Практические вопросы построения МП систем - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Практические вопросы построения МП систем, слайд №1

Практические вопросы построения МП систем, слайд №2

Практические вопросы построения МП систем, слайд №3

Практические вопросы построения МП систем, слайд №4

Практические вопросы построения МП систем, слайд №5

Практические вопросы построения МП систем, слайд №6

Практические вопросы построения МП систем, слайд №7

Практические вопросы построения МП систем, слайд №8

Практические вопросы построения МП систем, слайд №9

Практические вопросы построения МП систем, слайд №10

Практические вопросы построения МП систем, слайд №11

Практические вопросы построения МП систем, слайд №12

Практические вопросы построения МП систем, слайд №13

Практические вопросы построения МП систем, слайд №14

Практические вопросы построения МП систем, слайд №15

Практические вопросы построения МП систем, слайд №16

Практические вопросы построения МП систем, слайд №17

Практические вопросы построения МП систем, слайд №18

Практические вопросы построения МП систем, слайд №19

Практические вопросы построения МП систем, слайд №20

Практические вопросы построения МП систем, слайд №21

Практические вопросы построения МП систем, слайд №22

Практические вопросы построения МП систем, слайд №23

Практические вопросы построения МП систем, слайд №24

Практические вопросы построения МП систем, слайд №25

Практические вопросы построения МП систем, слайд №26

Практические вопросы построения МП систем, слайд №27

Практические вопросы построения МП систем, слайд №28

Практические вопросы построения МП систем, слайд №29

Практические вопросы построения МП систем, слайд №30

Практические вопросы построения МП систем, слайд №31

Практические вопросы построения МП систем, слайд №32

Практические вопросы построения МП систем, слайд №33

Практические вопросы построения МП систем, слайд №34

Практические вопросы построения МП систем, слайд №35

Практические вопросы построения МП систем, слайд №36

Практические вопросы построения МП систем, слайд №37

Практические вопросы построения МП систем, слайд №38

Практические вопросы построения МП систем, слайд №39

Практические вопросы построения МП систем, слайд №40

Практические вопросы построения МП систем, слайд №41

Практические вопросы построения МП систем, слайд №42

Практические вопросы построения МП систем, слайд №43

Практические вопросы построения МП систем, слайд №44

Практические вопросы построения МП систем, слайд №45

Практические вопросы построения МП систем, слайд №46

Практические вопросы построения МП систем, слайд №47

Практические вопросы построения МП систем, слайд №48

Практические вопросы построения МП систем, слайд №49

Практические вопросы построения МП систем, слайд №50

Практические вопросы построения МП систем, слайд №51

Практические вопросы построения МП систем, слайд №52

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Практические вопросы построения МП систем. Доклад-сообщение содержит 52 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Микропроцессорная техника в приборах, системах и комплексах Лекция 13 Практические вопросы построения МП систем

Слайд 2

Описание слайда:

Рассматриваемые вопросы Порты ввода/вывода микроконтроллера Режим альтернативных функций портов ввода/вывода Подключение датчиков 2-х проводная схема Делитель напряжения Подключение потенциометрических датчиков Мостовая схема 3/4-х проводная схема Токовая петля Гальваническая развязка Реле Оптрон Датчики типа «сухой контакт»

Слайд 3

Описание слайда:

Порт ввода/вывода Порт ввода/вывода – периферийное устройство процессора, предназна-ченное для соединения его с внешними устройствами с целью обмена инфор-мацией между ними.

Слайд 4

Описание слайда:

Виды портов ввода/вывода По способу обмена данными порты бывают последовательными и парал-лельными. По виду синхронизации порты делятся на синхронные и асинхронные. А по области применения порты могут быть специализированными и универ-сальными.

Слайд 5

Описание слайда:

Последовательный и параллельный порты Последовательный порт имеет одноразрядный формат и передаёт (принимает) информацию по принципу «один бит за другим». Параллельный порт имеет формат в несколько разрядов (обычно 8, 16, 32), которые передаются одновременно. AVR-микроконтроллеры в своем составе имеют обычно до шести 8- или 32-разрядных (в зависимости от конкретной модели) параллельных портов ввода/вывода.

Слайд 6

Описание слайда:

Синхронный и асинхронный порты Синхронными называют порты, передача и приём информации с помощью которых осуществляется с жёсткой временной синхронизацией. Под синхронизацией понимается временное согласование работы устройств передачи и приёма информации. Асинхронными называют порты, которые передают/принимают информацию с различной скоростью.

Слайд 7

Описание слайда:

Специализированные и универсальные порты Специализированные порты предназначены для реализации определённых интерфейсов обмена данными (SPI, USB, RS-232/422/285 и т.д.). Универсальные порты позволяют программно управлять основными параметрами процесса обмена информацией (формат данных, временные характеристики и т.д.).

Слайд 8

Описание слайда:

Способы обмена информацией через порт Существуют следующие режимы обмена информацией через порт ввода/вывода: Программно-управляемый обмен; Обмен по прерываниям; Обмен в режиме прямого доступа к памяти (ПДП).

Слайд 9

Описание слайда:

Краткое описание способов обмена данными При программно-управляемом обмене (program-driven I/O) все операции ввода-вывода выполняются в соответствии с заложенной программой с проверкой готовности внешнего устройства к обмену. Обмен по прерываниям (Interrupt-driven I/O) осуществляется с использованием механизма прерываний. Обмен в режиме ПДП (Direct Memory Access – DMA) осуществляется с помощью аппаратных средств независимо от процессора, который в данном случае только инициирует процесс ввода-вывода и управляет соответствующими ресурсами.

Слайд 10

Описание слайда:

Регистры портов ввода/вывода микроконтроллеров AVR В микроконтроллерах AVR каждому порту ввода/вывода соответствуют три 8-разрядных регистра ввода/вывода: DDR – регистр направления передачи данных; PORT- регистр порта; PIN – регистр ввода данных порта.

Слайд 11

Описание слайда:

Схема порта ввода/вывода микроконтроллера AVR

Слайд 12

Описание слайда:

Упрощенная схема порта ввода/вывода

Слайд 13

Описание слайда:

Упрощенная схема порта ввода/вывода

Слайд 14

Описание слайда:

Состав порта (не полный) На упрощенной схеме отображены следующие части порта: 1 – защитные диоды; 2 – паразитная ёмкость порта; 3 и 4 – ключи управления порта (выполнены на полевых транзисторах).

Слайд 15

Описание слайда:

Защита порта ввода/вывода и его паразитная емкость

Слайд 16

Описание слайда:

Назначение защитных диодов и влияние паразитной емкости Защитные диоды нужны для защиты ввода микро-контроллера от кратковременных импульсов напряжения, превышающих Uп. Если напряжение будет выше Uп, то верхний диод откроется и это напряжение будет стравлено на шину питания. Если на ввод попадет отрицательное (ниже нулевого уровня) напряжение, то оно будет нейтрализовано через нижний диод и погасится на землю. Однако, такая защита помогает только от небольших превышений напряжения (менее 1 вольта). Паразитная емкость линии порта не велика, но присутствует всегда и влияет на время задержки при работе порта.

Слайд 17

Описание слайда:

Режимы работы порта ввода/вывода Существует несколько режимов работы порта ввода/вывода: Высокоимпедансный вход (режим Hi-Z); Вход с подтяжкой (режим Pull Up); Режим выхода; Режим альтернативных функций.

Слайд 18

Описание слайда:

Таблица режимов линии порта ввода/вывода

Слайд 19

Описание слайда:

Каскад управления подтяжкой линии порта к Uпит

Слайд 20

Описание слайда:

Высокоимпедансный вход Режим Hi-Z включен по умолчанию. Все ключи разомкнуты, а сопротивление порта очень велико. При этом он постоянно считывает свое состояние в регистр PINxn, и всегда можно узнать, что на входе — единица или ноль. Этот режим хорош для прослушивания какой либо шины данных, т.к. он не оказывает на неё никакого влияния. А если вход висит в воздухе, то напряжение будет на нём скакать в зависимости от внешних наводок, электро-магнитных помех. Очень часто на порту в этом случае нестабильный синус 50 Гц — наводка от сети 220В, а в регистре PINn будет меняться 0 и 1 с частотой около 50Гц.

Слайд 21

Описание слайда:

Вход с подтяжкой (режим Pull Up) При DDRxn=0, PORTxn=1 и PUD=0 замыкается ключ подтяжки и к линии подключается резистор в 100 кОм, что моментально приводит не подключенную никуда линию в состояние лог. 1. Цель подтяжки — не допустить хаотичного изменения состояния на входе под действием наводок. Но если на входе появится логический 0 (замыкание линии на землю кнопкой или другим микроконтроллером или микросхемой), то резистор не сможет удерживать напряжение на линии на уровне лог. 1 и на входе будет лог. 0.

Слайд 22

Описание слайда:

Режим Pull Up: линия порта ввода/вывода «висит в воздухе»

Слайд 23

Описание слайда:

Режим выхода. Вывод 0

Слайд 24

Описание слайда:

Режим выхода. Вывод 1

Слайд 25

Описание слайда:

Режим альтернативных функций порта ввода/вывода В AVR микроконтроллерах каждая линия порта ввода/вывода общего назначения может быть использована для подклю-чения к выводу микроконтроллера того или иного сигнала периферийного устройства, находящегося на кристалле микроконтроллера. Такое подключение и есть режим альтернативной функции порта ввода/вывода.

Слайд 26

Описание слайда:

Схема линии порта МК AVR с альтернативной функцией

Слайд 27

Описание слайда:

Упрощенная схема линии порта МК AVR с альтернативной функцией

Слайд 28

Описание слайда:

Работа порта в режиме альтернативной функции Альтернативная функция порта в/в включается, если происходит инициализация периферий-ного устройства, линии управления состоянием порта в/в которого подсоединены к этому порту через мультиплексоры, управляемые сигналами XXOExn (Pxn XX Override Enable – переопределе-ние сигнала XX на линии Pxn порта разрешено). Если все XXOExn=0, порт работает как обычный 8-разр. параллельный порт в/в. Если все XXOExn=1, включается альтернативная функция порта.

Слайд 29

Описание слайда:

Активные и пассивные датчики и их питание Датчики бывают активные (генераторные) и пассивные (параметрические). В первых измеряемая величина вызывает генерацию электрического сигнала, а воздействие на вторые приводит к изменению параметров электрических, магнитных или оптических цепей. Поэтому для подключения пассивных датчиков к МК необходимо использовать источник питания.

Слайд 30

Описание слайда:

Варианты сопряжения датчика и микроконтроллера Рассмотрим варианты сопряжения датчика с микроконтроллером. В первом варианте датчик выдаёт сигнал на аналоговый преобразователь (АП), а затем на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). После этого полученный в АЦП двоичный код поступает в МК по некоторому интерфейсу.

Слайд 31

Описание слайда:

Сопряжение через АЦП с встроенным АП Иногда в микросхеме АЦП присутствует первичный аналоговый преобразователь (АП). Это может быть, например, усилитель сигнала или фильтр. Тогда схема подключения датчика приобретает следующий вид:

Слайд 32

Описание слайда:

Сопряжение с датчиком при наличии в МК встроенного АЦП АЦП может находиться на кристалле МК, и тогда он называется встроенным. Это даёт экономию места на плате и меньшую потре-бляемую мощность схемы. Однако, есть и недостаток: АЦП находится в ЭМП окружа-ющих его устройств, создающих помехи, снижающие точность преобразования.

Слайд 33

Описание слайда:

Сопяжение МК с датчиком с встроенным АП Чувствительные элементы некоторых датчиков имеют очень маленький диапазон выходного сигнала. Поэтому аналоговые преобразователи (усилители) встраивают в корпус датчика.

Слайд 34

Описание слайда:

Сопряжение МК с датчиком с цифровым интерфейсом Существуют датчики с встроенными АП и АЦП, а иногда даже с дополнительной логикой (или даже вычислителем) и драйвером интерфейса. Таким образом, сопряжение с МК сразу происходит с помощью цифрового интерфейса. Например: SPI, I2C, RS-232, RS-485.

Слайд 35

Описание слайда:

Подключение датчика с помощью делителя напряжения Пассивными датчиками чаще всего являются резистивные. Одной из схем подключения таких датчиков является делитель напряжения. Для схемы справа: Характеристика линейна или на малом участке, или при питании от источника тока. Тогда: Uвых=IRc

Слайд 36

Описание слайда:

Подключение потенциометриче-ского датчика Одна из часто используемых частных схем делителя напря-жения – потенциометри-ческая схема. В ней исполь-зуется дифференциальный резистивный датчик. где , R0 – номи-нальное сопротивление датчика.

Слайд 37

Описание слайда:

Выходной сигнал и погрешность потенциометрической схемы Изменение выходного сигнала потенцио-метрического датчика: При RН≫R0 получается линейная зависи-мость . Для уменьшения погрешности потенцио-метрической схемы параллельно R1 включают Rш=R0 (изображено пунктиром на рисунке).

Слайд 38

Описание слайда:

Мостовая схема Мостовая измерительная схема содержит два плеча — измерительное, в которое включен параметрический датчик R1, и опорное с резисторами R3, R4. Одна диагональ моста запитывается напряжением Е, а с другой на сопротивлении нагрузки Rн снимается выходной сигнал.

Слайд 39

Описание слайда:

Простая мостовая схема

Слайд 40

Описание слайда:

Полумостовая схема В полумостовой схеме (справа) в смежные плечи моста включа-ется дифференциаль-ный датчик.

Слайд 41

Описание слайда:

Полный мост В схеме полного моста два дифференциальных датчика (например, два круговых потенцио-метра) включаются в оба его плеча.

Слайд 42

Описание слайда:

Формула для расчета мостовых схем Ток через сопротивление нагрузки: . (1) Во многих случаях , тогда получим: . (2) Выражение (2) является основным при расчете мостовых схем, при этом по умолчанию полагают, что условие выполняется.

Слайд 43

Описание слайда:

Условие балансировки моста Если сигнал в диагонали моста равен нулю, то такой мост называется сбалансированным. Условие балансировки моста может быть получено из выражения (2): . (3) Это условие может выполняться в двух случаях. Во-первых, когда: . (3*) Это соответствует симметричному мосту. А во-вторых, когда: , (3**) и тогда это несимметричный мост.

Слайд 44

Описание слайда:

Подключение датчиков к мостовым схемам Во многих случаях датчики террито-риально удалены от измерительной схемы, а сигналы этих датчиков очень малы, поэтому изменение сопротивления проводов приводит к изменению выход-ного сигнала и уменьшает точность измерения. Следовательно, при подклю-чении датчиков необходимо принимать меры по компенсации изменения сопротивления соединительных проводов.

Слайд 45

Описание слайда:

Схемы подключения датчиков к мостовым схемах Наиболее распространенные схемы подключения: 1) Трехпроводная (более экономичная). 2) Четырехпроводная (более помехоустой-чивая). В основе работы таких схем лежит уравнение, которое связывает Uвых с Rj (справедливо только для малых приращений Rj): (*)

Слайд 46

Описание слайда:

Трехпроводная схема Пусть датчик включен в плечо R2 и удален от измерительной схемы и соединен с ней прово-дами с распределенными сопротивлениями Rп1 и Rп2. Для компенсации их сопро-тивления добавлен третий проводник с сопротивлением Rпн, как показано справа. Т.к. Rн≫Rп Uвых не изменяется. Однако, схема не симметрична и подвержена наводкам.

Слайд 47

Описание слайда:

Четырехпроводная схема Четырехпроводная схема более помехоустойчива. В ней используются две витые пары (справа), которые подавляют синфазные наводки и помехи. Так как одна пара проводов (левая) включена последова-тельно с R2, а другая (правая) входит в плечо R4, то, как следует из уравнения (*), они компенсируют друг друга.

Слайд 48

Описание слайда:

Аналоговая токовая петля Она чаще всего применяется в промышленной автоматизации при сопряжении промышлен-ных контроллеров с датчиками или с испол-нительными устройствами. Аналоговая токовая петля обладает двумя достоинствами: Применяется стандартный диапазон измерения измеряемой величины, что обеспечивает взаимозаменяемость компо-нентов. Передача сигнала с высокой точностью возможна на достаточно большое рассто-яние.

Слайд 49

Описание слайда:

Диапазоны сигнала аналоговой токовой петли Существует несколько вариантов диапа-зонов сигнала аналоговой токовой петли: «0–20 мА», «4–20 мА». Диапазон «4–20 мА» имеет, однако, суще-ственное преимущество. 4 мА соответ-ствуют началу отсчета, а 20 мА – максимальному значению измеряемой величины. Таким образом, нулевое значение тока будет означать обрыв цепи. Второе преимущество диапазона «4–20 мА» – возможность подачи энергии для питания датчика.

Слайд 50

Описание слайда:

Схема аналоговой токовой петли

Слайд 51

Описание слайда:

Реле Реле (relay) – устройство, принимающее конечное число значений выходной величины под воздействием некоторого внешнего физического явления. Изобретено в 1835 г. Джозефом Генри. Существует большое количество разно-видностей реле в зависимости от прин-ципа действия и назначения.

Слайд 52

Описание слайда:

Электромагнитное реле ЭМ реле – один из наиболее распространенных видов реле. Один из вариантов схемы такого реле показан справа. При подаче Uвх по катушке начи-нает течь ток, и возникающее магнитное поле преодолевает силу сжатия пружины и вытал-кивает сердечник с контактной пластиной, которая замыкает пару выходных контактов. При снятии Uвх пружина возвращает сердечник в исходное поло-жение, размыкая выходные контакты.