Необычные схемы узлов ввода на МК

May 22, 2011 by admin Комментировать »

На Рис. 3.81, а…у показаны необычные схемы узлов ввода сигналов в МК.

Рис. 3.81. Необычные схемы узлов ввода сигналов в МК {начало):

а)        измерительная головка РА! (микроамперметр) является датчиком механической вибрации. Когда стрелка указателя раскачивается, то в катушке микроамперметра наводится ЭДС самоиндукции. Датчик весьма «нежный», его необходимо предохранять от резких ударов;

б)        оригинальный датчик дыхания (датчик влажности воздуха). В германиевом транзисторе УТ! спиливается крышка, чтобы открыть доступ к кристаллу полупроводника. Когда человек дышит на кристалл, то сопротивление между коллектором и эмиттером транзистора изменяется от 100…200 кОм до 10…20 кОм. В качестве замены VT1 можно использовать МП39…МП42, П416, поскольку только у этих старинных транзисторов кристалл ещё не покрывался лаком;

в)        пьезорезистивный датчик давления DA! (фирма Freescaie Semiconductor) является «сердцем» измерителя уровня воды. Выходные сигналы датчика DA1 противофазные. Суммирование производится двумя усилителями DA2, DA3. Диапазон измерения давления 0… 10 кПа;

т) R1 — это датчик силы (программа поставок фирмы ТМЕ). Его сопротивление составляет 10 кОм при давлении в 1 ньютон (1 Н). Чем больше сила, тем меньше сопротивление. В диапазоне 0.1… 100 Н сопротивление датчика изменяется по экспоненте;

 

 

Рис. 3.81. Необычные схемы узлов ввода сигналов в ЫК {продолжение)’.

д) интегральный датчик влажности воздуха Z)/l/ (фирма Honeywell) получает питание от выходной линии МК. Коэффициент преобразования процентов влажности в постоянное напряжение на выходе датчика составляет 30 мВ/%;

е)  подключение МК к малогабаритному бытовому будильнику китайского производства. На печатной плате будильника требуется произвести доработку надрезом двух дорожек или физическим отсоединением элементов НЛ1, С1\

ж)    А1 — это приёмная часть промышленного квартирного радиозвонка (частота 433.925 МГц). Точка подключения А’Г2 определяется экспериментально на одном из выводов микросхемы, входящей в радиозвонок. На вход М К должны поступать импульсы (или одиночный импульс) в момент нажатия кнопки брелока передающей части;

з) подключение М К к звуковому выходу УКВ Ч М приёмника через согласующий трансформатор Т! от радиоточки. Если приёмник настроен точно на частоту внешнего носимого радиопередатчика, то в громкоговорителе будет «тишина». При ослаблении или пропадании сигнала радиопередатчика, в громкоговорителе появляется громкий шум, который регистрирует МК;

и)  подключение наручных электронных часов «Montana» к МК. Анализируются звуковые сигналы таймера. Провода из часов выводятся через отверстие в нижней крышке;

 

Рис. 3.81. Необычные схемы узлов ввода сигналов в МК {продолжение): к) датчик охраны спутниковой антенны. Питание +12 В подаётся по антенному проводу вместе с основным ВЧ-сигналом;

л) суммирование сигналов левого и правого каналов звука через цепочки С/, R1 и С2, R2. Штеккер, вставляемый в разъём XS1, должен разрывать связь между конденсаторами CI и С2;

м) AI — это датчик газа COj фирмы Figaro Engineering. Выходным параметром датчика является ток, который преобразуется в напряжение через ОУ DAI\

н)/1/ —это датчик присутствия фирмы Intertec Components. По принципу действия это PIR- датчик (пассивный инфракрасный детектор), применяемый в системах охраны объектов. Резистор RI согласовывает уровни сигналов, его сопротивление может быть уменьшено;

о) приём сигналов точного времени в начале каждого часа с радиотрансляционной линии. Амплитуда регистрируемых звуковых сигналов на входе составляет 9…30 В;

 

Рис. 3.81. Необычные схемы узлов ввода сигналов в МК {продолжение): п) датчиком температуры выступает специализированный кварцевый резонатор ZQ/(TQC— Thermometric Quartz Crystal), имеющий нормированную температурную характеристику. К особенностям устройства относятся: двухпроводная схема соединения, экранирование генератора, линейное изменение частоты от температуры. Достоинство — высокая стабильность показаний за длительный промежуток времени (годы). Недостатки — более высокая стоимость, трудность единичных поставок, сложность точного измерения частоты с низкой погрещностью (нужен термостабильный эталон частоты для самого МК);

р) измеритель скорости потока воздуха. Лампа ?1/дорабатывается, в ней удаляется стеклянный баллон, но оставляется нить накаливания (соблюдать осторожность, чтобы не пораниться осколками стекла!). При обдуве ламповой нити потоком воздуха, её температура снижается и одновременно уменьшается омическое сопротивление накала, что фиксирует АЦП МК. Резистором R1 устанавливается постоянный ток нагрева нити лампы. Чем больше средняя скорость потока воздуха, тем больше должен быть ток;

с) выделение из входного аудиосигнала U^^ посылок DTMF при помощи декодера Z)/l/ фирмы Clare. Резисторы, конденсаторы и кварцевый резонатор входят в типовую схему включения DAL Выходные сигналы считываются МК, при этом ВЫСОКИЙ уровень на выводе 15 означает факт обнаружения сигнала DTMF, а конкретный номер передаваемой шестнадцатеричной цифры «О»…«9», «А»…«Р» выставляется в двоичном коде на выводах 11…14;

 

Рис. 3.81. Необычные схемы узлов ввода сигналов в МК {окончание): т) входной сигнал одновременно поступает на АЦП МК и на преобразователь «напряжение- частота», выполненный на микросхеме DAL Разновысотный звук из динамика ВА1 позволяет на слух отслеживать изменение уровня входного сигнала;

у) таймер DA! включён по схеме генератора частоты, который управляется постоянным или медленно изменяющимся напряжением /Урх в диапазоне 0…+5 В. М К измеряет период следования импульсов генератора и рассчитывает входное напряжение. Такой приём обычно используется для программной синхронизации процессов в системах с обратной связью, а также при отсутствии в МК канала АЦП.

ГЛАВА

ТИПОВЫЕ СХЕМЫ УЗЛОВ УПРАВЛЕНИЯ МК

Уметь управлять — значит уметь выбирать

(Ф. Пан ант и)

4.1. Формирователи сигнала начального сброса

Начальный сброс требуется любому МК. Организуется он через выводы RES (активный НИЗКИЙ уровень) или RST (активный ВЫСОКИЙ уровень). В идеализированном МК используется сигнал RES, как и в большинстве широкораспространённых моделей.

Предполагается, что внутри МК в цепи начального сброса находится «pull-up» резистор сопротивлением примерно 30… 100 кОм. Он подтягивает к питанию вход внутреннего триггера Шмитта. Пороги срабатывания последнего напрямую зависят от напряжения питания Vqq, Однако, унификация в этом направлении отсутствует, что видно из анализа даташитов (Табл. 4.1). Следовательно, при «слепой» замене одного типа М К другим, можно столкнуться с проблемами сброса.

Таблица 4,1, Пороги срабатывания и сопротивления резисторов на входе RES у разных МК

 

Вход RES, кроме своего прямого назначения, также используется как приёмник сигналов подсистемы программирования. Это накладывает определённый отпечаток на схемотехнику, т.к. разработчик должен предусмотреть дополнительные развязки и заш,иты, чтобы «сброс» не мешал «программированию».

ВНИМАНИЕ! Программирование во всех последуюш,их схемах будет осуществляться через низковольтный интерфейс ISP. Но суш,ествует еш,ё и высоковольт- ное программирование с подачей напряжения +8…+14 В на вывод RES. В таких случаях надо использовать специальные типы программаторов и вносить изменения в схемы согласно рекомендациям даташитов МК.

4

На Рис. 4.1, а…л показаны схемы организации внешнего сброса в МК без подключения программатора. На Рис. 4.2, а…ж показаны схемы сброса, совмещённые с цепями низковольтного программирования через интерфейс ISP.

 

Рис. 4.1. Схемы организации внешнего сброса МК без подключения программатора {начало)-.

а)  защитный диод VD1 ставится при большой ёмкости конденсатора С J для ускорения его разряда при выключении питания. Фильтр R2, С2 устраняет колебательные процессы на фронтах сигнала и снижает высокочастотные наводки. Согласно указанию в даташитах PIC- контроллеров, резистор ограничивает ток во входную цепь МК при стрессовых напряжениях EOS (Electrical OverStress) и при электростатических разрядах ESD (Electrostatic Discharge);

б)  сигнал начального сброса формируется автоматически внутренними цепями МК. Достоинство схемы — высокая помехозащищённость, простота, охрана от «взлома» прошивки в уже собранной конструкции. Недостатки — невозможность внешнего «кнопочного» сброса и необходимость выпаивания МК (либо изъятия его из панельки) для повторного программирования. Кроме того, придётся использовать достаточно сложный автономный программатор вместо простого внутрисхемного;

в)  упрощённый вариант организации начального сброса, часто применяемый на практике. Допускается большой разброс номиналов RI, CL Конденсатор С1 устраняет случайные перезапуски МК в условиях сильных наводок и помех;

г)  кнопкой SB1 осуществляется одновременный ручной сброс нескольких МК в многопроцессорной системе, что полезно для синхронизации начала их работы;

д)  МК анализирует состояние кнопки SB1 и при её нажатии производит принудительный программный самосброс (запуск программы с начального адреса), что в первом приближении эквивалентно нажатию кнопки сброса;

е)  удалённый сброс М К через СОМ-порт компьютера. Резисторы R1, ограничивают входные токи. Диоды VD1, VD2 при отрицательном уровне сигнала TxD обеспечивают «истинный» нуль на входе сброса RES благодаря взаимной компенсации напряжений;

 

ж) сброс при начальной подаче питания осуществляется цепочкой R1, С1, а принудительный внешний сброс — импульсом отрицательной полярности через логический элемент DD1\

з)  аналогичнРис. 4.1, ж, но с импульсом внешнего сброса положительной полярности;

и)  при разомкнутом положении переключателя SA1 сброс производится только от кнопки SB1, а при замкнутом — организуется дополнительный канал сброса через транзистор VT1. Одновременно на вход МК через делитель R4, R5 поступает ВЫСОКИЙ уровень, который сигнализирует о смене режима;

к) аналогичнРис. 4.1, и, но без кнопки сброса и с другой полярностью сигнала смены режима на входе МК. Управление транзистором VT1 производится от СОМ-порта компьютера;

п) DAI — это детектор «просадок» питания с внутренним «pull-up» резистором 5.5 кОм.

 

Рис. 4.2. Схемы организации начального сброса МК с подключением низковольтного внутрисхемного программатора ISP {начало):

а) здесь и далее к входу ISP подключается внутрисхемный адаптер программирования. Резистор R2 защищает его от перегрузок по току при нажатии кнопки SB1. Элементы R1, С1 формируют при включении питания импульс начального сброса, длительность которого подбирается экспериментально. Кнопка сброса SB1 может быть с фиксацией или без фиксации контактов. Если резистор заменить перемычкой, то во время программирования нельзя замыкать контакты кнопки SB1, иначе произойдёт сбой или выход из строя адаптера ISP;

б) мигающий светодиод HL1 позволяет устранить «дребезг» контактов кнопки SB1. На вход сброса МК при кратковременном нажатии кнопки SB1 поступает одиночный импульс отрицательной полярности длительностью около 80 мс (зависит от типа светодиода HL1). При длительном замыкании контактов кнопки SB1 происходит периодический сброс МК с частотой «мигания» светодиода 2…3 Гц, что может пригодиться при тестовых проверках;

в) резистор развязывает цепь начального сброса /?/, С/, VDI, которая формирует импульс рестарта при включении питания, от сигналов адаптера программатора ISP;

г) транзистор VTI инвертирует сигнал сброса RES и выдаёт его в положительной полярности для синхронизации работы других узлов устройства;

д) внещний сброс импульсным сигналом, подаваемым с LPT-порта компьютера. Диод VD’I обеспечивает развязку от адаптера ISP. Резистор RI поддерживает ВЫСОКИЙ уровень на выходе микросхемы DDI при отключённом кабеле от LPT-разъёма. Светодиод HL1 индицирует момент генерации импульса сброса;

Рис. 4.2. Схемы организации начального сброса МК с подключением низковольтного внутрисхемного программатора ISP {окончание):

е)        цепь сброса /?/, С/ и вход программирования ISP развязаны между собой резисторами R2, R3. Кнопка внешнего сброса SB1 может отсутствовать;

ж)        микросхема DAI одновременно является стабилизатором питания +3.3 В, формирователем сигнала сброса от кнопки SB1 и детектором пониженного напряжения с пороговым уровнем +3 В. Если сигнал ISP не используется, то резистор R1 можно заменить перемычкой.

 

4.2. Детекторы «просадок» напряжения питания

BOD (Brown-Out Detector) — это детектор, который следит за колебаниями напряжения питания МК и генерирует сигнал сброса при его значительных «просадках». Такие узлы часто называют «супервизорами» или «мониторами питания».

Детекторы BOD разделяются на внутренние и внешние. Считается, что внутренний аппаратный узел BOD, имеющийся в современных моделях МК Atmel AVR, Microchip PIC, обеспечивает достаточную надёжность и ему можно доверять автоматическую перезагрузку устройства при аварии. Однако иногда требуется выставить нестандартный порог срабатывания детектора или подстраховаться «на всякий пожарный случай». В таких ситуациях применяют отдельный узел внешнего BOD, собранный на транзисторах или микросхемах.

Промышленностью выпускаются следующие типы микросхем BOD:

•    трёхвыводные супервизоры с однотактным выходным каскадом. Они содержат на выходе    А2-транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером, и внутренний «pull-up» резистор;

•    трёхвыводные супервизоры с выходным каскадом, имеющим открытый коллектор или открытый сток без нагрузочного «pull-up» резистора;

•    трёхвыводные супервизоры с двухтактным выходным каскадом. Они формируют уровни «rail-to-rail», близкие к напряжению Vqq и GND;

•    четырёхвыводные супервизоры, совмещённые с элементами начального сброса POR (Power-On-Reset) или со сторожевым таймером Watch-Dog;

•    многовыводные мониторы питания, содержащие одновременно узлы BOD, POR и Watch-Dog.

На Рис. 4.3, а…д показаны схемы подключения узлов BOD, собранных на «россыпи» элементов, а на Рис. 4.4, а…п — на микросхемах супервизоров.

 

Рис. 4.3. Схемы подключения узлов BOD, выполненных на «россыпи» элементов:

а)  резисторы /?/, должны иметь точность ±1%. Они задают порог срабатывания BOD согласно формуле

 

Рис. 6.24. Схемы необычных источников питания {окончание):

з)  пультом дистанционного управления или кнопкой включается телевизор (или другой достаточно мощный прибор), при этом автоматически открывается симистор VS1 и подаётся напряжение 220 В на сетевой блок питания для МК. При выключении телевизора симистор закрывается и М К обесточивается;

и)  организация питания от сигнальных ламп задних фонарей бортовой сети автомобиля. Диоды W/…K05обеспечивают непрерывность подачи питания на стабилизатор напряжения DA! вне зависимости от количества включённых ламп.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты