3.1.6 Канал управления внешними устройствами состоит из модуля управления включением и модуля подключения питания.
3.1.7 Модуль управления включением построен на микросхеме 1554 ИД7 (D9) [8]. Микросхема предназначена для выбора цепей, которые необходимо протестировать. В зависимости от выходного кода осуществляется подача питания на эти цепи. Для того чтобы сформировать команду управления необходимо программно с ПК включить (выключить) одно (несколько) реле (ключей) в требуемой последовательности.
3.1.8 Модуль подключения питания представляет собой транзисторные каскады, построенные на транзисторах VT1…VT8, транзисторных матрицах 1HT251 (DA1…DA2), резисторах R4…R35 и управляющие ключевыми элементами с гальванически развязанными «сухими» контактами реле (ключами) РЭС80 (К1…К8). Параллельно подключенные к реле диоды 2Д522б (VD3…VD10) предохраняют транзисторы от индуктивных переходных процессов, возникающих при отключении реле. Модуль предназначен для коммутации определённых цепей ВУ в зависимости от программы с ПК. При этом через него происходит подача напряжения питания на соединители.
3.1.9 Канал приема данных от ВУ включает в себя: модуль измерений и контроля, модуль управления и опроса, модуль включения питания.
3.1.10 Модуль измерений и контроля состоит из 16 блоков, основу которых составляют операционные усилители K140УД1701A (DA7…DA54) [2]. Операционные усилители (DA23… DA30, DA47…DA54) используется в дифференциальном включении и при выполнении условия R4/R5=R6/R7 усиление дифференциального сигнала намного больше усиления синфазного сигнала и коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС) максимальный. В качестве резисторов, задающих параметры операционных усилителей, используются резисторы R5 (R148…R155; R204…R211), R6 (R124…R131; R180…R187), R4, R7(R132…R147; R188…R203) [7]. Операционные усилители (DA7…DA22, DA31…DA46) включены как неинвертирующие повторители. Эти повторители будут служить буферами, в результате чего входное сопротивление измерительного усилителя повысится, а влияние выходного сопротивления источников сигнала на дифференциальный коэффициент усиления и КОСС практически будет устранено. Резисторы С2-33-0,125 (R100…R123; R162…R179) используются для создания высокого КОСС в схеме и задания коэффициента усиления всей схемы.
3.1.11 Модуль управления и опроса построен на микросхемах 1554ИР23 (D6,D7) – восьмиразрядных управляемых по фронту регистрах с параллельным вводом-выводом данных с тремя состояниями на выходе и селекторах-мультиплексорах из 8 в 1 1554КП7 (D9,D10).
Микросхемы D9 и D10 [8] представляют схему опроса 16 цепей, осуществляющих измерение напряжения на контактах ключей. Каждый выход схемы измерения подключен на свой вход мультиплексора. Напряжения на выходе схемы приблизительно равное 0,5В соответствует «нулевому» значению соответствующего бита информации, а напряжение находящееся в пределах напряжения питания соответствует «единичному» значению соответствующего бита информации. Для получения доступа к цепям контроля ВУ необходимо записать адрес на входах SED1 – SED3 мультиплексора.
Микросхемы D6 и D7 представляют собой ячейки оперативной памяти. Каждой ячейке оперативной памяти соответствует одно реле (один ключ), отвечающий за подключения питания на тестируемые цепи.
3.1.12 Модуль подключения питания представляет собой транзисторные каскады построенные на транзисторах VT9…VT24, транзисторных матрицах 1HT251 (DA3…DA6), резисторах R36…R99 управляющие ключевыми элементами с гальванически развязанными «сухими» контактами реле (ключами) РЭС80 (К1…К8). Параллельно подключенные к реле диоды 2Д522б (VD11…VD26) [11] предохраняют транзисторы от индуктивных переходных процессов, возникающих при отключении реле. Модуль включения питания предназначен для подачи питания на определённые цепи ВУ, которые подлежат проверке подключения и контроля сопротивления на его контактах, осуществляемый измерением напряжения на соответствующих контактах.
3.1.13 Схема сопряжения основана на диодном ограничителе и формирователе сигналов.
Диодный ограничитель [10] состоит из резисторов R2, R1, двух диодов VD1, VD2 и микросхемы 1554 ТЛ2 (D4.2). Резисторы в сочетании с диодами ограничивает размах входного сигнала значениями -0,6…+5,6В. Наличие на входах микросхемы D4.2 элементов гистерезиса позволяет применять её для более точного переключения логических уровней.
Микросхема 169 АП2 (D7) выполняет функцию формирователя сигналов для линии связи аппаратуры передачи данных (ПК и МК).
3.2 Выбор элементной базы
3.2.1 Выбор элементной базы для адаптера из состава программно-аппаратного комплекса (ПАК) производился с условием технического задания – элементная база должна удовлетворять повышенным производственным требованиям, то есть, требованиям, соответствующим отечественным ГОСТ и ТУ.
3.2.2 В результате сравнения параметров микроконтроллеров отечественного производства для использования в адаптере, с учетом предъявленных технических требований, выбран микроконтроллер типа 1880ВЕ31У [12], обладающий следующими характеристиками:
– интегральная микросхема 1880BE31У предназначена для использования в высокопроизводительных системах обработки информации и устройствах управления специального применения. Для разрабатываемого устройства необходимо не только решение задач управления и регулирования, но обработка данных. Так как перед нами стоит задача сравнения отправленного на ВУ сигнала и принятого, что даёт нам возможность осуществить проверку режима работы ВУ. А так же необходимо передать в память или порты ввода/вывода информации обработанные данные о состоянии цепей.
– имеет асинхронный приемопередатчик с последовательным кодом в полном дуплексном режиме обмена.
– имеет достаточную для использования в ПАК тактовую частоту (12 МГц);
– в отличие от микроконтроллеров некоторых других типов не имеет внутренней памяти программ, что позволяет самостоятельно осуществлять программирование МК и повысить помехоустойчивость;
– обладает достаточным для использования в ПАК набором команд для реализации технического задания;
Микроконтроллер 1880ВЕ31У изготавливается по высокоуровневой n-МОП технологии и выпускается в стандартном корпусе, имеющем 40 выводов. Для работы микроконтроллер требует один источник электропитания +5В. Через четыре программируемых порта ввода-вывода МК взаимодействует с внешними устройствами в стандарте ТТЛ-схем.
1880ВЕ31У имеет два вывода для подключения кварцевого резонатора, четыре вывода для сигналов, управляющих режимом работы МК, и восемь линий порта 3, которые могут быть запрограммированы пользователем на выполнение специализированных (альтернативных) функций обмена информацией со средой.
Микросхема включает в себя следующие основные блоки:
– блок управления;
– арифметическо-логическое устройство;
– блок таймеров/счетчиков;
– блок последовательного интерфейса и прерываний;
– программный счетчик;
– память данных;
Двусторонний обмен информацией между функциональными блоками осуществляется с помощью внутренней восьмиразрядной шины данных.
Система команд микросхем включает 111 команд.
Микросхемы могут работать в следующих режимах:
- только с внешней памятью программ;
- с внутренней и внешней памятью данных.
Режим работы устанавливается комбинацией входных и выходных сигналов.
Инициализация (сброс) микросхемы осуществляется сигналом RST (активный высокий уровень напряжения) при условии подачи на микросхему сигнала синхронизации или при подключенном кварцевом резонаторе.
Режим работы с внешней памятью устанавливается при подаче низкого уровня напряжения на вывод EA и применяется при отладке программ и контроле процессора. При работе с внешней памятью программ выдача младших разрядов адреса А7-А0 на внешнюю память и прием кода команд из внешней памяти осуществляется через порт Р0 (выводы Р0.7-Р0.0). При этом адрес фиксируется по сигналу ALE, а команды принимаются по сигналу PSEN. Старшие разряды адреса А15-А8 выдаются через порт Р2 (выводы Р2.7-Р2.0).
Память программ, в качестве которой выступает внешняя память, предназначена для хранения команд, констант, управляющих слов инициализации, таблиц перекодировки входных и выходных переменных и т.п. Память программ, так же как и память данных, может быть расширена до 64 Кбайт путем подключения внешних БИС.
Регистр памяти данных (РПД) предназначен для хранения переменных в процессе выполнения прикладной программы, адресуется одним байтом и имеет емкость 128 байт. Кроме того, к адресному пространству РПД примыкают адреса РСФ.
РСФ состоит из нескольких регистров, используемых для фиксации и программного изменения управляющих битов и битов состояния схемы прерывания, таймера-счетчика, приемопередатчика последовательного порта и для управления мощностью электропитания микроконтроллера.
Кварцевый резонатор, подключаемый к выводам корпуса МК 1880ВЕ31У, обеспечивает стабильность частоты внутреннего генератора, который, в свою очередь, формирует сигналы синхронизации. Устройство управления (УУ) на основе сигналов синхронизации формирует машинный цикл фиксированной длительности, равной 12 периодам резонатора или шести состояниям первичного управляющего автомата (каждое состояние управляющего автомата содержит две фазы сигналов резонатора).
Большинство команд микроконтроллера выполняется за один машинный цикл. Некоторые команды, оперирующие с двухбайтными словами или связанные с обращением к внешней памяти, выполняются за два машинных цикла. Только команды деления и умножения требуют четырех машинных циклов.