20. Аналого-цифрові й цифро-аналогові перетворювачі в складі мікропроцесорної управляючої системи.

Аналоговые периферийные устройства микроконтроллеров управляющих систем включают:

• аналого-цифровые преобразователи (АЦП);

• цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП);

• генератор опорного напряжения;

• аналоговые компараторы.

Аналоговый сигнал поступает на вход АЦП, как правило, через аналоговый мультиплексор и, иногда, усилитель с программируемым коэффициентом усиления, со встроенной схемой слежения-захвата (track-and hold), обеспечивающей фиксацию преобразуемого сигнала на время преобразования. Кроме того, АЦП снабжен так называемым оконным детектором (Window Detector), позволяющим аппаратно определить, находится ли результат преобразования в пределах «окна», образованного двумя границами. В состав оконного детектора входят цифровой компаратор и две пары регистров границ: верхней и нижней. 3aгружая определенные значения в эти регистры, можно заставить цифровой компаратор генерировать флаг запроса прерывания от оконного детектора, когда результат преобразования лежит как внутри, так и снаружи «окна», образованного соответствующими границами. Кроме того, в состав АЦП может входить встроенный аналоговый датчик температуры.

В качестве источника, вызывающего запуск преобразователя, может быть выбран один из следующих:

• запись 1 в бит занятости преобразователя;

• переполнение одного из таймеров микроконтроллера;

• нарастающий фронт сигнала на внешнем входе запуска преобразователя.

Выход ЦАП представляет собой напряжение в диапазоне 0..V_REF(1-1/2^N) пропорциональное входному коду, где V_REF - опорное напряжение. Кроме собственно преобразователя ЦАП, схема содержит один или пару (когда разрядность преобразователя больше 8) регистров данных преобразователя, один или пару 8 разрядных регистров-защелок, мультиплексор синхронизации и выходной повторитель, выход которого подключен непосредственно к аналоговому выходу микроконтроллера.

С помощью мультиплексора синхронизации в качестве источника синхронизации можно выбрать импульс записи в регистр данных ЦАП или импульсы переполнения одного из таймеров микроконтроллера. В первом случае изменение напряжения на выходе будут происходить в моменты записи значений в регистр данных. Режим синхронизации от таймеров применяется для точной синхронизации при формировании аналогового сигнала, чтобы моменты изменения выходного напряжении преобразователя не зависели от переменного времени реакции процессора на прерывание. В этом случае изменение кода в регистрах-защелках преобразователя происходит точно в момент переполнения таймера, а в подпрограмме обработки прерывания от таймера следует загрузить новое значение в регистры данных.

21. Особливості розробки апаратурних засобів мікропроцесорних систем на однокристальних мікроконтролерах.

Применение однокристальных МК в устройствах управления объектами привело к кардинальных изменениям в разработке аппаратурных средств устройств и систем. И дело здесь заключается в следующем. Микроконтроллер представляет собой логический автомат с высокой степенью детерминированности, который допускает очень немного вариантов его системного включения. Именно поэтому типовой состав аппаратурных средств ядра любой МК-системы (МК, ППЗУ, ОЗУ, интерфейсные БИС, схемы синхронизации и системного управления) оформляется конструктивно в виде одноплатных универсальных программируемых контроллеров, которые предназначены для встраивания в контур управления объектом или процессом. На некоторых моделях таких плат имеется ещё и так называемое "монтажное поле пользователя", на котором он имеет возможность смонтировать свои специфические схемы, такие как оптронные развязки, АЦП, ЦАП, реле и т.п. кроме того, на плате МК-системы может быть размещен источник электропитания. Если разработчик положит в основу проектируемого изделия такой одноплатный контроллер, то он будет избавлен от необходимости разрабатывать и сопровождать конструкторской и эксплутационной документацией самую сложную, центральную часть изделия. Как известно, вес документации на систему автоматического управления примерно на порядок превышает вес самой системы, а изготовление и согласование этой документации растягивается на годы. При использовании стандартного контроллера в качестве комплектующего системного элемента объем документации на аппаратурные средства изделия многократно сокращается и может содержать только документацию на аппаратуру сопряжения ядра системы с датчиками и исполнительными механизмами объекта управления.

В результате этих структурных сдвигов объем трудозатрат на разработку аппаратурных средств изделия постоянно уменьшается по отношению к суммарным затратам на разработку и отладку прикладного программного обеспечения. Объём проектной документации на аппаратурные средства изделия постоянно уменьшается из-за все более широкого применения в аппаратуре сопряженных интегральных ЦАП, АЦП, и интерфейсных БИС. Кроме того, во множестве конкретных применений для реализации ядра системы оказывается достаточно средств, содержащихся в единственной БИС микроконтроллера. Объём документации на программное обеспечение изделия имеет устойчивую тенденцию роста из-за стремления разработчиков использовать все более совершенные и, следовательно, более сложные алгоритмы управления. В этих условиях основным проектным документом на изделие становится листинг (распечатка исходного текста и машинных кодов) прикладной программы МК.

Появления однокристальных МК иллюстрирует тот факт, что все более сложные функционально насыщенные части аппаратурных средств контроллеров в процессе интегрализации переходят из разряда подсистем в разряд комплектующих изделий. Так как эти комплектующие изделия являются сложно организованными приборами, функционирующими под управлением программ, то удельный вес прикладного программного обеспечения МК-систем имеет устойчивую тенденцию к увеличению, а удельный вес аппаратурных средств – к снижению.