Программно управляемый частотомер (стр. 5 из 6)
(Вт)Суммарная мощность, рассеиваемая резисторами, может быть оценена
(Вт)Далее целесообразно рассмотреть потребляемую мощность интегральных микросхем. Результаты сведены в таблицу.
Полная мощность, потребляемая всеми микросхемами РМ∑ может быть оценена
, (9)где PDAx, PDDx – мощность, потребляемая соответствующей аналоговой или цифровой микросхемой. Численные значения
(мВт)=1,625 (Вт)В общую потребляемую мощность входит также мощность, которая расходуется на индикаторах. Каждый сегмент индикатора потребляет мощность
,где Iпр – прямой ток через p‑n переход, мА; Uпр – падение напряжения на открытом переходе, В. Значение мощности получается в милливаттах.
У каждого семисегментного индикатора АЛС332Г имеется 8 сегментов с Iпр=20 мА и Uпр=2,5 В. Значит один индикатор потребляет 8∙20∙2,5=400 мВт. На светодиодах VD3, VD4 рассеивается мощность 20 мВт. Суммарная потребляемая мощность всех индикаторов Ринд∑
,где РHGx, PVDx– потребляемая мощность соответствующего семисегментного индикатора и светодиода. Числовое значение
(мВт)В итоге стали известны все составляющие общей мощности, которая потребляется всем прибором и теперь можно высчитать ее численное значение
(мВт)≈ 3,8 (Вт)Максимальная мощность, потребляемая прибором составляет, около 3,8 Вт.
3.3.Алгоритм работы микроконтроллера
Рис.4: «Блок-схема работы микроконтроллера»:
Управление работой всей системы происходит с помощью микроконтроллера. Последовательность действий микро-ЭВМ задает программа, записанная во внутренней памяти контроллера. Общая схема работы микроконтроллера такова.
При включении, срабатывает встроенный алгоритм сброса микросхемы. Значение всех регистров устанавливается в начальное состояние, запрещается обработка прерываний. Затем начинается выполнение зашитой программы по алгоритму, указанному в Приложении 5. Далее по программе происходит инициализация и установление режимов работы обоих счетчиков Т0 и Т1 посредством записи соответствующих значений в биты специальных регистров TMOD и TCON. Также установление необходимого бита в регистре режима прерываний EI разрешает микроконтроллеру выполнять программу обработки прерывания по переполнению счетчика T0. Запрещается индикация установлением на выводе Р1.0 уровня “1”.
На выводе порта Р3.7 устанавливается значение логической единицы, т.е. формируются первые временные ворота. Затем выполняется программа формирования временной задержки длительностью 1 с. Во время этого интервала счетчики производят подсчет импульсов, поступающих на их входы. Содержимое двухбайтовых регистров Т0 и Т1 увеличивается. Если при высокой частоте количество импульсов, пришедших на вход счетчика Т0, превысит емкость регистра, то происходит выполнение обработки прерывания по переполнению и содержимое дополнительного регистра инкрементируется. Это позволяет микроконтроллеру произвести подсчет 224 импульсов. По прошествии одной секунды, на выводе Р3.7 устанавливается “0” и формирование временных ворот заканчивается. Счетчики прекращают счет. В результате получены значения числа импульсов n и N.
Затем микроконтроллер выполняет операцию деления двоичных чисел n и N. Число импульсов n в общем случае трехбайтное, а N – двухбайтное около 10000dec. Так как в микроконтроллере реализована операция деления более чем восьмибитных чисел, то необходимо применять специальный алгоритм, выполняющий деление. В результате получается число, целая часть которого содержится в регистре R3, а дробная – в регистре R4.
Для получения окончательного результат необходимо умножить это число на коэффициент Fсч=10000.
Полученное значение частоты необходимо привести к виду, годному для вывода на индикаторы.
Результат переводится из двоичной формы в двоичнo‑десятичную и определяется предел частоты, т.е. как будет выводится результат – в герцах или в килогерцах. Выделяется та часть числа, которая будет выведена на семисегментные индикаторы, необходимо получить четыре значащих цифры. Определяется местоположение запятой. Теперь необходимо перевести число из двоично-десятичного кода в код семисегментного индикатора. Это производится при помощи таблицы соответствия, зашитой в памяти микроконтроллера.
Полученные данные нужно вывести на индикатор.
Производится инициализация последовательного порта ввода‑вывода путем записи определенных значений в соответствующие биты специального регистра SCON. Вывод ведется в синхронном режиме последовательным кодом младшими битами вперед. Запись байта в специальный буфер SBUF приемопередатчика приводит к автоматической перезаписи байта в сдвигающий регистр передатчика и инициирует начало передачи байта. В этом режиме информация и передается и принимается через внешний вывод входа приемника RxD. Передается восемь бит данных. Через внешний вывод выхода передатчика TxD вдаются импульсы сдвига, которые сопровождают каждый бит. Частота передачи бита информации равна 1/12 частоты резонатора. Таким образом выводится весь результат, который запоминается в сдвиговом регистре DD4.
На выход порта Р1.0 записывается логический ноль, что разрешает вывод информации на индикаторы. Измерение произведено. При желании, микроконтроллер можно перевести в режим пониженного энергопотребления PowerDown.
4. Расчёт надежности
Микросхемы стали основной элементной базой современной РЭА прежде всего благодаря своей высокой надежности. Надежность зависит от многих факторов: совершенства разработки электрической схемы и конструкции, физико-химической совместимости материалов, отработанности и стабильности технологического процесса изготовления, методов контроля качества.
Групповой способ изготовления десятков тысяч микросхем в едином технологическом цикле, в строго контролируемых технологических средах и режимах обеспечивает примерно равную надежность как всех кристаллов в партии микросхем, так и элементов в каждом из кристаллов.
Как известно, одним из основных источников отказов аппаратуры являются межсоединения плат и комплектующих изделий. Внутри микросхемы соединение элементов между собой осуществляется методом осаждения пленок металлов, а соединение элементов с выводами корпуса – методом термокомпрессионной или ультразвуковой микросварки. Эти методы обеспечивают надежное сцепление с поверхностью кристалла и другими пленками и соединение металлов на молекулярном уровне. Число межсоединений на кристалле в тысячи раз превышает число выводов корпуса микросхем. Для большинства типов микросхем характерно низкое потребление мощности. При малой мощности рассеяния рабочая температура кристалла по сравнению с температурой окружающей среды повышается незначительно, поэтому создаются благоприятные условия для замедления физико-химических процессов, приводящих к отказу.
Применение высоконадежных микросхем не всегда автоматически обеспечивает выпуск столь же надежной аппаратуры. Сохранение надежности микросхем в аппаратуре в значительной степени определяется соблюдением рекомендаций по их конструктивно-технологическому применению, режимам и условиям работы.
Реальный уровень надежности микросхем проявляется лишь при эксплуатации аппаратуры. Часто безотказность микросхем различных серий (их изготавливают на разных заводах) практически одинакова в приборах, изготовленных на одном и том же предприятии-изготовителе РЭА. Однако, как показывает статистика, надежность микросхемы одной и той же серии (одного предприятия) оказывается весьма различной в составе комплектов аппаратуры, изготовленных разными заводами. Это следствие различия технологической культуры производства аппаратуры.
Достижение и поддержание максимальной эксплуатационной надежности микросхем (следовательно, и аппаратуры) существенно зависят от проектирования аппаратуры, подготовки производства и наладки оборудования, квалификации персонала, обработанности технологического процесса изготовления аппаратуры, использования средств защиты микросхем от статического электричества, тепловых и других воздействий.
Свойство электронной аппаратуры выполнять возложенные на нее функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в течение заданного промежутка времени в пределах, установленных в техническом задании или технических условиях, называется надежностью.
Надежность аппаратуры обычно связывается с понятиями работоспособности, безотказности, ремонтопригодности и долговечности.
Под работоспособностью понимается состояние, при котором она способна выполнять возложенные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации.
Свойство сохранять работоспособность в течение некоторого времени наработки без вынужденных простоев называется безотказностью.
Поскольку большинство типов электронной аппаратуры эксплуатируется длительное время, многократно включаются и выключаются, то возможные случаи нарушения состояния работоспособности сопровождаются ремонтом. Поэтому надежность аппаратуры оценивается так же ремонтопригодностью. Надежность аппаратуры на ряду со свойствами безотказности и ремонтопригодности определяется так же свойством долговечности – сохранением работоспособности в течение срока эксплуатации.