Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С

Пак Дэниэл Дж.

10. International Electro technical Commission. IEC 61000 Series Guidelines, www.iec.ch.

11. Johnson, Howard. High-Speed Digital Design: A Handbook of Black Magic. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1993.

12. Kobeissi, I. «Noise Reduction Techniques for Microcontroller-Based Systems.» Application Note AN1705/D. Motorola, Inc., 1999.

13. Lun, Т. С. «Designing for Board Level Electromagnetic Compatibility.» Application Note AN2321/D. Motorola, Inc., 2002.

14. Maxim Integrated Products, «MAXIM Microprocessor Supervisory Circuits.» MAX 690-695. April 1995.

15. Motorola, Inc. «High-Speed CMOS Logic Data.» 1989.

16. Welch, Т. В. «Teaching Three Phase Power — A Low Voltage Approach.» Paper presented at the ASEE Annual Conference, Milwaukee, WI, June 1997. Welch,

Т. В., and J. N. Berry. «Teaching Three-Phase Electrical Power Using a Low-Vollage Power Supply.» Paper presented at the ASEE Annual Conference, Seattle, WA, 1998.

6.9. Вопросы и задания

Основные

1. Опишите методы правильного обращения с устройствами CMOS.

2. Что может случиться, если обращаться с устройствами CMOS неправильно?

3. Что такое «дребезг» переключателя? Как исключить влияние «дребезга» переключателя?

4. Опишите методы снижения потребляемой мощности во встроенных микроконтроллерных системах.

5. Создайте карту выбора батареи из обычно доступных типов. Включить такие пункты, как тип батареи, конструктивные размеры, емкость и стоимостные показатели.

6. Что такое стабилизация напряжения? Почему важно использовать методы стабилизации напряжения во встроенных микроконтроллерных системах?

Более сложные

1. Опишите различие между ESD, RFI, ЭМП помехами, посадками, и импульсами напряжения. Приведите пример для каждого типа помех.

2. Почему таймеры для встроенных микроконтроллерных систем представляют собой традиционный источник помех? Какие методы могут использоваться, чтобы снизить помехи от таймеров?

3. Почему важно подсоединять свободные вводы портов во встроенных микроконтроллерных системах? Как эти вводы должны быть правильно подключены?

4. Почему важно подсоединять свободные входы аппаратного прерывания во встроенной системе контроллера? Как эти вводы должны быть правильно подключены?

5. Расскажите о методах программной защиты.

Исследовательские

1. Разработайте систему источника питания с напряжением 5 В для 68HC12. Система должна иметь резервную литиевую батарею и содержать супервизор компании MAXIM. Разработайте блок-схему системы и детально опишите ее работу.

2. Опишите на двух страницах методы проектирования, позволяющие минимизировать чувствительность к помехам.

3. Изучите рекомендации от IEC 6100–4–2 до 6100–4–9. Кратко опишите каждое испытание.

Глава 7

ПРИМЕРЫ ВСТРОЕННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ ВЫ СМОЖЕТЕ:

• Применить структурный системный подход к проектированию встроенных микроконтроллерных систем;

• Создать детальное описание проекта;

• Выбрать модули в составе 68HC12, необходимые для конкретного применения;

• Описать структуру программного обеспечения встроенной микроконтроллерной системы, используя структуру программы и блок-схему алгоритма;

• Написать программу на языке Си для конкретного приложения.

Представим себе красивый, старинный дубовый сундучок для инструментов, подобный показанному на рис. 7.1. Каждая его секция разбита на отделения, для хранения ценных инструментов в каждом из лотков. На каждом из войлочных лотков аккуратно написано название инструмента. В том же лотке хранится также и инструкция по применению инструмента. В предыдущих главах мы описывали

аппаратные средства, программное обеспечение, и средства разработки систем. Именно они и лежат в этом «сундучке» инструментов, позволяющих разрабатывать, производить и внедрять встроенные системы управления. В этой главе мы покажем на различных примерах, как разрабатываются встраиваемые микроконтроллерные системы. Мы тщательно выбрали проекты, чтобы показать, как используются подсистемы МК 68HC12 и HCS12 для выполнения разнообразных задач. Методы совместного использования этих периферийных модулей мы покажем на ряде примеров. Для каждого такого примера, мы приведем детальное описание проекта, список используемых в нем подсистем 68HC12, краткие основы теории, если это необходимо, детальную структуру программы, сопровождаемую блок-схемой алгоритма и хорошо документированным программным кодом. Будут рассмотрены следующие примеры применения:

• Система привода для робота, движущегося вдоль стенок лабиринта;

• Лазерный проектор;

• Цифровой вольтметр;

• Система стабилизации скорости вращения двигателя с оптическим тахометром; 

• Парящий робот;

• Система защиты от несанкционированного внедрения на базе нечеткой логики;

• Электронная версия популярной игры в «15».

Рис. 7.1. Старинный сундук, с несколькими ящиками. В лотки ящиков мы уложили инструментальные средства, рассмотренные в предшествующих главах

В конце главы мы рассмотрим также процедуру программирования Flash-памяти с помощью отладочной платы «B32».

7.1. Система привода робота, движущегося вдоль стенок лабиринта

7.1.1. Описание проекта

В техническом задании на этот проект, предлагается разработать автономный робот, который мог бы проходить через неизвестный лабиринт. Робот должен двигаться через лабиринт, находя стенки лабиринта с помощью инфракрасных (ИК) локаторов (пар излучатель-приемник), и принимая решения, продвигаться вперед или назад, чтобы продолжить путь через лабиринт. При своем движении робот должен также избегать «мин» (магнитов), скрытых в полу лабиринта. Робот обнаруживает «мины» с помощью датчика Холла. Если робот обнаруживает «мину», то он останавливается, дает задний ход и объезжает ее.

Конструкция робота приведена на рис. 7.2. Корпус его состоит из двух легких связанных вместе алюминиевых платформ. На нижней платформе расположены два двигателя постоянного тока, приводящие в движение два больших колеса, установленных с обеих сторон корпуса. При использовании этой конструкции с двумя колесами, робот может управляться подобно танку. То есть, чтобы выполнить поворот по часовой или против стрелки на двигатели подаются сигналы. Два маленьких ролика с обеих сторон от робота используются, чтобы обеспечить его равновесие и устойчивость. Находясь в покое, робот опирается на три точки. На верхней платформе установлены пять ИК пар излучатель-приемник, которые позволяют роботу обнаружить стенки прямо перед собой и с любой стороны от корпуса. Верхняя платформа содержит также отладочную плату с микроконтроллером 68HC12, которая используется, чтобы принимать входные сигналы, вырабатывать решения, основанные на этих сигналах, и формировать сигналы управления двигателями для реализации этих решений. На нижней пластине робота установлен датчик Холла, позволяющий обнаруживать магнитные «мины».