Содержание
1.1 Содержание курса 4
1.2 Введение в системы управления 5
1.3 Датчики 8
1.4 Принципы построения систем управления и контроля РЭСБН 14
1.5 Однокристальные контроллеры 17
2 Системы дистанционного управления 23
2.1 Определения и термины 23
2.2 Система дистанционного управления по протоколу RC-5 26
2.2.1 Характеристика системы ДУ RC-5 26
2.2.2 Архитектура системы ДУ по протоколу RC-5 27
2.2.3 Протокол передачи в системе ДУ RC-5 28
2.2.4 Пульт ДУ на основе контроллера РСА84С122А 31
2.2.5 Передатчик команд ДУ по протоколу RC-5 SAA3010 35
2.2.6 Приемная часть системы ДУ 37
2.2.7 Система RC-5 и распределение команд 40
2.3 Система дистанционного управления по протоколу ITT 41
2.3.1 Архитектура системы ДУ 42
2.3.2 Синтез сигналов ДУ по протоколу ITT 43
2.3.3 Пульт ДУ на основе передатчика команд SAA1250 45
2.3.4 Приемная часть системы ДУ 47
3 Шины управления и обмена информацией 49
3.1 Введение 49
3.2 Шина I2C 50
3.2.1 Концепция I2C-шины 50
3.2.2 Общие характеристики 52
3.2.3 Передача бита 53
3.2.4 Условия START и STOP 54
3.3 Передача данных в I2C – шине 55
3.3.1 Байтовый формат 55
3.3.2 Подтверждение приема (квитирование) 55
3.3.3 Синхронизация 57
3.3.4 Арбитраж 58
3.3.5 Формат 7-и битной адресации 60
3.3.6 Особенности 7-и битной адресации 62
3.4 Расширенная спецификация I2C-шины 65
3.4.1 Введение 65
3.4.2 10-и битная адресация 67
3.4.3 Электрические и временные характеристики I2C-шины 70
3.5 Адаптер параллельного порта принтера 70
3.6 IM - шина 72
4 Однокристальная ЭВМ архитектуры MCS-51 73
4.1 Структура ОЭВМ КМ1816ВЕ51 73
4.2 Организация памяти МК51 75
4.2.1 Память программ 76
4.2.2 Память данных 76
4.2.3 Регистры специального назначения 78
4.3 Устройство управления и синхронизации 83
4.4 Порты ввода/вывода 85
4.5 Доступ к внешней памяти 87
4.5.1 Доступ к внешней памяти программ 88
4.5.2 Доступ к внешней памяти данных 89
4.5.3 Совмещение адресов ВПП и ВПД 90
4.6 Таймеры/счетчики 91
4.7 Последовательный порт 96
4.7.1 Режимы работы УАПП 98
4.7.2 Скорость передачи 99
4.8 Режимы пониженного энергопотребления 101
4.9 Система прерываний 102
4.9.1 Источники прерываний 102
4.9.2 Приоритеты прерываний 105
4.9.3 Процесс прерывания 107
4.10 Запись в память программ МК51 108
4.11 Система команд ОЭВМ КР1816ВЕ51 109
4.11.1 Команды передачи данных 113
4.11.2 Арифметические команды 115
4.11.3 Логические команды 117
4.11.4 Команды операций с битами 119
4.11.5 Команды передачи управления 120
4.12 Пример составления простейших программ для ОЭВМ КР1816ВЕ51 122
4.13 Микропроцессорная система на основе ОЭВМ КР1816ВЕ51 128
4.14 Развитие архитектуры MCS-51 129
5 Отображение и ввод информации в БРЭА 131
5.1 Термины и определения 131
5.2 Вакуумные люминесцентные индикаторы 135
5.3 Жидкокристаллические индикаторы 138
5.3.1 Принцип действия и конструктивные модификации 139
5.3.2 Управление ЖКИ 144
5.3.3 Долговечность ЖКИ 147
5.4 Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы 148
5.4.1 Единичные ППЗСИ 148
5.4.2 Многоэлементные ППЗСИ 150
5.5 Другие типы индикаторов 155
5.6 Ввод информации в микро-ЭВМ 156
Содержание курса
Предметом изучения курса «Устройства управления радиоэлектронными средствами бытового назначения» являются принципы построения систем контроля и управления радиоэлектронными средствами бытового назначения (РЭСБН) и элементная база систем управления. В рамках курса рассматриваются однокристальные микроконтроллеры, широко распространенные в системах управления радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), их структурная организация, система команд. Изучаются методы обработки данных в микроконтроллере и организация взаимодействия микроконтроллера с объектами управления. Рассматриваются протоколы и интерфейсы шин передачи данных в системах управления и настройки РЭСБН, устройства дистанционного управления РЭА, их структура, методы кодирования команд. Аналогом термина РЭСБН можно считать сокращение БРЭА (бытовая радиоэлектронная аппаратура).
Введение в системы управления
Под управлением обычно понимают целенаправленное воздействие на объект, в результате которого он переходит в требуемое состояние. Объектом управления назовем ту часть окружающего мира, на которую можно воздействовать с определенной целью. В качестве объектов управления можно понимать различные природные и искусственные системы, устройства, явления.
В нашем случае в качестве объектов управления будем понимать отдельные компоненты бытовой радиоэлектронной аппаратуры и всю систему в целом.
В каждый момент времени объект находится в одном из своих возможных состояний. Любой объект управления (рисунок 1.1) существует не сам по себе, а в окружающей его среде.
Рисунок 1.1 - Взаимодействие объекта управления с окружающей средой
Среда постоянно воздействует на состояние объекта. Эти воздействия можно разделить на три группы:
объективно существующие и наблюдаемые воздействия (вход объекта X);
управляющие воздействия, с помощью которых происходит управление объектом (управляющий вход объекта U0);
неизмеряемые параметры среды и случайные изменения объекта (вход возмущений E).
Состояние объекта (выход объекта Y) можно представить параметрами, характеризующими его в каждый момент времени.
Управляющие воздействия U0 подаются на объект с определенной целью. Цель управления - это требуемое состояние или последовательность состояний объекта во времени. Цель должна быть описана с помощью параметров Y.
Таким образом, для управления объектом необходима следующая информация:
перечень возможных состояний объекта;
перечень входных параметров объекта и диапазоны изменения их значений;
допустимые управляющие воздействия;
характер возмущений;
цель управления объектом.
На основе этой информации для достижения цели управления требуются алгоритмы и средства преобразования входов объекта в необходимые управляющие воздействия и цели управления - в последовательность состояний объекта. Под алгоритмом понимают конечный набор правил для однозначного преобразования исходных данных в выходные.
На рисунке 1.2 приведена обобщенная структура системы управления. В ней имеются датчики, предназначенные для измерения состояний внешней среды и объекта управления, устройство управления, формирующее команды управления, исполнительные устройства, преобразующие команды в управляющие воздействия на входе управления объекта.
Для целенаправленного функционирования устройства управления ему необходимо задать цель управления Z. Достижение цели осуществляется по алгоритму управления, представляющему собой набор блоков аппаратных средств или набор программ.
Программы используются в случае, когда в качестве устройства управления применяются управляющие микроконтроллеры или микро-ЭВМ. Важной особенностью работы таких управляющих микро-ЭВМ и контроллеров, в отличие от обычных микро-ЭВМ, является выполнение ими всех операций в реальном масштабе времени.
Рисунок 1.2 - Структурная схема системы управления
Термин «реальное время» обозначает, что задержка реакции устройства управления должна быть конечной и не превышать определенного значения. Это касается не столько скоростных характеристик микро-ЭВМ, сколько относится к сложности алгоритмов и программ, реализованных в управляющей микро-ЭВМ.
При работе микро-ЭВМ и контроллеров в составе системы управления им приходится выполнять различные действия:
принимать информацию от датчиков о состоянии окружающей среды и объекта;
рассчитывать в реальном времени управляющие воздействия и передавать их на исполнительные устройства;
отображать, при необходимости, информацию о текущем состоянии системы пользователю на индикаторах;
принимать и обрабатывать команды пользователя по изменению условий процесса управления.
Управляющие микро-ЭВМ отличаются от обычных микро-ЭВМ и способом разработки программного обеспечения. Микро-ЭВМ, встроенные в оборудование, не имеют соответствующего набора внешних устройств (дисплеи, принтеры, внешние накопители и т.д.) и поэтому не пригодны для разработки и отладки программного обеспечения. В этом случае, либо программное обеспечение создается на аналогичной микро-ЭВМ, но имеющей необходимый набор внешних устройств, либо программы разрабатываются и отлаживаются на универсальных ЭВМ, с использованием симуляторов - программных моделей управляющей микро-ЭВМ или контроллера.
Последний способ разработки программного обеспечения называется кросс-технологией. При этом применяются программы: кросс-транслятор, кросс-компоновщик и кросс-отладчик.