10_Структура_Устройств на МК

1. СТРУКТУРА И ПРИНЦИП ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ НА
МИКРОКОНТРОЛЛЕРАХ
Несмотря на разнообразие устройств, выполняемых на микропроцессорах (МК) –
устройства релейной защиты и автоматики, регистраторы аварийных сигналов,
счетчики электрической энергии и др., все они в своей основе имеют общую
структуру. На рис.1 представлена структурная схема устройства на микроконтроллере.
На вход устройства могут поступать как аналоговые величины, так и дискретные
сигналы. Аналоговые величины, такие как температура, давление, расход, напряжение,
ток и т.д., предварительно должны пройти определенные этапы преобразования:
вначале они преобразовываются в удобную для дальнейшей обработки форму – в
электрический сигнал. Для этих целей используются различные датчики: датчики
температуры, датчики давления, датчики расхода, датчики тока, датчики напряжения и
др. Но значения электрических сигналов на выходах датчиков имеют большой
разброс. Так, например, сигнал на выходе датчиков температуры – термопар,
составляет десятки милливольт, на выходе датчиков тока – трансформаторов тока,
единицы или десятки ампер. Для преобразования их к уровню, удобному для
обработки с помощью современных электронных устройств (а это, как правило,
сигналы
в
виде
напряжения
в
несколько
вольт)
используются
различные
измерительные преобразователи – ИП.
Поскольку микроконтроллер может обрабатывать информацию, представленную
только в виде цифровых двоичных кодов, далее аналоговый сигнал должен быть
преобразован
в
цифровой.
Эту
операцию
выполняют
аналого-цифровые
преобразователи АЦП. Типичным решением стало использовать один АЦП для
преобразования нескольких аналоговых сигналов (как правило 8 или 16). Объясняется
это сложностью и дороговизной АЦП. Подключение нескольких сигналов к одному
АЦП осуществляется с помощью коммутатора аналоговых сигналов.
ИП1
ДА2
ИП2
КАС
АЦП
ИПn
ДАn
+
+
+
ДС1
ДС2
Устройство
приема
дискретных
сигналов
ШИНА Адреса/Данных/Управления
ДА1
МК
ОЗУ
ПЗУ
Интерфейс
в/в
ДСn
Рис.1.Структурная схема устройства на микроконтроллере
ДА – датчики аналоговых сигналов
ДС – датчики дискретных сигналов
ИП – измерительные преобразователи
КАС – коммутатор аналоговых сигналов
АЦП – аналого-цифровой преобразователь
МК – микроконтроллер
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство
ПЗУ – постоянное запоминающее устройство
С выхода АЦП сигналы по шине данных поступают в микроконтроллер,
обрабатываются в соответствии с программой, находящейся в памяти ПЗУ, результаты
обработки могут помещаться в оперативную память – ОЗУ для временного хранения
или поступать через интерфейс ввода/вывода на внешние устройства для управления
или отображения различной информации.
Основной отличительной особенностью микропроцессоров является программное
управление их функционированием. Это обстоятельство позволяет представлять
различные
устройства
как
систему
арифметико-логического
преобразования
информации, содержащейся во входных величинах, и позволяет использовать для ее
обработки мощный математический аппарат.
Представленная на рис.1 структурная схема лежит в основе многих современных
аппаратно-программных комплексов, в частности применяемых в энергетике. К ним
можно отнести:
- устройства релейной защиты и автоматики;
- регистраторы аварийных событий;
- автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого
учета энергии (АИИС КУЭ);
- счетчики электрической энергии и др.
Основным элементом этих устройств является микроконтроллер.