Проектирование цифрового устройства управления на базе микроконтроллера и имс серии кмоп с коэффициентом счета 20

ВВЕДЕНИЕ

Цифровые устройства прочно заняли свою нишу в сфере
автоматизации различных процессов человеческой деятельности. Дело том,
что большинство задач автоматизации сводится к выполнению так
называемых алгоритмов с ветвлением, когда при некоем условии следует
выполнить определенное действие , а в противном случае - иное действие.
Автоматические устройства, содержащие в своем составе только цифровые
схемы, безупречно справляются с этой задачей.
Любое цифровое устройство – от простых логических элементов и
триггеров до сложных конечных автоматов и микропроцессоров –
представляет собой схему, обрабатывающую дискретный во времени сигнал
с небольшим количеством уровней. В абсолютном большинстве
современных цифровых устройств этих уровней всего два – единица (обычно
высокий уровень) и ноль (обычно низкий уровень), поэтому эти устройства
называют двоичными. Будем далее под цифровыми устройствами понимать
именно двоичные устройства, а под цифровым сигналом понимать двоичный
сигнал.
Обработка цифрового сигнала сводится к выполнению над этим
сигналом определенных алгебраических действий (алгебра двоичных чисел
носит специальное название – булева алгебра), а также в хранении двоичных
значений сигнала. Устройства, выполняющие элементарные действия
булевой алгебры над входным сигналом, носят название логических
элементов. На основе логических элементов строят сложные устройства для
вычисления функций от входных значений – комбинационные логические
устройства.
Также логические элементы используют для построения устройств с
памятью – триггеров. Устройства, содержащие в себе триггеры, называют
последовательностными устройствами. Такие устройства обеспечивают
запоминание и выдачу цифровой информации в определенной
последовательности. Пример последовательностного устройства –
последовательно-параллельный восьмибитовый регист. Он способен
одновременно запомнить 8 бит (байт) информации, а затем выдать эти биты
по очереди по одной линии. Характерной особенностью
последовательностных устройств является наличие ряда состояний и
возможность перевода утройства из одного состояния в другое – отметим это
.
На основе объединения последовательностных и комбинационных
утройств строятся конечные автоматы, способные работать по определенной
программе. Они вычисляют функцию от входных и выходных значений
(текущего состояния) автомата и на основании этого принимают решение.
Логика работы автомата может определяться как целиком схемой устройства,
(жесткая логика ) так и набором некоторых входных данных
(программируемая логика). В принципе, автоматы с жесткой и
программируемой логикой способны решить боьшинство задач
автоматизации. Однако, более эффективным оказалось использование
микропроцессорных систем, которые содержат в себе как автоматы с
жесткой логикой (для выполнения отдельных микроопераций), так и автомат
с программируемой логикой (для выполнения программы, задаваемой
пользователем и состоящей из этих микроопераций). В настоящее время
микропроцессорные системы получили урное развитие и выпускаются в том
числе и на одном кристалле. Микропроцесорная система на одном кристалле
получила название однокристальной микроЭВМ или микроконтроллера и
наиболее проста в программировании. Более того, применение
микроконтроллеров не отменяет их дополнение «внешними» цифровыми
схемами для получения максимальной эффективности работы. В нашей
работе, к примеру, мы дополним микроконтроллер комбинационным
устройством – цифровым счетчиком, что позволит повысить точность
формирования временных промежутков.
Все вышесказанное позволяет указать ряд очевидных преимуществ
цифровых устройств для решения задач автоматизации. Во-первых,
использование только двух цифровых уровней обеспечивает хранение
данных и воспроизведение хранимой информации с максимальной
достоверностью (так как изменение уровня цифрового сигнала даже на 20%
не менет смысл сообщения, в отличии от ситуации с аналоговым
сигналом).Во вторых, использование последовательностных устройств
позволяет с достаточной точностью и высокой стабильностью формировать
временные интервалы, то важно для нашей задачи – автоматизации
кормления собак. В третьих, использование цифровых устройств позволяет
максимально унифицировать схемную конфигурацию устройства, сведя её к
схеме цифрового автомата или микропроцессора.