CC BY
172
3. Получение практических результатов в виде модернизированных конструкций датчиков. Проведенные натурные испытания, как на базе НИИФИ, так и на базе заказчика (НПО "Энергомаш") подтвердили правильность расчетов математической модели датчиков и показали значительное улучшение выходных характеристик датчиков.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Мокрое Е.А. Состояние и пути развития датчиков давления в информационно-измерительных системах ракетно-космических комплексов//Труды Международного симпозиума "Надежность и качество". -Пенза,2001. -С. 8.
2. Мокрое Е.А. Направления развития металлопленочных тензорезистивных датчиков давле-ния//Труды Международного симпозиума "Надежность и качество". -Пенза,2001. -С. 180.
3. Джашитое В.Э., Панкратов ВМ. Динамика температурно-возмущенных гироскопических приборов и систем. -Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1998. -236 с.
4. Джашитое В.Э., Панкратов В.М. Математические модели теплового дрейфа гироскопических датчиков инерциальных систем / Под общей редакций академика РАН В.Г. Пешехонова. -СПб.: ГНЦ РФ - ЦНИИ "Электроприбор", 2001. -150 с.
5. Трофимов А.А., Конаков Н.Д. Исследование по расширению диапазона измерения бесконтактных амплитудно-фазовых трансформатных датчиков линейных перемещений//ВНТК "Методы и средства измерения в системах контроля и управления". -Пенза,2001. -С.15.
6. Тихомиров Д.В. Некоторые аспекты снижения погрешности датчиков давления от воздействия нестационарных температур//Сборник тезисов докладов НТК молодых специалистов. -Королев, Московская область, 2002. -С.24.
7. Тихомиров Д.В., Рогонов А.А. Экспериментальное исследование температурных полей датчика давления Вт212 с помощью программного комплекса «Термоудар» //Труды международной конференции «Методы и средства измерения в системах контроля и управления». -Пенза,2002. -С.106.
С.А.Синютин
ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ В ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ДАТЧИКАХ
MICROCHIP PIC
Для построения интеллектуальных датчиков (ИД) в настоящее время, как правило, применяют RISC-микроконтроллеры с разрядностью 8 и 16 бит. Современные 8разрядные RISC-микроконтроллеры занимают промежуточную нишу по своим техническим характеристикам между классическими 8-разрядными микроконтроллерами и их 16-разрядными кузенами. Высокая производительность и меньшая, чем у 16-разрядных МК, цена превращают RISC-микроконтроллеры в мощный инструмент для построения эффективных многофункциональных контроллеров, используемых в самых разнообразных приложениях.
Первые микроконтроллеры компании MICROCHIP PIC16C5x появились в конце 80-х годов и благодаря своей высокой производительности и низкой стоимости составили серьёзную конкуренцию производимым в то время 8-разрядным МК с CISC-архитектурой. Основное достоинство PIC-контроллеров — их простота и эффективность. В основу концепции PIC, единую для всех выпускаемых семейств, была положена RISC-архитектура с системой простых однословных команд, применение встроенной памяти программ и данных и малое энергопотребление.
Система команд базового семейства PIC165x содержит только 33 команды. Как ни странно, и это сыграло свою роль в популяризации PIC-контроллеров. Все команды
(кроме команд перехода) выполняются за один машинный цикл (или четыре машинных такта) с перекрытием по времени выборок команд и их исполнения, что позволяет достичь производительности до 5 MIPS при тактовой частоте 20 МГц. Микроконтроллеры PIC имеют симметричную систему команд, позволяющую выполнять операции с любым регистром, используя любой метод адресации.
В настоящее время MICROCHIP выпускает четыре основных семейства 8разрядных RISC-микроконтроллеров, совместимых снизу вверх по программному коду:
- базовое семейство PIC15Cx с 12-разрядными командами, простые недорогие микроконтроллеры с минимальной периферией;
- PIC12Cxxx с 12-разрядными командами со встроенным тактовым генератором, выпускаемые в миниатюрном 8-выводном исполнении;
- Mid-range PIC16x/7x/8x/9x с 14-разрядными командами; наиболее многочисленное семейство, объединяющее микроконтроллеры с разнообразными периферийными устройствами, в число которых входят аналоговые компараторы, аналогово-цифровые преобразователи, контроллеры последовательных интерфейсов SPI, USART и I2C, таймеры-счётчики, модули захвата/сравнения, широтно-импульсные модуляторы, сторожевые таймеры, супервизорные схемы и так далее;
- High-end PIC17C4x/5xx высокопроизводительные микроконтроллеры с расширенной системой команд 16-разрядного формата, работающие на частоте до 33 МГц, с объёмом памяти программ до 16 Кслов; кроме обширной периферии почти все микроконтроллеры этого семейства имеют встроенный аппаратный умножитель 8г8, выполняющий операцию умножения за один машинный цикл.
Большинство PIC-контроллеров выпускаются с однократно программируемой памятью программ OTP с возможностью внутрисхемного программирования или масочным ROM. Для целей отладки предлагаются версии с ультрафиолетовым стиранием, надо признать, не очень дешёвые. Полное количество выпускаемых модификаций PIC-контроллеров составляет порядка пятисот наименований. Как не без основания утверждает MICROCHIP, продукция компании перекрывает весь диапазон применений 8разрядных микроконтроллеров.
Особый акцент MICROСHIP делает на максимально возможное снижение энергопотребления для выпускаемых микроконтроллеров. При работе на частоте 4 МГц PIC-контроллеры, в зависимости от модели, имеют ток потребления меньше 1,5 мА, а при работе на частоте 32,768 КГц — ниже 15 мкА. Поддерживается “спящий” режим работы. Диапазон питающих напряжений PIC-контроллеров составляет 2,0 - 6,0 В.
В настоящее время готовится к запуску в производство новое, пятое семейство PIC-контроллеров PIC18Cxxx. Новые микроконтроллеры будут иметь расширенное RISC-ядро, оптимизированное под использование нового Си-компилятора, адресное пространство программ до 2 Мбайт, до 4 Кбайт встроенной памяти данных и производительность 10 MIPS.
Из программных средств отладки наиболее известны и доступны различные версии ассемблеров, а также интегрированная программная среда MPLAB. Российские производители программаторов и аппаратных отладочных средств также уделяют внимание PIC-контроллерам. Выпускаются как специализированные программаторы, такие как PICPROG, программирующие почти весь спектр PIC-микроконтроллеров, так и универсальные UNIPRO, СТЕРХ, поддерживающие наиболее известные версии PIC.
Atmel AVR
В отличие от MICROCHIP, компания ATMEL Corp. — один из мировых лидеров в производстве широкого спектра микросхем энергонезависимой памяти, FLASH-микроконтроллеров и микросхем программируемой логики, взяла старт по разработке RISC-микроконтроллеров в середине 90-х годов, используя все свои технические решения, накопленные к этому времени.
Концепция новых скоростных микроконтроллеров была разработана группой разработчиков исследовательского центра ATMEL в Норвегии, инициалы которых затем сформировали марку AVR. Первые микроконтроллеры AVR AT90S1200 появились в середине 1997 года и быстро снискали расположение потребителей. AVR-архитектура, на основе которой построены микроконтроллеры семейства AT90S, объединяет мощный гарвардский RISC-процессор с раздельным доступом к памяти программ и данных, 32 регистра общего назначения, каждый из которых может работать как регистр- аккумулятор, и развитую систему команд фиксированной 16-битовой длины. Большинство команд выполняются за один машинный такт с одновременным исполнением текущей и выборкой следующей команды, что обеспечивает производительность до 1 MIPS на каждый МГц тактовой частоты.
32 регистра общего назначения образуют регистровый файл быстрого доступа, где каждый регистр напрямую связан с АЛУ. За один такт из регистрового файла выбираются два операнда, выполняется операция, и результат возвращается в регистровый файл. АЛУ поддерживает арифметические и логические операции с регистрами, между регистром и константой или непосредственно с регистром. Регистровый файл также доступен как часть памяти данных. 6 из 32-х регистров могут использоваться как три 16разрядных регистра-указателя для косвенной адресации. Старшие микроконтроллеры семейства AVR имеют в составе АЛУ аппаратный умножитель.
Базовый набор команд AVR содержит 120 инструкций. Инструкции битовых операций включают инструкции установки, очистки и тестирования битов.
Все микроконтроллеры AVR имеют встроенную FLASH ROM с возможностью внутрисхемного программирования через последовательный 4-проводной интерфейс. Периферия МК AVR включает: таймеры-счётчики, широтно-импульсные модуляторы, поддержку внешних прерываний, аналоговые компараторы, 10-разрядный 8-канальный АЦП, параллельные порты (от 3 до 48 линий ввода и вывода), интерфейсы UART и SPI, сторожевой таймер и устройство сброса по включению питания. Все эти качества превращают AVR-микроконтроллеры в мощный инструмент для построения современных, высокопроизводительных и экономичных контроллеров различного назначения.
В рамках единой базовой архитектуры AVR-микроконтроллеры подразделяются на три подсемейства:
- Classic AVR — основная линия микроконтроллеров с производительностью отдельных модификаций до 16 MIPS, FLASH ROM программ 2-8 Кбайт, EEPROM данных 64-512 байт, SRAM 128-512 байт;
- mega AVR с производительностью 4-6 MIPS для сложных приложений, требующих большого обьёма памяти, FLASH ROM программ 64-128 Кбайт, EEPROM данных 64-512 байт, SRAM 2-4 Кбайт, SRAM 4 Кбайт, встроенный 10-разрядный 8канальный АЦП, аппаратный умножитель 8г8;
- tiny AVR — микроконтроллеры с низкой стоимостью в 8-выводном исполнении имеют встроенную схему контроля напряжения питания, что позволяет обойтись без внешних супервизорных микросхем.
AVR-микроконтроллеры поддерживают спящий режим и режим микропотребления (powerdown). В спящем режиме останавливается центральное процессорное ядро, в
то время как регистры, таймеры-счётчики, сторожевой таймер и система прерываний продолжают функционировать. В режиме микропотребления сохраняется содержимое всех регистров, останавливается тактовый генератор, запрещаются все функции микроконтроллера, пока не поступит сигнал внешнего прерывания или аппаратного сброса. В зависимости от модели AVR-микроконтроллеры работают в диапазоне напряжений 2,76 В либо 4-6 В (исключение составляет ATtiny12V с напряжением питания 1,2 В).
Средства отладки. ATMEL предлагает программную среду AVR-studio для отладки программ в режиме симуляции на программном отладчике, а также для работы непосредственно с внутрисхемным эмулятором. AVR-studio доступен с WEB-страницы ATMEL, содержит ассемблер и предназначен для работы с эмуляторами ICEPRO и MegaICE. Ряд компаний предлагают свои версии Си-компиляторов, ассемблеров, лин-ковщиков и загрузчиков для работы с микроконтроллерами семейства AVR. Как и продукция MICROCHIP, микроконтроллеры ATMEL широко применяются в России и, как следствие, программируются многими отечественными программаторами. Ряд российских фирм предлагает также различные аппаратные средства отладки AVR-микроконтроллеров.
XEMICS CoolRISC
Компания Xemics (Швейцария) известна своими технологическими решениями в области производства микроэлектроники для применений в портативных или автономных системах с батарейным питанием. Имея большой опыт в подобных разработках, Xemics в 1996 году создаёт RISC-ядро с недвусмысленным названием CoolRISC и с уникальным соотношением производительность/потребление, ставшее базой для производства микроконтроллеров семейства XE8000, оставившим позади в соревновании за микропотребление даже лучших представителей MICROCHIP.
Гарвардское RISC-ядро процессора выполняет все 33 команды 22-битового формата, в том числе и команды перехода за один машинный такт. 3-уровневый конвейер команд - выборка, исполнение и запись - позволяет достичь производительности до 1 MIPS на 1 МГц тактовой частоты. В отличие от большинства RISC-процессоров CoolRisc-процессор содержит четыре 8-разрядных рабочих регистра и регистр-аккумулятор, четыре 16-разрядных индексных регистра, а также поддерживает не только инструкции регистр-регистр, но и регистр-память с возможностью запоминания результата в третьем регистре, выполняемые за один такт. Регистр-аккумулятор не имеет ничего общего с подобным регистром, использующимся во всех арифметических и логических операциях обычных CISC-процессоров. Это просто регистр, где запоминается результат операции АЛУ. Аппаратный умножитель является неотъемлемой частью АЛУ и позволяет проводить операции знакового и беззнакового умножения.
Микроконтроллеры XE8000 подразделяются на две основные ветви: XE8301 и ХЕ88х1. Общим для всех членов семейства являются встроенная память программ (FLASH или MASK ROM версии) размером 8Кх22 слов, память данных 512х8 байт, внутренний RC-генератор от 100 кГц до 10 МГц с возможностью программной настройки.
В периферию микроконтроллеров входят:
- сторожевой таймер;
- схема сброса по включению питания;
- схема контроля питающего напряжения, UART и последовательный синхронный
порт;
- 4 каскадируемых 8-битовых таймера-счётчика с возможностью работы в режимах ШИМ и захвата/сравнения;
- поддержка внешних прерываний;
- параллельные порты, до 20 линий ввода/вывода.
Кроме стандартного набора режимов SLEEP и Power Down, очень интересной особенностью является существование программной опции включения/выключения любого периферийного устройства в целях снижения энергопотребления, а также опция программной установки делителя тактовой частоты для той же цели.
XE8301 является микроконтроллером общего назначения, работающим в диапазоне питания от 1,2 до 5 В (MASK ROM) и 2,4-5,5 В (версия с FLASH ROM), выпускаемым в 20- и 28-выводном исполнении. При работе с производительностью 4 MIPS потребление контроллера составляет всего-навсего 1,24 мА, при 1 MIPS — снижается до 310 мкА, а при подключении генератора 32,768 кГц суммарный ток, потребляемый микроконтроллером, составляет всего 6 мкА.
Микроконтроллеры XE88х1 имеют встроенный АЦП с разрешением до 16 бит (XE8801) и АЦП плюс два дополнительных цифро-аналоговых преобразователя: широтно-импульсный и токовый (XE8851). Аналоговый мультиплексор на входе АЦП обеспечивает коммутацию 4 дифференциальных сигналов либо 7 отдельных сигналов и одного референтного. Встроенный аналоговый усилитель, следующий за мультиплексором, имеет схему компенсации напряжения смещения и программируемый коэффициент усиления 0,5-1000. Очередной новинкой Xemics в содружестве Massana Inc. стал новый микроконтроллер CoolRISC+FILU-50, объединяющий на одном кристалле архитектуру CoolRISC и 16-битовый сигнальный процессор с фиксированной точкой, 40-битовым аккумулятором и с суммарной производительностью до 60 MIPS.
К настоящему времени Xemics разработан стандартный набор для разработки и отладки систем на базе XE8000: ассемблер, Си-компилятор, программная среда CoolRISC Software DE для отладки и программной симуляции. Доступны также внутрисхемный эмулятор, программатор и стартовые наборы.
TEXAS INSTRUMENTS. MSP 430
16-разрядные микроконтроллеры представлены у TI двумя основными ветвями. Первое семейство TMS370C16 является дальнейшим развитием 8-разрядных МК TMS370 для применений, требующих более мощных процессоров. Вслед за тем, как в конце 90-х TI отказалась от планов дальнейшего развития и модернизации TMS370, ограничившись выпуском уже существующих версий, зловещая тень неизбежной смерти опустилась и на их старших родственников TMS370C16. На этом фоне очень оптимистично смотрятся сегодня положение и перспективы для другой ветви 16-разрядных микроконтроллеров TI, семейства MSP 430 компании Texas Instruments MSP430, на котором по заявлению компании будут сконцентрированы все (или почти все) усилия TI по прогрессу в области МК.
Сами микроконтроллеры MSP430 обладают уникальными характеристиками, в частности, по экономичности и соотношению производительность/потребление, что позволило им занять прочные позиции в применениях, связанных с использованием энергосберегающих технологий. Реально производительность MSP430 может составлять до 5 MIPS, что является отнюдь не худшим результатом для 16-разрядных МК. Мало кто из выпускаемых сейчас 16-битовых микроконтроллеров имеет процессорный цикл меньше 100 нс и, более того, выполняет в течение одного этого цикла большинство команд.
В настоящее время TI выпускает четыре основные линии МК: MSP430x310, MSP430X320, MSP430X330 и MSP430x11x, реализованные на одном базовом ядре и
различающиеся в основном по быстродействию, ёмкости встроенной памяти и набору периферийных устройств.
RISC-подобный неймановский процессор содержит 16 16-разрядных регистров, из которых 4 используются как счётчик команд, адресующий соответственно до 64 Кбайт памяти, указатель стека, регистр слова состояния программы и так называемый регистр формирования констант (о его назначении чуть ниже). Остальные 12 регистров являются регистрами общего назначения, используемыми по мере необходимости в качестве регистров-аккумуляторов, адресных регистров, реализующих косвенную, индексную, косвенную с постинкрементом адресацию, а также просто регистров для хранения операндов. Процессор использует ортогональную (симметричную) систему команд, позволяющую выполнять любую операцию с любым регистром, используя любой метод адресации. Набор команд содержит 27 базовых инструкций. Дополнительные 24 команды эмулируются процессором. То есть, например, когда компилятор встречает команду "DEC R6", то в итоге она выполняется как инструкция "SUB #1, R6".
Необходимые для эмуляции константы формирует регистр констант. Большинство эмулируемых команд требуют на выполнение такого же (не большего) числа циклов процессора, что и базовые инструкции, за исключением пяти команд, использующих сразу несколько базовых инструкций. Формат команд, в зависимости от используемого метода адресации и типа команды, может составлять 2, 4 и 6 байт. При прямой регистровой адресации инструкции выполняются за один цикл процессора (до 200 нс) и занимают всего 2 байта. Использование других методов адресации может увеличить время исполнения от 2-3 (косвенная и индексная адресация для одного операнда) до 4-6 процессорных циклов (абсолютная адресация или использование косвенной и индексной адресации для обоих операндов) и соответственно удлинить команду до 4 или 6 байт. Некоторые серии MSP430 содержат аппаратный умножитель, позволяющий выполнять знаковое и беззнаковое умножение 16x16 за 1-2 цикла процессора.
Микроконтроллеры MSP430, в зависимости от модели, имеют встроенное ПЗУ объёмом от 2 до 32 Кбайт, масочное или однократно программируемое (серия MSP430F11x содержит даже FLASH размером до 4 КБайт).
Емкость внутреннего ОЗУ составляет от 128 байт до 2 Кбайт. МК не имеют возможности адресовать внешнюю память программ, хотя в планах TI - в будущих разработках реализовать увеличенную до 1 Мбайт сегментную модель памяти. Следовательно, использовать их в режиме микропроцессора пока нельзя. Для целей отладки выпускаются кристаллы с ультрафиолетовым стиранием.
Номенклатура периферийных устройств зависит от серии МК. Серия MSP430x310 содержит довольно ограниченный набор периферии, который включает:
- 2 8-разрядных таймера/счётчика, каскадируемых в 16-разрядный и реализующих при необходимости функции простого интегрирующего АЦП;
- основной таймер, состоящий из двух 8-разрядных каскадируемых таймеров;
- 15-разрядный сторожевой таймер с функцией таймера общего назначения;
- драйвер 64- и 96-сегментного LCD-дисплея (у других серий количество управляемых сегментов может доходить до 120).
Микроконтроллеры серии MSP430х320 дополняют этот набор блоком аналоговой обработки на основе 6-канального АЦП с разрядностью 12+2 бит, со встроенным ИОН и временем преобразования 96 и 132 циклов процессора.
Серия MSP430x330, по сравнению с MSP430x310, имеет расширенный таймерный блок, включающий дополнительный 16-разрядный таймер/счётчик и 5 регистров захва-
та/сравнения. Кроме этого, они имеют аппаратный умножитель, дополнительные линии ввода/вывода, контроллер последовательного интерфейса USART. Последние из выпущенных микроконтроллеров MSP430x11x содержат 16-разрядный таймер/счётчик с тремя регистрами захвата/сравнения и производятся в 20-выводном корпусе SOP.
Главным отличием МК MSP430 от других (обычных) микроконтроллеров, конечно, является очень высокое соотношение производительность/потребление, превышающее 660 MIPS/Watt. Микроконтроллеры могут формировать внутреннюю тактовую частоту (1-3 МГц) от внешнего генератора частотой 32768 Гц. При напряжении питания 3 В и внутренней тактовой частоте 1,1 МГц потребление микроконтроллера составляет только 350 мкА. Минимальный ток потребления в режиме ожидания не превышает 1,5 мкА. Выход из режима ожидания происходит всего за 6 мкс.
МК MSP430 выпускаются в корпусах 48/56 SSOP (MSP430x310), 64QFP или 68PLOO (MSP430х320), 100QFP (MSP430x330).
Семейство MicroConverter™
Семейство изделий MicroConverter™ от фирмы Analog Devices являются первыми устройствами, которые содержат все компоненты ИД на одном кристалле.
Три основных составляющих каждого устройства из серии MicroConverter™: высокое разрешение при аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразовании, наличие не разрушаемой постоянной памяти (FLASH EEPROM) программ и данных и наличие микроконтроллера. Все три устройства содержат 12-разрядный ЦАП с выходом в виде напряжения, прецизионный источник опорного напряжения по запрещенной зоне и встроенный датчик температуры. В таблице перечисляются основные характеристики аналогового ввода/вывода устройств.
Aналоговый ввод/вывод микроконтроллеров
АБиС816 АБиС812 АёиС810
Сдвоенный АЦП >16 разрядов; С/Ш(р-р)>100дБ; дифференциальные входы; усилитель с ПУ; самока-либровка 12-разрядный ЦАП; вольтовый выход; < 1/2 МЗР БЖ Наличие встроенного ИОН Наличие встроенного датчика температуры 8-канальный АЦП с РПП 12 разрядов; 5 мкс; <1/2 МЗР ГЖ; наличие режима ПДП; самокалибровка Два 12-разрядных ЦАП; вольтовый выход; < 1/2 МЗР БЖ Наличие встроенного ИОН Наличие встроенного датчика температуры 8-канальный АЦП с РПП 10 разрядов; <1/2 МЗР ШЪ 12-разрядный ЦАП; вольтовый выход; < 1/2 МЗР БЖ Наличие встроенного ИОН Наличие встроенного датчика температуры
В состав микроконтроллера входит 8 Кбайт неразрушаемой ГЬА8Ы-памяти программ. Все изделия обладают ГЬА8Ы-памятью и микропроцессорным ядром со следующими характеристиками:
- ядро индустриального стандарта 8052;
- 12 машинных циклов на команду при тактовой частоте до 16 МГц;
- 32 цифровых порта ввода/вывода;
- три 16-битных счетчика/таймера;
- универсальный последовательный асинхронный порт (UART);
- последовательный интерфейс, совместимый с SPI или I2C;
- сторожевой таймер;
- монитор источника питания;
- счетчик временных интервалов (ADuC816/810).
Основной канал АЦП состоит из 24-разрядного 2А преобразователя, который дает отношение сигнал/шум лучше 16 разрядов. Данный канал также включает в свой состав усилитель с программируемым коэффициентом усиления.
ADuC816 является изделием с самым высоким разрешением из семейства MicroConverter. Его аналоговая часть состоит из 2 раздельных АЦП с гибкой схемой мультиплексирования двух входных дифференциальных каналов.
Это позволяет выполнять непосредственное преобразование сигналов низкого уровня с таких датчиков, как термопары, терморезисторы, тензодатчики и т.д. С целью определения целостности внешней цепи можно использовать два контрольных источника тока, пропуская их очень малый ток через внешнюю цепь, включая датчики. Основной канал АЦП можно мультиплексировать на обработку сигналов с обоих дифференциальных входов, а второй дифференциальный вход можно перенаправить на дополнительный канал АЦП, который является 16-разрядным преобразователем с отношением сигнал/шум лучше 14 разрядов. Вспомогательный канал также можно использовать для считывания температуры со встроенного датчика. Два источника тока по 200 мкА (IEXCL и IEXC2) можно использовать для возбуждения таких датчиков, как резистивные датчики температуры. Как АЦП, так и ЦАП могут работать от внутреннего источника опорного напряжения по запрещенной зоне 2,5 В или от внешнего ИОН.
Исключительно низкое рассеивание мощности устройством можно получить в узкополосных приложениях, устанавливая ИС в режим микропотребления в течение длительного интервала времени. Устройство получает свою тактовую частоту 12 МГц, используя внутренний ФАПЧ, из 32 кГц часового кварцевого резонатора. В режиме микропотребления работа ФАПЧ на генерацию 12 МГц запрещается, но резонатор 32 кГц продолжает работать, управляя счетчиком временных интервалов, который может быть установлен на «пробуждение» устройства в соответствии с заданным временным интервалом. ADuC816 можно также сконфигурировать «на пробуждение» по получению внешнего прерывания.
ADuC812 имеет быстрый 12-разрядный АЦП последовательного приближения на 8 входных каналов, при этом большая часть его периферии соответствует ИС ADuC816.
Поскольку 8-разрядный микроконтроллер с производительностью 1MIPS не может обслужить 12-разрядный АЦП на максимальной частоте выборок 200 кГц, в состав кристалла введен контроллер прямого доступа к памяти (ПДП) для автоматической записи результатов преобразования АЦП во внешнюю память, освобождая тем самым микропроцессорное ядро для выполнения других операций. Вне зависимости от того, в каком режиме находится АЦП (прямой доступ к памяти или нормальный режим), преобразование можно запускать несколькими способами. Преобразование можно запускать программно или автоматически по переполнению таймера, позволяя тем самым точно устанавливать частоту выборок.
Для приложений, требующих точной взаимной синхронизации, можно также использовать аппаратный запуск преобразования.
АБиС812 содержит два 12-разрядных ЦАП, которые можно включать и выключать независимо один от другого и модифицировать их либо одновременно, либо независимо друг от друга. Выходной диапазон ЦАПов можно устанавливать или от 0 до Уаа, или от О до УЯЕР. При этом УКЕБ может быть либо внутренним источником опорного напряжения по запрещенной зоне 2,5 В, либо внешним опорным источником. Внутренний опорный источник, если он используется, необходимо буферизовать, если он управляет внешними цепями.
Поскольку вся внутренняя логика кристалла статическая, тактовая частота может быть уменьшена до любой величины, что обеспечит исключительно низкое рассеивание мощности, в случае узкополосных приложений. Для приложений, требующих большей скорости тактовую частоту можно увеличить, доведя ее до максимальной частоты 16 МГ ц, что несколько увеличивает производительность микроконтроллера по сравнению с номиналом.
Т ак как изделия семейства МюгоСопуейег базируются на стандартном микропроцессорном ядре 8052, то можно пользоваться программным обеспечением, справочными материалами и средствами от сторонних поставщиков, которые уже существуют для микропроцессоров семейства 8051/8052.
Версии с большим объемом памяти будут дополнять одно или более из существующих уже изделий, может также быть добавлена дополнительная связная аппаратура для будущих изделий семейства МюгоСопуейег с тем, чтобы можно было организовывать непосредственную связь с индустриальными сетями или РС-платформами. Вероятно, будут изделия с более мощными обрабатывающими микропроцессорами. Однако не следует сравнивать данные устройств с базовыми микроконтроллерами. Эксплуатационный уровень аналогового ввода/вывода семейства МюгоСопуейег намного выше, чем тот, который существует в микроконтроллерах с аналоговыми портами ввода/вывода.
Вывод. Для ИД с жесткими требованиями по энергопотреблению следует применять микроконтроллеры Хеш^ и М8Р 430. Для скоростных ИД лучше подходят изделия АУК. Ы8С и Бсешх. Р1С-микроконтроллеры занимают среднее положение и в силу своей чрезвычайно широкой номенклатуры позволяют идеально подобрать микроконтроллер «точно такой, как нужно» для конкретного варианта ИД.
С.И. Клевцов, В.С.Линьков, Ю.А. Веретельников,
В.Г. Кузьминов
ПОГРЕШНОСТИ ВЫЧИСЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОМ ДАТЧИКЕ ПРИ МАТРИЧНО-ПОЛИНОМИАЛЬНОЙ АППРОКСИМАЦИИ ЕГО ГРАДУИРОВОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Повышение точности расчета давления в интеллектуальном датчике требует решения задач увеличения точности аппроксимации его градуировочной характеристики и снижения погрешностей, связанных с вычислениями, непосредственно осуществляемыми микропроцессорной системой датчика.
Проблема построения обратной градуировочной характеристики, с высокой точностью отражающей неидеальность выходной характеристики чувствительного элемента (ЧЭ) интеллектуального датчика давления, в немалой степени зависит от выбора типа аппроксимирующей функции [1]. В последнее время часто используются в качестве аппроксимирующих функций полиномы [2, 3]
