2.4.Встроенный аналого-цифровой преобразователь

Встроенный многоканальный аналого-цифровой преобразователь (рис.2.5.) включает входы аналоговых сигналов (обычно используются входы одного или двух дискретных портов ввода данных, которые заранее инициализированы для соответствующего режима работы), программно- диф. управляемый аналоговый мультиплексор, устройство выборки и хранения аналогового сигнала, схему преобразования, регистры времени выборки и времени преобразования, регистр команд, в котором задается номер канала и условия запуска преобразователя, регистр результата.

Уникальной возможностью является автоматический запуск АЦПот модуля высокоскоростного вывода или от процессора транзакций. Эти режимы позволяют полностью автоматизировать не только процесс запуска АЦП, но и процесс получения результатов в определенном месте оперативной памяти ОЗУ (режим сканирования АЦП). При этом все преобразования выполняются как бы самостоятельно, в фоновом режиме, почти без «отвлечения» процессора от решения собственно задач управления.

Многоканальность (от 8 до 16) встроенного АЦП позволяет «одновременно» вводить сигналы от датчиков напряжений и токов, частоты, а также от датчиков технологических параметров, например давления, температуры, расхода. Это позволяет создавать системы комплексной автоматизации.

Среднее быстродействие АЦП составляет от 7 до 20 мкс при разрядности от 8 до 12. Эти показатели для большинства практических задач оказываются удовлетворительными. На рис. 13 приведены варианты схем подключения источников аналоговых сигналов. Схема на рис. 13, аявляется простейшей. Наличие сопротивлений резисторов, включенных последовательно с входной цепью, ограничивает входной ток при возникновении перенапряжений. Этим же целям служат защитные диоды. Конденсатор вместе с резистором образуют фильтр нижних частот, снижающий чувствительность к высокочастотным помехам. В схеме на рис. 13,биспользован неинвертирующий операционный усилитель, позволяющий повысить точность преобразования, а также согласовать уровень входного сигнала с допустимым значением аналогового входа МК ( 0…5 В,U_ref), подбором соотношений сопротивлений резисторовR₁иR₂. Для этой схемы входное напряжение на входе МК определяется выражением

U_вых = (1+ R₂/R₁)U_вх.

Схема на рис. 13, впозволяет подключать реверсивные (относительно нуля) входные сигналы, преобразовать уровни входных напряжений и защитить вход МК от перенапряжений. Входное напряжение на входе МК определяется выражением

U_вых = (R₂/R₁)( U_max – U_вх).

Последовательный порт обмена данными

Современные микроконтроллерные средства не могут проектироваться без учета одного из важнейших требований комплексной автоматизации – наличия необходимых аппаратных и программных интерфейсов для сопряжения с устройствами управления верхнего уровня – управляющими ЭВМ или промышленными программируемыми контроллерами. Для выполнения этих требований в МК имеются встроенные последовательные порты обмена данными.

Всостав последовательного порта (рис. 14) входитуниверсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик, который может работать в нескольких режимах: одном синхронном и трех асинхронных в соответствии с установкой режима в регистре управления.

Скорость приема или передачи данных устанавливается в регистре скорости обмена (4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600 бод). Максимальная скорость приемопередачи при тактовой частоте 20 МГц для асинхронного режима составляет 1,25 Мбит, а для синхронного – 3,33 Мбит.

Состояние последовательного порта контролируется в соответствии с заданием в статусном регистре либо в режиме программного опроса, либо по прерываниям. В последнем режиме запрос на прерывание по приемугенерируется автоматически, когда по последовательному каналу поступил байт данных и буфер данных содержит информацию, преобразованную из последовательного формата в параллельный. Запрос на прерывание по передаче генерируется, когда очередной байт данных передан и буфер передатчика пуст.

Порт допускает работу в так называемом режиме Master-Slave(Ведущий-Ведомый), что позволяет включать МК в составмультимикропроцессорной системы управления (рис. 15) с возможностью автоматической идентификации адреса одним из нескольких приемников. Это делается с помощью отдельного дополнительного бита, передача которого активизирует прием адреса одновременно всеми подключенными к порту приемниками. Тот приемник, который идентифицировал свой адрес, начинает работать в обычном режиме пакета данных, а все остальные отключаются.

Если мультипроцессорная система выполнена не на одной печатной плате, а в виде отдельных устройств, то связь между удаленными устройствами должна осуществляться по одному из специально разработанных стандартных интерфейсов (RS-232,RS-422,RS-485) через микросхемы-драйверы.

Для интегрированных иерархических систем автоматического управления исключительно важное значение имеет наличие нескольких (двух-трех) портов последовательного обмена. Тогда один порт обеспечивает обмен данными с системами верхнего уровня, а второй (третий) – с другими контроллерами в мультипроцессорной системе и с внешним пультом оперативного управления либо обеспечивает сбор данных с удаленных технологических датчиков невысокого быстродействия (температура, давление, расход и т. д.).