3. Расчет пульта оператора

Расчет заключается в выборе типа клавиатуры и индикатора. Определяется необходимое число клавиш, интерфейс их подключения, занимаемые ресурсы микроконтроллера. Для индикатора определяется интерфейс подключения – последовательный или параллельный (8-ми или 4-х битный), включение регистров индикатора в пространство памяти или непосредственно управление ими через порты, наличие регулировок и т.д.

6. Организация ввода данных

Особенность организации ввода данных заключается в большом многообразии источников информации, широком динамическом диапазоне обрабатываемых величин, их различной физической природе. Таким образом, информация предварительно должна быть преобразована в приемлемую для дальнейшей обработки форму. В большинстве своем датчики выдают аналоговые электрические сигналы, в этом случае обязательным узлом входного модуля должен быть аналого-цифровой преобразователь. В последнее время промышленность стала выпускать датчики и с цифровым выходом, вследствие чего интерфейс связи с микроЭВМ может быть значительно упрощен.

Наиболее распространенные источники информации имеют в качестве выходного сигнала одну из следующих величин: напряжение, ток, сопротивление.

Подключение датчиков с цифровым и дискретным выходом имеет свои особенности, которые будут рассмотрены ниже.

1. Ввод аналоговой информации

Для обработки аналоговых сигналов в состав МПС должен входить аналого-цифровой преобразователь (АЦП). АЦП характеризуется следующими основными параметрами: быстродействием, разрядностью преобразования, диапазоном входного напряжения и его полярностью (однополярный или двухполярный), типом интерфейса связи с управляющим контроллером. Кроме того, при разработке схемы модуля АЦП необходимо учитывать реализацию таких его узлов, как источник опорного напряжения и задающий генератор, которые могут быть встроенными, т.е. находиться на кристалле микросхемы преобразователя.

Сигналы от источников информации не всегда согласуются по своим параметрам с параметрами используемого АЦП, вследствие чего на входе МПС необходимо применять устройства предварительной обработки сигналов: усилители, повторители, аттенюаторы, различные преобразователи (ток-напряжение, сопротивление-напряжение), фильтры и т.д. Некоторые схемы преобразователей (схемы предварительной обработки) сигналов представлены в [46].

Если полоса измерительной системы много больше ширины частотного спектра измеряемых сигналов (проще говоря, имеется быстродействующий АЦП, при помощи которого оцифровываются сигналы от низкоскоростных устройств) то, используя принцип временного мультиплексирования, можно с помощью одного АЦП осуществлять ввод информации в микроЭВМ от нескольких источников (см. рис.4.11).

Рис.4.11. Структура модуля ввода

Интерфейсы связи АЦП с микроЭВМ в настоящее время довольно хорошо стандартизованы и в зависимости от скорости преобразования выпускаются с параллельной, параллельно-последовательной или последовательной шиной.

На рис.4.11 приведена структура модуля ввода МПС. На рисунке обозначено: REF – источник опорного напряжения, G – генератор, задающий время преобразования. Микроконтроллер осуществляет управление мультиплексором, переключая на вход АЦП сигнал от обрабатываемого датчика, а также поддерживает интерфейс связи с АЦП. Источник опорного напряжения определяет допустимый диапазон входного напряжения (U_ВХ<U_REF) и влияет на шумовые характеристики преобразования [29]. Так, для реализации малошумящих АЦП рекомендуется использовать высокоточные внешние REF, даже при наличии встроенного в АЦП источника опорного напряжения.

Рис.4.12. Схема ввода/вывода аналоговой информации

На рис.4.12 приведен пример включения АЦП. Для обеспечения высокой скорости преобразования в ней отказались от мультиплексирования входных сигналов, введя для каждого из них свой АЦП (DD1, DD4). АЦП подключаются к микроконтроллеру по последовательному интерфейсу. Источник опорного напряжения для АЦП реализован на DD3. Особенность схемы – АЦП питаются от однополярного источника, поэтому для обеспечения возможности обработки биполярных сигналов на вход АЦП подано смещение от источника опорного напряжения через резисторы R16, R20.