Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007) (1264220), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Каждый БТ(М способен поддерживать много (до 255) датчиков и исполнительных элементов. Интерфейс 1ЕЕЕ 1451.2 является открытым стандартом, обеспечивающим связь с датчиками и исполнительными устройствами. Интерфейс 1ЕЕЕ 145 !.2 определяется протоколом электрических параметров и протоколом обмена данными. Устройство интерфейса 1ЕЕЕ !451.2 с встроенным микропроцессором представляет собой модуль, называемый интерфейсным модулем интеллектуальных датчиков (%пап ТгапЫпсег 1пгеггасе Моби!е, БТ1М).
Микропроцессор модуля ЯТ1 М поддерживает физическую связь с датчиками и стандартный интерфейс с системой управления. Каждый модуль ЗТ1 М может поддерживать до 255 датчиков и исполнительных элементов. 282 ° Глава 10. Стандартные интерфейсы 10.1.2. Параметры датчиков В спецификации на! ЕЕЕ 1451 подразумевается, что параметры датчиков должны быть заранее описаны в спецификации электроники датчиков ТЕ()Я (Тгапзбцсег Е!есггопгс (лага зпеег, ТЕ(лБ). В данной спецификации сообщаются реальные параметры датчиков, такие как верхняя и нижняя границы рабочего диапазона, время подготовки к работе, калибровочная и временная информация.
В этой спецификации упоминаются и дополнительные параметры ТЕОР, относящиеся к датчикам и к будущим расширениям стандарта. 10.1.3. Международная система единиц измерения СИ Информация, проходящая через устройство интерфейса 1ЕЕЕ 1451, должна быть выражена в международной системе единиц, СИ. Реальный датчик может измерять температуру, напряжение, ток, давление, скорость или другой физический параметр.
Измеряемая величина должна быть преобразована в единицы СИ перед передачей в микропроцессор по интерфейсу 1ЕЕЕ 1451. Интерфейсом поддерживаются следующие меры с единицами измерения СИ: ° длина (м); ° масса (кг); ° время (с); ° ток (А); ° температура ('К); ° количество вещества (моль); ° сила света (кд); ° плоский угол (радиан); ° пространственный (телесный) угол (м ). Любую измеряемую величину нужно выразить в единицах СИ.
Датчик может, например, измерять скорость в милях/час, однако эта величина должна быть приведена ЯТ1М-микропроцессором к величине в м/с перед передачей по интерфейсу 1ЕЕЕ 1451. Когда управляющий процессор считывает данные с датчика 1Е ЕЕ 1451, передается строка со значениями порядков величин, по одному на каждую из величин. В приведенном примере измерения скорости в выходном сигнале присутствовало бы положительное значение порядка для метров и отрицательное для секунд. Все другие значения порядков должны быть равны О.
В стандарте также определен цифровой интерфейс с датчиком и исполнительным устройством. 10.2 Последовательный периферийный интерфейс токовая петля 4-20мА ° 283 Несмотря на то что этот метод затруднителен для ПО в ЗТ1М-процессоре, он используется в стандартном интерфейсе для управляющих процессоров. 10.2. Последовательный периферийный интерфейс токовая петля 4-20 мА В последовательном периферийном интерфейсе токовая петля 4-20мА используется одна пара проводов для подачи питания и для передачи сигналов (Рис.
10.1). Необходимое напряжение на паре проводов задает управляющий микропроцессор, обычно промышленный РС. Контроллер также измеряет ток в проводах. Датчик должен преобразовывать измеряемую величину (температуру скорость и т. п.) в силу тока. Датчик потребляет 4 мА на одном пределе измерений и 20 мА на другом. Контроллер иенерлет тол е петле Рис. 10.1. Токовая петля 4-20 мА Поскольку петля 4-20 мА дифференциальная, данный интерфейс хорошо подходит для считывания данных с удаленных датчиков. Многие виды шумов подавляются дифференциальной системой измерения тока. Недостаток данного метода заключается в необходимости применения двух проводов и чувствительной системы измерения для каждого датчика. 10.3. Интерфейс Не!бЬов Интерфейс с)е1доия — последовательный двунаправленный цифровой интерфейс для соединения аппаратуры измерения и управления, такой как датчики, исполнительные механизмы, контроллеры.
По идее, интерфейс Р!е!0Ьпз призван заменить множественные соединения датчиков токовой петли 4-20 мА на многоканальную линию для считывания данных с многих датчиков по одному однопроводному кабелю (Рис. 10.2). Спецификация на Р!е!т(Ьпз представляет собой многоуровневую модель, включаюшую уровни: физических соединений, связи данных и приложений.
284 ° Глава 10. Стандартные интерфейсы В качестве кабеля соединений интерфейса Е!е10Ьоз используется витая пара. Одна пара проводов служит одновременно и для питания устройств, и для обмена данными. Устройства интерфейса Е!е10Ьцз потребляют электроэнергию источника питания так же, как и в токовой петле 4-20 мА. Передача данных осуществляется за счет изменения потребления тока передаюшим устройством; разница в потреблении тока между 0 и 1 составляет 20 мА. При кодировании фазоманипулированным кодом «Манчестер-2» скорость передачи данных достигает 31250 бит/с.
В коде «Манчестер-2» переключение логических уровней осушествляется в середине бита. Одно из преимушеств данного кода в том, что средняя постоянная величина пары сигналов равна нулю, поскольку каждый бит находится в ВЫСОКОМ логическом состоянии в течение половины периода и в НИЗКОМ логическом состоянии тоже в течение половины периода. Код «Манчестер-2» относится к кодам с самосинхронизацией, то есть синхронизируюший тактовый сигнал выделяется из перепадов информационного сообшения. Относительно низкая скорость передачи данных позволяет использовать весьма длинные линии связи, что важно для создания систем управления на больших предприятиях, подразделения которых рассредоточены друг от друга на несколько километров. На Рис.
102 показан код «Манчестер- 2» для бита 0 и 1, а также для последовательности 0110. Манчестерское кодирование 0 ( Середина бита ~О ~! ~~ 1О Рис. 10.2. Интерфейс Е!е!йЬна В интерфейсе Е!е10Ьцз применяется циклический опрос (роП!п8) и передача маркера в линию связи (го(сеп раза!пй). Мастера шины опрашиваемого (ро11-) устройства передают в информационном слове адрес этого запрашиваемого периферийного устройства. Далее, устройство может передать данные на шину только после опроса одним из мастеров. Если на )0.3.
Инглер4ейс гГеЫЬиз ° 285 шине присугствует одновременно много мастеров, управление шиной производится по маркеру (го)геп), «присвоенному» одному из мастеров в данный момент времени. Когда мастер заканчивает цикл использования шины, он посылает маркер-сообщение следующему мастеру, передавая ему управление. Распространенные периферийные устройства, используюшие шину Е!е!дбцз, схожи с устройствами, работаюшими по интерфейсу 4-20 мА, и включают в себя датчики и исполнительные устройства, такие как датчики давления, температуры, устройства измерения потока и управляемые клапаны. глава 11 Аналоговая схемотехника В данной главе обсуждаются оставленные ранее без внимания вопросы, а также подводятся некоторые итоги. 11.1.
Питание микроконтроллера и напряжение смещения В главе 2 рассматривались эффекты, возникающие при применении напряжения питания для формирования опорных напряжений в системах на основе микроконтроллеров. Во многих случаях можно минимизировать дестабилизирующее влияние эффектов смещения на входах периферийных устройств от изменения напряжения питания. На Рис.
11.1а показан терморезистор, подключенный к аналоговому входу микроконтроллера с использованием нагрузочного резистора и прецизионного источника опорного напряжения. На первый взгляд такая схема может показаться достаточно точной, поскольку при точном опорном напряжении на аналоговом входе микроконтроллера напряжение всегда будет соответствовать измеряемой температуре. Проблема здесь в том, что во многих микроконтроллерах используется напряжение питания для формирования опорного напряжения, и точность измерений будет зависеть от стабильности напряжения питания, так как терморезистор и микроконтроллер питаются от разных источников питания. На Ряс. 1!.1б показана такая цепь делителя, опорное напряжение терморезистора в которой задается от напряжения питания микроконтроллера. Такое включение дает более повторяемые результаты.
Если сопротивления терморезистора и К1 составляют по 10 кОм, например, на аналоговом входе микроконтроллера будет всегда половина напряжения питания независимо от того, какая иа самом деле величина этого напряжения. Данный подход разумен, если измерения микроконтроллера соотносятся с величиной напряжения питания. Заметим, что подключение цепи датчика к П, 1. Пшпание микро кантрамера и напряжение смегаепин ° 287 питанию микроконтроллера может оказаться недостаточным. Если цепь датчика снабжена собственным источником опорного напряжения, выходной сигнал будет независимым от напряжения питания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
