8. Моніторинг напруги живлення мк

Джерело живлення МП-системи не може бути ідеальним. Напруга джерела живлення піддається як прогнозованим, так і випадковим змінам, які повинні враховуватися розроблювачем системи. Властивість МП- системи відновлювати працездатність при короткочасних відключеннях напруги живлення або при її «просіданнях» нижче припустимого значення є обов'язковою для сучасних систем керування. Залежно від характеру можливих змін напруги живлення МП-системи можна поділити на наступні групи:

1. Системи з імпульсними джерелами вторинного електроживлення, які стабілізують вихідну напругу в заданому діапазоні (U_DDMIN … U_DDMAX), у противному випадку втримують вихідну напругу, яка дорівнює нулю.

2. Системи з так званими «гладкими» джерелами вторинного електроживлення, які при значному зниженні напруги мережі пропорційно знижують вихідну напругу.

3. Системи з автономним живленням від батарейок або акумуляторів.

4. Системи з комбінованим живленням. Такі системи автоматично переходять на живлення від автономного джерела у випадку, якщо напруга вторинного джерела живлення перестала задовольняти вимозі:

^UDDMIN ^{< UDD< UDDMAX..}

У системах типу 3 і 4 варто обов'язково застосовувати МК із розширеним діапазоном напруги живлення. У системах типу 1 і 2 можуть використатися МК із фіксованою напругою живлення (5 В ± 10 %, 3 В ± 10 %), але при цьому варто уважно проаналізувати реакцію МП-системи на можливі зміни напруги живлення й ужити заходів щодо усунення відмов.

При включенні напруги живлення МК повинен почати виконувати прикладну програму. На етапі наростання напруги живлення МК примусово переводиться в початковий стан, що називають станом скидання. При цьому встановлюються у вихідний стан внутрішні магістралі МК, сигнали керування й регістри спеціальних функцій. Останні визначають початковий стан периферійних модулів МК. Звичайно цей стан неактивний. Відразу після виходу зі стану скидання МК виконує наступні дії:

1. Запускає генератор синхронізації МК. Для стабілізації частоти тактування внутрішніми засобами МК формується затримка часу t_ЗАТ.

2. Зчитує енергонезалежні регістри конфігурації у відповідні регістри

ОЗП (за необхідністю).

3. Завантажує в програмний лічильник PC адресу початку прикладної програми.

4. Робить вибірку першої команди з пам'яті й починає виконання прикладної програми.

Адресу комірки пам'яті, у якій зберігається код першої команди прикладної програми, називають вектором початкового запуску або вектором скидання. У деяких МК цю адресу однозначно визначають у технічному описі. Про таких МК говорять, що вони мають фіксований вектор скидання. Розроблювач зобов'язаний указати цю фіксовану адресу на етапі формування файла кодів прикладної програми (завантажувальний модуль програми). В інших МК вектор скидання може бути довільно визначений користувачем. На етапі програмування МК бажаний вектор початкового запуску записується в комірки пам'яті з фіксованими адресами й при виході МК зі стану скидання автоматично завантажується в програмний лічильник. Про таких МК говорять, що вони мають завантажувальний вектор скидання. Завантажувальний вектор скидання мають усі 8-розрядні МК фірми Motorola.

Для переходу МК у стан скидання досить подати напругу високого або низького логічного рівня (зазначено в специфікації) на вхід RESET. Традиційно для формування сигналу скидання при включенні напруги живлення використовують RC-ланцюг.

У сучасних МК лінія RESET звичайно виконана двонаправленою і має низький активний рівень. При подачі напруги активного рівня буфер лінії встановлюється в режим уведення й реалізується так зване зовнішнє скидання. МК може перейти в стан скидання також за сигналами пристроїв контролю стану, які втримуються в самому МК. У цьому випадку говорять, що МК перебуває в стані внутрішнього скидання. Порядок виходу МК зі станів зовнішнього й внутрішнього скидання в цілому однаковий. При знаходженні в стані внутрішнього скидання буфер лінії RESET установлюється в стан виводу з низьким логічним рівнем на виході й може бути використаний для установки в початковий стан периферійних ІС.

З метою мінімізації кількості допоміжних ІС плати МП-контролера більшість сучасних МК мають у своєму складі блок детектування напруги живлення (схема POR — Power-On-Reset), що формує сигнал внутрішнього скидання при наростанні напруги живлення (рис. 2.12). Схема POR має два пороги спрацьовування, тобто, по суті, є компаратором з гістерезисом. Поріг спрацьовування V_POR значно нижче мінімально допустимого напруження живлення МК і дорівнює -1 В. При досягненні напругою живлення значення V_POR схема POR фіксує подію включення живлення МК, формує затримку часу t_POR, після чого знімає сигнал внутрішнього скидання. Передбачається, що напруга живлення МК протягом t_POR встигне досягти номінального значення. Тому швидкість наростання напруги живлення обмежена знизу. У випадку, якщо швидкість наростання недостатня, схема POR не може бути використана для початкового запуску

МК і варто застосувати спеціальну ІС для формування сигналу зовнішнього скидання з нормованим фронтом.

Рисунок 2.12 – Діаграма роботи схеми POR

Порог відпускання V_POR не перевищує 200 мв. Тому при використанні гладких джерел живлення може скластися ситуація, при якій напруга живлення сталася менше V_DDMIN, але не досягла напруги

відпускання схеми POR. Тоді МК може «зависнути». При відновленні

напруги живлення до номінального значення МК не запрацює. При використанні імпульсних джерел живлення така ситуація виключається, якщо діапазон стабілізації напруги джерела обраний рівним діапазону допустимих напружень живлення МК.

Для відновлення працездатності МП-системи після «просідання» напруги живлення МК необхідно знову скинути. Із цією метою в сучасних МК реалізований додатковий блок детектування зниженої напруги живлення. У МК сімейства НС08 фірми Motorola такий модуль зветься LVI, аналогічний модуль є в складі МК PIC16 Microchip, Z8 фірми Zilog. Розглянутий модуль генерує сигнал внутрішнього скидання при зниженні напруги живлення до рівня трохи менше V_DDMIN (рис. 2.13). Так, для МК MC68HC908JL3 з напругою живлення V_DDN = 5 В ± 10 % рівень спрацьовування модуля зниженої напруги живлення лежить у межах 3.6... 4.4 В. Отже, зона нечутливості все-таки залишається. Тому наявність у складі МК модуля зниженої напруги живлення значно знижує

ймовірність зависання МК, але не усуває її повністю. Слід також зазначити, що рівень спрацьовування модуля зниженої напруги живлення значно перевищує напругу збереження даних в ОЗП МК. Подія скидання за сигналом модуля зниженої напруги відзначається спеціальним бітом в одному з регістрів. Отже, аналізуючи цей біт програмно після скидання МК, можна встановити, що руйнування даних не відбулося, і продовжити виконання програми.

Рисунок 2.13 – Скидання МК за сигналам POR та LVI