Как проектировать электронные схемы

Цифровая система фазовой автоподстройки частоты

Данная подпрограмма прекрасно иллюстрирует возможности информатики: она используется для решения схемотехнической задачи скорее аналоговой, чем цифровой по своей сути.

Задача состоит в генерировании прямоугольного сигнала частотой 50 Гц, синхронизированного с внешним опорным сигналом (с напряжением сети) или, если опорный сигнал отсутствует, не синхронизированного. Для этого каждый полупериод сетевого напряжения длительностью 10 мс делится на 16 частей по 625 мкс. Основная программа представляет собой последовательность временных задержек на 625 мкс, в которую вставлены импульсы, управляющие счетчиком генерирования сигнала. Временная задержка может изменяться в пределах 625±10 мкс с шагом 2 мкс. Каждые 20 мс на спаде опорного сигнала генерируется импульс прерывания. В этот момент счетчик (переменная per) должен находиться в 16-й позиции. Таким способом корректируется длительность задержки для синхронизации сигнала генератора с напряжением сети.

Используемые переменные: Push2, per, echant.

Ниже приведен листинг подпрограммы прерывания, вызываемой каждые 20 мс.

Далее приведена часть подпрограммы формирования временной задержки. В начале основной программы переменная echant имеет значение 5. При выполнении программы она изменяется в диапазоне от 0 до 0АН (10D), что соответствует значениям частоты от 49,2 до 50,8 Гц с минимальной длительностью удержания частоты 400 мс.

Умножение и деление в микроконтроллерах

В список выполняемых команд для некоторых микроконтроллеров входят умножение и деление. Их выполнение сводится к логическому сдвигу вправо или влево, иногда при необходимости также производится сложение или вычитание. Если регистр А содержит величину 08Н, то она удвоится (то есть достигнет 10Н) после выполнения следующей операции:

lsla;а х 2

Второй сдвиг влево приведет к новому умножению на 2 и, следовательно, к умножению на 4.

По аналогии с этим деление содержимого регистра А на 2 сводится к сдвигу вправо с помощью следующей команды:

lsra: а / 2

Если второй операнд является нечетным, то основную операцию необходимо дополнить сложением или вычитанием. Например, выражение 8x5, можно преобразовать следующим образом: 8 х (4 + 1) или (8 х 4) + (8 х 1). Эти действия выполняются простым циклом операций:

lsla: a x 2

lsla;a x 4

inca;a x 5

В рассмотренных процедурах необходимо использовать логические операции не циклического, а линейного сдвига состояний в регистре. При каждой операции сдвига на одном конце регистра происходит выход бита, а на другом конце — вход. При этом значение входящего бита должно всегда равняться 0.

Использование 16-битных адресов

Восьмибитные микропроцессоры и микроконтроллеры по определению могут оперировать только байтами и не способны использовать более длинные слова. Расширение их возможностей обеспечивает так называемый индексный регистр, который в сочетании с накопителем позволяет осуществлять перемещение по устройству памяти, ограниченному 256 адресами. Иногда этот предел достигается очень быстро, когда необходимо найти одно значение или блок данных в большой таблице. Однако обычно в оперативной памяти существует свободная область. В нее можно записать подпрограмму, один из параметров которой в нужный момент будет изменяться.

Применение команды Ida table в расширенном виде позволяет считывать содержимое любого адреса размером 16 бит. Для ее записи требуется три байта. Первый байт задает код команды (записанный в регистре А), в данном случае D6H на языке Motorola. Два других байта содержат собственно адрес (в первом указывается старший разряд адреса, во втором — младший или наоборот, согласно стандартам изготовителя). Подпрограмма считывания адреса, расположенного в ячейке с именем Rout, имеет следующую структуру:

Если адресуемая ячейка расположена в ОЗУ, необходимо предварительно заполнить соответствующую область памяти. Данная процедура выполняется следующими командами:

Ida #06

sta Rout

Ida #00

sta Rout+1

sta Rout+2

Ida #81

sta Rout+3

Эти команды записываются в программу инициализации устройства. В дальнейшем их использование сводится к вызову подпрограммы с нужными параметрами. Например, при считывании содержимого адреса 0178Н процедура будет иметь следующий вид:

Ida 01

sta Rout+1

Ida 78

sta Rout+2

jsr Rout

После возврата в основную программу регистр А содержит требуемые данные. При считывании таблицы нужно давать приращение сначала младшему разряду адреса, а затем, если нужно, старшему (при обнулении младшего разряда). Такую процедуру может существенно облегчить использование команды с переменным индексом типа Ida table + х.

Контроль за нажатием клавиши

В электронике при обработке операции нажатия на клавишу обычно принимаются меры против возможных сбоев, связанных с неполным (слишком кратковременным) нажатием. Аналогичный подход используется и в микропроцессорах.

Когда нажатие зафиксировано, запускается временная задержка порядка 20 мс, за которой следует новый тест состояния клавиши. Если она остается нажатой, выполняется соответствующая процедура и устройство «ждет», когда клавиша будет отпущена, чтобы продолжить выполнение программы. Если результат теста оказался противоположным, последующие действия зависят от того, какое нажатие предусмотрено для данной клавиши: длительное или кратковременное. В первом случае процедура, вызываемая нажатием, отменяется. Во втором случае она выполняется (по истечении времени задержки), после чего устанавливается режим ожидания нового нажатия.

В следующем примере по одной из линий коммуникационного порта (бит 0 порта А) выполняется считывание. При отсутствии сигнала линия имеет высокий потенциал. Предполагается, что считывание продолжается, пока не будет нажата клавиша и не выполнится подпрограмма, обеспечивающая заданное время задержки (20 мс).

Подпрограмма подачи звуковых сигналов

Обычно звуковой сигнал привлекает внимание сильнее, чем зажигание светового индикатора, поэтому звук часто используют для сообщения о сбоях в работе системы или о других событиях.

Простой зуммер (без встроенной электроники) в сочетании с несложной подпрограммой дает возможность генерировать большой набор различных сигналов. Вместо зуммера можно применять динамик, но он сложнее в обращении и занимает больше места. Генератор обеспечивает изменение уровня логического сигнала со звуковой частотой.

Некоторая сложность состоит в обеспечении (при необходимости) постоянной длительности звукового сигнала наряду с изменением частоты следования импульсов. В таком случае нужно задать общее число генерируемых импульсов в зависимости от частоты. Эту проблему можно обойти с помощью специально созданной таблицы длительностей. Если генерируемый сигнал соответствует стандарту RS232, его можно передать другому устройству через один из портов. При этом кроме подачи звукового сигнала появляется возможность предупредить внешнее устройство информационной системы о сбое.