7. Согласование дискретных датчиков и исполнительных механизмов с однокристальным мк

При разработке микропроцессорных систем контроля и управления возникает вопрос согласования МК с внешними устройствами, такими, как датчики и исполнительные механизмы /12,13/. Для обеспечения повышенной помехозащищенности и надежности устройств необходимо применение гальванической развязки между цепями - источниками сигналов и МК, а также между МК и силовыми цепями исполнительных механизмов. В качестве элементов гальванической развязки могут быть применены трансформатор, электромагнитное реле, оптоэлектронная пара, геркон (герметизированный магнитоуправляемый контакт).

В качестве примера рассмотрим применение оптоэлектронных пар АОТ128В для обеспечения развязки, представленных на рис.67. АОТ128В содержит внутри светодиод и фототранзистор. Параметрами устройства являются: входной максимальный ток I_{ВХ.МАКС.}= 40 мА (при Т_ОКР.СР. 35⁰С) и I_{ВХ.МАКС.} = 10мА (при Т_ОКР.СР. = 85⁰С), входное обратное максимальное напряжение U_{ВХ.ОБР.МАКС.} = 0.5В, выходной максимальный ток I _{ВЫХ. МАКС.} = 32мА (при Т_ОКР.СР. 35⁰С) и I _{ВЫХ. МАКС.} = 7мА (при Т_ОКР.СР. = 85⁰С), максимальное напряжение изоляции U_{ИЗ.МАКС.} = 1500В, время включения t_ВКЛ. = 5 мкС, температура окружающей среды, при которой может работать оптрон Т_ОКР.СР. = - 40⁰ - +85⁰ С. Оптронные развязки V1 и V2 являются входными, к ним подключаются импульсные датчики через разъемы INPUT1 и INPUT2. Импульсы, выдаваемые датчиками, должны иметь прямоугольную форму, единичный уровень импульса должен соответствовать напряжению 4.5 – 5 В. При подаче импульса начинает протекать ток через светодиод оптопары, при этом фототранзистор освещается, сопротивление его падает до нуля, таким образом, нулевой уровень имеет место на входе S1 микросхемы DD1. В затемненном состоянии фототранзистор закрыт, и на вход S1 подается единичный уровень. Защитные диоды VD2 и VD3 служат для защиты светодиодов оптопары от отрицательных выбросов входного напряжения.

Рис. 67. Использование оптоэлектронных развязок для согласования МК с внешними устройствами

Микросхема DD1 К561ТР2 (4 RS-триггера) предназначена для устранения эффекта “дребезг”. Таким образом, отрицательное явление “дребезга” устраняется аппаратным путем, хотя это можно сделать и программно без применения микросхемы.

Наибольшее распространение получили два программных способа устранения этого неприятного явления. Первый способ – подсчет заданного числа совпадающих значений сигнала; второй способ – временная задержка. Суть первого способа состоит в многократном считывании сигнала с контакта. Подсчет опросов, обнаруживших, что контакт устойчиво замкнут, ведется программным счетчиком. Если после серии удачных опросов встречается неудачный, то подсчет начинается сначала. Контакт считается устойчиво замкнутым, то есть “дребезг” устранён, если последовало N удачных опросов. Число N подбирается экспериментально для каждого типа контактного датчика и обычно лежит в пределах от 10 до 50. По второму способу при срабатывании датчика вызывается подпрограмма временной задержки, большей, чем время переходного процесса.

Выходная цепь схемы содержит инвертор DD2, оптопару V2, транзистор VT1 и электромагнитное реле К1, контакты К1.1. Если Р1.0 = 0, на выходе инвертора имеет место единичный сигнал, через светодиод оптопары не протекает ток, фототранзистор не освещен и имеет бесконечно большое сопротивление. В результате этого транзистор закрыт и реле обесточено. При Р1.0 = 1 на выходе инвертора нулевой уровень, поэтому начинает протекать ток через светодиод. Фототранзистор открывается, и это приводит к открытию транзистора VT1, срабатыванию электромагнитного реле и переключению контактов.