Выбор микроконтроллера для ММУПА

Вычислительную и управляющую часть разрабатываемого ММУПА, выполняет однокристальный микроконтроллер.

Микроконтроллеры семейства MCS-51 объединяют все передовые технологии микроконтроллеров: мировое лидерство по гибкой однократно или многократно электрически перепрограммируемой пользователем технологии ППЗУ и минимальное энергопотребление. Эти широкие возможности и низкая стоимость сделали серию микроконтроллеров MCS-51 лучшим выбором для инженерного применения.

По сравнению с другими типами микроконтроллеров семейство MCS-51 обеспечивает достаточную производительность. MCS-51 обладает высоким быстродействием, а операции умножения и деления реализованные на аппаратном уровне по сравнению с большинством наиболее распространённых 8-битовых микроконтроллеров аналогичного класса. Такая производительность позволяет реализовывать различные устройства, работающие в реальном масштабе времени, заменять устройства на жёсткой логике.

Поэтому при разработке дискретного модуля было отдано предпочтение микроконтроллерам семейства MCS-51. Исходя из требований технического задания микроконтроллер должен обладать быстродействием, иметь необходимое число каналов ввода/вывода, последовательный интерфейс SPI, требуемый объем оперативной памяти и памяти программ, таймеры-счетчики. Исходя из этих условий был выбран контроллер фирмы Atmel AT89S8252.

Микроконтроллер AT89S8252 это устройство имеющее 256 байта ОЗУ, 8 Кбайта FLASH памяти программ, 2 Кбайта EEPROM и 32 канала ввода/вывода. В состав микроконтроллера входят и другие устройства:

два таймера-счетчика;

порт последовательной связи (синхронный последовательный порт может поддерживать интерфейс SPI и дополнительно имеется универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик).

Функциональная схема микроконтроллера приведена на рисунке 6.6. Приведенный контроллер осуществляет выбор входного сигнала выставляя на коммутаторе адрес К1. К3 требуемого сигнала. После преобразования сигналов несущих информацию о температуре и давлении газа с помощью АЦП происходит расчет расхода газа, в соответствии с «Правилами измерения расходов газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами РД50−213−80». Измеренные и вычисленные параметры газа записываются в энергонезависимую память и ЖКИ.

Кратко рассмотрим функции внутренних блоков микроконтроллера:

8-разрядное арифметико-логическое устройство (АЛУ) основа микроконтроллера, позволяющая выполнять арифметические, логические операции и операции сдвига над данными, представленными в двоичном коде, а также обрабатывать данные, представленные в двоично-десятичном коде;

аккумулятор (АСС) 8-разрядный регистр, предназначенный для записи и хранения результата, полученного при выполнении арифметико-логических операций или операций пересылки;

регистр (В) временного хранения представляет собой 8-разрядный регистр, используемый во время операций умножения и деления. Для других инструкций он может рассматривается как дополнительный сверхоперативный регистр;

счетчик команд (РС) предназначен для формирования текущего 16-разрядног адреса памяти программ и 8/16-разрядного адреса внешней памяти данных;

регистр указателя данных (DPTR) предназначен для хранения 16-разрядного адреса внешней памяти данных;

Рисунок 6.6 — Структурная схема контроллера АТ89S825.

регистр состояния программ (PSW) предназначен для хранения данных о состоянии микроконтроллера;

память программ (FLASH) предназначена для хранения и считывания команд, которые поступают в процессор и управляют процессом обработки информации;

память данных (RAM) и (EEPROM) предназначены для записи, хранения и считывания данных получаемых в процессе обработки информации;

блок сторожевого таймера (WDT) предназначенный для сброса при внутренних сбоях и «зависании» микроконтроллера;

таймеры-счетчики (TMR1) и (TMR2) предназначены для подсчета внешних событий, для получения программно управляемых временных задержек и выполнения времязадающих функций микроконтроллера;

блок последовательного порта, прерываний и таймера предназначен для организации ввода-вывода последовательных потоков информации и организации системы прерывания программ;

блок синхронизации и управления предназначен для выработки синхронизирующих и управляющих сигналов обеспечивающих координацию совместной работы блоков микроконтроллера во всех допустимых режимах его работы;

порты ввода-вывода (формирователь сигналов порта 0 … формирователь сигналов порта 3 и регистр порта 0 … регистр порта 3) предназначены для приема и выдачи сигналов обеспечивающих обмен информации микроконтроллера с внешними устройствами;

дешифратор команд представляет собой программируемую логическую матрицу, на вход которой поступает код команды с регистра команд, в котором осуществляется запись и хранение кода команды. С выхода дешифратора команд снимаются управляющие сигналы, осуществляющие выполнение этой команды;

порт SPI предназначен для обмена информацией между микроконтроллером и внешними устройствами по последовательному интерфейсу SPI.

Взаимодействие внутренних блоков микроконтроллера между собой осуществляется по внутренней двунаправленной шине.

К основным параметрам, которые требуются для расчета потребления газа относятся:

диаметр сужающего устройства (СУ);

поправляющий множитель на притупление СУ;

поправляющий множитель на шероховатость трубы;

поправляющий множитель на тепловое расширение;

диаметр трубы перед СУ;

и т.д.

Все они хранятся во внутренней энергонезависимой памяти микроконтроллера объемом 2 Кбайта, что исключает стирание данных при временном отключении питающего напряжения.