страница 1страница 2 ... страница 15страница 16
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие работы
|
Учебное пособие разработал - страница №1/16
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ» (ТУСУР) (ТУ) УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой ТУ, профессор _________________И.Н. Пустынский «______»___________________2012 г. Устройства управления бытовой радиоэлектронной аппаратурой Учебное пособие РАЗРАБОТАЛ _________ В.А. Кормилин «______»_________2012 г. 2012 Кормилин В.А. Устройства управления бытовой радиоэлектронной аппаратурой: Учебное пособие. – Томск: кафедра ТУ, ТУСУР, 2012. – 110 с. В учебном пособии излагаются принципы построения систем управления и контроля бытовой радиоэлектронной аппаратуры, элементная база систем управления; рассматриваются однокристальные микроконтроллеры в системах управления радиоэлектронной аппаратурой, их структура, система команд, организация взаимодействия микроконтроллера с объектами управления, интерфейсы шин передачи данных, устройства дистанционного управления аппаратурой. Пособие предназначено для студентов радиотехнических специальностей ВУЗа, в частности специальностей «Аудиовизуальная техника», «Бытовая радиоэлектронная аппаратура», «Сервис». © Кормилин В.А., 2012 © Кафедра Телевидения и управления, ТУСУР, 2012 Содержание Устройства управления бытовой радиоэлектронной аппаратурой 5 Содержание курса 5 Введение в системы управления 5 Датчики 6 Принципы построения систем управления и контроля БРЭА 9 Однокристальные контроллеры 10 Контрольные вопросы 13 Системы дистанционного управления 13 Определения и термины 13 Система дистанционного управления по протоколу RC-5 15 Характеристика системы ДУ RC-5 15 Архитектура системы ДУ по протоколу RC-5 15 Протокол передачи в системе ДУ RC-5 16 Пульт ДУ на основе контроллера РСА84С122А 17 Передатчик команд ДУ по протоколу RC-5 SAA3010 19 Приемная часть системы ДУ 20 Система RC-5 и распределение команд 21 Система дистанционного управления по протоколу ITT 22 Архитектура системы ДУ 22 Синтез сигналов ДУ по протоколу ITT 22 Пульт ДУ на основе передатчика команд SAA1250 24 Приемная часть системы ДУ 25 Контрольные вопросы 25 Шины управления и обмена информацией 26 Введение 26 Шина I2C 26 Концепция I2C-шины 26 Общие характеристики 28 Передача бита 28 Условия START и STOP 28 Передача данных в I2C – шине 29 Байтовый формат 29 Подтверждение приема (квитирование) 29 Синхронизация 30 Арбитраж 31 Формат 7-и битной адресации 31 Особенности 7-и битной адресации 32 Расширенная спецификация I2C-шины 34 Введение 34 10-и битная адресация 35 Электрические и временные характеристики I2C-шины 36 Адаптер параллельного порта принтера 37 IM - шина 37 Контрольные вопросы 38 Однокристальная ЭВМ архитектуры MCS-51 38 Структура ОЭВМ КМ1816ВЕ51 38 Организация памяти МК51 39 Память программ 39 Память данных 40 Регистры специального назначения 41 Устройство управления и синхронизации 44 Порты ввода/вывода 44 Доступ к внешней памяти 46 Доступ к внешней памяти программ 46 Доступ к внешней памяти данных 47 Совмещение адресов ВПП и ВПД 48 Таймеры/счетчики 48 Последовательный порт 52 Режимы работы УАПП 53 Скорость передачи 54 Режимы пониженного энергопотребления 56 Система прерываний 56 Источники прерываний 56 Приоритеты прерываний 58 Процесс прерывания 59 Запись в память программ МК51 60 Система команд ОЭВМ КР1816ВЕ51 61 Команды передачи данных 62 Арифметические команды 64 Логические команды 66 Команды операций с битами 67 Команды передачи управления 68 Пример составления простейших программ для ОЭВМ КР1816ВЕ51 70 Микропроцессорная система на основе ОЭВМ КР1816ВЕ51 72 Развитие архитектуры MCS-51 73 Контрольные вопросы 75 Отображение и ввод информации в БРЭА 75 Термины и определения 75 Вакуумные люминесцентные индикаторы 78 Жидкокристаллические индикаторы 79 Принцип действия и конструктивные модификации 79 Управление ЖКИ 81 Долговечность ЖКИ 83 Полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы 83 Единичные ППЗСИ 83 Многоэлементные ППЗСИ 85 Другие типы индикаторов 87 Ввод информации в микро-ЭВМ 87 Контрольные вопросы 89 Приложение А 90 Приложение Б 91 Рекомендуемая литература 112 Устройства управления бытовой радиоэлектронной аппаратуройСодержание курсаПредметом изучения курса «Устройства управления бытовой радиоэлектронной аппаратурой» являются принципы построения систем контроля и управления бытовой радиоэлектронной аппаратурой (БРЭА) и элементная база систем управления. В рамках курса рассматриваются однокристальные микроконтроллеры, широко распространенные в системах управления РЭА, их структурная организация, система команд. Изучаются методы обработки данных в микроконтроллере и организация взаимодействия микроконтроллера с объектами управления. Рассматриваются протоколы и интерфейсы шин передачи данных в системах управления и настройки БРЭА, устройства дистанционного управления РЭА, их структура, методы кодирования команд. Введение в системы управленияПод управлением обычно понимают целенаправленное воздействие на объект, в результате которого он переходит в требуемое состояние. Объектом управления назовем ту часть окружающего мира, на которую можно воздействовать с определенной целью. В качестве объектов управления можно понимать различные природные и искусственные системы, устройства, явления. В нашем случае в качестве объектов управления будем понимать отдельные компоненты бытовой радиоэлектронной аппаратуры и всю систему в целом. В каждый момент времени объект находится в одном из своих возможных состояний. Любой объект управления (рисунок 1.1) существует не сам по себе, а в окружающей его среде. Рисунок 1.1 – Взаимодействие объекта управления с окружающей средой Среда постоянно воздействует на состояние объекта. Эти воздействия можно разделить на три группы:
Состояние объекта (выход объекта Y) можно представить параметрами, характеризующими его в каждый момент времени. Управляющие воздействия U0 подаются на объект с определенной целью. Цель управления – это требуемое состояние или последовательность состояний объекта во времени. Цель должна быть описана с помощью параметров Y. Таким образом, для управления объектом необходима следующая информация:
На основе этой информации для достижения цели управления требуются алгоритмы и средства преобразования входов объекта в необходимые управляющие воздействия и цели управления – в последовательность состояний объекта. Под алгоритмом понимают конечный набор правил для однозначного преобразования исходных данных в выходные. На рисунке 1.2 приведена обобщенная структура системы управления. В ней имеются датчики, предназначенные для измерения состояний внешней среды и объекта управления, устройство управления, формирующее команды управления, исполнительные устройства, преобразующие команды в управляющие воздействия на входе управления объекта. Для целенаправленного функционирования устройства управления ему необходимо задать цель управления Z. Достижение цели осуществляется по алгоритму управления, представляющему собой набор блоков аппаратных средств или набор программ. Программы используются в случае, когда в качестве устройства управления применяются управляющие микроконтроллеры или микро-ЭВМ. Важной особенностью работы таких управляющих микро-ЭВМ и контроллеров, в отличие от обычных микро-ЭВМ, является выполнение ими всех операций в реальном масштабе времени. Рисунок 1.2 – Структурная схема системы управления Термин «реальное время» обозначает, что задержка реакции устройства управления должна быть конечной и не превышать определенного значения. Это касается не столько скоростных характеристик микро-ЭВМ, сколько относится к сложности алгоритмов и программ, реализованных в управляющей микро-ЭВМ. При работе микро-ЭВМ и контроллеров в составе системы управления им приходится выполнять различные действия:
Управляющие микро-ЭВМ отличаются от обычных микро-ЭВМ и способом разработки программного обеспечения. Микро-ЭВМ, встроенные в оборудование, не имеют соответствующего набора внешних устройств (дисплеи, принтеры, внешние накопители и т.д.) и поэтому не пригодны для разработки и отладки программного обеспечения. В этом случае, либо программное обеспечение создается на аналогичной микро-ЭВМ, но имеющей необходимый набор внешних устройств, либо программы разрабатываются и отлаживаются на универсальных ЭВМ, с использованием симуляторов – программных моделей управляющей микро-ЭВМ или контроллера. Последний способ разработки программного обеспечения называется кросс-технологией. При этом применяются программы: кросс-транслятор, кросс-компоновщик и кросс-отладчик. ДатчикиДатчиками называют устройства, формирующие электрические сигналы под воздействием внешних раздражающих факторов. По формируемым датчиками сигналам можно опознавать и измерять характеристики этих факторов. Существует множество явлений и эффектов, видов преобразования свойств и энергии, которые можно использовать для создания датчиков. Для датчиков технических систем необходимо преобразование интересующих явлений и эффектов в электрические сигналы. Некоторые датчики выполняют такое преобразование напрямую, за счет соответствующего физического явления. Терморезистор, например, изменяет сопротивление в зависимости от окружающей температуры. Другие датчики требуют промежуточного преобразования. Примером такого датчика можно назвать датчик обледенения, выполненный на основе оптического элемента. Осаждение инея приводит к изменению освещенности, которое и преобразуется в электрический сигнал. Из всего многообразия подобных устройств рассмотрим несколько наиболее важных типов датчиков. Таблица 1.1 – Температурные датчики
Как можно заключить из приведенной таблицы, различные температурные датчики имеют различную чувствительность и разный диапазон рабочих температур. В последнее время практическое применение нашли интегральные температурные датчики, имеющие на одном кристалле термочувствительный диод, усилитель и периферийные схемы для связи с микро-ЭВМ. Оптические датчики. Подобно температурным, оптические датчики отличаются большим разнообразием и массовостью применения. По принципу преобразования «свет - электрический сигнал» в оптических датчиках можно выделить типы, основанные на следующих явлениях:
Фотоэлектронная эмиссия – это испускание электронов при падении света на физическое тело. Эффект фотопроводимости связан с изменением электрического сопротивления физического тела при облучении его светом. Фотогальванический эффект – это возникновение ЭДС на выводах p-n перехода в облучаемом светом полупроводнике. Пироэлектрический эффект связан с появлением на поверхности физического тела электрических зарядов при изменении уровня освещенности. Преимущества оптических датчиков перед датчиками других типов заключаются в следующем:
Однако среди оптических датчиков практически нет датчиков, обладающих достаточной чувствительностью во всем световом диапазоне. Большинство датчиков имеют оптимальную чувствительность в довольно узкой зоне ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной части спектра. К недостаткам оптических датчиков следует также отнести чувствительность к загрязнению, уровням посторонней фоновой засветки. Датчики давления. Такие датчики используются в задачах измерения давления газов, массы и положения твердых тел, уровня и расхода жидкости. Обычным способом реакции на изменение давления в таких датчиках является эффект деформации упругих тел (диафрагмы, мембраны и т.д.). Но при использовании эффекта деформации трудно получить электрический сигнал. В датчиках давления типа потенциалометрических (реостатных), емкостных, индукционных и ультразвуковых на выходе имеется электрический сигнал, но сами датчики более дорогие и сравнительно сложны в изготовлении. Более перспективным является использование тензометров. Полупроводниковые диффузионные тензометры обладают высокой чувствительностью, малыми размерами, легко сопрягаются с периферийными схемами. При изготовлении тензометра на поверхности кристалла кремния с n-проводимостью по тонкопленочной технологии формируется круглая диафрагма. На ее краях (рисунок 1.3) наносят пленочные резисторы, имеющие p-проводимость и ориентированные вдоль осей. Рисунок 1.3 – Конструкция и схема тензометрического датчика При приложении давления сопротивление одной пары резисторов увеличивается, а другой – уменьшается. С помощью мостовой схемы формируется выходной сигнал датчика. Недостатками этого типа датчика является температурная зависимость, небольшой срок службы. Полупроводниковые датчики давления широко используются в автомобильной электронике, компрессорах, системах измерения артериального давления крови и т.д. Датчики влажности и газоанализаторы. Влажность – физический параметр, с которым человечество имеет дело очень давно. Раньше датчиком влажности выступал человеческий или конский волос, изменяющий свою длину при изменении влажности. Позднее применяли специальную полимерную пленку, разбухающую от воды. Однако, датчики на этой основе обладают нестабильностью характеристик во времени, узким рабочим диапазоном, наличием гистерезиса чувствительности. В настоящее время для датчиков используется специальная пористая керамика и твердые электролиты. В этих датчиках устранены описанные выше недостатки. Датчики на основе керамики используются в видеомагнитофонах и видеокамерах для обнаружения повышенной влажности с последующим переводом аппаратуры в нерабочее состояние до высыхания. Другой областью применения этих датчиков можно назвать схемы управления электронными кухонными плитами. В плитах по уровню влажности можно судить о степени готовности блюда. Газовые датчики или газоанализаторы используются в бытовых случаях для обнаружения утечек горючего газа. Датчики могут использовать свойства явления катализа в твердых электролитах, интерференции и поглощения инфракрасных лучей, свойств полупроводниковой керамики, работающей по принципу каталитического горения. Однако газовые датчики обладают большой избирательной характеристикой относительно газовой среды. Магнитные датчики. Магнитные датчики, как и оптические, имеют возможность бесконтактного измерения и обнаружения, обладают высоким быстродействием. Однако для этих датчиков важен фактор расстояния, требуется достаточная близость к источнику магнитного поля. По классификации магнитных датчиков можно выделить датчик Холла, магниторезистор, датчик Джозефсона. Среди магнитных датчиков широко известен датчик Холла. Принцип эффекта Холла основан на возникновении разности потенциалов на гранях твердого тела при протекании тока в условиях приложения магнитного поля перпендикулярно направлению электрического тока. Датчики Холла в интегральном исполнении широко применяются в двигателях видеомагнитофонов и видеокамер для определения положения, угла поворота и управления частотой вращения двигателя. Магниторезистивные датчики изменяют свое сопротивление в магнитном поле. Более ранними являются магниторезисторы на основе полупроводников. Сейчас активно разрабатываются магниторезисторы на основе ферромагнетиков. Для последнего вида характерна высокая чувствительность и технологичность производства. Датчики применяются в магнитных головках многодорожечных цифровых магнитофонов. Недостатком отмечают узкий динамический диапазон обнаружения изменений магнитного поля. Перспективными являются магнитные датчики на эффекте Джозефсона – явлении низкотемпературной сверхпроводимости, зависящей от магнитных полей. Датчики на этом принципе отличаются сверхвысокой чувствительностью к изменению магнитного поля. В качестве недостатка можно назвать относительную сложность изготовления и применения, особенно за счет необходимости использования очень низких температур при работе. Перечисленные типы датчиков являются очень интересными и распространенными. Можно также назвать и другие типы датчиков: звуковые, радиационные, рентгеновские, СВЧ-датчики, датчики вибрации, скорости вращения, датчики вкуса, запаха и т.п. К современным датчикам предъявляются довольно жесткие требования:
При подключении датчиков к устройству управления, выполненного на основе микро-ЭВМ, появляются дополнительные возможности и для самих датчиков. Частично удается скомпенсировать недостатки датчиков. При этом:
В дальнейшем для разработки датчиков будут ужесточены требования:
следующая страница >> |
|