ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Пример применения маловыводного МК в составе промышленного контроллера с большим количеством линий ввода/вывода.Ниже рассмотрена реализация контроллера управления и мониторинга параметров автономных дизельных электроагрегатов на основе МК модели MC908QY4A/QY8A. Технические требования к контроллерам управления автономными дизельными электростанциями имеют следующие особенности:
Требования к габаритам изделия и существенные ограничения, вызванные топологией расположения элементов индикации в соответствии с панелью управления дизельным агрегатом, потребовали проведения тщательного анализа возможных решений проектируемого контроллера на структурном уровне. Первый, традиционный вариант структурного исполнения (см. рис. 31) - использование МК с большим количеством линий ввода/вывода. При кажущейся очевидности и простоте этот вариант имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, МК с большим числом линий ввода/вывода (80... 100) обладают большим объёмом памяти (32...60 Кб), что ведёт к удорожанию элементной базы изделия. Во-вторых, все линии ввода должны быть снабжены помехозащищёнными адаптерами, что увеличивает габариты изделия. Рис. 31. Функциональный ряд контроллера с параллельной загрузкой адаптеров ввода-вывода.
Второй вариант структурного исполнения (см. рис. 32) - использование МК в маловыводном корпусе и периферийных ИС, осуществляющих обмен данными с МК по последовательному интерфейсу. Этот вариант позволяет выбрать МК в низкой ценовой группе (в проекте использован MC68HC908QY4A/QY8A с автомобильной приемкой), а также существенно уменьшить число соединительных проводов на плате (в спроектированном варианте 18 линий вместо 88). Выбор периферийных ИС с последовательным интерфейсом - решающий фактор для разработки эффективного схемотехнического решения контроллера второго типа. Причём появление на рынке специальных интерфейсных компонентов с широким диапазоном напряжений питания, повышенной помехозащищенностью и автоматическим энергосбережением, которое защищает компонент от перегрева, позволяет не только компактно решить функциональные задачи, но и по-другому подойти к проектированию системы питания контроллера. При разработке рассматривались три способа реализации периферии с доступом по последовательному интерфейсу. Первый способ заключается в использовании интерфейсных компонентов, питание входных и выходных цепей которых может осуществляться непосредственно от источника нестабильного высокого напряжения (17...34 В). При этом интерфейс последовательного обмена питается от стабилизированного источника для МК. Примером такого компонента может служить ИС МС33972 фирмы Freescale Semiconductor. Второй способ - это использование в качестве интерфейсных компонентов стандартных цифровых ИС общего применения, например, последовательных регистров. Для формирования стабилизированного напряжения питания 5В ±10% используются ИС аналогового стабилизатора. И, наконец, третий способ - использование всё тех же регистров, но с питанием от DC/DC-преобразователя. Каждый из этих способов имеет свои достоинства, недостатки и границы применения, которые мы попытаемся определить. Рассмотрим первый способ. Выбор микросхемы МС33972 в качестве интерфейсного компонента не случаен. Основное преимущество этой ИС заключается в том, что её выводы могут работать как на выход с токовой нагрузкой до 16 мА и коммутируемым напряжением до 40 В, так и на вход с диапазоном напряжений 0...40 В. Единственный недостаток ИС состоит в том, что значения токов отсечки выходов не регулируются плавно, а выбираются из двух возможных значений: 2 или 16 мА (задаётся программно по интерфейсу SPI). Поэтому, несмотря на то, что на выводах реализован режим источника тока, использование ИС в качестве драйвера светодиода с номинальным током 10 мА требует включения в цепь светодиода балластного резистора. Решение на основе ИС МС33972 обладает рядом существенных преимуществ:
При этом корпус ИС может рассеять мощность до 1,7 Вт, что достаточно для сохранения рабочей температуры корпуса даже при нагрузке всех выводов максимальным ТОКОМ;
Рис. 32. Функциональная схема контроллера с последовательной загрузкой адаптеров ввода/вывода
Причём при использовании драйвера ввода осуществляется автоматическое детектирование изменения логического уровня входного сигнала. Порог срабатывания равен 4 В, что позволяет работать с зашумленными сигналами;
Альтернативным решением может быть применение в качестве интерфейсных компонентов последовательных сдвиговых регистров, питание которых осуществляется от маломощного стабилизатора напряжения. Главное преимущество данного способа - низкая стоимость. Но при этом у него есть существенные ограничения. Во-первых, регистры могут использоваться только в качестве выходов. Во-вторых, при большом числе линий вывода затруднено использование аналогового стабилизатора напряжения из-за возрастания тока потребления по цепи 5,0 В. Однако проблема с питанием контроллера может быть решена применением DC/DC-преобразователя необходимой мощности. На рисунке б представлен график с примерными ценами на МК вместе с интерфейсными компонентами в зависимости от общего количества выводов промышленного контроллера. Из графика можно сделать вывод, что в секторе А, т.е. при малом количестве линий ввода/вывода, приемлемы все три рассмотренных варианта исполнения контроллера. При большом количестве линий ввода/вывода, т.е. в секторах В и С, третий вариант (с применением DC/DC-преобразователя) становится заметно дороже двух других. Первый и второй варианты исполнения примерно одинаковы по затратам, но, как было отмечено ранее, первый вариант (с использованием МК с большим количеством линий ввода/вывода) уступает по помехоустойчивости и габаритам. Поэтому контроллер с большим числом дискретных входов и выходов был реализован на основе маловыводного МК MC68HC908QY4A/QY8A и ИС интеллектуальной периферии МС33972.
Рис. 33. Зависимость стоимости основных комплектующих от числа линий ввода/вывода контроллера Стоимость 1 - стоимость МК в зависимости от количества линий ввода/вывода. В секторах А и В задействуются восьмиразрядные МК, а в секторе С - шестнадцатиразрядные (1 - MC68HC908JL3E, 2 - MC68HC908MR16, 3 - MC912D60A, 4 - MC9S12A256); Стоимость 2 - стоимость МК MC68HC908QY4 плюс стоимость ИС МС33972 в зависимости от их количества, т.е. от общего числа выводов; Стоимость 3 - стоимость последовательных регистров МС74НС589А плюс стоимость МК типа MC68HC908QY4 плюс стоимость элемента питания (аналоговый стабилизатор или DC/DC-преобразователь), в зависимости от количества регистров, т.е. от общего числа выводов. В секторе А для питания схемы используется аналоговый стабилизатор напряжения, а в секторах В и С - DC/DC-преобразователь (предполагается, что по каждому выходу потребляется ток 10 мА).
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|