Микропроцессорная система управления

Эффект отражения и необходимость  правильного согласования накладывают  ограничения на конфигурацию линии  связи.

Линия связи должна представлять собой  один кабель витой пары. К этому  кабелю присоединяются все приемники  и передатчики. Расстояние от линии  до микросхем интерфейса RS-485 должно быть как можно короче, так как  длинные ответвления вносят рассогласование  и вызывают отражения.

В оба наиболее удаленных конца  кабеля (Zв=120 Ом) включают согласующие резисторы Rt по 120 Ом (0.25 Вт). Если в системе только один передатчик и он находится в конце линии, то достаточно одного согласующего резистора на противоположном конце линии. Подключение приемников-передатчиков показано на рис.2.2.3.

Рис. 2.2.3. Подключение приемников-передатчиков

Т.к. во взятом нами микроконтроллере есть встроенный модуль EUSART с поддержкой интерфейса RS-485, то нет необходимости в использовании дополнительных драйверов. Передача данных между PIC18F8680 и другими внешними устройствами будет осуществляться по выводам RC6, RC7.

2.3. Цифро-аналоговый преобразователь  AD-561

AD561 – интегральная  схема 10-разрядного ЦАП, совмещенная  с источником опорного напряжения  в одном корпусе микросхемы.. Она использует 10 высокоскоростных переключателей регулировки тока, управляющий усилитель, ИОН и тонкопленочный кремниево-хромный резистор с лазерной подгонкой параметров для обеспечения быстродействующего и точного преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал. Для обеспечения высокой точности и стабильности 10-разрядного преобразования в AD561 комбинируются несколько технологий. Низкий температурный коэффициент термостабильности обеспечен благодаря термостабильности тонкопленочных резисторов, которые кроме того подвергаются лазерной обработке с 0.01% линейностью. Как результат, достигнута точность ±1/4 LSB для версий K и T и 1/2 LSB для версий J и S.

AD561 также включает  в себя малошумящий, высокостабильный  стабилитрон для организации  источника опорного напряжения  с долговременной стабильностью  параметров и термостабильностью, который можно по праву считать лучшим опорным источником на стабилитроне. Технология лазерной подгонки параметров позволяет корректировать коэффициент термостабильности для каждой микросхемы. Как следствие, в типичном диапазоне температур коэффициент термостабильности до 15 ppm/°C, проверена и гарантируется термостабильность не более 30 ppm/°C для версий K и T, 60 ppm/°C для S и 80 ppm/°C для J. AD561 доступны в четырех исполнениях. AD561J и K рекомендуется использовать при температуре от ±°C до +7±°C и доступны в 16-выводных керамических или пластиковых DIP корпусах . AD561S и T работают при температуре от –5±°C до +12±°C и доступны в керамическом корпусе.

На  рис.2.3.1 изображена типовая схема  преобразования выходного тока ЦАП  в напряжение с диапазоном от 0 до 10В.

Рис. 2.3.1. Униполярный режим 0-10В

Отличительные особенности:

• Встроенный высокостабильный источник опорного напряжение на стабилитроне
• Лазерная подгонка параметров при производстве (максимальная погрешность 1/4 LSB для AD561K, T)
• Быстрое время установления выхода – 250 нс с погрешностью в 1/2 LSB
• Гарантируется монотонность передаточной характеристики во все температурном диапазоне.
• Совместимость цифровых входов с уровнями ТТЛ, ДТЛ и КМОП
• Монолитная конструкция в виде микросхемы
• Доступность в малогабаритных корпусах
• Доступность военно-промышленного исполнения MIL-STD-883

 

 

Назначение выводов АЦП описывается  в табл.1.

BIPOLAR OFFSET	Выход напряжения смещения для двуполярного режима. Не используется.
SPN	Вывод резистора цепи обратной связи.
Iout	Аналоговый выход ЦАП
D1-D10	Параллельная шина для загрузки данных от младшего к старшему разрядам. Подключается к выводам RG4,RG5,RD0-RD7 МК соответственно.
-15	Питание –15В
+5	Питание + 5В
GROUND	Общий

Табл.1

 

2.4.  Аналого-цифровой преобразователь MAX1247

 

MAX1247-это 4-канальные 12-разрядные системы сбора данных, которые содержат 4-канальный мультиплексор, широкополосное устройство выборки и хранения, последовательный интерфейс с высокой скоростью преобразования и обладает низким энергопотреблением. Аналоговые входы являются программно конфигурируемыми для работы в униполярном, биполярном и симметричном и дифференциальном режимах.

4-проводной последовательный интерфейс  напрямую сопрягается с устройствами  SPI без использования дополнительных логических согласующих ИС (рис.2.4.1). Данные преобразователи построены по методу последовательного приближения.

MAX1247 имеет вход аппаратного управления режимом отключения SHDN (активный-НИЗКИЙ) и программно выбираемый режим отключения, и могут быть запрограммированы на автоматическое отключение по завершению преобразования. Обращение к последовательному интерфейсу автоматически активизирует ИС, а малое время включения позволяет приборам быть отключенными между преобразованиями, что дополнительно снижает потребляемый ток. Данная микросхема поставляется в корпусах DIP и QSOP.

Рис.2.4.1. Подключение к МК

Определим выводы, которые будут задействованы  для реализации поставленной задачи:

• CH0,CH1,CH3 – входы, по которым ведется снятие аналоговых сигналов с внешних датчиков (3 канала)
• COM – общий вывод для аналоговых входов
• SCLK, Din,Dout,CS – выходы АЦП, по которым осуществляется передача данных в МК по SPI интерфейсу. Они подключаются к выводам RC3,RC5,RC4,RF7 микроконтроллера соответственно.
• Vcc,AGND,DGND – силовые выводы для питания микросхемы
• SSTRB – используется для определения занятости АЦП.
• Остальные выводы не используются.

В табл.2 представлено подробное описание выводов микросхемы.

                

AGND,DGND	Аналоговый и цифровой общий вывод  микросхемы.
CH0-CH3	Аналоговые входы 0-3.
COM	Общий вывод для аналоговых входов.
CS	Выбор кристалла
Din	Вход последовательных данных.
Dout	Выход последовательных данных.
Refadj	Вход буферного усилителя ИОН. Соединен с Vcc
SCLK	Вход последовательного тактового  сигнала.
SHDN	Вход выключения. Низкий уровень отключает  прибор.
SSTRB	Выход последовательного строба. Низкий уровень- прибор преобразует, Высокий-преобразование закончено.
Vcc	Положительное напряжение питания
Vref	Вход/выход опорного напряжения. Отключен.

Табл.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5. Подключение клавиатуры

 

Для ввода цифровой и буквенной информации в приложениях на базе микроконтроллеров  используются клавиатуры. Клавиатура представляет собой блок из нескольких кнопок, объединенных конструктивно  и связанных между собой электрически по матричной схеме.

Порты, подключенные к строкам, настроены  на выход и в начальном состоянии  на этих выводах напряжение логического  нуля. Порты, подключенные к столбцам, настроены на вход, внутренние подтягивающие  резисторы отключены и эти  линии “придавлены к нулю питания” с помощью внешних резисторов номиналом в 10 КОм.  

Процедура сканирования клавиатуры выглядит следующим  образом. Выставляем 1 на выводе RA0 и проверяем состояние выводов RB2-RB5. Если на каком-либо из выводов установлена 1, значит, на клавиатуре в данный момент нажата кнопка, подключенная к первой строке. Сохраняем биты RA0-RA5 и RB2-RB5– по этому коды мы будем определять номер нажатой кнопки. Если ни одна из кнопок не нажата, продолжаем процедуру сканирования.  

 Сбрасываем 1 на выводе RA0 и устанавливаем 1 на выводе PD1. Снова проверяем состояние выводов RB2-RB5, и в случае нажатия кнопки сохраняем биты RA0-RA5 и RB2-RB5  в переменной.   

  Повторяем описанную последовательность  для оставшихся строк.  

 Переключения  кнопок клавиатуры сопровождаются  дребезгом контактов, который  микроконтроллер может “воспринимать”  как многократные нажатия. В  приложениях, использующих клавиатуры, это нежелательное явление, поэтому  в программе опроса клавиатуры  обязательно должна быть какая-нибудь  защита. Обычно делают так - факт  нажатия кнопки регистрируется, если она удерживается в течение  нескольких циклов опроса.   
 
   Код, получаемый в процессе сканирования клавиатуры, часто требуется преобразовать в символьное значение номера/буквы кнопки (например, для передачи по USART`у). Для этого можно создать таблицу перекодировки - двумерный массив. В первом столбце таблицы будут храниться коды кнопок, а во втором соответствующие символьные значения. Методом последовательного перебора в таблице можно находить нужное значение.

 

 

 

2.6. Осуществление индикации

 

          Для отображения информации будет использоваться LCD индикатор ACM-1602. Его характеристики приведены ниже в таблицах 3 и 4.

                      Табл.3

Тип модуля	знакосинтезирующий (текстовый) ЖКИ
Формат модуля	16 x 2
Тип поляризатора	полупрозрачный (transflective)
Подсветка	желто-зеленая светодиодная
Тип стекла	STN серый
Угол обзора	6:00 часов (bottom view)
Температурный диапазон	Расширенный, -20..+70 °С
Контроллер	KS0066U (аналог HD44780)
Кодировка	английская + русская
Габариты модуля	80.0 (W) x 36.0 (H) x 13.5 (D) мм
Размер точки (пикселя)	0.56 (W) x 0.61 (H) мм

                             Табл.4

Напряжение питания  модуля	4.75 - 5.25 В
Потребляемый ток (модуль)	1.5 - 2.5 мА
Потребляемый ток (подсветка)	160 мА (при 5.0 В)

Функциональная  схема индикатора представлена на рис.2.6.1.

Рис.2.6.1. Функциональная схема.

           Нумерация выводов произведена непосредственно на печатной плате индикатора, их назначение определяется согласно табл. 5.

                               Табл.5

№	Название	Описание
вывода	вывода
1	Vss	Питание модуля (-) , «земля»
2	Vdd	Питание модуля (+)
3	Vo	Напряжение смещения (управление контрастностью)
4	RS	Регистр управления (1 - данные, 0 - команды)
5	R/W	1 - чтение, 0 - запись
6	E	Строб
7	DB0
8	DB1
9	DB2
10	DB3	Шина команды / данные
11	DB4
12	DB5
13	DB6
14	DB7
+	BL+	Питание подсветки (+) +5.0 В
-	BL-	Питание подсветки (-) 0 В

 

Подключение к МК:

• RS,R/W,E – входы управления режимами индикатора, которые подключаются к выводам RG0-RG2 микроконтроллера соответственно.
• DB0-DB7 – входы данных, подключаемые к выводам RF0-RF6,RE7 соответственно.
• V0,Vdd,BL+ - выводы питания и управления подсветкой, подключаются к +5V.
• Vss,BL- - общие выводы, подключаемые к аналоговой земле.

 

 

 

 

2.7. Схема сопряжения фотоимпульсного датчика с микроконтроллером

 

Основным элементом ФИД является прозрачный диск с нанесенными на него рисками, количество которых достигается  нескольких тысяч. При повороте диска, луч света, излучаемый источником ИС, модулируется рисками и воспринимается фотоприемниками ФП. Электрические  сигналы от ФП преобразуются электронным  преобразователем ЭП в систему электрических  сигналов, которые подаются на микроконтроллер.

В качестве электронного преобразователя  рассматривается следующая схема  сопряжения ФИД с цифровой системой(рис.2.7.1).

 

 

Риc.2.7.1. Структурная схема сопряжения ФИ датчика.

В качестве гальванической развязки используются двухканальная оптопара диод-транзистор.