15.3. Системы сбора данных

Применяя микропроцессоры для управления сложными производственными процессами, можно обрабатывать в реальном масштабе времени сигналы от многих источников и датчиков. Устройства, осуществляющие нормализацию и аналого-цифровое преобразование сигналов с последующим вводом в микропроцессор, называют системами сбора данных(рис. 15.7). В рассматриваемой схеме используется один АЦП с УВХ, работающий совместно с аналоговым мультиплексором, который преобразует многоканальную информацию в одноканальную и подает ее последовательно на АЦП. Коммутацию очередного канала можно совместить с процессом преобразования в АЦП информации из предыдущего канала.

Всостав схемы нормализации обычно входят масштабирующие усилители, согласующие максимальный уровень сигнала с напряжением полной шкалы АЦП, и фильтры нижних частот, защищающие АЦП от шумов и помех с частотой выше самой высокой информативной составляющей сигнала.

Аналоговые ключи и мультиплексорычаще всего выполняют по технологии КМОП. Примеры таких коммутаторов приведены на рис. 15.8.

Микросхема К590КН5 содержит четыре ключа, управляемых ТТЛ-уровнем. Возможна коммутация аналогового сигнала в диапазоне от –15В до +15В. Время коммутации не более 0,3 мкс. Микросхема К590КН6 представляет собой восьмиканальный коммутатор аналоговых сигналов от –15В до +15В с временем коммутации не более 1 мкс. Для построения быстродействующих аналоговых ключей (с временем коммутации 3-5 нс) используется технология n-МОП. Такие ключи используются в устройствах выборки и хранения (УВХ) или при реализации быстродействующих ЦАП.

16. Микропроцессорные устройства

Микропроцессоромназывают выполненное в виде интегральной микросхемы цифровое устройство, предназначенное для обработки информации в соответствии с хранимой в памяти программой.

Наряду с микропроцессорами для персональных ЭВМ, широкое распространение получили однокристальные микроконтроллеры.Они содержат на кристалле все составные части микропроцессорной системы: процессор с арифметико-логическим устройством (АЛУ), память программ и память данных, устройства ввода/вывода информации, называемые портами. Использование микроконтроллеров в устройствах управления и первичной обработки информации обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при низкой стоимости.

Главной задачей при проектировании микропроцессорных устройств управления, приборов бытовой и медицинской электроники является разработка прикладной программы, реализующей заданные функции.

Познакомимся с простейшими 8-разрядными микроконтроллерами семейства МК48и примером построения на них измерителя частоты пульса человека. Будем ориентироваться на выполненные по КМОП-технологии микросхемы К1830ВЕ48 и К1830ВЕ35. Ток потребления от источника напряжением 5 В составляет 8 мА. При использовании второй микросхемы требуется внешняя память программ, т.к. она отсутствует на кристалле.

Микросхема К1830ВЕ48 (рис. 16.1) содержит на кристалле 8-разрядное АЛУ, резидентную память программ (РПП) объемом 1Кбайт, резидентную память данных (РПД) объемом 64 байта, генератор тактовых импульсов (ГТИ), 8-разрядный таймер/счетчик, систему прерываний, 27 линий ввода/вывода (в том числе три 8-разрядных порта). Предусмотрена возможность расширения памяти программ до 4 Кбайт, памяти данных на 256 байт и увеличения числа линий ввода/вывода за счет подключения внешних микросхем ПЗУ, ОЗУ и интерфейсных БИС. При частоте кварцевого резонатора 6 МГц время выполнения команд составляет 2,5 или 5 мкс (один или два машинных цикла).

Назначение некоторых выводов микросхемы:

SR– сброс при пуске микроконтроллера;

ЕМА – переключение на режим работы с внешней памятью программ;

BQ1 и BQ2 – входы для подключения кварцевого резонатора (обычно fк = 6 МГц);