Типовые блоки микропроцессорных устройств (стр. 2 )

Структурная схема блока динамической индикации приведена на рисунке А.2.

2 – Структурная схема стенда для изучения блока
динамической индикации

Структурная схема состоит из блока выбора активного индикатора, блока индикаторов, блока дешифрации, блока управления и персонального компьютера.

Блок выбора активного индикатора позволяет активизировать нужный нам индикатор. Для формирования сигналов, подающихся на индикаторы, используется блок дешифрации.

Блок дешифрации и блок выбора активного индикатора управляются блоком управления (внутрисхемным эмулятором). В свою очередь, блок управления соединен с персональным компьютером посредством аппаратной поддержки и специального программного обеспечения. Данная связь необходима для запуска блока динамической индикации.

Схема электрическая принципиальная блока динамической индикации приведена в

На элементах R2-R5 и VT1-VT4 собран блок выбора активного индикатора. Резисторы R2-R5 служат для задания рабочего тока транзисторов VT1-VT4. Транзисторы применяются для подачи питания на вход общего анода индикатора.

На элементах DD1 и R1 собран блок дешифрации.

Процедура вывода данных на линейный дисплей из ССИ включает следующие шаги:

1) отключение всех индикаторов. В приведённой схеме (см. Приложение Ж) этот шаг предполагает обеспечение на входах ОА всех индикаторов нулевого напряжения;

2) установку кода на информационных входах, предназначенных для отображения на одном из индикаторов;

3) включение индикатора, на котором необходимо отобразить этот код. В привёденной схеме (см. Приложение Ж) включение индикатора осуществляется подачей положительного напряжения на его вход ОА;

4) организацию временной задержки;

5) выключение индикатора;

6) переход на шаг 2 (вывод информации на следующий инди-катор) и т. д.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Блок динамической клавиатуры

Во многих применениях микроконтроллеры (МК) работают автономно по заранее заданной программе без вмешательства человека. Наряду с этим существуют микроконтроллерные системы, включающие в контур управления человека-оператора. Типичным средством ввода информации в этом случае является клавиатура.

Б.1 Дребезг контактов

При работе МК с датчиками, имеющими механические или электромеханические контакты (кнопки, клавиши, реле и т. п.), возникает явление, называемое дребезгом контактов.

Это явление заключается в том, что при замыкании контактов возможно появление отскока контактов, которое приводит к переходному процессу. При этом сигнал с контакта может быть прочитан МК как случайная последовательность нулей и единиц. Подавить это нежелательное явление можно схемотехническими средствами с использованием буферного триггера (рисунок Б.1), но чаще это делается программным путем.

1 – Схема подавления дребезга контактов

Наибольшее распространение получили два программных способа ожидания установившегося значения:

1) подсчет заданного числа последовательно совпадающих значений сигнала;

2) временная задержка.

Устранение дребезга контакта путем введения временной задержки заключается в следующем. Программа, обнаружив замыкание контакта, запрещает опрос состояния этого контакта на время, заведомо большее длительности переходного процесса, после чего вновь проверяет наличие замыкания. Если замыкание не подтвердилось, делается вывод о случайной помехе, и процесс опроса повторяется. Временная задержка (в пределах 1…10 мс) подбирается экспериментально для каждого типа датчиков.

На рисунке Б.2 представлена структурная схема стенда для изучения блока динамической клавиатуры.

2 – Структурная схема стенда для изучения блока
динамической клавиатуры

Структурная схема состоит из блока защиты от замыкания, блока кнопок, блока усиления по току, блока управления и персонального компьютера.

Блок усиления по току устанавливает сигнал при включении блока динамической клавиатуры. Для формирования сигнала опроса кнопок к блоку кнопок подключен блок защиты от замыкания, управляемый блоком управления (внутрисхемным эмулятором).

Сигналы с блока кнопок обрабатываются блоком управления (эмулятором) при помощи соответствующего программного обеспечения. В свою очередь, блок управления соединен с персональным компьютером, посредством аппаратной поддержки и специального прог-рамммного обеспечения. Данная связь необходима для запуска блока динамической клавиатуры и отображения результатов.

Схема электрическая принципиальная блока динамической клавиатуры приведена в

Блок усиления по току выполнен из резисторов R1-R4, он обеспечивает открытие диодов блока защиты от замыкания при подаче сигнала с блока управления. Блок защиты от замыкания состоит из диодов VD1-VD3, он служит для защиты блока управления от короткого замыкания при одновременном нажатии на несколько кнопок. Блок кнопок представляет собой набор кнопок SB1-SB12, включенных в виде матрицы.

Обслуживание динамической клавиатуры состоит из последовательности процедур:

- сканирования матрицы клавиш;

- устранения дребезга контактов при нажатии клавиши (для некоторого типа клавиатур может отсутствовать);

- ожидания отпускания клавиши;

- устранения дребезга контактов при отпускании клавиши (для некоторого типа клавиатур может отсутствовать);

- идентификации кода нажатой клавиши.

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Блок печати

Для вывода информации на бумагу используется принтер. В блоке печати используется принтер с термопечатающей головкой типа Т1001Б-2. Термопечатающие головки (ТПГ) предназначены для регистрации алфавитно-цифровой информации и штрихового кода в виде последовательности точек на термохимической бумаге.

Термопечать широко применяется в малогабаритных устройствах регистрации символьной и графической информации, например, в электронно-кассовых машинах, в электронных таксометрах, в электрокардиографах и термопринтерах для печати билетов. Обслуживание и замена расходных материалов ТПГ простые.

Технические и электрические данные термопечатающей головки типа Т1001Б-2 приведены в таблицах В.1 и В.2.

1 – Технические данные термопечатающей
головки Т1001Б-2

Количество термопечатающих элементов ТПГ, шт.	128
Длина волны печати, мм	40±0,5
Разрешающая способность, точка/мм	3,2
Габаритные размеры ТПГ без кабеля, мм	45,5´44´8,5
Масса ТПГ, не более, г	40

2 – Электрические параметры термопечатающей головки Т1001Б-2

Длительность импульсов печати t, мс	1,0–5,0
Напряжение питания резисторов UR, В	10,0–15,0
Напряжение питания логики UCC, В	4,4–5,5
Частота сдвига f, МГц, не более	3,0
Сопротивление резисторов ТПГ Rt, Ом	90-140

Электрическая схема термопечатающей головки приведена на рисунке В.1.

1 – Электрическая схема ТПГ

На рисунке В.1 приняты следующие обозначения:

Ucc – напряжение питания интегральных схем управления;

GND Ucc – общая шина интегральных схем;

GND UR – общая шина;

NC – свободные контакты;

UR – напряжение питания резисторов;

STB – разрешение печати;

LATCH – запись в регистр сохранения;

IN – вход данных;

CLK – запись в сдвиговый регистр;

OUT – выход данных;

Л. Э. – логический элемент.

Термопечатающая головка имеет внутренний регистр памяти и регистр сдвига. Регистр сдвига управляет термопечатающими элементами. При появлении разрешающего сигнала печати STB происходит подача напряжения на выбранные логические элементы и осуществляется прожиг на термобумаге. Работа ТПГ представлена на временных диаграммах (рисунок В.2).

2 – Временные диаграммы работы ТПГ

Структурная схема блока печати (рисунок В.3) состоит из блоков формирования импульса печати, управления питанием ТПГ, управления шаговым двигателем ТПГ, защиты печати, защиты для управления питанием, термопечатающей головки, блока управления и персонального компьютера.

3 – Структурная схема стенда для изучения блока печати

Блок управления шаговым двигателем ТПГ формирует импульсы, подаваемые на обмотки шагового двигателя ТПГ. Блок управления питанием ТПГ подводит напряжение 12 В на шаговый двигатель и термопечатающую головку. Блок защиты для управления питанием позволяет исключить случайную подачу напряжения 12 В на шаговый двигатель и термопечатающую головку. Блок формирования импульса печати генерирует импульс заданной длительности, подаваемый на ТПГ. Блок защиты печати позволяет исключить случайную подачу импульса печати на ТПГ.

Блок управления шаговым двигателем, блок защиты для управления питанием и блок защиты печати управляются блоком управления (внутрисхемным эмулятором). В свою очередь, блок управления соединен с персональным компьютером посредством аппаратной поддержки и специального программного обеспечения. Данная связь необходима для запуска и управления блоком печати.

Схема электрическая принципиальная блока печати представлена в

На элементах R1, R2, R7, R8, R9, С1, VD2, VD3 и микросхемах DD3, DD4, DD5, DD6 собран блок управления шаговым двигателем. Резисторы R1, R2, конденсатор С1 и генератор DD3.1 (К155АГ3) служат для формирования длительности импульсов, подаваемых на счетчик DD4 (КМ155ИЕ4). Номиналы резистора R2 и конденсатора С1 находились по формуле В.1 для формирования длительности импульса [2]:

.

(В.1)

Выходы счетчика подсоединены к двухразрядному мультиплексору DD6 (К155КП2). На выходах мультиплексора появляется последовательное двоичное число, подаваемое на аналоговый ключ DD5 (К1109КТ22). Для визуального отображения двоичного числа, к выходам мультиплексора подключены светодиоды VD2 и VD3. Выходы аналогового ключа соединены с обмотками шагового двигателя. Аналоговый ключ управляет работой шагового двигателя.

Блок защиты для управления питанием собран на элементах DD1 (КР1533ЛН1) и DD2.1 (К555ЛИ6). Сигнал на выходе элемента DD2.1 появляется в том случае, если на его входах сигналы высокого уровня. Два входа управляются процессором напрямую, а два через инверторы DD1.1 и DD1.2, что позволяет избежать самопроизвольного включения напряжения питания при сбросе процессора.

На элементах KV1, VD1, VT1, R5, R6, C3, SB1 собран блок управления питанием ТПГ. Элементы KV1 и SB1 - это реле (РЭС55А), обеспечивающее включение напряжения 12 В при появлении сигнала на его входе. Конденсатор С3, включен по стандартной схеме и обеспечивает сглаживание пульсаций в цепи питания [3]. На элементах R5, R6, VT1 (КТ315), VD1 (КД522) собран транзисторный ключ.

Блок защиты печати собран на элементе DD2.2. Этот блок формирует на выходе сигнал только в том случае, если на входах были одновременно сигналы высокого уровня с выхода генератора DD3.1 и с выходов счетчика DD4.

Сигнал с выхода DD2.2 приходит на вход блока формирования импульса печати. Блок собран на следующих элементах DD3.2, R3, R4, С2. Резистор R4 и конденсатор С2 рассчитываются по формуле В.1 для формирования импульса (STB) с выхода генератора DD3.2 (К155АГ3) длительностью t. Этот импульс является импульсом печати, подаваемым на термопечатающую головку.

Процесс печати происходит следующим образом. Сначала подается напряжение +12 В на шаговый двигатель и термопечатающую головку. Затем происходит запись данных для вывода на печать в регистр микроконтроллера. Далее данные из регистра микроконтроллера записываются в сдвиговый регистр ТПГ. На вход термопечатающей головки CLK подаются тактовые импульсы. Затем данные из сдвигового регистра записываются в регистр памяти термопечатающей головки с помощью сигнала LATCH.

Для работы шагового двигателя подаются импульсы на порт Р3.3 с некоторой задержкой. При насчитывании счетчиком четырех импульсов вырабатывается импульс печати, который подается на вход STB термопечатающей головки.

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Блок памяти

В состав микроконтроллерных устройств нередко включают запоминающие устройства (ЗУ). ЗУ характеризуются объёмом хранимой информации, разрядностью, способом подключения (с параллельным или последовательным интерфейсом).

Структурная схема лабораторного стенда для изучения ЗУ состоит из блока памяти, блока управления и персонального компьютера.

1 – Структурная схема стенда для изучения блока памяти

Блок памяти управляется блоком управления (внутрисхемным эмулятором). В свою очередь, блок управления соединен с персональным компьютером посредством аппаратной поддержки и специального программного обеспечения. Данная связь необходима для записи в память и чтения из нее.

Схема электрическая принципиальная блока памяти приведена в

В данном лабораторном стенде используется микросхема памяти AT24C16 фирмы Atmel, размер памяти 2 килобайта. Назначение выводов представлено ниже:

А0-А2 – входы адреса (в данной микросхеме не используются);

SDA – вход/выход последовательных данных;

SCL – вход тактового сигнала;

WP – защита от записи – подача логической «1» защищает от записи старшую половину памяти (1 килобайт).

Протокол обмена данными происходит по шине I2С.

Г.1 Обмен данными по шине I2С

Разработанная фирмой Philips шина I2С («Inter-Integrated Circuit») - это двунаправленная асинхронная шина с последовательной передачей данных и возмож­ностью адресации до 128 устройств. Физически шина содержит две сигнальные линии, одна из которых (SCL) предназначена для передачи тактового сигнала, вто­рая (SDA) для обмена данными. Для управления линиями применяются выходные каскады с открытым коллектором, поэтому линии шины должны быть подключены к источнику питания +5 В через резисторы сопротивлением от 1 до
10 кОм в зависимо­сти от физической длины линий и скорости передачи данных. Длина соединитель­ных линий в стандартном режиме может достигать двух метров, скорость передачи до 100 кбит/с.

Все абоненты шины делятся на два класса - «Master» и «Slave». Устрой­ство «Master» генерирует тактовый сигнал (SCL) и, как следствие, является ве­дущим. Оно может самостоятельно выходить на шину и адресовать любое «Slave»-устройство с целью передачи или приёма информации. Все «Slave»-устройства «слу­шают» шину на предмет обнаружения собственного адреса и, распознав его, выпол­няют предписываемую операцию.

В начальный момент времени – в режиме ожидания – обе линии SCL и SDA находятся в состоянии логической единицы. В режиме передачи (рисунок Г.2) бит данных SDA стробируется положитель­ным импульсом SCL.

2 - Диаграмма процесса передачи данных по шине I2C

Смена информации на линии SDA производится при нулевом состоянии линии SCL. «Slave»-устройство может «придерживать» линию SCL в ну­левом состоянии, например, на время обработки очередного принятого байта, при этом «Master»-устройство обязано дождаться освобождения линии SCL, прежде чем продолжить передачу информации.

Для синхронизации пакетов шины I2C различают два условия - «Start» и «Stop», ограничивающие начало и конец информационного пакета (рисунок Г.3). Для ко­дирования этих условий используется изменение состояния линии SDA при единич­ном состоянии линии SCL, что недопустимо при передаче данных. «Start»-условие образуется при отрицательном перепаде линии SDA, когда линия SCL находится в единичном состоянии, и наоборот, «Stop»-условие образуется при положительном перепаде линии SDA при единичном состоянии линии SCL.

3 - Диаграмма «Старт»/«Стоп» условия шины I2C