Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С - Стивен Барретт

В соответствие с ранее введенными обозначениями, можно записать: V1min = –100 мВ, V2min = 300 мВ, V1max = 0 В, V2max = 5,0 В. Подставим эти численные значения в уравнения для определения коэффициента усиления и напряжения смещения дополнительного электронного преобразователя сигнала:

5 В = 300 мВ × K + B

0 В = –100 мВ × K + B

Решив два уравнения совместно, получим, что коэффициент усиления K = 12,5, напряжение смещения B = 1,25 В. Проверьте полученный результат, подставив полученные значения в исходные уравнения. Составьте схему на операционном усилителе, реализующую необходимые преобразования.

Применяя рассмотренный метод преобразования входного сигнала, помните, что реальная схема сопряжения может потребовать установки дополнительных фильтров с целью подавления нежелательных гармоник сигнала датчика.

5.10. Интерфейс RS-232 

В главе 4 мы рассмотрели периферийные модули МК семейства 68HC12/HCS12, в том числе контроллеры последовательного обмена. Напомним, что МК 68HC12/HCS12 имеют в своем составе, как минимум, один контроллер асинхронного последовательного обмена SCI и один контроллер синхронного последовательного обмена SPI. Каждый из этих контроллеров формирует на выходе логические сигналы с напряжением около 5 В для логической 1 и около 0 В для логического 0. Однако если систему с МК необходимо соединить с другим устройством посредством интерфейса RS-232, то обмен с использованием логических уровней сигналов уже невозможен, и необходимо дополнительное согласование уровней.

Стандарт EIA-232-D устанавливает правила организации последовательного обмена данными для интерфейса RS-232 (EIA — Electronic Industries Alliance). Стандарт определяет число линий связи и их функциональное назначение, электрические характеристики сигналов в линиях, формат кадра обмена и механические соединители.

Переход от логических уровней сигналов к сигналам стандарта RS-232 может быть выполнен с использованием всего одной ИС трансивера RS-232. На рис. 5.25 приведен пример такой ИС компании MAXIM-IC. Трансивер позволяет выполнить преобразования двух сигналов с логическими уровнями TTL/CMOS к уровням сигналов интерфейса RS-232 и наоборот. Логическая 1 преобразуется этой ИС в отрицательное напряжение –10 В, логический 0 — в положительное напряжение +10 В. И при этом ИС требует всего одного источника питания для своей работы с напряжением 5,0 В ± 10%.

Рис. 5.25. Функциональная схема трансивера RS-232 

5.11. Заключение по главе 5

Мы начали эту главу с анализа электрических характеристик входов и выходов микроконтроллеров и других ИС, выполненных по технологии HC CMOS. Это позволило нам понять, каким требованиям должны удовлетворять входные и выходные устройства, которые подключаются к выводам МК. Далее мы изучили конкретные типы устройств ввода и вывода, такие, как светодиоды, переключатели, клавиатуры, различные типы ЖК индикаторов. Мы рассмотрели особенности реальных устройств ввода/вывода: эффект дребезга механических переключателей, генерацию помех при работе электрического двигателя с силовым полупроводниковым коммутатором. Мы также показали, как преобразовать логические сигналы МК к уровням сигналов интерфейса RS-232. Все эти знания будут использованы нами далее в главе 6 в процессе изучения реальных встраиваемых систем на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12.

5.12. Что еще почитать?

1. Horowitz, Р., W. Hill. The Art of Electronics, 2nd ed. Cambridge, England: Саmbridge University Press, 1989.

2. Furlow, Bill. Circuit Design Idea Handbook. Boston: Cahners, 1975.

3. Sheingold, Daniel H., ed. Analog-Digital Conversion Handbook. Norwood, МА: Analog Devices, 1976.

4. «Transducers», Omega Engineering Inc., 1 Omega Drive, Stamford, СТ, 06907

5. Stout, David F., Milton Kaufman. Handbook of Operational Amplifier Circuit Design. New York: McGraw-Нill, 1976.

6. Hollander, M. А. Electrical signals and systems. New York: McGraw-Нill.

5.13. Вопросы и задания

1. Что означают буквы «HC» в названии семейства микроконтроллеров 68HC12?

2. Назовите и определите физический смысл 8 электрических параметров для входов и выходов серии логических элементов. Включите в свой ответ диаграммы входных и нагрузочных характеристик.

3. Назовите 8 электрических параметров, характеризующих входы и выходы МК семейства 68HC12. Приведите диаграммы, которые связывают эти параметры.

4. Какова максимальная нагрузка по току входов и выходов МК семейства 68HC12?

5. Что произойдет с VOH и VOL, если будет превышена нагрузка по току?

6. Какие два условия должны быть выполнены, чтобы светодиод светился?

7. Почему схема сопряжения со светодиодом, представленная на рис. 5.3, не будет работать? Предложите рабочий вариант схемы при условии, что прямой ток светодиода 15 мА, а прямое падение напряжения 1,7 В?

8. Опишите два способы защиты от дребезга механических контактов.

9. Что такое выход с тремя состояниями?

10. Как работает твердотельное реле? В каких случаях его следует использовать?

1. В тексте главы были введены две виртуальные серии логических элементов (DP1 и SB2). Для этих серий были приведены электрические параметры для входов и выходов:

DP1:

VIH = 2,0 В, VIL = 0,8 В, IOH = –0,4 мА, IOL = 16 мА

VOH = 3,4 В, VOL = 0,2 В, IIH = 40 мкА, IIL = –1,6 мА

SB2:

VIH = 2,0 В, VIL = 0,8 В, IOH = –0,4 мА, IOL = 8 мА

VOH = 2,7 В, VOL = 0,4 В, IIH = 20 мкА, IIL = –0,4 мА

Определите, могут ли логические элементы серии DP1 быть подключены к элементам серии SB2? Если да, то чему равен коэффициент разветвления SB2 для DP1?

2. Можно ли подключать элементы серии DP1 к выходам МК семейства 68HC12?

3. Можно ли подключать элементы серии SB2 к выходам МК семейства 68HC12?

4. На рис. 5.5 подтягивающие резисторы подключены к напряжению питания VCC. Представьте, что схему изменили, и эти же резисторы подключили к общему выводу. Как должна измениться таблица рис. 5.5?

5. На рис. 5.5 была приведена схема подключения к МК клавиатуры из 16 клавиш. Разработайте аппаратную схему декодирования кода клавиш подобной клавиатуры. На выходе схемы должен формироваться ASCII код нажатой клавиши. МК не должен использоваться для решения поставленной задачи.

6. Опишите своими словами принцип действия схем противодребезговой защиты, приведенных на рис. 5.10.

7. Разработайте блок-схемы алгоритмов для каждой из функций программы управления ЖК дисплеем из разделов 5.6.2 и 5.6.3.

8. Разработайте схему сопряжения МК с твердотельным реле (рис. 5.19), считая, что прямое падение напряжения на светодиоде равно 1,7 В, прямой ток светодиода равен 20 мА.

9. Опишите, как работает МДП-транзистор.

10. Используя дополнительные источники и Интернет (www.irf.com), составьте реферат о параметрах современных мощных МДП-транзисторов.

11. Некоторый датчик формирует на выходе в нижней точке шкалы измерения напряжение 30 мВ, в верхней точке шкалы — 500 мВ. Разработайте интерфейс сопряжения этого датчика с МК семейства 68HC12.

12. Повторите задание предыдущего вопроса, но при условии, что в нижней точке шкалы измерения напряжение равно 500 мВ, а в верхней точке шкалы выходное напряжение составляет –30 мВ.

1. На рис. 5.5 подтягивающие резисторы подключены к напряжению питания VCC. Представьте, что схему изменили, и эти же резисторы подключили к общему выводу. Разработайте программу формирования кода нажатой клавиши для такой схемы подключения клавиатуры.

2. Разработайте алгоритм и блок-схему программы для аппаратного подключения переключателей и светодиодов рис. 5.11. Зеленый светодиод на выходе PC0 должен светиться, если нажата кнопка на входе PB0. На остальных выводах порта PC0 должны гореть красные светодиоды. Если нажата кнопка на входе PB1, должны светиться зеленые светодиоды на выходах PC0 и PC1. И так далее, для всех кнопок, заканчивая PB7, при нажатии которой должны загореться 8 зеленых светодиодов.

3. Измените текст программы параграфа 5.8.2, разрешив доступ по комбинации из шести правильных символов.

Глава 6

ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ В РЕАЛЬНЫЙ МИР!

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ ВЫ СМОЖЕТЕ:

• Определить реальные ограничения проекта, которые могут не позволить микроконтроллерной системе правильно работать.

• Изложить правила обращения с устройствами на базе КМОП и разработать рекомендации.

• Определить источники и внутренних и внешних помех для микроконтроллерной системы.

• Перечислить основные организации, ответственные за обеспечение директив и руководств по электромагнитной совместимости (ЭМС).

• Рассказать о методах проектирования, позволяющих минимизировать чувствительность к помехам.