4.2. Применение мп в измерительных приборах

Измерительные приборы - системы, в которых применение МП может дать ощутимое повышение производительности, точности измерений, ввести дополнительные функции, позволяющие повысить эксплуатационные удобства при работе с приборами. В книге [11] подробно изложены особенности использования МП в различных измерительных системах; частотомерах, вольтметрах, осциллографах и т.п. Рассмотрим только один пример, самый простой, использования МП в частотомере. Стандартная схема частотомера, построенного на схемном принципе, изображена на рис. 4.3. Генератор счетных импульсов вырабатывает непрерывную последовательность достаточно коротких импульсов. Блок формирования временных интервалов в зависимости от частоты входного сигнала, образует временные ворота, длительность которых соответствует периоду входного колебания. Временные ворота подаются на временной селектор, который пропускает на выход только те счетные импульсы, которые попали во временные ворота. Таким образом, число счетных импульсов оказывается прямо пропорциональным периоду входного сигнала. Счетчик, на который подаются эти импульсы, подсчитывает их количество и формирует на дисплее значения измеренной частоты.

Рис. 4.3. Структурная схема цифрового частотомера

Структурная схема цифрового частотомера с микро-ЭВМ показана на рис. 4.4. Микро-ЭВМ в данной схеме берет на себя следующие функции:

• в зависимости от значения частоты входного сигнала она формирует временные интервалы для блока формирования временных ворот;

• переключает сигнал с одного мультиплексора на другой в зависимости от поддиапазона измерений;

• формирует значения измеренной частоты по показаниям счетчика и отображает их на дисплее;

• осуществляет ряд дополнительных действий, связанных с автоматизацией измерений.

Рис. 4.4. Структурная схема подключения микро-ЭВМ

Рассмотренный пример показывает, что в данном случае микро-ЭВМ не участвует в непосредственном формировании сигнала, а только управляет им. В других приборах, например, цифровых вольтметрах, осциллографах, микро-ЭВМ через АЦП и ЦАП непосредственно включаются в тракт обработка сигнала. Естественно, что во втором случае от нее требуется существенно большее быстродействие.

4.3. Применение мп в промышленности. Связи, в быту

Рассмотрим конкретный пример использования МП в средствах связи. Точно так же как и в измерительных приборах, МП могут использоваться непосредственно в тракте сигнала, и для управления характеристиками этого тракта. Например, в приемниках МП может обрабатывать входной сигнал, осуществляя цифровую фильтрацию, а может управлять синтезатором частоты для управления только настройкой приемника. В качестве примера использования МП в радиоприемных устройствах приведем схему вычислителя для автоматической настройки одиночного параллельного контура на частоту приемника Fo. Настройка проводится с помощью варикапа, на который подается управляющее напряжение Uупр. На рис. 4.5 показана упрощенная схема приемника.

Рис. 4.5. Схема входного контура приемника

Напряжение на контуре детектируется амплитудным детектором (АД),преобразуется в АЦП в двоичный код и поступает на МП. МП оценивает сигнал и выдает управляющее напряжение Uy, которое после ЦАП поступает на варикап для изменения частоты настройки контура. Задача, решаемая МП, состоит в поиске экстремума функции Uy(F). Из всех известных алгоритмов поиска вследствие малой разрядности МП выбирается метод нулевого порядка - метод случайного пошагового поиска экстремума с запоминанием верного шага.

Суть алгоритма состоят в следующем. Так как напряжение на контуре является функцией расстройки {Fk-Fo}, то пря изменении F изменяется и Uk. МП формирует приращение U4(может быть и положительным и отрицательным). Происходит сравнение Uk=f(Uy) и Ukn+1=f(Uy+Uy).Если Ukn+1>Ukn, то делается шаг в ту же сторону, в противном случае - в противоположную. Одноэкстремальный вид функции настройки позволяет одновременно осуществить операцию автоматического поиска частоты Fo. АЦП и ЦАП подсоединяются к МПС через порты ввода/вывода. Покажем на примере, как можно построить минимальную конфигурацию МПС на ОЭВМ серии MCS-51, выполняющую данную задачу. Для построения портов ввода/вывода используются порты Р1 и Р2 ОЭВМ (рис. 3.1). Это позволяет использовать для ввода/вывода команды ОЭВМ работы портами. Предположим, что для АЦП осуществляется программная задержка на время, большее времени преобразования, чтобы избежать ввода еще одного регистра для опроса сигнала готовности АЦП. Сигнал на ЦАП подается сразу из ОЭВМ через порт. Однако при регулировании необходимо организовать программную задержку на время установления переходных процессов в контуре. Кроме того, для исключения влияния шума на процесс регулирования нужно установить нижний предел изменения Uk.

Распределим ресурсы системы. Регистр ОЭВМ R2 будет хранить значения U_y, в R3 помещаются значения предыдущего шага U_k-1, а в А - последующего шага U_k. В регистр R4 в процессе работы программы будем помещать число N - параметр программной задержки. На рис. 4.6 приведена структурная схема программы автоматического поиска и настройки на резонанс. Пояснения, данные справа каждого программного блока иллюстрируют, логику программы. Программа занимает в ПЗУ 53 ячейки, время обработки одного значения U_k вместе с временной задержкой составляет 400 мкс.

Рассмотренный пример показывает особенности применения МП в радиосистемах: работа в реальном масштабе времени, экономия памяти и аппаратных средств, использование программной задержки и т.п.

Теперь рассмотрим другой пример: использование МПС в системах сбора и обработки данных. Пусть требуется спроектировать автоматизированную систему опроса 8-ми аналоговых каналов, МПС должна последовательно опросить каждый из каналов, принять аналоговые данные, преобразовать их в цифровую форму и запомнить в соответствующих ячейках памяти МПС для последующей обработки.

Рис. 4.6. Структурная схема алгоритма