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

• Изменение назначения выводов порта: В многих применениях система микроконтроллера используется, чтобы принимать информацию с внешних вводов и затем генерировать соответствующие сигналы на выходе. При этом хорошей практикой, чтобы периодически изменять направление передачи данных в регистрах и выводах, связанных с этими портами.

• Опрос: В этой методике входной вывод опрашивается в течение некоторого периода времени, чтобы гарантировать, что зафиксирован входной сигнал, а не сигнал помехи. Ранее мы обсуждали противодребезговые методы переключения. Как было упомянуто, при одном из таких методов должен контролироваться входной сигнал, чтобы убедиться, что он не изменяется в заданном временном интервале.

• Эстафетная передача: Эта методика гарантирует, что ключевые части алгоритма выполняются в правильном порядке. Это осуществляется, путем расположения в памяти сайта эстафетной коллекции. Когда выполняется алгоритм, в сайт в порядке следования помещаются маркеры. После ввода каждого нового раздела программного обеспечения, исследуется эстафетный сайт коллекции, чтобы гарантировать, что предшествующие части программного обеспечения уже были выполнены в правильном порядке. Если какой-то маркер отсутствует, значит программное обеспечение достигло новой области неправильно. Допустим, например, что вы имеете восемь функций, вызываемых в определенной последовательности. Когда первая функция вызвана, маркер помещается на первое место в эстафетном сайте. Когда вызывается вторая функция, первый маркер проверяется, чтобы удостоверится, что он находится правильном на месте. Если это условие выполнено, помещается второй маркер, показывающий, что была инициализирована вторая функция. Эта процедура проводится для каждой последующей функции.

• Неиспользуемая память: микросхема B32 содержит 32 Кб флэш-памяти, для хранения программы. Было бы идеально записывать в эту память программы объемом точно в 32 Кб. Как эффективно использовать свободное пространство памяти? Хороший программный прием состоит в том, чтобы поместить несколько команд программного прерывания (SWI) на свободное пространство. Следовательно, если процессор неправильно закончит программу в этом пространстве, будет выдана команда программного прерывания. Это обеспечивает устранение сбоев в программе.

• Cторожевой таймер (COP — Computer operating properly): При работе встроенной микропроцессорной системы, необходимо, чтобы она продолжала функционировать правильно. В случае сбоя, процессор должен иметь возможность восстановиться. Одним из методов, который позволяет процессору выйти из режима «зависания» является введение в его состав сторожевого таймера COP. Этот таймер должен непрерывно сбрасываться при нормальном выполнении программы. Если счетчик сторожевого таймера COP переполняется, генерируется сброс COP. Чтобы сбросить таймер до переполнения на регистр сброса таймера COP (COPRST) должна быть послана последовательность команд $55 и $AA. Команды сброса могут быть посланы между командами для 68HC12 контроллера; однако, они должны посылаться через достаточно короткий интервал, чтобы предотвратить ожидание при нормальном выполнении программы. Несколько последовательностей команд $55 и $AA могут быть помещены в ключевые части программы. Если программа «зависает», COPRST не будет получать требуемую последовательность сбросов $55 и $AA. Тогда, контроллер получает команду сброса от таймера COP. Сброс может затем устранять дефект, который первоначально вызвал «зависание».

6.5. Методики испытаний на наличие помех

Даже если вы добросовестно применяете методы, описанные в предыдущих разделах, у вас нет никакой гарантии, что ваш прибор не будет восприимчив к помехам или не будет их излучать. До передачи прибора на полномасштабные испытания, было бы полезно проверить характеристики помех, с помощью некоторых дешевых методов тестирования. В следующих двух разделах мы обсуждаем такие методы проверки микроконтроллерной системы на создание помех и чувствительность к помехам. Эти методы созданы Gerry O. (он хочет остаться анонимным), который в течение более чем 35 лет разрабатывал электронные приборы, а теперь является президентом и главный разработчиком фирмы, занимающейся разработкой и изготовлением международных электронных проектов.

6.5.1. Обнаружение помех

Чтобы определять если прототип, встроенная система управления выделяет помех, следующая методика может использоваться: «Обычно я (Gerry O.) настраиваю телевизор на второй канал (не подключая антенну) чтобы видеть, присутствуют ли излучаемое высокочастотные помехи, передаваемые через излучение (RFI). Я настраиваюсь также на полосу AM радио (автомобильного приемника). AM радио обычно самый лучший тест для «помех» от источника питания. Телевизор самое лучшее для высокочастотного излучения. Обратите внимание, что звук телевизора обычно не реагирует на ВЧ излучение, поскольку передача звука идет на длинных волнах (диапазон FM) , а видеосигнал на коротких (диапазон AM). Так что, ищите помехи в изображении. Я где-то читал что, если вблизи проходит торнадо, изображение на втором канале исчезает из-за перегрузки автоматической схемы регулировки уровня (AGC). Некоторые компьютерные программы также наводят помехи на втором канале, если телевизор расположен слишком близко к компьютеру. 

6.5.2. Испытание на чувствительность к помехам

Дешевый метод для испытания системы микроконтроллера на чувствительность к помехам состоит в том, чтобы использовать мощное размагничивающее устройство видеозаписи как показано на рис. 6.6. Цель испытания состояла в том, чтобы видеть, могло бы сильное переменное магнитное поле создавать сигналы в микропроцессоре или периферийных устройствах. Такие сигналы могли бы привести к сбоям в работе. Хотя таким способом невозможно смоделировать молнию или электромагнитные импульсы, это, тем не менее, хороший быстрый тест на чувствительность к помехам. Gerry указал, что несколько лет назад разряд молнии произошел вблизи от окна его офиса. Его компьютер был выключен, но все же несколько файлов в нем были уничтожены. Молния повредила также схему драйвера принтера на системной плате ПК ( на канале LPT1).

Рис. 6.6. Дешевый метод для обнаружения чувствительности к помехам и в схеме

Размагничивающее устройство видеозаписи обеспечивает дешевый источник для сильных переменных магнитных полей, чтобы проверить чувствительности микропроцессора к помехам

Доктор Джерри Хаманн (университет штата Вайоминг) предлагает другой метод испытания на чувствительность к помехам. Он предлагает поводить рукой над испытуемым прибором. Известно, что ваше тело коварный источник статического электричества. Когда вы поднесете руку вплотную к схеме, она должна продолжать стабильно работать.

Если при этом происходят изменения в работе схемы, вы должны проверить, правильно ли подключены свободные выводы микросхем.

Напомним, что эти проверки не могут заменить проверку на помехи с помощью комплекта испытательной аппаратуры. Однако, они обеспечивают быструю проверку прибора на электромагнитную совместимость.

6.5.3. Испытания на электромагнитную совместимость

До производства, разработанной встроенной системы на базе контроллера, изделие должно быть проверено на ЭМС. Правила и рекомендации по управлению этих испытаний разрабатываются Федеральной комиссией по связи (FCC) в Соединенных Штатах и в Европейском Экономическом Сообществе (ЕЭС). Кроме того, Управление продовольствия и медицинских препаратов (FDA) разрабатывает стандарты для медицинских устройств. Мы не собираемся подробно рассматривать здесь эти испытания. Правила постоянно совершенствуются (что совершенно правильно), и любая приведенная информация, быстро устарела бы. Вместо этого мы приводим краткий обзор имеющихся правил в ссылках на использованную литературу, которые приводятся в разделе «Что еще почитать» в конце главы, чтобы получить наиболее современную информацию.

Правила FCC и части 15 Правил для устройств высокой частоты формулируют правительственные правила и рекомендации для радио устройств (РФ), способных к излучению энергии в диапазоне от 9 кГц до 200 ГГц. FCC и часть 15 в настоящее время устанавливают три процедуры для проверки приборов на соответствие требованиям ЭМС:

• Проверка: изготовитель изделия регистрирует протокол испытаний на соответствие требованиям ЭМС.

• Сертификация: Комиссия FCC дает обзор применений ЭМС.

• Декларация соответствия: эти испытания выполняет лаборатория, уполномоченная Национальным Институтом Стандартов и Технологии (NIST).