретную схему супервизора). Для упреждающегосброса сторожевого таймера служит «Детектор сигнала WDI», подключенный к выводу WDIсупервизора.37Вывод WDI предназначен для подачи упреждающего сигнала от управляющей программы. Притом сигнал фиксируется детектором как по фронту, так и по спаду, поэтому изуправляющей программы для сброса сторожевого таймера следует периодически подаватьследует то ноль, то единицу. Период следования этого сигнала должен быть меньше периодасрабатывания сторожевого таймера.На вывод WDO будет подан активный низкий уровень, если сторожевой таймер сработает, одновременно будет активизирован генератор сброса и выдан высокий уровень сигнала RESET.
Микроконтроллер будет сброшен. После перезапуска управляющей программыможет быть определена причина сброса, так как вывод WDO будет оставаться в низкомуровне до тех пор, пока сторожевой таймер не будет сброшен микроконтроллером.Период от момента «подвисания» программы до момента определения этого фактасупервизором не может быть больше периода времени, на которое настроен сторожевой таймер. По умолчанию это около секунды, значит на это время объект теряет управление. Увеличение периода настройки сторожевого таймера, с одной стороны уменьшает нагрузку намикроконтроллер, т.к.
он может реже запускать программу сброса WD, с другой, увеличиваетвремя неправильного функционирования объекта. Баланс этих явлений позволяет обоснованно выбирать время настройки сторожевого таймера. Если для нас очень критичны последствия программных сбоев, время срабатывания сторожевого таймера может бытьуменьшено до нескольких миллисекунд. Сделать это можно с помощью выводов OSC SEL иOSC IN супервизора. Если эти выводы оставлены неподключенными или на OSC SEL поданнизкий уровень, будет настроен штатный период настройки WD.Вывод OSC SEL (выбор осциллятора) при подаче на него активного высокого уровняперестраивает таймер RESET и WD (рис. 4.2) и переключает его от встроенного задатчика кзаданию периода от внешних тактовых импульсов, если предусмотренные задатчиком периоды не устраивают пользователя.
Вывод OSC IN служит в этом случае для подачи внешних тактовых импульсов, позволяющих переопределить период задержки сторожевого таймера в широких пределах.В завершение еще раз напомним, что внешний, либо встроенный в МК супервизор является неотъемлемой частью современных локальных микроконтроллеров и эффективно защищает его от программных и аппаратных сбоев.Контрольные вопросы.1. Активные и пассивные способы обеспечения надежности микроконтроллера.2. Супервизорная схема МАХ 691. Назначение и функциональная схема.3.
Функции супервизора. Подключение резервного питания.4. Как поступить, если потребляемый микроконтроллером ток больше 30 мА.5. Аппаратная и программная поддержка энергонезависимого ОЗУ для защиты от сбоев по питанию.6. Обнаружение и реакция на сбой по питанию7. Защита МК от помех по питанию и программных сбоев.4.3. Расчет и проектирование средств сопряжения с объектомРазработка средств сопряжения и линий связи с объектом является наиболее творческой частью разработки аппаратного обеспечения ЛМК.
Линии дискретного и аналоговогоуправления и контроля непосредственно связаны с элементами объекта: датчиками и исполнительными механизмами. Их схемотехнические и конструктивные решения определеныэтими элементами и существенно определяют успех применения контроллера. Помимо своихпрямых функций – согласованию по уровню, временным характеристикам и передачи сигналов управления и контроля от вычислительного ядра к элементам объекта и назад, устройства и линии связи являются источниками и приемниками помех. Помехи излучаются линиямидискретного управления при передаче значительных токов к элементам объекта, при включении и выключении этих элементов, особенно, если нагрузка носит индуктивный характер(электромагнитные приводы клапанов, двигатели и т.п.).
Большая протяженность линий свя-38зи может сделать их эффективными приемниками помех от электромагнитных волн, излучаемых как элементами объекта, так и соседними линиями связи. Грамотно разработаннаялиния связи не должна излучать и принимать заметных помех, а средства сопряжения с линий связи с вычислительным ядром должны окончательно отсечь их.Выбор и расчет средств реализации дискретного контроляЛинии связи для реализации дискретного контроля должны передать очищенный отпомех сигнал от датчика дискретного контроля к вычислительному ядру.
Дискретный контроль элементов объекта может сказать, открыта или закрыта вакуумная камера или клапан,достигло ли давление заданного порога, т.е. ответить на вопрос: да или нет? Вне зависимостиот назначения, датчики ДК могут быть пассивными или активными. Пассивными называютдатчики, являющиеся коммутируемой контактной группой: конечные выключатели, герконы,контактные группы. Их срабатывание не зависит от того, подведено ли к датчику электропитание. На рис. 4.4, а) и б) показаны пассивные датчики типа «сухой контакт». Такие датчикивыполняют в виде нормально открытой (НО) (рис. 4.4, а) или полной нормально открытой инормально закрытой (НЗ) контактной группы (рис. 4.4, б). Активные датчики для своей работы требуют электропитания Ud.
Их выход оформляют как открытый коллектор транзистора n-p-n (рис. 4.4, в), открытый коллектор транзистора p-n-p (рис. 4.4, г) или открытый коллектор –открытый эмиттер фототранзистора оптопары (рис. 4.4, д). По варианту, показанному на рис. 4.4, д)оформлен, например, выход датчиков расхода жидкостей или газов. Фототранзистор открывается нанесколько миллисекунд при прохождении определенной порции среды, например, литра воды.Рис. 4. 4. Исполнение выходов датчиков дискретного контроля: а) выход типа «сухой контакт»; б) выход «НО-НЗ сухой контакт»; в) выход «открытый коллектор n-p-n; г) выход «открытый коллектор p-n-p; д) выход «открытый коллектор – открытый эмиттер оптопары;Использование датчиков типа «сухой контакт» сопряжено с явлением «дребезг контактов», которое может приводить к фиксации ложных срабатываний.
Например, если считать число ходов рабочего органа между двумя конечными выключателями по числу их срабатываний, результат может оказаться значительно большим, чем есть на самом деле. Дело втом, что после замыкания подвижный контакт упругими силами отбрасывается от неподвижного, пока колебания не затухают (рис. 4.5, в).Известны программные и аппаратные способы подавления дребезга контактов. Припрограммном способе после обнаружения первого срабатывания контактов ДК1, окончательная фиксация состояния ДК3 датчика производится через время tа/др.
так называемой задержки на антидребезг, которая задается программно и должна быть больше времени дребезга контактов tдр. рис. 4.5, в). При аппаратном способе подавления дребезга необходимо использовать полную НО-НЗ контактную группу и RS-триггер (рис. 4.5, б). При дребезге контактов, который происходит и у этой группы, она не переключается, а только замыкаетсяразмыкается один из контактов. При этом RS-триггер устанавливается или сбрасывается первым импульсом.39Рис. 4.
5. Подавление дребезга контактов датчиков ДК: а) выход типа «сухой контакт»; б) выход «НО-НЗ сухой контакт»; в) выход «открытый коллектор n-p-n; г) выход «открытый коллектор p-n-p; д) выход «открытый коллектор – открытый эмиттер оптопары;Рассмотрим подключение датчиков ДК к линиям связи и далее к вычислительному ядру МК. На рис. 4.6.
а) показано подключение датчика с выходом «открытый коллектор n-p-n».Пара проводов, соединяющих датчик и локальный микроконтроллер, свита между собой. Внешнееэлектромагнитное поле наводит в получившихся катушках одинаковую электродвижущую силу, которая компенсируется на входе в ЛМК. При срабатывании датчика и открытии транзистора VT по линии связи начинает протекать ток и фотодиод оптопары контроллера срабатывает.
Вместо выходноготранзистора активного датчика может быть включен и нормально открытый «сухой контакт».Рис. 4. 6. Подключение активных датчиков ДК с различным выходом: а) выход «открытый коллектор n-p-n; г) выход «открытый коллектор p-n-p».Токи, текущие по витой паре при срабатывании датчика направлены встречно, поэтому линия связи практически не излучает и не является источником помех. На рис.
4.6, б) показано присоединение выхода датчика с выходом «открытый коллектор p-n-p». Здесь все происходит сходным образом.Величина балластного резистора R1 рассчитывается для схем по рис. 4.6, а) и б) сходным образом:R1 =U d − U кэ − U сд 24 - 0,5 - 1,6== 2,2 кОм .I сд0,01(1)Здесь: Ud – напряжение питания датчика (24 В); Uкэ – падение напряжения на открытомтранзисторе VT датчика (около 0,5 В); Uсд – падение напряжения на светодиоде (около 1,6 В); Iсд –номинальный ток светодиода (около 10 мА).Указанные здесь в скобках параметры должны быть уточнены по технической документации на используемые элементы.Выбор и расчет средств реализации дискретного управленияЛокальный микроконтроллер может передавать на объект управления как управляющий сигнал, инициирующий срабатывание какого либо устройства, так и энергетический по-40ток, например, ток питания электромагнита или двигателя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
