K U R S
Podstawy projektowania systemów
mikroprocesorowych, część 7
W tym odcinku Kursu rozpoczniemy omawianie praktycznych
układw sterujących konkretnymi urządzeniami
wykorzystywanymi w systemach mikroprocesorowych. Zaczniemy
od urządze wejściowych, za pośrednictwem ktrych do
mikrokontrolera docierają sygnały z zewnątrz i bdąc
odpowiednio interpretowane, wpływają na sposb
wykonywania programu.
Rwnie czsto wykorzys- wzmocniony przez tranzystor. Jełeli na
tywanymi elementami są rłnego fotodiod zacznie padaĘ światło, to
rodzaju czujniki i podzespoły elektro- spowoduje to przepływ prądu i odło-
niczne, dające na wyjściu bezpośredni łenie si napicia na rezystorze R1.
sygnał cyfrowy zgodny ze standardem Napicie to poprzez ograniczający prąd
TTL, ktrych obsługa sprztowa nie rezystor R2 podawane jest na baz
stwarza ładnego problemu (bezpośrednie tranzystora i jełeli wystarcza ono, aby
Podłączanie czujnikw do połączenie z liniami portw). Czsto sto- tranzystor zaczął przewodziĘ, to wy-
mikrokontrolera suje si takłe fotodetektory wykorzysty- prowadzenie mikrokontrolera zostaje
W zalełności od funkcji, jaką ma wane jako czujniki światła (jasno/cie- zwarte do masy - na linii portu po-
spełniaĘ projektowany system, niejed- mno) lub - w połączeniu z jakimś rd- jawia si stan niski. CzułośĘ tego
nokrotnie zachodzi potrzeba wyko- łem światła - mogą one tworzyĘ foto- układu mołna regulowaĘ w dośĘ sze-
rzystania w nim rłnego rodzaju komrki zliczające przedmioty, wykry- rokich granicach poprzez dobr rezys-
czujnikw. Ze wzgldu na specyfik wające kierunek ruchu itp. tora R1. Zwikszając wartośĘ tego re-
działania układw cyfrowych, bez Zwracając uwag na zalety czujni- zystora, zwikszamy rwnocześnie czu-
powałnych komplikacji układowych kw optoelektronicznych, naleły po- łośĘ układu. Nie naleły jednak prze-
(np. w postaci przetwornikw analo- wiedzieĘ, łe są to elementy bardzo sadzaĘ ze zbytnim zwikszaniem re-
gowo/cyfrowych) mołna jedynie wy- szybkie i praktycznie niezuływające si zystancji, gdył mołe zaistnieĘ sytua-
korzystaĘ czujniki dające na wyjściu (w odrłnieniu np. od czujnikw sty- cja, łe układ bdzie cały czas aktyw-
sygnał cyfrowy. Mimo takiego ogra- kowych). Zapewnienie odpowiedniego ny mimo całkowitej ciemności (wsku-
niczenia, w wielu zastosowaniach ta- rdła światła (najczściej w postaci tek prądu upływu diody). Dułą rol
kie proste rozwiązania w zupełności podczerwonej diody LED) pozwala na odgrywa tutaj takłe wzmocnienie za-
wystarczają. wykorzystanie fotodetektorw w wielu stosowanego tranzystora - im wiksze
W praktyce najczściej korzysta si aplikacjach, w ktrych z powodzeniem wzmocnienie, tym oczywiście wiksza
z rłnego rodzaju czujnikw styko- zastpują mniej trwałe i bardziej za- czułośĘ. Jełeli nie mołna w ten spo-
wych. Zasada ich działania opiera si wodne elementy stykowe. Jako łe sb osiągnąĘ połądanej czułości (przy
na mechanicznym zwarciu stykw czujniki optoelektroniczne stanowią detekcji bardzo niewielkich natłe
łącznika i zamkniciu w ten sposb krok naprzd w stosunku do elemen- oświetlenia), mołna zamiast fotodiody
obwodu elektrycznego. Do tej grupy tw stykowych, to właśnie rozwiąza- zastosowaĘ fototranzystor (podłączając
czujnikw zaliczamy rłnego rodzaju nia układowe wykorzystujące fotode- kolektor w miejsce katody, a emiter
przyciski i przełączniki, wyłączniki tektory jako rdła sygnału zostaną w miejsce anody).
kracowe, czujniki kontaktronowe omwione jako pierwsze. Na rys. 24b przedstawiono układ
i styki przekanikw. W praktyce spo- Na rys. 24 przedstawiono sposoby z fototranzystorem bdącym jednocześ-
tyka si dwie wersje takich elemen- dołączenia do mikrokontrolera popular- nie elementem detekcyjnym, jak i ste-
tw: normalnie rozwarte - wymusze- nych fotodetektorw: fotodiody i foto- rującym lini portu mikrokontrolera.
nie działające na czujnik powoduje tranzystora. Na rys. 24a pokazano spo- CzułośĘ tego układu mołe byĘ regulo-
zwarcie jego stykw oraz normalnie sb podłączenia fotodiody. Ze wzgl- wana za pomocą rezystora R1 (duła
zwarte - wymuszenie powoduje roz- du na niewielki prąd płynący przez rezystancja - duła czułośĘ), maksymal-
warcie stykw, ktre przez pozostały nią w kierunku zaporowym, sygnał ge- ną czułośĘ mołna uzyskaĘ nie montu-
czas są zwarte. nerowany przez fotodiod musi zostaĘ jąc rezystora R1 (o ile wykorzystywa-
na linia portu posiada wewntrzny re-
zystor podciągający - dla linii P3.0
wykorzystanej na zamieszczonym sche-
macie warunek ten jest spełniony).
W zalełności od typu zastosowanego
fototranzystora mołna osiągnąĘ czułoś-
ci lepsze nił w układzie z fotodiodą
i tranzystorem. Pod wzgldem logicz-
nym układ działa tak samo jak po-
przedni - oświetlenie fototranzystora
powoduje pojawienie si stanu niskie-
go na wyprowadzeniu P3.0.
Rys. 24
Elektronika Praktyczna 9/2003
81
K U R S
elementu stykowego, czasami mołna
List. 8.
spotkaĘ si z opinią, ił jest to połą-
;KIERUNEK - etykieta zmiennej bitowej, określającej kierunek: 1-lewo, 0-prawo
czenie błdne. Układ jest jednak jak
;OBIEKT - etykieta zmiennej bitowej określająca, czy obiekt znajduje się na
czujniku
najbardziej prawidłowy, choĘ posiada
; 1 - jest na czujniku
pewne cechy, ktrych zlekcewałenie
;(program główny - blok inicjowania wartości zmiennych) mołe doprowadziĘ do błdnego dzia-
INICJUJ:
łania mikrokontrolera. Element styko-
CLR KIERUNEK ;zerowanie
wy jest tutaj włączony pomidzy plus
CLR OBIEKT ;zmiennych
...
zasilania a wyprowadzenie portu. Jeśli
...
styk jest rozwarty, to na wyprowadze-
;(podprogram wyznaczający kierunek ruchu, wywołanie przez LCALL KIERUNEK) niu portu bdzie utrzymywał si stan
KIERUNEK:
niski wymuszony przez rezystor R1
o wartości niewielkiej w porwnaniu
MOV C,P3.0 ;oba fototranzystory oświetlone
ANL C,P3.1 ;(stan 1 na obu liniach),
z wewntrznym rezystorem podciągają-
JC BRAK_OBIEKTU ;czyli brak obiektu na czujniku
cym mikrokontrolera. Zwarcie styku
JB OBIEKT,CZEKAJ_NA_ZEJSCIE ;jeżeli obiekt na czujniku, to czekaj, aż spowoduje podanie na wyprowadzenie
;opuści czujnik
portu pełnego napicia zasilania, ktre
;jeżeli nie było obiektu na czujniku
oczywiście bdzie zinterpretowane ja-
;to znaczy, że zarejestrowano nowy obiekt
MOV C,P3.1 ;stan 1 na P3.1 oznacza, że jedzie w lewo
ko stan 1. Wadą tego układu jest
MOV KIERUNEK,C ;wiec kopiujemy P3.1 do KIERUNEK
stosunkowo duły pobr prądu związa-
SETB OBIEKT ;i ustawiamy zmienną OBIEKT, aby
;poczekać na zjechanie z czujnika ny z koniecznością zapewnienia małej
RET ;(czekamy na stan wysoki na P3.0 i P3.1)
wartości rezystancji R1 - jednak mimo
wszystko przy podanych wartościach
BRAK_OBIEKTU:
CLR OBIEKT
rezystancji nie przekroczy on 50 mA.
O wiele groniejszy w skutkach mołe
CZEKAJ_NA_ZEJSCIE:
RET byĘ błąd programisty polegający na
wyzerowaniu programowym linii portu
Na rys. 14c przedstawiono typowy W takim układzie rozrłnianie kie- - jełeli nastąpi to w momencie, gdy
układ wykorzystywany do wykrywania runku ruchu jest mołliwe przez styk jest zwarty, to powstanie zwarcie
kierunku poruszania si obiektw. Wy- sprawdzanie stanw obu linii i odpo- napicia zasilania do masy (przez li-
korzystuje on podwjny fototranzystor wiednią ich interpretacj. Wykrycie ni portu) mogące doprowadziĘ do
umieszczony w trjkocwkowej obudo- faktu zasłonicia jednego z fototranzys- uszkodzenia mikrokontrolera (sytuacja
wie (połączone kolektory). Oświetlenie torw w sytuacji, gdy drugi pozostaje podobna jak na rys. 24c) - mogąca
ktregoś z fototranzystorw powoduje oświetlony, informuje nas o kierunku byĘ rwnieł w taki sam sposb roz-
przepływ prądu poprzez odpowiedni ruchu - np. stan niski na linii P3.0 wiązana).
rezystor i wzrost napicia na wypro- i wysoki na P3.1 informuje o ruchu Kolejny układ, bdący chyba naj-
wadzeniu portu - oświetleniu fototran- w lewo, a sytuacja gdy P3.1=0 i P3.0=1 bardziej klasycznym, przedstawiono na
zystora odpowiada stan wysoki linii. świadczy o ruchu w prawo. Mołna to rys. 25b. Tutaj element stykowy zwie-
Jeśli fototranzystory nie przewodzą, zrealizowaĘ za pomocą programu po- ra wyprowadzenie portu do masy za-
stan na liniach portu jest interpreto- kazanego na list. 8. silania - zwarcie styku oznacza stan
wany jako niski, gdył rezystory R1 Przedstawiony podprogram wykry- 0, a rozwarcie stan 1. Dodatkowy
i R2 mają rezystancj kilkadziesiąt ra- wa ruch obiektu i przechowuje infor- rezystor podciągający R1 nie jest ko-
zy mniejszą nił wbudowane rezystory macj o kierunku w zmiennej KIERU- nieczny (do poprawnej pracy wystar-
podciągające. Jeśli wymagane byłoby NEK do czasu pojawienia si nastp- cza rezystor wbudowany w mikrokont-
znaczne zwikszenie czułości układu, nego obiektu. Naleły zwrciĘ uwag roler), pozwala natomiast na ustawie-
naleły tutaj zastosowaĘ tranzystory po- na prdkośĘ przemieszczających si nie optymalnego prądu pracy dla ele-
średniczące tak jak pokazano na ukła- przed czujnikiem obiektw i odpowied- mentu stykowego, gwarantującego jego
dzie z rys. 14a - układ taki wprowa- nie czste wywoływanie procedury, samooczyszczanie (dotyczy zwłaszcza
dzi negacj konieczną do uwzgldnie- aby nie wystąpiło zjawisko gubienia elementw o niewielkiej sile nacisku
nia przy pisaniu programu (oświetle- przejśĘ wskutek zbyt rzadkiego spraw- stykw, np. kontaktronw lub małych
nie fototranzystora wywoła stan niski dzania stanu czujnika. przekanikw). Niekiedy zachodzi ko-
na linii portu). Zwikszanie wartości ZwrĘmy teraz uwag na zasady niecznośĘ podania na element styko-
rezystancji R1 i R2 zwikszy nieco postpowania przy projektowaniu urzą- wy napicia wyłszego nił napicie za-
czułośĘ, jednak łatwo jest osiągnąĘ dze z wykorzystaniem elementw sty- silające mikrokontroler (np. gdy styk
stan, w ktrym nie bdzie mołna roz- kowych. Na rys. 25 przedstawiono kil- jest elementem wyjściowym jakiegoś
poznaĘ na liniach portu faktu zatka- ka sposobw podłączenia elementw obwodu elektronicznego zasilanego
nia ktregoś z fototranzystorw - war- stykowych do portw mikrokontrolera. z wyłszego napicia i nie mołe byĘ
tośĘ rezystancji R1 i R2 stanie si po- Na rys. 25a pokazano bardzo rzadko od tego napicia odseparowany).
rwnywalna z wartością rezystancji re- wykorzystywaną konfiguracj połącze Z wiadomych nam powodw (patrz po-
zystorw podciągających i nie bdzie
mołliwe uzyskanie na wyprowadze-
niach napicia odpowiadającego stano-
wi niskiemu. Naleły rwnieł pami-
taĘ, aby nigdy programowo nie zero-
waĘ wyprowadze portu, gdył mołe
to doprowadziĘ do uszkodzenia foto-
tranzystorw lub mikrokontrolera. Roz-
wiązaniem problemu jest zastosowanie
układu z tranzystorem pośredniczącym
lub doprowadzenie sygnału do wypro-
wadze mikrokontrolera przez rezysto-
Rys. 25
ry o wartości około 1 k&!.
Elektronika Praktyczna 9/2003
82
K U R S
przednie odcinki kursu) nie mołna ta- mentem duło szybszym i skuteczniej- przez pozostały czas zmiana stanu na
kiego układu podłączyĘ bezpośrednio - szym nił zastosowane diody. Wyko- liniach portw nie wpływa w ładen
stosuje si zatem podłączenie za po- rzystywany warystor powinien mieĘ sposb na stan mikrokontrolera. Pier-
średnictwem diody, jak w układzie nominalne napicie pracy nieco wik- wszym elementem filtrującym jest za-
z rys. 25c). ChoĘ połączenie to było sze od napicia zasilania mikrokontro- tem czstotliwośĘ cykli maszynowych
juł omwione przy wspłpracy z ele- lera - zastosowanie elementu o zbyt (1/12 czstotliwości zegarowej w przy-
mentami elektronicznymi, warto pami- wysokim napiciu pracy spowoduje sy- padku omawianych mikrokontrolerw
taĘ, łe mołe byĘ wykorzystane rw- tuacj, łe warystor nie zadziała, mi- rodziny 51), od ktrej zaleły elimi-
nieł tutaj. mo ił napicie na wejściu układu nowanie stanw przejściowych krt-
Czsto zachodzi potrzeba doprowa- przekroczy wartośĘ bezpieczną dla szych nił jeden cykl maszynowy. Za-
dzenia sygnału do mikrokontrolera mikrokontrolera. zwyczaj przy wspłpracy z rłnego ro-
z elementu oddalonego o kilka...kilka- Całkowite rozwiązanie problemu dzaju elementami stykowymi ten pod-
naście czy nawet kilkadziesiąt metrw. przepiĘ mogących uszkodziĘ układ stawowy stopie filtracji nie jest wy-
Naleły wwczas zadbaĘ, aby dostar- sterownika mikroprocesorowego przed- starczający - stosuje si wwczas
czony do mikrokontrolera sygnał był stawiono na rys. 26b. Wykorzystano opnienie programowe. Program, kt-
odpowiedniej jakości i pozbawiony za- tutaj oddzielne zasilanie obwodu czuj- rego działanie zaleły od stanu okreś-
kłce. Sytuacj taką pokazano na rys. nika wyłszym napiciem (wiksza od- lonej linii, sprawdza w tym przypadku
26a (jest to rozwinicie układu z rys. pornośĘ na zakłcenia) wraz z separa- wartośĘ pomocniczego bitu, natomiast
25b). Pokazano tutaj, jak zabezpieczyĘ cją galwaniczną obwodw czujnika faktyczny stan linii odczytuje proce-
si przed zakłceniami w przypadku i linii sygnałowej od obwodw mikro- dura wywoływana co określony czas
stosowania długich przewodw połą- kontrolera. Wykorzystanie transoptora (np. wskutek wystąpienia przerwania
czeniowych. Zastosowane kondensatory zabezpiecza nas przed przepiciami in- z ktregoś z licznikw) zapisująca stan
C1 i C2 zwierają lini sygnałową dla dukowanymi w linii oraz przed błda- linii do tego pomocniczego bitu. Przy-
przebiegw o wysokich czstotliwoś- mi instalatora (podanie zbyt wysokie- kładowe rozwiązanie przedstawiono na
ciach, natomiast niewielka rezystancja go napicia na wejście układu co naj- list. 9.
rezystora podciągającego R1 wymusza wyłej uszkodzi tylko transoptor). Stosując powyłsze rozwiązanie, na-
przepływ znacznego prądu w linii, co Układ zachowuje logik zgodną z ukła- leły pamitaĘ o odpowiednim zapro-
dodatkowo podnosi odpornośĘ na za- dem z rys. 26a (zwarcie styku ozna- gramowaniu (włączeniu) układu prze-
kłcenia. Trzecim elementem zabezpie- cza stan 0). Rezystor R2 zmniejsza rwa oraz o dobraniu liczby cykli zli-
czającym jest obwd całkujący, przez czułośĘ obwodu detekcyjnego transop- czanych przez licznik w celu uzyska-
ktry sygnał trafia na wyprowadzenie tora (koniecznośĘ silniejszego oświetle- nia połądanego opnienia.
portu. ChoĘ takie rozwiązanie przypo- nia fototranzystora w celu osiągnicia Jak juł wspomniano wcześniej,
mina układy stosowane w technice przepływu prądu wystarczającego do układy stykowe mogą pracowaĘ
sygnałw analogowych, w przypadku spadku napicia do poziomu stanu w dwch konfiguracjach - jako styki
sygnałw cyfrowych sprawuje si rw- 0), a co za tym idzie zwiksza od- normalnie zwarte lub normalnie roz-
nieł bardzo dobrze. Dodatkowym ele- pornośĘ na zakłcenia. warte. Z punktu widzenia sprztowego
mentem zabezpieczającym przed prze- Uwałny Czytelnik zapewne zauwa- rozwiązania podłączenia do systemu
piciami w linii są diody D1 i D2 ły, łe przy przedstawianiu układw mikroprocesorowego rodzaj stykw nie
niepozwalające na przekroczenie napi- z elementami stykowymi ani razu nie ma ładnego znaczenia, jedynie podczas
cia linii poza przedział napiĘ zasila- zwrcono uwagi na problem drgania pisania programu naleły uwzgldniaĘ
nia. W tym układzie warto rozwałyĘ stykw, ani teł na problem wolnego negacj powstającą pomidzy oboma ro-
jeszcze mołliwośĘ pojawienia si na narastania napicia wskutek stosowania dzajami stykw (określenie stanu ak-
wejściu linii krtkich impulsw wyso- kondensatorw filtrujących. Powodem, tywnego linii). Konfiguracja stykw jest
konapiciowych (zwłaszcza indukowa- dla ktrego mwimy o tym dopiero te- natomiast bardzo wałna z uwagi na
nych od pobliskich wyładowa atmos- raz, jest fakt, łe w systemach mikro- bezpieczestwo i pewnośĘ działania
ferycznych, itp.). DośĘ skutecznie procesorowych problemy związane urządzenia. Naleły pamitaĘ, łe stoso-
przed uszkodzeniem układu wskutek z tymi zjawiskami załatwia si na dro- wanie stykw normalnie zwartych
działania wysokiego napicia mołna dze programowej, dąłąc do jak naj- umołliwia wykrycie przerwy w linii łą-
si zabezpieczyĘ przez włączenie rw- wikszej prostoty sprztu. czącej taki styk z systemem mikropro-
nolegle do C2 warystora metalowo- Zarwno zjawisko drgania stykw, cesorowym. Łatwo sobie wyobraziĘ co
tlenkowego (elementy takie są po- jak i zjawisko powolnego narastania mogłoby si staĘ w przypadku awarii
wszechnie stosowane w instalacjach te- napicia jest wstpnie eliminowane juł linii łączącej układ z wyłącznikiem bez-
lekomunikacyjnych i aparatach telefo- wskutek sposobu stosowanego przez pieczestwa lub innym elementem od-
nicznych oraz w profesjonalnych ste- mikrokontroler do sprawdzania stanw powiadającym za awaryjne wyłączenie
rownikach przemysłowych), ktry za- na liniach portw. Stany te są spraw- układu. Przy zastosowaniu stykw
bezpiecza przed przekroczeniem okreś- dzane w kałdym cyklu maszynowym w konfiguracji normalnie otwartej urzą-
lonego napicia na linii oraz jest ele- w określonym takcie zegara, natomiast dzenie nie zadziała w przypadku
Rys. 26
Elektronika Praktyczna 9/2003
83
K U R S
dzeniami wspłpracującymi z systemem
List. 9.
mikroprocesorowym, natomiast elemen-
;STAN - pomocnicza zmienna bitowa przechowująca stan linii portu
ty ze stykami normalnie zwartymi sto-
;(program główny)
sujemy w obwodach wyłączających i ob-
wodach bezpieczestwa.
...
... Powyłsze rozwałania dotyczą za-
JB STAN, ETYKIETA ;reakcja programu na stan linii portu (tutaj skok)
stosowania dwch przykładowych grup
...
urządze jako rdła sygnałw w sys-
...
ETYKIETA:
temie mikroprocesorowym. Chociał za-
...
pewne najczściej stosowane są ukła-
;(koniec programu)
dy z elementami stykowymi, to w ta-
PRZERWANIE_T0: ;procedura obsługi przerwania od odpowiednio
kim systemie mogą byĘ zastosowane
;zaprogramowanego licznika T0
rwnieł innego rodzaju elementy czuj-
... ;(inne rozkazy, np. przeładowanie licznika)
nikowe czy inne rdła sygnałw, za-
...
sadniczo nie zmieni si jednak spo-
MOV C,P3.0 ;sprawdzamy stan linii P3.0
MOV STAN,C ;i kopiujemy go do pomocniczej zmiennej sb ich sprzgnicia z mikrokontrole-
...
rem. Naleły pamitaĘ tylko o paramet-
...
rach uływanych elementw i w razie
RETI ;koniec obsługi przerwania
potrzeby zadbaĘ o dopasowanie pozio-
mw elektrycznych, na co zwrcono
uwag przy omawianiu oglnych zasad
uszkodzenia przewodu łączącego. Jeśli wywoła ładnych gronych nastpstw,
natomiast zastosujemy styki normalnie a zastosowanie stykw normalnie zwar- wykorzystywania portw jako wejścia.
zwarte, to uszkodzenie przewodu (naj- tych mogłoby wywołaĘ niekontrolowa- Bardzo wałną sprawą jest takłe zad-
banie o minimalizacj zakłce przy
czściej jest to przerwanie ciągłości ob- ne działanie urządzenia w razie awarii
zastosowaniu długich przewodw po-
wodu) spowoduje reakcj układu taką okablowania (np. włączanie jakiegoś
samą jak w przypadku zadziałania da- urządzenia w chwili wciśnicia przycis- łączeniowych oraz zwrcenie uwagi na
nego urządzenia (np. wciśnicia przy- ku). Najoglniej mwiąc, naleły prze- ewentualne niebezpieczestwa związa-
cisku) i praca systemu zostanie wstrzy- strzegaĘ zasady, łe elementy (przycis- ne z rłnego rodzaju przepiciami mo-
gącymi zakłcaĘ prac układu lub na-
mana. Podobne zalety mołna przedsta- ki, przekaniki, kracwki i inne) ze
wiĘ w stosunku do stykw normalnie stykami normalnie rozwartymi stosuje- wet doprowadziĘ do jego uszkodzenia.
Paweł Hadam, AVT
rozwartych - stosuje si je w układach, my w obwodach odpowiadających za
w ktrych przerwa w połączeniu nie uruchamianie i sterowanie jakimiś urzą- pawel.hadam@ep.com.pl
Elektronika Praktyczna 9/2003
84
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Podstawy projektowania systemów mikroprocesorowych, cz 3Podstawy projektowania systemów mikroprocesorowych, cz 8Podstawy projektowania systemów mikroprocesorowych, cz 2Podstawy projektowania systemów mikroprocesorowych, cz 9Podstawy projektowania systemów mikroprocesorowych, cz 5projektowanie systemow informatycznychPodstawy projektowania i implementacji?z?nychPodstawy projektowania linii kolejowychzarzadzanie projektami systemowymi,6więcej podobnych podstron