Термостабилизаторы на микроконтроллере: Термостабилизатор паяльника на микроконтроллере — RadioRadar

Термостабилизатор паяльника на микроконтроллере - RadioRadar

В паяльнике, который я использую (рис. 1), нагревательный элемент имеет четыре вывода: два - от собственно нагревателя, который при температуре 21 °С имеет сопротивление около 4 Ом, еще два - от терморезистора сопротивлением около 50 Ом при той же температуре. Существуют и паяльники (например RX-70G) с тремя выводами нагревательного элемента, один из них общий для нагревателя и терморезистора. Их тоже можно использовать с предлагаемым стабилизатором при небольшом изменении его схемы.

Технические характеристики
Температура стабилизации, °С......................150...350
Шаг установки температуры
стабилизации, °С .......10
Точность поддержания температуры, °С..................±3
Мощность паяльника, Вт...40
Время разогрева паяльника
от 21 °С до 260 °С, с............80
Основной недостаток обусловлен тем, что терморезистор, расположенный в непосредственной близости от нагревателя, но далеко от жала паяльника, с некоторой задержкой реагирует на изменение температуры конца жала. По этой причине паяльник со стабилизатором больше подходит для пайки малогабаритных, а не крупных, поглощающих много тепла деталей.


Схема устройства изображена на рис. 2. В программную память микроконтроллера DD1 необходимо загрузить коды из файла Stanciya hex, приложенного к статье. Конфигурация микроконтроллера должна соответствовать таблице.

 

Напряжение 15 В поступает на стабилизатор напряжения на микросхеме DA1, питающий напряжением 5 В цифровую часть устройства: микроконтроллер DD1, настроенный на работу от внутреннего RC-генератора частотой 8 МГц, и индикатор HG1.
Делитель напряжения, образованный резистором R2 и терморезистором паяльника, формирует напряжение, которое увеличивается с ростом температуры паяльника. Оно поступает на вывод PC0 микроконтроллера, служащий входом его встроенного АЦП. На основе полученного от АЦП значения программа микроконтроллера вычисляет текущую температуру нагревателя. В зависимости от отличия текущей температуры от желаемой таймер-счетчик 2 микроконтроллера, работая в режиме ШИМ (PWM), формирует на выводе РВ1 импульсы переменной скважности. Они открывают транзистор VT1, подключающий нагревательный элемент ЕК1 к источнику питания. Чем выше скважность импульсов, тем меньший процент времени работает нагреватель и меньше средняя мощность нагрева.

Информация на индикатор HL1 выводится в динамическом режиме. На схеме указан тип индикатора с общими катодами элементов каждого знакоместа, но имеется возможность заменить его индикатором с общими анодами Вывод РС5 микроконтроллера DD1 в первом случае остается неподключенным, а во втором - его следует соединить с общим проводом, как показано на схеме штриховой линией.

Рис. 3


Термостабилизатор может быть смонтирован на двусторонней печатной плате, изображенной на рис. 3. Она расчитана на детали (за исключением микроконтроллера, индикатора и кнопок) для поверхностного монтажа, устанавливаемые на стороне печатных проводников. На той же стороне расположены контактные площадки для подключения источника питания (ХТ1, ХТ2), паяльника (ХТЗ, ХТ4, ХТ9, ХТ10), а при необходимости и программатора (ХТ5-ХТ8)
Все резисторы и керамические конденсаторы С2, СЗ - типоразмера 0805. Конденсатор С1 танталовый типоразмера А. Номиналы резисторов R3-R9 подобраны для индикатора указанного на схеме типа. Чтобы достичь оптимальной яркости при замене индикатора, может потребоваться их подборка Однако ток, текущий через каждый из резисторов, не должен превышать 20 мА.

Со стороны установки микроконтроллера, индикатора и кнопок на плате имеется проволочная перемычка. Обратите внимание, что отверстия для неиспользуемых по схеме выводов микроконтроллера на плате не предусмотрены Эти выводы необходимо отогнуть или вовсе удалить.
Источник напряжения 15... 17 В для питания паяльника и термостабилизатора может быть построен по схеме, изображенной на рис. 4. Напряжение на обмотке II трансформатора Т1 должно находиться в пределах 13... 15 В при токе нагрузки 2,5 А. Подойдет, например, трансформатор ТТП-40 на 12 В, если домотать его вторичную обмотку до нужного напряжения. Диодный мост VD1 рассчитан на напряжение 100 В и ток 4 А. Вместо него подойдет любой другой с такими же параметрами.
Если стабилизатор предполагается использовать с паяльником, имеющим общий вывод нагревателя и терморезистора, узел управления нагревателем следует собрать по схеме, показанной на рис. 5, исключив прежний (полевой транзистор VT1 и резистор R11 на рис. 2). Новый узел пригоден и для работы с четырехвыводным паяльником, если соединить вместе выводы NE2 и TR2 последнего.
После подключения к сети устройство работает в режиме ожидания: транзистор VT1 закрыт, паяльник не нагревается, на индикаторе - слово Ghf (англ. выключено). Чтобы включить паяльник, нужно нажать на любую из кнопок SB1. SB2. После этого если напряжение на выводе РСО микроконтроллера не превышает 2,5 В, начнется нагревание паяльника. На индикатор будет выведено быстро мигающее значение температуры стабилизации (при первом включении - 260 °С). Напряжение большее 2,5 В указывает на обрыв цепи терморезистора RK1 или на слишком маленькое сопротивление резистора R2. нагревание не начнется, а на индикаторе начнут попеременно мигать знаки  .

Если цепь терморезистора в норме, паяльник нагревается с максимальной скоростью (коэффициент заполнения импульсов, питающего его напряжения, - 100 °о), а его текущая температура отображается на индикаторе. Начиная с температуры, на 4 °С меньшей заданной температуры стабилизации, коэффициент заполнения импульсов уменьшается, становясь равным нулю при температуре на 4 °С выше температуры стабилизации. В этом интервале коэффициент заполнения автоматически регулируется так чтобы поддерживать температуру паяльника максимально близкой к заданной.
Если требуется увеличить температуру стабилизации, необходимо нажать на кнопку SB1, а если уменьшить, то на SB2. Ее новое значение появится на индикаторе В отличие от текущей температуры оно будет в течение нескольких секунд мигать. Каждое нажатие на кнопку увеличивает или уменьшает температуру на 10 °С. Приблизительно через 2 мин после последнего изменения установленное значение температуры стабилизации будет запи сано в EEPROM микроконтроллера. Именно оно будет использовано при последующих включениях устройства.
Чтобы выключить паяльник и перевести термостабилизатор в режим ожидания, нажмите одновременно на обе кнопки.
Собранный термостабилизатор необходимо откалибровать. Встроенный в паяльник терморезистор в температурном интервале 150...350 °С имеет практически линейную зависимость сопротивления от температуры Цель калибровки - определение наклона этой зависимости по методике, изложенной в книге В. Трамперта "Измерение, управление и регулирование с помощью AVR микроконтроллеров" (издательство "МКПРЕСС", 2006). Потребуется образцовый термометр с термопарой Паяльник лучше расположить на открытой подставке.
Для того чтобы программа термостабилизатора вошла в режим калибровки, нужно включить устройство, удерживая нажатой любую из кнопок SB1, SB2. После отпускания кнопки паяльник начнет нагреваться, коэффициент заполнения импульсов питающего его напряжения при этом равен 10 %. На индикатор будет выведено число 150 - приблизительно до такой температуры должен нагреться паяльник. Через 7... 10 мин его температура установится. Ее нужно измерить, плотно прижав к рабочей части жала термопару образцового термометра, и установить измеренное значение на индикаторе, пользуясь кнопками SB1 и SB2.
Через несколько секунд после последнего нажатия на кнопку установленное значение будет записано в EEPROM микроконтроллера В дальнейшем оно будет использоваться программой при вычислениях. Далее коэффициент заполнения импульсов увеличится до 40 %, а на индикатор будет выведено число 300. Спустя 5...7 мин, когда температура паяльника перестанет увеличиваться необходимо облудить его жало и погрузить в расплавленный припой термопару образцового термометра. Его показания описанным выше способом также вводят в термостабилизатор, они сохраняются в EEPROM и используются программой при вычислении. По завершении калибровки программа микроконтроллера перейдет в обычный режим ожидания.

Автор: Д. Мальцев, г. Москва

РадиоКот :: Термостабилизатор для электропаяльника

В статье В. Цыбина «Термостабилизатор для электропаяльника» из журнала «Радио» 1996 г. №12 с. 50 описан простой стабилизатор температуры паяльника, которым можно дополнить имеющийся у Вас паяльник с термопарой.

Вот схема из вышеуказанной статьи, в которую я внес незначительные изменения:

- исправлена полярность подключения микросхемы DA1;

- исправлено подключение терминалов Т1 и Т2 симистора VS1;

- питание паяльника изменил на 24 вольта;

- применил двухполупериодный выпрямитель;

- добавил резистор R17.

Резистор R17 добавлен в схему для снижения броска тока через импульсные диоды VD1-VD4 при включении устройства. Если вместо импульсных диодов применить выпрямительные диоды, то резистор R17 заменяется перемычкой.

Как видно из схемы, питание паяльника и термостабилизатора осуществляется от одной обмотки трансформатора на 24 вольта. На ОУ DA1.1 собран усилитель ЭДС термопары ВК1. С выхода 9 усилителя DA1.1 усиленное напряжение поступает на вход компаратора, собранного на DA1.2. Компаратор сравнивает напряжение на входе 3 DA1.2 с образцовым напряжением, снимаемым с движка переменного резистора R8, который является регулятором температуры паяльника. Выходной сигнал компаратора управляет работой генератора импульсов, собранного на транзисторе VT1 и импульсном трансформаторе T2. Генератор вырабатывает импульсы, открывающие симистор VS1, который коммутирует ток через нагреватель паяльника ЕК1.

Светодиоды HL1 и HL2 сигнализируют о готовности и разогреве паяльника.

Наладка термостабилизатора сводится к установке при максимальной рабочей температуре паяльника напряжения на выводе 9 ОУ DA1.1 на 1,5…2 вольта меньше чем у плюсового плеча источника питания с помощью резисторов R5 и R6 (сохраняя условие R5 = R6). Пределы регулирования температуры устанавливаются подбором резисторов R9 (минимальное значение) и R7 (максимальное).

Для этой конструкции я применил паяльник от паяльной станции ZD-929 на 24 вольта 48 ватт. Распайка разъема этого паяльника такая:

 

В качестве сетевого трансформатора T1 использовал трансформатор ТА88-127/220-50, соединив обмотки согласно схеме:

Импульсный трансформатор T2 намотан на кольцевом магнитопроводе К10х6х4 из феррита 2000НМ. Каждая обмотка содержит по 45 витков провода ПЭЛШО 0,18.

Большинство деталей термостабилизатора размещено на печатной плате. Симистор крепится к плате с помощью алюминиевого уголка и расположен параллельно плате:

 

Основанием корпуса служит П - образное шасси из оцинкованной жести толщиной 0,6 мм:

Размеры шасси 140х95х90 мм.

На переднюю панель выведены светодиоды, сигнализирующие о нагреве и готовности паяльника, а также ручка установки температуры жала паяльника:

Крышка корпуса изготовлена из белого листового поликарбоната толщиной 1,7 мм.

Диапазон регулировки температуры паяльника я установил 150…350 градусов Цельсия. После включения устройства в сеть жало паяльника разогревается до температуры 230 градусов Цельсия менее чем за минуту.

Файлы:
Печатная плата

Все вопросы в Форум.

Термостабилизатор паяльника на микроконтроллере

 

В паяльнике, который я использую (рис. 1), нагревательный элемент имеет четыре вывода: два - от собственно нагревателя, который при температуре 21 °С имеет сопротивление около 4 Ом, еще два - от терморезистора сопротивлением около 50 Ом при той же температуре. Существуют и паяльники (например RX-70G) с тремя выводами нагревательного элемента, один из них общий для нагревателя и терморезистора. Их тоже можно использовать с предлагаемым стабилизатором при небольшом изменении его схемы.

Технические характеристики
Температура стабилизации, °С......................150...350
Шаг установки температуры
стабилизации, °С .......10
Точность поддержания температуры, °С..................±3
Мощность паяльника, Вт...40
Время разогрева паяльника
от 21 °С до 260 °С, с............80
Основной недостаток обусловлен тем, что терморезистор, расположенный в непосредственной близости от нагревателя, но далеко от жала паяльника, с некоторой задержкой реагирует на изменение температуры конца жала. По этой причине паяльник со стабилизатором больше подходит для пайки малогабаритных, а не крупных, поглощающих много тепла деталей.


Схема устройства изображена на рис. 2. В программную память микроконтроллера DD1 необходимо загрузить коды из файла Stanciya hex, приложенного к статье. Конфигурация микроконтроллера должна соответствовать таблице.

Напряжение 15 В поступает на стабилизатор напряжения на микросхеме DA1, питающий напряжением 5 В цифровую часть устройства: микроконтроллер DD1, настроенный на работу от внутреннего RC-генератора частотой 8 МГц, и индикатор HG1.
Делитель напряжения, образованный резистором R2 и терморезистором паяльника, формирует напряжение, которое увеличивается с ростом температуры паяльника. Оно поступает на вывод PC0 микроконтроллера, служащий входом его встроенного АЦП. На основе полученного от АЦП значения программа микроконтроллера вычисляет текущую температуру нагревателя. В зависимости от отличия текущей температуры от желаемой таймер-счетчик 2 микроконтроллера, работая в режиме ШИМ (PWM), формирует на выводе РВ1 импульсы переменной скважности. Они открывают транзистор VT1, подключающий нагревательный элемент ЕК1 к источнику питания. Чем выше скважность импульсов, тем меньший процент времени работает нагреватель и меньше средняя мощность нагрева.
Информация на индикатор HL1 выводится в динамическом режиме. На схеме указан тип индикатора с общими катодами элементов каждого знакоместа, но имеется возможность заменить его индикатором с общими анодами Вывод РС5 микроконтроллера DD1 в первом случае остается неподключенным, а во втором - его следует соединить с общим проводом, как показано на схеме штриховой линией.

Рис. 3


Термостабилизатор может быть смонтирован на двусторонней печатной плате, изображенной на рис. 3. Она расчитана на детали (за исключением микроконтроллера, индикатора и кнопок) для поверхностного монтажа, устанавливаемые на стороне печатных проводников. На той же стороне расположены контактные площадки для подключения источника питания (ХТ1, ХТ2), паяльника (ХТЗ, ХТ4, ХТ9, ХТ10), а при необходимости и программатора (ХТ5-ХТ8)
Все резисторы и керамические конденсаторы С2, СЗ - типоразмера 0805. Конденсатор С1 танталовый типоразмера А. Номиналы резисторов R3-R9 подобраны для индикатора указанного на схеме типа. Чтобы достичь оптимальной яркости при замене индикатора, может потребоваться их подборка Однако ток, текущий через каждый из резисторов, не должен превышать 20 мА.

Со стороны установки микроконтроллера, индикатора и кнопок на плате имеется проволочная перемычка. Обратите внимание, что отверстия для неиспользуемых по схеме выводов микроконтроллера на плате не предусмотрены Эти выводы необходимо отогнуть или вовсе удалить.
Источник напряжения 15... 17 В для питания паяльника и термостабилизатора может быть построен по схеме, изображенной на рис. 4. Напряжение на обмотке II трансформатора Т1 должно находиться в пределах 13... 15 В при токе нагрузки 2,5 А. Подойдет, например, трансформатор ТТП-40 на 12 В, если домотать его вторичную обмотку до нужного напряжения. Диодный мост VD1 рассчитан на напряжение 100 В и ток 4 А. Вместо него подойдет любой другой с такими же параметрами.
Если стабилизатор предполагается использовать с паяльником, имеющим общий вывод нагревателя и терморезистора, узел управления нагревателем следует собрать по схеме, показанной на рис. 5, исключив прежний (полевой транзистор VT1 и резистор R11 на рис. 2). Новый узел пригоден и для работы с четырехвыводным паяльником, если соединить вместе выводы NE2 и TR2 последнего.
После подключения к сети устройство работает в режиме ожидания: транзистор VT1 закрыт, паяльник не нагревается, на индикаторе - слово Ghf (англ. выключено). Чтобы включить паяльник, нужно нажать на любую из кнопок SB1. SB2. После этого если напряжение на выводе РСО микроконтроллера не превышает 2,5 В, начнется нагревание паяльника. На индикатор будет выведено быстро мигающее значение температуры стабилизации (при первом включении - 260 °С). Напряжение большее 2,5 В указывает на обрыв цепи терморезистора RK1 или на слишком маленькое сопротивление резистора R2. нагревание не начнется, а на индикаторе начнут попеременно мигать знаки .
Если цепь терморезистора в норме, паяльник нагревается с максимальной скоростью (коэффициент заполнения импульсов, питающего его напряжения, - 100 °о), а его текущая температура отображается на индикаторе. Начиная с температуры, на 4 °С меньшей заданной температуры стабилизации, коэффициент заполнения импульсов уменьшается, становясь равным нулю при температуре на 4 °С выше температуры стабилизации. В этом интервале коэффициент заполнения автоматически регулируется так чтобы поддерживать температуру паяльника максимально близкой к заданной.
Если требуется увеличить температуру стабилизации, необходимо нажать на кнопку SB1, а если уменьшить, то на SB2. Ее новое значение появится на индикаторе В отличие от текущей температуры оно будет в течение нескольких секунд мигать. Каждое нажатие на кнопку увеличивает или уменьшает температуру на 10 °С. Приблизительно через 2 мин после последнего изменения установленное значение температуры стабилизации будет запи сано в EEPROM микроконтроллера. Именно оно будет использовано при последующих включениях устройства.
Чтобы выключить паяльник и перевести термостабилизатор в режим ожидания, нажмите одновременно на обе кнопки.
Собранный термостабилизатор необходимо откалибровать. Встроенный в паяльник терморезистор в температурном интервале 150...350 °С имеет практически линейную зависимость сопротивления от температуры Цель калибровки - определение наклона этой зависимости по методике, изложенной в книге В. Трамперта "Измерение, управление и регулирование с помощью AVR микроконтроллеров" (издательство "МКПРЕСС", 2006). Потребуется образцовый термометр с термопарой Паяльник лучше расположить на открытой подставке.
Для того чтобы программа термостабилизатора вошла в режим калибровки, нужно включить устройство, удерживая нажатой любую из кнопок SB1, SB2. После отпускания кнопки паяльник начнет нагреваться, коэффициент заполнения импульсов питающего его напряжения при этом равен 10 %. На индикатор будет выведено число 150 - приблизительно до такой температуры должен нагреться паяльник. Через 7... 10 мин его температура установится. Ее нужно измерить, плотно прижав к рабочей части жала термопару образцового термометра, и установить измеренное значение на индикаторе, пользуясь кнопками SB1 и SB2.
Через несколько секунд после последнего нажатия на кнопку установленное значение будет записано в EEPROM микроконтроллера В дальнейшем оно будет использоваться программой при вычислениях. Далее коэффициент заполнения импульсов увеличится до 40 %, а на индикатор будет выведено число 300. Спустя 5...7 мин, когда температура паяльника перестанет увеличиваться необходимо облудить его жало и погрузить в расплавленный припой термопару образцового термометра. Его показания описанным выше способом также вводят в термостабилизатор, они сохраняются в EEPROM и используются программой при вычислении. По завершении калибровки программа микроконтроллера перейдет в обычный режим ожидания.

Автор: Д. Мальцев, г. Москва

 

Дата публикации: 08.02.2010

 

Читайте также:


Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту



Поиск по сайту:

Термостабилизатор - RadioRadar

Автору довелось ремонтировать подогреватель детского питания, блок управления которого был собран на микроконтроллере на многослойной печатной плате. Напряжение питания присутствовало, но ничего не управлялось, многочисленные светодиоды не светились. Решено было сделать плату управления заново, без микроконтроллера, на доступных элементах.

Схема разработанного термостабилизатора приведена на рис. 1. В устройстве использован нагреватель от ремонтируемой конструкции. Источник питания, как и в оригинале, собран по схеме с балластным конденсатором С1. Указанная на схеме ёмкость конденсатора обеспечивает выходной ток 42 мА при номинальном напряжении сети и выходном напряжении 12 В [1]. Светодиод HL2 индицирует наличие питающего напряжения. На схеме не показаны цепи защиты от перегрева, сохранённые от ремонтируемой конструкции.

Рис. 1. Схема термостабилизатора

 

Датчик температуры RK1 - терморезистор из ремонтируемого устройства с отрицательным температурным коэффициентом и сопротивлением 100 кОм при комнатной температуре и около 50 кОм при температуре 40 оС. Терморезистор питается от стабилизатора напряжения 5 В на микросхеме DA1 через резисторы R3 и R4, конденсатор С3 служит для снижения наводок от сети 230 В.

Несколько нетрадиционен пороговый элемент, собранный на микросхеме TL431 (отечественный аналог - КР142ЕН19А), называемой "регулируемый стабилитрон" [2]. Основное её свойство заключается в том, что при напряжении на входе (вывод 1) менее 2,5 В выходной ток, протекающий через микросхему (через выводы 2 и 3), не превышает 1 мА, а при достижении этого значения резко увеличивается. Ток менее 1 мА создаёт падение напряжения на резисторе R6 менее 330 мВ, которое недостаточно для включения транзистора VT1, открывающегося, как и все кремниевые биполярные транзисторы, при напряжении база-эмиттер в пределах 500...600 мВ.

Если температура датчика RK1 ниже значения, заданного движком подстроечного резистора R3, и его сопротивление больше суммы сопротивлений резисторов R3 и R4, напряжение на выводе 1 DA2 превышает 2,5 В. Ток через микросхему DA2 создаёт на резисторе R6 падение напряжения, достаточное для открывания транзистора VT1. Коллекторный ток VT1 включает реле К1, которое замыкает свои контакты К1.1 и подаёт входное сетевое напряжение на нагреватель. При этом включается светодиод HL1. Резистор R7 ограничивает ток через микросхему DA2 и базу транзистора VT1.

Когда температура датчика превысит заданное значение, его сопротивление уменьшится до значения, меньшего суммы сопротивлений резисторов R3 и R4, транзистор и реле выключатся. Резистор R5 обеспечивает небольшую положительную обратную связь, что создаёт условия для чёткого скачкообразного переключения микросхемы DA2, транзистора и реле.

Таким образом, включением и выключением нагревателя будет поддерживаться постоянная температура в месте установки термодатчика. Подстроечным резистором R3 можно установить температуру стабилизации в пределах 20...50 оС.

В устройстве применены реле SRD-12VDC-SL-C с рабочим напряжением 12 В и сопротивлением обмотки 400 Ом, ультраяркие светодиоды диаметром 3 мм зелёного (HL1) и красного (HL2) свечения. Резисторы R8 и R9 желательно подобрать такого сопротивления (не менее 5,1 кОм), чтобы зрительно яркость свечения светодиодов была примерно одинаковой. Конденсатор С1 - К73-17 на номинальное напряжение 400 В, но лучше здесь применить импортный аналог конденсатора К73-17 на номинальное напряжение 630 В, С2 и С3 - импортные аналоги К50-35. Подстроечный резистор R3 - СП3-19а, резистор R5 - КИМ, остальные - МЛТ, С2-23, С2-33 указанной на схеме мощности. Диодный мост VD1 - любой на номинальное обратное напряжение не менее 50 В и прямой ток не менее 0,5 А. Стабилитрон VD2 - на напряжение 12 В и рассеиваемую мощность не менее 0,5 Вт, диод VD3 - любой кремниевый маломощный. Транзистор VT1 - кремниевый структуры p-n-p с коэффициентом передачи токабазы не менее 50 при коллекторном токе 30 мА. Микросхема 78L05 (DA1) заменима на КР1157ЕН5, TL431 (DA2) - на КР142ЕН19.

Терморезистор RK1 может быть любым с подходящим конструктивным оформлением, отрицательным температурным коэффициентом и при температуре 20 оС иметь сопротивление от 27 до 100 кОм. Соответственно, сумма сопротивлений резисторов R3 и R4 должна быть примерно равна сопротивлению терморезистора при комнатной температуре, а резистора R5 - в 300...500 раз больше. Если термостабилизатор предполагается использовать для других целей, сопротивление каждого из резисторов R3 и R4 должно быть равно примерно 70...80 % от сопротивления терморезистора при стабилизируемой температуре.

Практически все элементы устройства смонтированы на печатной плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертёж платы приведён на рис. 2. На плате со стороны печатных проводников необходимо припаять три перемычки из изолированного провода. На виде расположения деталей они показаны штриховыми линиями. Фото собранной платы, установленной на переднюю панель нагревателя, показано на рис. 3. Несколько неравномерная плотность установки радиоэлементов на плате объясняется особенностями конструкции нагревателя.

Рис. 2. Плата устройства и элементы на ней

 

 

Рис. 3. Внешний вид собранной платы

 

Поскольку все цепи устройства гальванически связаны с сетью, проверку собранной платы следует производить от источника постоянного тока, подключив его через миллиамперметр к сетевым контактам платы в произвольной полярности, предварительно замкнув выводы конденсатора С1. Терморезистор RK1 должен иметь комнатную температуру, а движок под-строечного резистора R3 установлен в положение минимального сопротивления. Плавно увеличивая от 10 В напряжение источника питания, необходимо добиться потребляемого тока 40 мА. Реле К1 должно включиться, оба светодиода - светиться.

После этого измеряют напряжение на стабилитроне VD2 и выводе 1 микросхемы DA1, оно должно быть 12±0,5 В и 5±0,25 В соответственно.

Нагревая терморезистор до требуемой стабилизируемой температуры (можно вложить его в согнутую пополам пластиковую трубку и опустить эту трубку в воду с необходимой температурой) и вращая движок подстроечного резистора R3, добиваются выключения реле, что будет заметно по щелчку и погасанию светодиода HL1. Перемещая движок вперёд-назад, устанавливают его в положение, среднее между включением и выключением светодиода.

Далее, сняв перемычку с конденсатора С1 и полностью собрав подогреватель, проверяют его работоспособность при работе от сети.

Литература

1. Бирюков С. Блоки питания с балластным конденсатором. - Схемотехника, 2004, № 6, с. 28, 29.

2. Нечаев И. Необычное применение микросхемы КР142ЕН19А. - Радио, 2003, № 5, с. 53, 54.

Автор: С. Бирюков, г. Москва

Простые термостабилизаторы на LM555

Нередко бывает необходимо поддерживать вполне определенную температуру в заданном объеме, например в аквариуме, террариуме и т. п. На рис. 5.43 приведена схема, которая позволяет выполнить эту задачу с довольно высокой точностью (до 0,1 °С при стабилизации питающего напряжения). В качестве датчиков температуры (RK1, RK2) могут использоваться два одинаковых терморезистора с отрицательным коэффициентом изменения сопротивления (NTC любого типа), т. е. уменьшающим свое сопротивление при нагреве (располагаются в зоне нагрева). Так как термодатчики подключены по мостовой схеме, малейшее изменение у них сопротивления приводит к переключению компараторов. Благодаря высокой точности срабатывания компараторов имеется возможмость установить независимо верхний (регулятором R1) и нижний |R4) пороги переключения исполнительного устройства. Управляющее напряжение появляется на выходе микросхемы при повышении температуры выше установленного верхнего уровня, а пропадает при ее снижении ниже нижнего порога.

Схема для поддержания температуры в заданных пределах

Рис. 5.43. Схема для поддержания температуры в заданных пределах

Второй вариант схемы для поддержания заданной температуры приведен на рис. 5.44 [Л28, стр. 133]. В ней используется только один термодатчик RK1, который располагается в зоне, где необходимо обеспечить термостабилизацию. В устройстве, как и в первом варианте, термодатчик включен по мостовой схеме (входы компараторов находятся в диагонали моста, образованного внешними и находящимися внутри микросхемы резисторами).

Вариант регулятора температуры, работающий с одним термодатчиком

Рис. 5.44. Вариант регулятора температуры, работающий с одним термодатчиком

С ростом температуры будет увеличиваться напряжение на пороговом входе (2), пока оно не достигнет 0,66Un. Тогда состояние выходного каскада таймера (вывод 3) изменится с высокого на низкий уровень, и это послужит сигналом для включения охлаждающего блока или же просто для отключения имеющегося в термостате подогревателя (зависит от назначения устройства). После этого температура начнет падать, и когда напряжение на входе запускающего компаратора достигнет 0,33Un, выходной каскад вернется в первоначальное состояние, что послужит сигналом для выключения охлаждающегося блока или включения подогревателя.

Терморезистор RK1 — подойдет любой с отрицательным ТКС (NTC). Но чтобы пределы температуры, на которые установлен термостабилизатор, соблюдались достаточно точно, необходимо рассеивать на термодатчике как можно меньшую электрическую мощность (снизить саморазогрев за счет протекающего через него тока). Этого легко можно добиться, увеличив номинал термодатчика, а также понизив питающее напряжение схемы, что уменьшит и ток в цепи.

 

При регулировке схемы сначала с помощью резистора R1 устанавливают верхний, а затем подстройкой R3 — нижний предел регулируемой температуры.

Если в этой схеме установить стандартный терморезистор, для которого зависимость сопротивления от температуры известна, расчет схемы достаточно прост. Методика расчета всех номиналов резисторов в зависимости от диапазона изменения сопротивления у терморезистора следующая [Л38].

Используем постоянный коэффициент К, определяемый как К = Rmc/Rmн, где Rmc — сопротивление терморезистора (RK1) в нижней точке интервала температур, a Rmн — сопротивление в верхней точке. Когда Rmc больше Rmн в два или более раз, чтобы в делителе соблюдались правильные соотношения между сопротивлениями, нужно, чтобы:

Простые термостабилизаторы на LM555

Если в системе действуют значительные помехи или же терморезистор подключается к схеме с помощью проводников большой длины, чтобы предотвратить ложные срабатывания от помех и наводок, необходимо зашунтировать входы компаратора емкостями, как показано (С2, C3). Это особенно важно, когда установлены большие номиналы сопротивления в делителе.

Для улучшения отвода тепла от радиаторов в радиоаппаратуре иногда используют принудительное охлаждение при помощи вентилятора. На рис. 5.45 приведена схема управления скоростью вращения вентилятора в зависимости от температуры. При этом электромотор питается импульсами, у которых скважность меняется от0,33 до 1 (33...100%), в зависимости от сопротивления терморезистора, установленного на охлаждаемом объекте. Чем больше температура, тем быстрее будет вращаться вентилятор М1.

Еще один вариант выполнения схемы для управления скоростью вращения электромотора вентилятора показан на рис. 5.46. Она в пояснениях не нуждается.

Автоматический регулятор рабочей скорости вентилятора в зависимости от температуры

Рис. 5.45. Автоматический регулятор рабочей скорости вентилятора в зависимости от температуры

 

Автоматический регулятор скорости вращения вентилятора, используемого в компьютере

Рис. 5.46. Автоматический регулятор скорости вращения вентилятора, используемого в компьютере

Литература: Радиолюбителям: полезные схемы, Книга 5. Шелестов И.П.

СХЕМА ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОРА


   Термостабилизатор предназначается для управления нагревателем с целью поддержки температуры в пределах от 0°С до 100°С. Особенность схемы в том, что можно отдельно в этих пределах задать температуру включения, то есть, минимальную, и температуру выключения, то есть максимальную, таким образом, установив диапазон, за пределы которого температура не должна выходить. Точность установки 0,1 °С. Для индикации существующей температуры, а так же заданной максимальной и минимальной используется измеритель напряжения на основе измерительной части мультиметра типа М830. Можно использовать как полностью исправный мультиметр, так и поврежденный, например, со сломанным переключателем или прогоревшей цепью измерения силы тока. Важно что бы прибор мог измерять напряжение от 0 до 1V (предел 2000 mV, если это мультиметр типа М830). Схема термостабилизатора ниже - кликните для увеличения картинки.


    Датчиком измерения температуры служит термодатчик LM35, он представляет собой микросхему, напряжение на выходе которой пропорционально температуре, выраженной в градусах Цельсия. Причем зависимость строго линейная, из расчета что на 1°С приходится 0,01V постоянного выходного напряжения. Например, если температура 23°С, то на выходе датчика будет 0,23V, а при температуре 100°С на выходе будет 1V. Это максимальное выходное напряжение, так как данный датчик предназначен для измерения температуры от 0 до 100°С.

   Напряжение с выхода датчика поступает на два компаратора на микросхемах А1 и А2. Компаратор на А1 отвечает за выключение нагревателя тогда, когда температура достигает максимального заданного значения, а компаратор на А2 отвечает за включение нагревателя тогда, когда температура опускается до минимального заданного значения. Напряжение поступает на инверсный вход А1 и прямой вход А2. На противоположные входы этих микросхем поступают установочные напряжения с резисторов R1 и R2. При установке предельных значений температуры сначала резистором R1 устанавливают максимальную температуру, и только после этого резистором R2 устанавливают минимальную температуру. Такое включение резисторов, во-первых, не дает ошибочно установить минимальную температуру выше максимальное, и во-вторых, позволяет при необходимости регулировать максимальную температуру с одновременным изменением и минимальной.

   Для индикации температуры, как имеющейся в данный момент, так и заданных значений используется измеритель, сделанный на основе платы мультиметра (см. выше). Он измеряет напряжение на выходе датчика, а так же, на переменных резисторах. Для управления используются кнопки S1 и S2. Когда они не нажаты (как показано на схеме) на измеритель поступает напряжение с датчика. Поэтому он постоянно показывает имеющуюся температуру. Если нажать кнопку S1 на вход измерителя поступит напряжение с резистора R1 и он покажет заданную максимальную температуру. Удерживая нажатой кнопку S1 и вращая ручку резистора R1 можно задать максимальную температуру. При нажатии кнопки S2 на вход измерителя подается напряжение с R2. Он показывает минимальную температуру. Удерживая нажатой кнопку S2 и вращая ручку резистора R2 можно задать минимальную температуру. Вместо измерителя на основе мультиметра можно применить любой другой с высокоомным входом, например, сделанный на основе микроконтроллера или использовать покупной измерительный блок (но, честно говоря, он вдвое дороже самого дешевого мультиметра). Можно и вообще отказаться от постоянной индикации, а сделать два гнезда в которые подключать мультиметр при необходимости узнать температуру или сделать настройку максимального и минимального значений.

   Нагрузкой управляет схема на RS-триггере на микросхеме D1. Если температура ниже минимального порога на выходе А2 появляется низкое напряжение, которое переключает этот триггер в состояние логической единицы на выходе D1.2. При этом на выходах соединенных параллельно элементов D1.3 и D1.4 (они соединены параллельно для увеличения выходного тока) появляется низкий уровень и возникает ток через оптопару A3. Она открывается и подает открывающий ток на мощный симистор VS1, который включает нагреватель.

   Температура начинает повышаться и превышает минимальный порог. На выходе А2 напряжение увеличивает до логической единицы. Но на нагрузку это не влияет, потому что триггер на D1 находится в стабильном состоянии. Температура продолжает повышаться и достигает максимального порога. Теперь падает напряжение на выходе А1. Триггер переключается, и ток через оптопару прекращается. Нагреватель выключается.

   Теперь температура падает. Она опускается ниже максимального порога. Напряжение на выходе А1 возрастает до логической единицы. Но нагреватель не включается, так как триггер находится в другом стабильном состоянии. Температура продолжает падать и достигает минимального значения. На выходе А2 напряжение падает, триггер переключается и включает нагреватель. Далее все повторяется. Таким образом, поддерживается стабильная температура в любых заданных пределах.

   Источник питания термостабилизатора сделан на трансформаторе с двумя вторичными обмотками по 7,5V на каждой (при токе не более 100mA). Одна обмотка служит для питания схемы термостата. Напряжение с неё поступает на мостовой выпрямитель на диодах VD6-VD9, сглаживающий конденсатор С7 и интегральный стабилизатор А4, который поддерживает стабильное напряжение питания термостата 5V. Стабилизатор необходим, так как от стабильности питающего напряжения зависит стабильность поддержания температуры. В принципе, для повышения стабильности поддержания температуры можно на резистор R1 подавать напряжение от отдельного какого-то высокостабильного стабилизатора напряжения. Но здесь используется общий стабилизатор для цепей установки и для всей схемы термостата.

   Напряжение со второй вторичной обмотки служит для питания платы мультиметра, на основе которой сделан измеритель. Схема мультиметра такова, что он не может питаться от той же схемы, в которой измеряет напряжение, то есть, ни одна из его входных клемм не должна быть соединена с его источником питания. Поэтому мультиметр питается от отдельной обмотки. Если использовать какой-то другой измеритель, который допускает соединение отрицательного полюса питания с отрицательной клеммой входа, то в отдельной обмотке нет никакой необходимости. Так же не нужна отдельная обмотка и в том случае, если в схеме нет собственного измерителя, а для определения температуры и настройки пределов используется самостоятельный измерительный прибор, подключаемый к термостату на время измерения. Применение в схеме питания трансформатора, а в схеме управления нагревателем оптопары обеспечивает гальваническую развязку между схемой термостата и сетью.

   Переменные резисторы желательно использовать многооборотные (со встроенным редуктором), это позволит точнее устанавливать пределы температуры. Если нет резисторов на 10 кОм можно их заменить резисторами сопротивлением от 2 до 20 кОм, но они должны быть одинакового сопротивления. Компараторы TLC271 можно заменить какими-нибудь другими. Важно чтобы они могли работать при питании 5V и на выходе давали логические уровни (или напряжения, близки к логическим уровням для микросхем КМОП, питающихся напряжением 5V).

   Микросхему К561ЛА7 можно заменить на К176ЛА7, CD4011. Схему выходного каскада можно сделать и по-другому. Но желательно сохранитьуправление через оптопару. Например, можно использовать какой-нибудь мощный симистор со встроенной оптопарой или так называемое «твердотельное реле».


Поделитесь полезными схемами

САМОДЕЛЬНЫЙ ШУМОМЕР

   Самодельный шумомер выполнен в виде игрушечного домика для паука и может использоваться для контроля за соблюдением тишины в классе, в котором отсутствует учитель (например, во время урока). Учитель, выходя из класса, настраивает прибор на определенный уровень шума. Для того чтобы не «разбудить» паука, дети должны сидеть тихо и не шуметь. Если паук спокойно «спит» в своем домике, значит, дети сидели спокойно, и их можно похвалить. Если же в отсутствие учителя дети в классе начинают разговаривать, ходить по классу, уровень шума повышается и из домика вылезает паук с горящими глазами.


СХЕМА ЭЛЕКТРОННОЙ СИРЕНЫ

   Очередная конструкция, являющаяся модулем для других, более сложных схем - генератор звуковых эффектов на микросхеме UM3561.




ПОДСТАВКА ДЛЯ НОУТБУКА СВОИМИ РУКАМИ
     Владельцам нотубуков и нетбуков посвящается эта статья. Хронический перегрев процессора - основной недостаток ноутбуков, из-за этого резко снижается производительность компьютера, а иногда это приводит к отказу работ некоторых программ или же ноутбука в целом.

Простая паяльная станция на микроконтроллере / Хабр

Паяльник — основной инструмент тех, кто хоть как-то связан с электроникой. Но большинство обычных паяльников пригодны лишь для пайки кастрюль, более-менее нормальный паяльник с термостатом и сменными жалами стоит недешево, а про паяльные станции и говорить нечего. Предлагаю собрать несложную паяльную станцию не особо отличающуюся по функциональности от серийных.
Схема


Микроконтроллер работает как термостат: получает данные от термопреобразователя и управляет транзистором, который в свою очередь, включает нагреватель. Заданная и текущая температура паяльника отображаются на семисегментном индикаторе. Кнопки S1-S4 служат для задания температуры с шагом 100°С и 10°С, S5-S6 — для включения и отключения станции (ждущий режим), S7 — переключает режим индикации температуры: текущая температура либо заданная (в этом режиме её можно изменить). Работа нагревателя отображается светодиодом LED1. В случае отключения питания последняя заданная температура сохраняется в энергонезависимую память EEPROM и при последующем включении станция начинает нагрев до этой температуры.
Детали

В станции использован сетевой трансформатор на 18В 40Вт, диодный мост любой, способный выдержать ток 2А и обратное напряжение 30В, например КЦ410. Интегральный стабилизатор напряжения 7805 нужно прикрутить к радиатору размером не менее спичечного коробка. Фильтрующие конденсаторы С1 — электролитический на 100-500мкФ, С2 при большом желании, можно убрать. Индикатор — любой на три разряда с динамической индикацией и общим анодом, лучше его спрятать за светофильтром. Токоограничительные резисторы R8-R11 сопротивлением 330Ом-1кОм. Кнопки S1-S6 без фиксации, желательно тактовые, S7 — тумблер или кнопка, но с фиксацией. Резисторы R1-R7 — любые, сопротивлением 10кОм-100кОм. Транзистор Т1 — N-канальный MOSFET, управляемый логическим уровнем, допустимым напряжением сток-исток не менее 25В и током не менее 3А, например: IRL3103, IRL3713, IRF3708, IRF3709 и др. Микроконтроллер ATmega8 с любым суффиксом и корпусом(на схеме нумерация контактов для DIP-корпуса). Из фьюзов меняем лишь CKSEL: настраиваем на внутренний генератор 8МГц CKSEL3...0=0100, остальные не трогаем. Такая схема не требует ни какой настройки и работает сразу (если её правильно собрали).
Паяльник

В схеме предусмотрено использование паяльников используемых в серийно выпускаемых паяльных станциях, например Lukey или AOYUE. Такие паяльники продаются в качестве запасных частей и стоят чуть дороже ранее упомянутых паяльников для кастрюль. Основное отличие, которое нас волнует — это тип датчика температуры, он может быть терморезистором или термопарой. Нам нужен первый. Такой тип преобразователя подходит для паяльников внутри которых находится керамический нагревательный элемент HAKKO 003 (HAKKO A1321). Пример такого паяльника используется в паяльных станциях Lukey 868, 852D+, 936 и др. Такой паяльник стоит дороже, но считается более качественным.
В заключение

Паяльники Lukey имеют для подключения станции разъем PS/2, у AOYUE — похож на старый советский разъем для подключения магнитофона. В интернете можно найти их распиновку, а можно просто срезать разъем и припаяться прямо к плате. Чтобы узнать где какой провод, можно померить сопротивления: у нагревателя будет около 3 Ом, а у терморезистора примерно 50 Ом (при комнатной температуре).
Почти все современные паяльники для паяльных станций имеют возможность заземлить жало, воспользуйтесь ней для защиты паяемых деталей от статических разрядов.
А вот что получилось

Паялось все ЭПСНом с намотанной на жало медной проволокой. О миниатюризации тогда не думал.



Внутренности фотографировались два года назад, когда её только сделал, поэтому внимательные читатели могут заметить реле (заменено транзистором) и преобразователь для термопары(красненькие резисторы и подстроечник в левом нижнем углу).

В архиве прошивка и схема в большом разрешении

Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы. Бесплатные статьи

Все статьи бесплатного энциклопедии электроники и электротехники перечислены в Алфавитный порядок. За автоматический перевод статей на ваш родной язык, пожалуйста, используйте Переведите! форма в левый верхний угол страницы.

Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы

Power controllers, thermometers, thermostabilizers

Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы.Статьи с иллюстрациями и подробными пояснениями:

Цифровой мультиметр измеряет температуру

Миниатюрный симисторный регулятор Vage

Простой термостабилизатор для овощехранилища

Простой регулятор мощности нагрузки на базе регулятора электродрели

Термометр простой многоточечный

Простой регулятор температуры жала паяльника

Термостабилизатор простой, 10-50 градусов

Термостабилизатор простой, 1-80 градусов

Симисторный диммер с импульсно-фазовой регулировкой

Измеритель температуры воздуха

Сигнализация повышенной влажности

Термометры аналоговые на логических микросхемах

Автоматический регулятор температуры холодильника

Автоматическое поддержание заданной температуры в теплице

Автоматическое поддержание температуры в объеме

Термостат автоматический для приусадебного участка

Термометр для батареи

Часы с термометром и барометром

Комбинированный регулятор мощности

Компактный регулятор мощности

Устройство для поддержания рабочей температуры тепловой инерционной нагрузки на триггере Шмитта

Цифровой регулятор мощности паяльника

Цифровой термометр

Цифровой термостат на микроконтроллере PIC16F628

Цифровой двухобъектный термометр

Управление мощностью дискретной фазы

Двухканальный симистор

Термометр домо-уличный экономичный с индикатором от сотового телефона

Термостабилизатор экономичный

Стабилизатор температуры электронагревателя

Регулятор температуры жала электрического паяльника

Термометр электрический, 20-45 градусов

Электронное управление фазорегулятором

Электронное реле Регулятор Vage

Электронный регулятор температуры

Электронный термометр

Термометр электронный на микросхеме DS18B20

Термокамера

Нагреватель для ТВ боксов

Высокоточный термометр с датчиком DS18S20

Скоростной (3-4 секунды) измеритель температуры

Индикатор высокой температуры на микросхеме KIA6966S

Домашняя метеостанция

Термометр цифровой бытовой

Стабилизатор температуры жала бытового паяльника

Термометр-ареометр бытовой

Термометр Хаус-Стрит

Совершенствование регулятора мощности

Блок управления кинематикой инкубатора

Устройство управления двигателем инкубатора

Встроенный таймер в цепи контроля температуры

Термостат утюг

Утюг со звуковой индикацией нагрева

Регулятор мощности малой нагрузки

Поддержание температуры охлаждающей жидкости

Управление котла электрического отопления

Матричный светодиодный индикаторный термометр

Контроллер мощности двигателя

Многопрограммный таймер-часы-термометр

Один термостат - несколько объектов

Датчик перегрева

Управление фазной мощностью (1)

Управление фазной мощностью (2)

Регулятор мощности

Регулировка мощности для активно-индуктивных нагрузок до 15 кВт

Регулятор мощности электронагревателей

Регулятор мощности обогревателей

Контроль мощности на микросхеме

Регулировка мощности на микроконтроллере Z8

Регулятор мощности на три части

Контроллеры питания на микроконтроллере

Мощный регулятор мощности на симисторе

Программируемый термостабилизатор

Оперативная регулировка гистерезиса в термостате

Пропорциональный термостабилизатор для инкубатора

Контроллер температуры холодильника

Регулятор сети Vage 0-218 В

Дистанционное регулирование температуры в загородном доме

Ремонт и модернизация бытового холодильника

Замена регулятора Vage

Простое управление мощностью

Простой термостат

Простые термостаты

Стабилизатор температуры жала паяльника

Стабилизированный регулятор мощности

Термостат стабильный

Телемеханика коммутации нагрузок по телефону

Стабилизатор температуры и влажности

Регулятор температуры (1)

Регулятор температуры (2)

Стабилизаторы температуры в бытовой технике

Термометр-будильник с дистанционным управлением

Приспособление для поддержания микроклимата в зимнем саду - домашняя метеостанция

Регулятор мощности общего назначения

Тиристорный термостат

Термостабилизатор

Термостабилизатор на температуру 150... 1000 градусов

Термостабилизатор для мини-инкубатора

Термостабилизатор паяльника на микроконтроллере

Термостабилизатор с широким интервалом

Термостабилизатор с изолированным датчиком

Термометр

Часы с термометром

Термометр для газовой колонки

Термометр с линейной шкалой

Термометр с функцией таймера или термостатом

Термостат для бака с водой

Термостат для подвала

Термостат для теплицы

Термостат для мини-инкубатора

Термостат для инкубатора

Термостат от таймера

Термостат на балконе

Термостат с датчиками температуры и освещенности

Трехканальная сигнализация высокой температуры

Трехканальный регулятор мощности

Регулятор мощности трехфазной нагрузки

Тиристор двухполюсный сетевой

Сенсорный регулятор мощности (1)

Сенсорный регулятор мощности (2)

Симисторный регулятор с обратной связью

Симисторный регулятор с защитой от перегрузки

Управление высокой мощностью симистора

Регулятор мощности симистора (1)

Регулятор мощности симистора (2)

Симисторный регулятор мощности с низким уровнем шума

Регуляторы мощности симистора

Симисторный регулятор

Симистор стабилизированный регулятор мощности

Термостабилизатор симистора

Термометр-термостат двухканальный, 5-95 градусов

Двухчиповый термостат

Универсальный электронный термометр

Универсальный высокоточный термостабилизатор

Регулятор мощности нагрузки с регулируемым напряжением

Все статьи раздела Бытовая электроника:

Бытовая электроника.Колокола и звуковые тренажеры

Бытовая электроника. Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки

Бытовая электроника. Дом, сад, поля, хобби

Бытовая электроника. Индикаторы, детекторы, металлоискатели

Бытовая электроника. Разное

Бытовая электроника. Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы

.

Введение в микроконтроллеры, типы микроконтроллеров и их применение

Что такое микроконтроллер?

Микроконтроллер - это небольшой, недорогой и автономный компьютер на кристалле, который можно использовать в качестве встроенной системы. Некоторые микроконтроллеры могут использовать четырехбитные выражения и работать с тактовой частотой, которые обычно включают:

  • 8- или 16-разрядный микропроцессор.
  • Немного ОЗУ.
  • Программируемое ПЗУ и флэш-память.
  • Параллельный и последовательный ввод / вывод.
  • Таймеры и генераторы сигналов.
  • Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование

Микроконтроллеры обычно должны иметь низкое энергопотребление, поскольку многие устройства, которыми они управляют, работают от батарей. Микроконтроллеры используются во многих устройствах бытовой электроники, автомобильных двигателях, компьютерной периферии, а также в испытательном или измерительном оборудовании. И они хорошо подходят для длительного использования батарей. Преобладающая часть микроконтроллеров, используемых в настоящее время, имплантируется в другие устройства.


Как классифицируются микроконтроллеры?

Микроконтроллеры характеризуются шириной шины, набором команд и структурой памяти. Для одной и той же семьи могут быть разные формы с разными источниками. В этой статье будут описаны некоторые из основных типов микроконтроллеров, о которых новые пользователи могут не знать.

Типы микроконтроллеров показаны на рисунке, они характеризуются битами, архитектурой памяти, памятью / устройствами и набором команд.Давайте кратко обсудим это.

Types of Microcontrollers Types of Microcontrollers Типы микроконтроллеров

Классификация по количеству битов

Биты в микроконтроллере - 8-битные, 16-битные и 32-битные микроконтроллеры.

В 8-битном микроконтроллере точка, когда внутренняя шина является 8-битной, тогда ALU выполняет арифметические и логические операции. Примерами 8-битных микроконтроллеров являются семейства Intel 8031/8051, PIC1x и Motorola MC68HC11.

PCBWay PCBWay

16-битный микроконтроллер обеспечивает большую точность и производительность по сравнению с 8-битным.Например, 8-битные микроконтроллеры могут использовать только 8 бит, что дает конечный диапазон 0 × 00 - 0xFF (0–255) для каждого цикла. Напротив, 16-битные микроконтроллеры с 16-битной шириной данных имеют диапазон 0 × 0000 - 0xFFFF (0-65535) для каждого цикла. Чрезвычайно полезный более длинный таймер, вероятно, может оказаться полезным в определенных приложениях и схемах. Он может автоматически работать с двумя 16-битными числами. Некоторыми примерами 16-битных микроконтроллеров являются 16-битные микроконтроллеры расширенных семейств 8051XA, PIC2x, Intel 8096 и Motorola MC68HC12.

32-битный микроконтроллер использует 32-битные инструкции для выполнения арифметических и логических операций. Они используются в устройствах с автоматическим управлением, включая имплантируемые медицинские устройства, системы управления двигателями, офисную технику, бытовую технику и другие типы встроенных систем. Некоторые примеры: семейство Intel / Atmel 251, PIC3x.

Классификация по устройствам памяти

Устройства памяти делятся на два типа:

  • Микроконтроллер встроенной памяти
  • Микроконтроллер внешней памяти

Микроконтроллер встроенной памяти : Когда встроенная система имеет блок микроконтроллера, Все функциональные блоки, имеющиеся на микросхеме, называются встроенным микроконтроллером.Например, 8051, имеющий память программ и данных, порты ввода-вывода, последовательную связь, счетчики, таймеры и прерывания на кристалле, является встроенным микроконтроллером.

Микроконтроллер с внешней памятью : Когда встроенная система имеет микроконтроллер, который не имеет всех функциональных блоков, доступных на микросхеме, называется микроконтроллером внешней памяти. Например, 8031 ​​не имеет программной памяти на микросхеме - это внешняя память микроконтроллера.

Классификация в соответствии с набором команд

CISC : CISC - это компьютер со сложным набором команд.Это позволяет программисту использовать одну инструкцию вместо множества более простых инструкций.

RISC : RISC означает компьютер с сокращенным набором инструкций, этот тип наборов инструкций сокращает дизайн микропроцессора в соответствии с отраслевыми стандартами. Это позволяет каждой инструкции работать с любым регистром или использовать любой режим адресации и одновременный доступ к программе и данным.

Пример для CISC и RISC:

CISC : Mov AX, 4 RISC : Mov AX, 0
Mov BX, 2 Mov BX, 4
ADD BX, AX Mov CX, 2
Начать ADD AX, BX
Цикл Начать

Из приведенного выше примера системы RISC сокращают время выполнения за счет сокращения тактовых циклов на команду, а системы CISC сокращают время выполнения за счет уменьшения количества инструкций на программу.RISC дает лучшее исполнение, чем CISC.

Классификация в соответствии с архитектурой памяти

Архитектура памяти микроконтроллера бывает двух типов, а именно:

  • Гарвардский микроконтроллер с архитектурой памяти
  • Принстонский микроконтроллер с архитектурой памяти

Гарвардский микроконтроллер с архитектурой памяти : Точка, когда блок микроконтроллера имеет разное адресное пространство памяти для программ и памяти данных, микроконтроллер имеет архитектуру памяти в процессоре Гарварда.

Принстонская архитектура памяти Микроконтроллер : момент, когда микроконтроллер имеет общий адрес памяти для программной памяти и памяти данных, микроконтроллер имеет архитектуру памяти Princeton в процессоре.

5 Применения микроконтроллеров

Микроконтроллер имеет множество применений Электронное оборудование

  • Мобильные телефоны
  • Мобильные автоматы
  • Стиральные машины
  • Камеры
  • Сигнализация безопасности

4 Типы микроконтроллеров

представляет собой 40-контактный микроконтроллер с Vcc 5 В, подключенным к контакту 40, и Vss на контакте 20, который поддерживается 0 В.И есть порты ввода и вывода от P1.0 - P1.7, которые имеют функцию открытого стока. Port3 имеет дополнительные функции. Контакт 36 имеет состояние открытого стока, а контакт 17 имеет внутренне подтянутый транзистор внутри микроконтроллера. Когда мы применяем логику 1 к порту 1, мы получаем логику 1 на порту 21 и наоборот. Программирование микроконтроллера крайне сложно. Обычно мы пишем программу на языке C, которая затем преобразуется в машинный язык, понятный микроконтроллеру. Вывод RESET подключен к выводу 9, соединенному с конденсатором.Когда переключатель находится в положении ON, конденсатор начинает заряжаться и RST высокий. Применение высокого уровня к контакту сброса сбрасывает микроконтроллер. Если мы применим логический ноль к этому выводу, программа начнет выполнение с самого начала.

Архитектура памяти 8051

Память 8051 разделена на две части: память программ и память данных. Память программ хранит выполняемую программу, тогда как память данных временно хранит данные и результаты. 8051 использовался в большом количестве устройств, главным образом потому, что его легко интегрировать в устройство.Микроконтроллеры в основном используются в управлении энергопотреблением, сенсорном экране, автомобилях и медицинских устройствах.

Program Memory of 8051 Program Memory of 8051 Программная память 8051 и Data Memory of 8051 Data Memory of 8051 Память данных 8051

Описание выводов микроконтроллера 8051

Вывод 40: Vcc является основным источником питания + 5V DC.
Контакт 20: Vss - обозначает заземление (0 В).
Контакты 32–39: Известный как порт 0 (от P0.0 до P0.7) для работы в качестве портов ввода / вывода.
Контакт-31: Разрешение фиксации адреса (ALE) используется для демультиплексирования сигнала адрес-данные порта 0.
Pin-30: (EA) Вход внешнего доступа используется для включения или отключения взаимодействия с внешней памятью. Если нет требований к внешней памяти, этот вывод всегда находится в высоком состоянии.
Контакт 29: Разрешение сохранения программ (PSEN) используется для чтения сигнала из внешней памяти программ.
Контакты- 21-28: Известный как порт 2 (от P 2.0 до P 2.7) - помимо использования в качестве порта ввода-вывода, сигналы шины адреса более высокого порядка мультиплексируются с этим квазидвунаправленным портом.
Контакты 18 и 19: Используются для подключения внешнего кристалла для обеспечения системных часов.
Контакты 10-17: Этот порт также выполняет некоторые другие функции, такие как прерывания, ввод таймера, управляющие сигналы для внешней памяти, взаимодействующей с чтением и записью. Это квазидвунаправленный порт с внутренним подтягиванием.
Вывод 9: Это вывод сброса, используемый для установки микроконтроллера 8051 на его начальные значения, когда микроконтроллер работает или при начальном запуске приложения. Штифт RESET должен быть установлен в высокий уровень на 2 машинных цикла.
Контакты 1 - 8: Этот порт не выполняет никаких других функций.Порт 1 - это квазидвунаправленный порт ввода-вывода.

Renesas Микроконтроллер

Renesas - это новейшее семейство автомобильных микроконтроллеров, которое предлагает высокопроизводительные функции с исключительно низким энергопотреблением для широкого и универсального набора элементов. Этот микроконтроллер предлагает богатые функциональные возможности и встроенные характеристики безопасности, необходимые для новых и передовых автомобильных приложений. Основная структура процессора микроконтроллера поддерживает высокие требования к надежности и производительности.

Микроконтроллер Renesas с низким энергопотреблением, высокой производительностью, скромными корпусами и самым большим диапазоном размеров памяти в сочетании с периферийными устройствами с богатыми характеристиками.

Renesas Renesas Renesas

Renesas предлагает самые универсальные семейства микроконтроллеров в мире, например, наше семейство RX предлагает множество типов устройств с вариантами памяти от 32K flash / 4K RAM до невероятных 8M flash / 512K RAM.

Семейство 32-разрядных микроконтроллеров RX - это многофункциональные микроконтроллеры общего назначения, охватывающие широкий спектр встроенных приложений управления с высокоскоростной связью, цифровой обработкой сигналов и управлением инвертором.

В семействе микроконтроллеров RX используется 32-битная улучшенная архитектура Harvard CISC для достижения очень высокой производительности.

Описание контактов:

Расположение выводов микроконтроллера Renesas показано на рисунке:

Renesas cir Renesas cir

Это 20-контактный микроконтроллер. Контакт 9 - это Vss, контакт заземления, и Vdd, контакт источника питания. Он имеет три различных типа прерывания: обычное прерывание, быстрое прерывание и высокоскоростное прерывание.

Обычные прерывания сохраняют значимые регистры в стеке с помощью инструкций push и pop.Быстрые прерывания автоматически сохраняют программный счетчик и слово состояния процессора в специальных резервных регистрах, поэтому время отклика сокращается. А высокоскоростные прерывания выделяют до четырех регистров общего назначения для специального использования прерыванием, чтобы еще больше увеличить скорость. Структура внутренней шины дает 5 внутренних шин, чтобы гарантировать, что обработка данных не замедляется. Выборка инструкций происходит через широкую 64-битную шину, что связано с инструкциями переменной длины, используемыми в архитектурах CISC.

Особенности и преимущества микроконтроллеров RX

  • Низкое энергопотребление достигается за счет использования многоядерной технологии
  • Поддержка работы 5 В для промышленных и бытовых конструкций
  • Масштабируемость от 48 до 145 контактов и от 32 КБ до 1 МБ флэш-памяти, с Включено 8 КБ флэш-памяти данных
  • Встроенная функция безопасности
  • Встроенный богатый набор функций из 7 UART, I2C, 8 SPI, компараторов, 12-битного АЦП, 10-битного ЦАП и 24-битного АЦП (RX21A), что позволит сократить стоимость системы за счет интеграции большинства функций

Применение микроконтроллера Renesas:

  • Промышленная автоматизация
  • Коммуникационные приложения
  • Приложения для управления двигателем
  • Испытания и измерения
  • Медицинские приложения

Микроконтроллеры AVR

Микроконтроллер AVR разработан Alaris -Эгил Боген и Вегард Воллан из Atmel Corporation.Микроконтроллеры AVR представляют собой модифицированную архитектуру Harvard RISC с отдельной памятью для данных и программ, а скорость AVR высока по сравнению с 8051 и PIC. AVR расшифровывается как A lf-Egil Bogen и V egard Wollan's R ISC.

Разница между контроллерами 8051 и AVR:

  • 8051 - это 8-битные контроллеры на основе архитектуры CISC, AVR - это 8-битные контроллеры на основе архитектуры RISC
  • 8051 потребляет больше энергии, чем микроконтроллер AVR
  • В 8051 мы можем программировать легче, чем микроконтроллер AVR
  • Скорость AVR больше, чем микроконтроллер 8051

Классификация контроллеров AVR:

микроконтроллеры AVR делятся на три типа:

  • TinyAVR - меньше памяти, небольшой размер, подходит только для простых приложения
  • MegaAVR - это самые популярные из них, имеющие хороший объем памяти (до 256 КБ), большее количество встроенных периферийных устройств и подходящие для средних и сложных приложений
  • XmegaAVR - коммерчески используются для сложных приложений, требующих большой программной памяти и высокая скорость

Характеристики микроконтроллера AVR:

  • 16 КБ In-Sys Tem Programmable Flash
  • 512B внутрисистемной программируемой EEPROM
  • 16-битный таймер с дополнительными функциями
  • Несколько внутренних генераторов
  • Внутренняя самопрограммируемая флэш-память инструкций до 256K
  • Программируется внутри системы с помощью ISP, JTAG или методы высокого напряжения
  • Дополнительная секция загрузочного кода с независимыми битами блокировки для защиты
  • Синхронные / асинхронные последовательные периферийные устройства (UART / USART)
  • Шина последовательного периферийного интерфейса (SPI)
  • Универсальный последовательный интерфейс (USI) для двух / трехпроводных синхронная передача данных
  • Сторожевой таймер (WDT)
  • Несколько энергосберегающих спящих режимов
  • 10-разрядные аналого-цифровые преобразователи, с мультиплексированием до 16 каналов
  • Поддержка контроллеров CAN и USB
  • Низковольтные устройства не работают к 1.8v

Существует множество микроконтроллеров семейства AVR, таких как ATmega8, ATmega16 и так далее. В этой статье мы поговорим о микроконтроллере ATmega328. Микросхемы ATmega328 и ATmega8 совместимы по выводам, но функционально они различны. ATmega328 имеет флэш-память объемом 32 КБ, а ATmega8 - 8 КБ. Другими отличиями являются дополнительная SRAM и EEPROM, добавление прерываний смены контактов и таймеров. Некоторые из характеристик ATmega328:

Характеристики ATmega328:

  • 28-контактный микроконтроллер AVR
  • Флэш-память для программ объемом 32 Кбайт
  • Память данных EEPROM объемом 1 Кбайт
  • Память данных SRAM объемом 2 Кбайт
  • контактов 23
  • Два 8-битных таймера
  • Аналогово-цифровой преобразователь
  • Шестиканальный ШИМ
  • Встроенный USART
  • Внешний осциллятор: до 20 МГц

Описание контактов ATmega328 :

Поставляется в 28-контактном DIP , показанное на рисунке ниже:

AVR AVR AVR

Vcc: Цифровое напряжение питания.

GND: Земля.

Порт B: Порт B - это 8-битный двунаправленный порт ввода-вывода. Выводы порта B имеют тройное обозначение, когда становится активным условие сброса или один, даже если часы не работают.

Порт C: Порт C - это 7-битный двунаправленный порт ввода-вывода с внутренними подтягивающими резисторами.

PC6 / RESET

Порт D: Это 8-битный двунаправленный порт ввода-вывода с внутренними подтягивающими резисторами. Выходные буферы порта D имеют симметричные характеристики привода.

AVcc: AVcc - вывод напряжения питания для АЦП.

AREF: AREF - это аналоговый опорный вывод для АЦП.

Типовая схема микроконтроллера AVR:

AVR cir AVR cir

Применения микроконтроллера AVR:

Существует множество применений микроконтроллера AVR; они используются в домашней автоматизации, сенсорных экранах, автомобилях, медицинских устройствах и обороне.

PIC Микроконтроллер

PIC - это контроллер периферийного интерфейса, разработанный General Instruments Microelectronics в 1993 году.Он контролируется программным обеспечением. Их можно было запрограммировать для выполнения многих задач, управления линией генерации и многого другого. Микроконтроллеры PIC находят свое применение в новых приложениях, таких как смартфоны, аудио аксессуары, периферийные устройства для видеоигр и современные медицинские устройства.

Есть много PIC, начинающихся с PIC16F84 и PIC16C84. Но это были единственные доступные флеш-карты. Microchip недавно представила флеш-чипы гораздо более привлекательных типов, например 16F628, 16F877 и 18F452.16F877 примерно в два раза дороже старого 16F84, но имеет в восемь раз больше кода, гораздо больше оперативной памяти, гораздо больше контактов ввода-вывода, UART, аналого-цифрового преобразователя и многое другое.

PIC PIC

Характеристики PIC16F877

Основные характеристики:

  • Высокопроизводительный ЦП RISC
  • До 8K x 14 слов в программной памяти FLASH
  • 35 инструкций (кодирование с фиксированной длиной - 14 бит)
  • Память данных на основе статического ОЗУ 368 × 8
  • Память данных EEPROM до 256 x 8 байтов
  • Возможность прерывания (до 14 источников)
  • Три режима адресации (прямая, косвенная, относительная)
  • Сброс при включении ( POR)
  • Память архитектуры Harvard
  • Энергосберегающий режим SLEEP
  • Широкий диапазон рабочего напряжения: 2.От 0 В до 5,5 В
  • Высокий ток потребления / источника: 25 мА
  • Машина на базе аккумулятора

Периферийные функции:

  • 3 Таймера / счетчика (программируемые предварительные скаляры)

- Timer0, Timer2 - это 8-битные таймеры / счетчик с 8-битным пре-скаляром

- Таймер 1 - 16 бит, может увеличиваться во время сна через внешний кристалл / часы

  • Два модуля захвата, сравнения, ШИМ

- Функция захвата входа записывает счетчик Таймера 1 на контактный переход

- Выходной сигнал функции ШИМ представляет собой прямоугольный сигнал с программируемым периодом и рабочим циклом.

  • 10-битный 8-канальный аналого-цифровой преобразователь
  • USART с обнаружением 9-битного адреса
  • Синхронный последовательный порт с ведущим режимом и I2C Master / Slave
  • 8-битный параллельный ведомый порт

Аналоговые характеристики:

  • 10-битный, до 8-канальный аналого-цифровой преобразователь (A / D)
  • Сброс при пониженном напряжении (BOR)
  • Модуль аналогового компаратора (программируемое мультиплексирование входов с входов устройства и выходов компаратора доступно извне )

Описание контактов PIC16F877A:

PIC micro PIC micro

PIC microcon PIC microcon

PIC microcontro PIC microcontro

Преимущества PIC:

  • Это RISC-дизайн
  • . с обычно меньшим объемом программной памяти, чем у его более крупных конкурентов
  • Это низкая стоимость, высокая тактовая частота

Типичная прикладная схема PIC16F877A:

905 36 PIC microcontroller

Схема ниже состоит из лампы, переключение которой управляется микроконтроллером PIC.Микроконтроллер сопряжен с внешним кристаллом, который обеспечивает ввод часов. PIC также сопряжен с кнопкой, и при нажатии кнопки микроконтроллер соответственно отправляет высокий сигнал на базу транзистора, чтобы включить транзистор и, таким образом, обеспечить надлежащее соединение с реле для его включения и разрешить прохождение переменного тока к лампе и, таким образом, лампа будет светиться. Состояние операции отображается на ЖК-дисплее, подключенном к микроконтроллеру PIC.

.

Руководство для начинающих по микроконтроллерам

от Джона Уайлдера

Время от времени я вижу, как новички пытаются начать заниматься встраиваемой электроникой, но не знают, с чего начать. Некоторые даже совершают ошибку, пытаясь написать свой собственный код, не получив сначала полного понимания микроконтроллера / микропроцессора, с которым они работают, языка программирования, с которым они работают, или даже базовых концепций программирования. Но не волнуйтесь… эта статья должна стать хорошим учебником, чтобы познакомиться с миром встроенной электроники.

Эта статья не пытается рассказать о каком-либо конкретном микроконтроллере / микропроцессоре, но представляет собой скорее учебник, объясняющий общие концепции, применимые ко всем микроконтроллерам / микропроцессорам.

Во-первых, давайте ... зададим себе пару вопросов. Первый вопрос -

Что такое микроконтроллер?
Микроконтроллер - это крошечный микрокомпьютер на микросхеме. Он имеет ЦП, ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), регистры специальных функций, память ПЗУ программ, память ПЗУ данных, от одного до нескольких портов параллельного ввода / вывода (ввода / вывода) и может иметь множество встроенных периферийных устройств, включая но не ограничиваясь аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), Serial UART, один или несколько таймеров, / на источник опорного напряжения чипа, захвата / сравнения / ШИМ (широтно-импульсная модуляция) модуля компараторов , Главный синхронный последовательный порт для связи SPI (последовательный периферийный интерфейс) / I2C (меж интегральная схема), порт USB, порт Ethernet, встроенные генераторы, а также множество других периферийных устройств.

Что такое микропроцессор (подождите, вы имеете в виду, что разница действительно есть)?
Микропроцессор - это все, что есть в микроконтроллере, но без программного ПЗУ на кристалле. Программный код находится вне кристалла в отдельной внешней микросхеме EPROM.

ПЗУ программ и ПЗУ данных
Встроенная память ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) микроконтроллера подобна жесткому диску микроконтроллера. Имеет две перегородки. Один раздел зарезервирован для хранения программного кода, а другой раздел зарезервирован для постоянного хранения данных, которые используются микросхемой во время нормального выполнения программы.На данном микроконтроллере PIC, имеющем, скажем, 8 Кбайт программного пространства, программное пространство будет занимать адреса ПЗУ 0x0000 - 0x1FFF (или 0-8191 в десятичном виде). Пространство данных начнется с адреса ПЗУ программы 0x2100. Если бы пространство ПЗУ данных было 256 байтов, пространство ПЗУ данных занимало бы адреса ПЗУ 0x2100 - 0x21FF (или 8448-8704 в десятичном виде).

CPU
CPU означает центральный процессор. По сути, это «мозг» микроконтроллера. Это то, что извлекает инструкции из памяти кода и выполняет полученные инструкции.

ОЗУ данных
ОЗУ данных (оперативное запоминающее устройство) - это пространство данных, которое используется для временного хранения значений констант и переменных, которые используются микроконтроллером во время нормального выполнения программы. Объем физического пространства RAM на данном микроконтроллере варьируется от одного микроконтроллера к другому. ОЗУ данных на микроконтроллере организовано в несколько «регистров», каждый из которых имеет свой уникальный «адрес». Регистр ОЗУ на 8-битном микроконтроллере может содержать всего 8 бит или один байт данных.Типичная спецификация пространства ОЗУ может указывать, что оно составляет 256 x 8. Это означает, что всего в ОЗУ 256 регистров, и эти регистры могут содержать 8 бит каждый.

Регистр - это просто место в памяти, в которое вы можете записывать или читать данные. Некоторые из нас называют регистры «местонахождением».

Регистры специальных функций
Регистры специальных функций (или просто SFR) в микроконтроллере аналогичны регистрам в ОЗУ данных. Вы можете записывать в них данные, а также читать из них данные.Они отличаются тем, что некоторые SFR напрямую управляют аппаратным обеспечением микроконтроллера, а другие управляются аппаратным обеспечением микроконтроллера.

Каждый бит в SFR назначается функции. В SFR у вас есть биты управления и биты флагов. Управляющие биты подобны «переключателям», которые включают или выключают функцию в зависимости от того, записываете ли вы 1 или 0 в эту битовую позицию в SFR. Биты флагов похожи на «световые индикаторы», которые указывают, существует ли данное условие, в зависимости от того, равен ли бит флага 1 или 0.Биты управления напрямую управляют оборудованием. Биты флагов контролируются оборудованием. В любой данной программе мы обычно записываем в управляющие биты, пока читаем биты флагов (некоторые биты флагов должны быть очищены вручную путем записи в них, в зависимости от микроконтроллера… подробнее об этом позже).

Каждой аппаратной части микроконтроллера будет назначен как минимум 1 SFR. Некоторому оборудованию может быть назначено несколько SFR. Проконсультируйтесь с таблицей данных вашего микроконтроллера, чтобы узнать больше о конкретной организации SFR.

Биты конфигурации
Большинство микроконтроллеров имеют специальные биты, известные как «биты конфигурации». Эти биты настраивают специальные параметры микроконтроллера, включая, помимо прочего, -

.

* Тип осциллятора
* Сторожевой таймер Вкл. / Выкл.
* Таймер включения / выключения
* Вкл / Выкл сброса при пониженном энергопотреблении
* Включение / выключение программирования низкого напряжения
* Включение / выключение монитора безопасных часов
* Внутреннее / внешнее переключение Вкл. / Выкл.

В микроконтроллере PIC есть даже биты конфигурации для защиты программного кода и защиты кода данных.Эти биты предотвращают чтение программы или пространств данных внешним программным оборудованием, чтобы другие не могли украсть ваш код. На микросхеме Atmel AT89S (производной от 8051) это устанавливается так называемыми «битами блокировки».

Некоторые называют биты конфигурации «битами предохранителя». Это происходит из-за старых микропроцессоров, у которых были настоящие «предохранители» на микросхеме, которые перегорали, если были отключены определенные функции управления битами предохранителей. Эти предохранители были «программируемыми один раз»… после того, как они перегорели, их невозможно было «отключить».Однако с появлением флэш-памяти, доступной на современных микроконтроллерах, на микросхеме больше нет буквальных «предохранителей». Но сам термин перенесен из-за того, что биты конфигурации по существу обеспечивают тот же контроль, что и биты предохранителей.

АЛУ (Арифметико-логический блок)
Этот аппаратный компонент по существу отвечает за все математические и логические операции, выполняемые микроконтроллером. На большинстве микроконтроллеров с ALU будет связано 3 битовых флага -

* Нулевой бит - Этот бит флага устанавливается в 1 аппаратным обеспечением, когда математическая операция приводит к нулевому результату.Он будет сброшен на 0 оборудованием, когда математическая операция даст ненулевой результат.

* Бит переноса / заимствования - этот бит флага работает как бит переноса для операций сложения, одновременно работая как флаг заимствования для операций вычитания. «Перенос» происходит, когда результат операции сложения приводит к значению, превышающему то, что регистр может хранить. 8-битный регистр может содержать максимальное значение 255 (FF в шестнадцатеричном формате или 11111111 в двоичном).

Если операция сложения приводит к результату больше 255, флаг переноса устанавливается в 1.Если в результате операции сложения результат меньше 255, перенос не происходит, поэтому флаг переноса сбрасывается до 0.

Для операций вычитания вместо этого флаг переноса работает как флаг заимствования. Флаг заимствования работает наоборот, чем флаг переноса. Если операция вычитания приводит к отрицательному результату, флаг заимствования сбрасывается до 0. Если операция вычитания дает положительный результат, флаг заимствования устанавливается на 1.

* Бит переноса / заимствования цифр - этот бит флага выполняет то же действие, что и флаг переноса / заимствования, но работает только для указания того, происходит ли перенос / заимствование только между битами 3 и 4.

Биты флага ALU можно прочитать в любое время, чтобы узнать, были ли результаты математических операций нулевыми, положительными / отрицательными, больше / меньше и т. Д. И т. Д.

Нулевой бит - это удобный флаговый бит, который позволяет нам сравнивать два значения, чтобы увидеть, равны ли они / не равны. Если мы возьмем два числа и вычтем их, результат будет равен нулю, если они равны, и отличны от нуля, если не равны. Итак, чтобы сравнить два значения, чтобы увидеть, равны ли они / не равны, мы вычитаем их, затем читаем / проверяем нулевой бит, чтобы увидеть, является ли бит 1 или 0.Если нулевой бит = 1, результат вычитания равен нулю, что означает, что два значения равны. Если нулевой бит = 0, результат вычитания не равен нулю, что означает, что два значения не равны.

Бит переноса / заимствования - это удобный флаг, который позволяет нам сравнивать два значения, чтобы увидеть, больше или меньше одно значение другого. Пример… у нас есть два значения: VALUE1 и VALUE2. В коде выполняем эту операцию -

VALUE1 - VALUE2 = VALUE3

После выполнения операции вычитания мы считываем / проверяем высокое / низкое состояние бита переноса / заимствования.

Если VALUE2 больше VALUE1, результат вычитания будет отрицательным, что сбросит бит переноса / заимствования на 0. Если VALUE2 меньше VALUE1, результат вычитания будет положительным, что установит перенос / одолжить бит до 1.

Обратитесь к таблице данных, чтобы узнать, какой SFR содержит эти биты. На микроконтроллерах PIC биты флага ALU находятся в STATUS SFR. В MCS-51 они находятся в PSW SFR (слове состояния программы).

Программный счетчик
Программный счетчик - это «адресный указатель», который сообщает CPU, где найти следующую инструкцию для выполнения в программном ПЗУ.ЦП получит инструкцию, которая находится по адресу ПЗУ программы, загруженному в текущий момент в счетчик программ.

Когда микроконтроллер перезагружается, счетчик программ устанавливается на 0x0000. ЦП получит инструкцию, которая находится по адресу ПЗУ программы 0x0000. После получения этой инструкции счетчик программ автоматически увеличивается до значения 0x0001. Счетчик программ непрерывно автоматически увеличивается на значение 1, что заставляет ЦП последовательно обращаться к содержимому каждой ячейки регистра в программном ПЗУ.Это продолжается до тех пор, пока ЦП не выберет и не выполнит инструкцию, которая изменяет значение счетчика программ. Такими инструкциями, которые делают это, являются инструкции перехода (ajmp и ljmp на MCS-51, goto на PIC), вызовы подпрограмм (acall и lcall на MCS-51, вызов на PIC) и любые инструкции, которые добавляют или вычитают значение к или от счетчик программ.

Стек
Стек в микроконтроллере в основном используется во время вызовов подпрограмм и переходов к обработчику прерывания.Это буфер «Последний вошел - первым ушел», который используется для хранения адресов возврата. Во время вызова подпрограммы адрес текущего программного счетчика «помещается» в стек с добавлением к нему +1 смещения, затем программный счетчик модифицируется значением адреса, в котором находится вызываемая подпрограмма. Это заставляет счетчик программы переходить к коду подпрограммы для выполнения подпрограммы.

В конце подпрограммы будет инструкция «возврата» (возврат на MCS-51, возврат на PIC). После выполнения инструкции возврата стек «выталкивается», и последнее значение адреса ПЗУ, которое было помещено в стек, выталкивается из стека и возвращается обратно в счетчик программ.Это заставляет счетчик программ вернуться к инструкции, которая находится после инструкции, которая вызвала подпрограмму (отсюда необходимость смещения +1 в то время, когда адрес ПК помещается в стек), и выполнение программы продолжается с того места, где оно было остановлено. перед вызовом подпрограммы.

Некоторые микроконтроллеры имеют «программный стек» (MCS-51). Программный стек использует часть внутренней памяти микроконтроллера в качестве пространства стека. Другие микроконтроллеры имеют аппаратный стек (PIC).В аппаратном стеке стек представляет собой собственное выделенное пространство, отдельное от всех остальных пространств памяти кристалла.

На некоторых микроконтроллерах стек доступен для записи. Это позволяет нам использовать стек для временного резервного копирования критических регистров во время вызовов подпрограмм и выполнения обработчика прерываний. Перед выполнением подпрограммы или обработчика прерывания содержимое регистров для резервного копирования помещается в стек. Затем, непосредственно перед возвратом из подпрограммы или обработчика прерывания, содержимое, которое мы поместили в стек в начале подпрограммы, извлекается из стека по одному, а затем восстанавливается в исходное положение в обратном порядке по сравнению с тем, как они были помещены в стек (помните… Последним пришел - первым ушел).

Хорошим примером этого может быть резервное копирование аккумулятора и регистров PSW на MCS-51 во время выполнения подпрограммы обработчика прерывания -

Код (текст):

push ACC; резервное копирование аккумулятора в стек
push PSW; резервное копирование слова состояния программы в стек

; здесь выполнить код обработчика прерывания

pop PSW; восстановить слово состояния программы
pop ACC; восстановить аккумулятор
reti; вернуться к основному коду из прерывания

Как видите, мы сначала помещаем содержимое аккумулятора в стек, а затем помещаем содержимое PSW в стек после него.Затем выполняется код обработчика прерывания.

После выполнения кода обработчика прерывания PSW сначала извлекается из стека, затем аккумулятор извлекается из стека после него… в порядке, обратном тому, как они были вытолкнуты.

Типичный SFR
Типичный SFR настроен, как показано ниже.

Код (текст):

| ПОРТ 1 SFR |
———————————————————
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| P1.7 | P1.6 | P1.5 | P1.4 | P1.3 | P1.2 | P1.1 | P1.0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |

Это SFR защелки порта на микроконтроллере MCS-51 для параллельного порта 1. Каждый порт на MCS-51 является 8-битным параллельным портом, и каждый бит в SFR порта назначается каждому контакту порта. P1.0 будет контактом 0 порта 1, P1.1 будет контактом 1 порта 1, P1.2 будет контактом 2 порта 1 и т. Д. И т. Д.

Как показано, у нас есть все нули, записанные в каждый бит в SFR защелки порта 1.Это переведет все контакты порта 1 в состояние низкого уровня (0 вольт). Если бы мы записали 1 в любой из битов SFR порта, это установит контакт, связанный с позицией бита, в которую мы записываем «1», в высокое состояние (+ 5V).

Пример, давайте запишем значение 01010101 в SFR порта 1 -

Код (текст):

| ПОРТ 1 SFR |
———————————————————
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| P1.7 | P1.6 | P1.5 | P1.4 | P1.3 | P1.2 | P1.1 | P1.0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |

Как показано, это переведет контакты P1.0, P1.2, P1.4 и P1.6 в состояние высокого уровня, а контакты P1.1, P1.3, P1.5 и P1.7 - в состояние низкого уровня.

Несколько слов о таблицах данных ... и почему они так важны
Не все микроконтроллеры созданы равными. Каждый из них разработан с использованием специального оборудования на кристалле. Все микроконтроллеры разных производителей имеют разную архитектуру.Вы обнаружите, что микроконтроллеры PIC сильно отличаются от микроконтроллеров MCS-51, так же как MCS-51 сильно отличается от, скажем, Motorola 65xx в отношении того, как реализованы SFR, как организована RAM данных, набор команд, конфигурационное слово, как параллельные порты работают и т.д. и т.п.

ЕДИНСТВЕННЫЙ способ точно узнать, как работать с микроконтроллером и его оборудованием, - это просмотреть его техническое описание. В таблице данных объясняется каждый SFR, каждая часть встроенного оборудования, абсолютные максимальные электрические характеристики, организация памяти программ / данных, как подключены параллельные порты и как они работают, сводка набора инструкций (для тех из вас, кто кодирует на ассемблере). язык) и т. д.Практически все, что вам, как программисту, необходимо знать о своем микроконтроллере, находится в его техническом описании.

Большинство из них находятся в свободном доступе в Интернете с помощью простого поиска в Google (я еще не нашел ни одного, которого нет). Заявление о том, что вы не смогли найти таблицу, не является приемлемым оправданием, когда дело доходит до этого. ЕДИНСТВЕННАЯ причина, по которой кто-либо откажется просмотреть таблицу, - это либо то, что он слишком ленив, либо он не понимает их, но не хочет, чтобы другие знали, что они этого не делают.Я скажу прямо сейчас ... на большинство вопросов форума о микроконтроллерах можно было бы ответить самостоятельно, если бы человек нашел время, чтобы найти ответ в таблице данных.

Таблицы данных являются обязательными. Без них вы не сможете написать собственный код.

jon-wilder-avatar-smallest Об авторе
Джон Уайлдер - внештатный инженер-электронщик и энтузиаст электроники более 20 лет. Он четыре года проработал в ВМС США в качестве специалиста по авиационной электронике.Джон также играет на гитаре с 13 лет и начал объединять электронику и музыку с 15 лет. Джон построил свой первый ламповый усилитель в 17 лет. «Музыкальная электроника», - говорит Джон, - его любовь и страсть.

Джон также является частым участником и страстным членом инженерного сообщества Electro-Tech-Online. В Electro-Tech-Online вы можете задавать вопросы и получать ответы от своих коллег-инженеров по всему, от микроконтроллеров, возобновляемых источников энергии и автомобильной электроники до моделирования схем и проектирования.Кроме того, существуют форумы для микроконтроллеров 8051/8951, AVR, ARM, Arduino, Oshonsoft Project, а также репозиторий кода, где участники обмениваются фрагментами кода.

Следуйте за Джоном в Twitter на @PICmcuguy.

.

Что такое микроконтроллер? - Как работают микроконтроллеры

Микроконтроллер - это компьютер. Все компьютеры - будь то персональный настольный компьютер, большой мэйнфрейм или микроконтроллер - имеют несколько общих черт:

  • Все компьютеры имеют ЦП (центральный процессор), который выполняет программы. Если вы сидите за настольным компьютером прямо сейчас и читаете эту статью, центральный процессор этого компьютера выполняет программу, реализующую веб-браузер, отображающий эту страницу.
  • ЦП загружает программу откуда-то. На вашем настольном компьютере программа браузера загружается с жесткого диска.
  • В компьютере есть ОЗУ (оперативная память), где он может хранить «переменные».
  • У компьютера есть устройства ввода и вывода, поэтому он может разговаривать с людьми. На настольном компьютере клавиатура и мышь являются устройствами ввода, а монитор и принтер - устройствами вывода. Жесткий диск - это устройство ввода-вывода - он обрабатывает как ввод, так и вывод.

Настольный компьютер, который вы используете, является «компьютером общего назначения», на котором можно запускать любую из тысяч программ.Микроконтроллеры - это «компьютеры специального назначения». Микроконтроллеры хорошо справляются с одной задачей. Есть ряд других общих характеристик, которые определяют микроконтроллеры. Если компьютер соответствует большинству из этих характеристик, вы можете назвать его «микроконтроллером»:

  • Микроконтроллеры - это «, встроенные » в какое-то другое устройство (часто потребительский продукт), чтобы они могли управлять функциями или действиями продукта. Поэтому другое название микроконтроллера - «встроенный контроллер».«
  • Микроконтроллеры предназначены для одной задачи и запускают одну конкретную программу. Программа хранится в ПЗУ (постоянная память) и обычно не изменяется.
  • Микроконтроллеры часто представляют собой маломощных устройств . почти всегда подключается к розетке и может потреблять 50 Вт электроэнергии. Микроконтроллер с батарейным питанием может потреблять 50 милливатт.
  • Микроконтроллер имеет специальное устройство ввода и часто (но не всегда) имеет небольшой светодиод или ЖК-дисплей для вывода .Микроконтроллер также принимает входные данные от устройства, которым он управляет, и управляет устройством, отправляя сигналы различным компонентам устройства. Например, микроконтроллер внутри телевизора принимает входные данные с пульта дистанционного управления и отображает выходные данные на экране телевизора. Контроллер управляет переключателем каналов, акустической системой и некоторыми регулировками электроники кинескопа, такими как оттенок и яркость. Контроллер двигателя в автомобиле принимает данные от датчиков, таких как кислородный датчик и датчик детонации, и управляет такими вещами, как состав топлива и синхронизация свечей зажигания.Контроллер микроволновой печи принимает ввод с клавиатуры, отображает выходной сигнал на ЖК-дисплее и управляет реле, которое включает и выключает микроволновый генератор.
  • Микроконтроллер часто бывает маленьким и дешевым . Компоненты выбраны так, чтобы минимизировать размер и быть как можно более дешевыми.
  • Микроконтроллер часто, но не всегда, - это с повышенной степенью защиты . Например, микроконтроллер, управляющий двигателем автомобиля, должен работать при экстремальных температурах, с которыми обычный компьютер обычно не может справиться.Микроконтроллер автомобиля на Аляске должен нормально работать при -30 градусов F (-34 C), в то время как тот же микроконтроллер в Неваде может работать при 120 градусах F (49 C). Когда вы добавляете тепло, вырабатываемое двигателем, температура в моторном отсеке может подняться до 150 или 180 градусов F (65-80 C). С другой стороны, микроконтроллер, встроенный в видеомагнитофон, совсем не защищен.

Фактический процессор , , используемый для реализации микроконтроллера, может сильно различаться.Например, сотовый телефон, показанный на странице «Внутри цифрового сотового телефона», содержит процессор Z-80. Z-80 - это 8-битный микропроцессор, разработанный в 1970-х годах и первоначально использовавшийся в домашних компьютерах того времени. Мне сказали, что Garmin GPS, показанный в Как работают GPS-приемники, содержит маломощную версию Intel 80386. Изначально 80386 использовался в настольных компьютерах.

Во многих продуктах, например в микроволновых печах, требования к ЦП довольно низкие, и цена является важным фактором.В этих случаях производители обращаются к выделенным микросхемам микроконтроллера - микросхемам, которые изначально были разработаны как недорогие, небольшие, маломощные встроенные процессоры. Motorola 6811 и Intel 8051 - хорошие примеры таких чипов. Также существует линейка популярных контроллеров под названием «микроконтроллеры PIC», созданная компанией Microchip. По сегодняшним меркам эти процессоры невероятно минималистичны; но они чрезвычайно недороги при покупке в больших количествах и часто могут удовлетворить потребности разработчика устройства с помощью всего лишь одного чипа.

Типичная микросхема микроконтроллера младшего уровня может иметь 1000 байтов ПЗУ и 20 байтов ОЗУ на микросхеме, а также восемь контактов ввода / вывода. В больших количествах стоимость таких чипов иногда может составлять всего несколько копеек. Вы, конечно, никогда не собираетесь запускать Microsoft Word на таком чипе - Microsoft Word требует, возможно, 30 мегабайт оперативной памяти и процессора, который может выполнять миллионы инструкций в секунду. Но тогда вам не нужен Microsoft Word для управления микроволновой печью. С микроконтроллером у вас есть одна конкретная задача, которую вы пытаетесь выполнить, и важна низкая стоимость с низким энергопотреблением.

.

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о