Конструкции микропроцессорных контроллеров
Схема микропроцессорного устройства может быть смонтирована на одной или нескольких платах. В тех случаях, когда стремятся создать универсальный микропроцессорный контроллер, разрабатываются отдельно плата с микропроцессором и памятью, отдельно платы со слаботочными преобразователями – ЦАП, АЦП, счетчиками и т. д. и интерфейсами. Каждая из этих плат имеет разъем, через который подводятся и выводятся данные и сигналы управления. Кроме того, создается конструкция, состоящая из ряда ответных частей разъемов плат, установленных на основание и называемая корзиной. Разъемы в корзине соединяют так, чтобы обеспечить правильный обмен данными и сигналами управления между микропроцессором и интерфейсными платами. Кроме того, здесь монтируют источники питания, а провода от них разводят по разъемам корзины, обеспечивая электропитание всех плат. Силовые элементы электросхем (ключи, усилители мощности, реле, тиристоры) также монтируют на отдельных платах и стремятся, по возможности, поместить их в ту же корзину. Связь силовых плат с их интерфейсами приходится обеспечивать обычно не через корзину, а внешними соединениями. Через разъемы корзины подводится только электропитание силовых плат.
Для рассмотренного выше МПУ управления двигателем на рис. 10.4. показана схема реализации в виде многоплатного контроллера.
Рис. 10.4. Реализация МПУ на многоплатном
микроконтроллере
Силовые платы здесь также помещены в корзину, но соединены они со своими интерфейсами внешними кабелями. Набор плат с различными преобразователями и интерфейсами и корзина с микропроцессорной платой – это универсальный конструктор микропроцессорных контроллеров для самых различных объектов и систем. Для каждой новой системы нужно установить в корзину необходимый набор преобразователей и силовых плат.
Универсальность многоплатных контроллеров была оправдана до тех пор, пока преобразователи вместе с интерфейсами состояли из нескольких десятков микросхем, транзисторов и других элементов, занимали много места на плате и были достаточно дороги. С развитием микросхемотехники такие преобразователи как ЦАП, АЦП, счетчики, маломощные усилители стали монтировать в одной микросхеме, а одной интерфейсной микросхемы стало достаточно для подключения сразу нескольких таких преобразователей. В результате оказалось возможным разместить на одной плате микропроцессор, память, необходимые преобразователи и их интерфейсы – получился одноплатный микроконтроллер.
Если сравнить одноплатный микроконтроллер и многоплатный с тем же набором преобразователей, то преимущества одноплатного будут очевидны: он меньше по размерам, проще в изготовлении, поскольку не требует разводки разъемов корзины, надежнее в работе, так как не содержит тех же разъемов – контактов без пайки и, наконец, дешевле. Единственный недостаток одноплатного контроллера – он не универсален. Микросхемы разных преобразователей имеют различные размеры, расположение и назначение выводов. Поэтому на печатную плату микроконтроллера можно установить только ту микросхему, под которую выполнена разводка плат. Чтобы добиться большей универсальности при конструировании одноплатных микроконтроллеров плату разрабатывают с некоторой избыточностью, закладывая возможность расширения числа используемых преобразователей, хотя, естественно, создавать полностью универсальную плату на все случаи жизни нецелесообразно – она получилась бы слишком большой и дорогой. Обычно же разрабатывают несколько плат, обеспечивающих управление всеми типичными для данной области техники объектами.
Силовые элементы обычно стараются не располагать на одной плате со слаботочными и в большинстве случаев одноплатный контроллер имеет в своем составе, как минимум, две платы: слаботочную с микросхемами и силовую с мощными транзисторами, тиристорами, реле и т. п. Связь между платами осуществляется кабелем. Устройство питания выполняется в виде отдельного блока.
Наличие своих недостатков и своих достоинств многоплатных и одноплатных контроллеров привело к тому, что до настоящего времени широко применялись и те и другие. Но в последнее время ситуация сильно изменилась в сторону применения одноплатных контроллеров в связи с появлением однокристальных микропроцессорных контроллеров, содержащих в одной микросхеме 95-98 % от общего числа элементов слаботочной платы одноплатного микроконтроллера – включая микропроцессор, память, интерфейсы и различные преобразователи.
Высокопроизводительная интегральная технология, позволяющая сочетать в изделии высокую надежность с невысокой стоимостью, открывает перед однокристальными микроконтроллерами широкие возможности. Для электрических аппаратов со встроенными микропроцессорами наиболее перспективны одноплатные и однокристальные микроконтроллеры, которые имеют малые габаритные размеры. Они достаточно просто встраиваются в аппараты, защищаются от электромагнитных и тепловых полей, атмосферных и иных воздействий.
Самостоятельное изучение: