close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

РАДИОЛОЦМАН 1 2013

код для вставкиСкачать
РАДИОЛОЦМАН
13
FRAM повышает производительность и снижает энергопотребление систем на микроконтроллерах
Январь 2013 (20)
Журнал для тех, кто интересуется электроникой
Теперь
в формате А4
Протокол высокого уровня CANopen
Человеко-машинный интерфейс осваивает третье измерение
17
26
Защита программного обеспечения устройств, разработанных на базе микроконтроллеров с EEPROM
44
16-Я МЕЖДУНАРОДНАЯ ВЫСТАВКА
ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ И КОМПЛЕКТУЮЩИХ
16-Я МЕЖДУНАРОДНАЯ ВЫСТАВКА
ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ И КОМПЛЕКТУЮЩИХ
ВЕСЬ ЦВЕТ
ЭЛЕКТРОНИКИ
10-1210-12
АПРЕЛЯ 2013АПРЕЛЯ 2013
КРОКУС ЭКСПО
МОСКВА
КРОКУС ЭКСПО
МОСКВА
МЕСТО ПРОВЕДЕНИЯ:
Организаторы:Организаторы:
При участии:При участии:
т. (812) 380 6003/07/00, ф. (812) 380 6001, electron@primexpo.ruт. (812) 380 6003/07/00, ф. (812) 380 6001, electron@primexpo.ru
Над номером работали:
А. Грицаенко
В. Колесник
С. Муратчаев
А. Николаев
М. Русских
В. Чистяков
Обложка:
А. Кравчук
По вопросам размещения рекламы, публикации авторских материалов, с замечаниями и пожеланиями обращаться:
Главный редактор:
А. Николаев
Директор:
С. Муратчаев
+7 (495) 721-72-14
??
Январь 2013 (20)
www.rlocman.ru
РАДИОЛОЦМАН
Оформление
бесплатной подписки:
Шумопоглощающие компоненты TDK снижают «звон» напряжения в импульсных источниках питания
Cree анонсировала революционную светодиодную замену галогенным лампам MR16
Vishay представляет первые в отрасли проволочные резисторы, выдерживающие броски напряжения до 12 кВ
Компактный модуль озонатора позволяет удалять микробы и устранять запахи в бытовых приборах
STMicroelectronics представила сверхкомпактный 3-осевой акселерометр со встроенным микроконтроллером
Скончался основатель International Rectifier Эрик Лидоу
Elmos предоставила разработчикам микросхему детектора дыма с интерфейсом шлейфа сигнализации
NXP автоматизирует «Умный дом» с помощью ZigBee и JenNet-IP
Linear Technology разработала очередной высоковольтный понижающий преобразователь с рабочей частотой до 3 МГц
FRAM повышает производительность и снижает энергопотребление систем на микроконтроллерах
Протокол высокого уровня CANopen. Часть 1
Highscreen Alpha GT New: хорошо знакомый смартфон с новым Человеко-машинный интерфейс осваивает третье измерение
Мемристоры имитируют человеческий мозг
Снижение потерь в схемах защиты входных каскадов ВЧ приемников с ограничителями на Шоттки и PIN диодах
Конкурс DARPA Robotics Challenge: вызов брошен
Диапазон входных напряжений прецизионных усилителей сигналов датчиков тока легко расширить до 180 В
Защита программного обеспечения устройств, разработанных на базе микроконтроллеров с EEPROM
Недорогой драйвер мощной нагрузки на микросхеме LM555
Простой пробник позволяет тестировать цифровые микросхемы
Статьи
Новости
Схемы
5
5
6
7
7
8
9
9
10
13
17
24
26
29
31
37
42
44
50
52
Официальные версии журнала распространяются бесплатно и без регистрации только на сайте РадиоЛоцман
rlocman@rlocman.ru
www.rlocman.ru/magazine
Разработчикам микропроцессорных
систем управления
Разработчикам микропроцессорных
систем управления
Руководителям
предприятий
Руководителям
предприятий
Менеджерам
по снабжению
Менеджерам
по снабжению
Потребителям СВЧ
и RF-компонентов
Потребителям СВЧ
и -компонентовRF
Разработчикам
силовой электроники
Разработчикам
силовой электроники
Разработчикам дизайн-бюро
микроэлектроники
Разработчикам дизайн-бюро
микроэлектроники
Контрактным разработчикам
и производителям
Контрактным разработчикам
и производителям
главная российская выставка электронных компонентов и модулей
МОСКВАМОСКВА
ЭКСПОЦЕНТРЭКСПОЦЕНТР
НА КРАСНОЙ ПРЕСНЕНА КРАСНОЙ ПРЕСНЕ
www.new-electronics.info
тел. +7 (495) 221-5015
факс+7 (495) 946-1874
info@chipexpo.ru
НОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
/ РОССИЯ
26-28
2013
МАРТАМАРТА
5
НОВОСТИ
TDK Corporation разработала серию шумо-
поглотителей YNA15 в корпусах типоразмера 1005 (по стандарту IEC), предназначенную для подавления «звона» напряжения, кото-
рый может возникать при работе импульсных источников питания (SMPS). Новые шумопог-
лотители имеют емкость 0.1 мкФ и рассчита-
ны на работу при напряжении до 25?В. В зави-
симости от типа прибора, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) YNA15 может иметь величину от 50?мОм до 1 Ом. При использовании компонентов с вход-
ной стороны SMPS, например, электромаг-
нитные помехи могут быть снижены на 3.5 дБ (примерно в 3 раза). Таким образом, новые приборы эффективно подавляют «звон» напряжения, не влияя на КПД устройства. YNA15 заменяют сразу три компонента: резистор и конденсатор в демпфирующей цепи и развязывающий конденсатор. Продук-
ты запущены в массовое производство.
Особенности конструкции SMPS иногда требуют использования конденсаторов с более высокими значениями ESR, чем у обыч-
ных многослойных керамических конденса-
торов. С учетом этого обстоятельства TDK разработала такую структуру внутренних электродов, которая позволяет изготавли-
вать шумопоглотители с любой требуемой величиной ESR. В результате, появилась возможность эффективно подавлять элек-
Шумопоглощающие компоненты TDK снижают «звон» напряжения в импульсных источниках питания
Шумопоглощающие компоненты TDK снижают «звон» напряжения в импульсных источниках питания
Эффективное подавление «звона» напряжения без снижения энергетичес-
кого КПД
тромагнитные помехи именно в том частот-
ном диапазоне, в котором возникает «звон».
В последние годы в смартфоны и другие портативные устройства интегрируется все больше и больше функций. Это приводит, в свою очередь, к увеличению потребляемой энергии и требует особенно бережного отно-
шения к ее использованию, чтобы сохранить время работы аккумуляторов на приемле-
мом уровне. Следовательно, шумы, порож-
даемые источниками питания, должны по-
давляться минимальным количеством ком-
понентов и без дополнительных потерь мощ-
ности. Именно для этих целей TDK создала новую серию приборов YNA15.
!
Подавление «звона» напряжения в импульсных источниках питания.
!
Структура внутренних электродов позволяет реализовать значения ESR от 50 мОм до 1 Ом.
!
Номинальное напряжение 25 В.
Основное применение
Основные особенности и преимущества
Основное применение
Основные особенности и преимущества
Потребляя энергии на 80% меньше, и в 8 раз превосходя по сроку службы традици-
онные 50-ваттные галогенные светильники MR16, лампы Cree LM16 устанавливают новый стандарт светодиодного освещения. Лампы Cree окупаются за 12 месяцев эксплу-
атации и могут работать годами без ухудше-
ния своих основных технических характерис-
тик. Новые высокоэффективные светодиод-
ные лампы LM16 отличаются лучшей в отрас-
ли равномерностью светового пучка в угле свечения 25° и прекрасно подходят для широ-
кого спектра приложений в торговле, гости-
ничном и жилищном хозяйстве.
Cree анонсировала революционную светодиодную замену галогенным лампам MR16
Cree анонсировала революционную светодиодную замену галогенным лампам M 16R
Последние инновации Cree, использую-
щие источники с одиночным светодио-
дом, обеспечивают точный контроль оптических параметров, безбликовое освещение и снижение расхода элек-
троэнергии
РадиоЛоцман – январь 2013
Новые светодиодные лампы LM16 не толь-
ко полностью соответствуют регламентиро-
ванному стандартом ANSI форм-фактору традиционных галогенных ламп, но и могут управляться множеством существующих диммеров и трансформаторов, что позволя-
ет беспрепятственно использовать их в существующих системах освещения. Встро-
енные цепи защиты и интеллектуальное ПО контроля температуры в комбинации с инно-
вационной безвентиляторной конструкцией обеспечивают лампам длительный срок служ-
бы без деградации характеристик.
Эквивалентная 50-ваттной галогенной лампе Cree LM16 создает световой поток 620 лм, потребляя всего 9 Вт. Эквивалент 35-
ваттной галогенной лампы имеет световой поток 425 лм при мощности 7 Вт. Новые лампы сконструированы с расчетом на мини-
мальный срок службы 25,000 часов. Яркость эквивалента 50-ваттной лампы может регу-
лироваться до 5% от максимальной мощнос-
ти. Лампы выпускаются с тремя углами све-
чения: 17° (точечное освещение), 25° (зали-
вающий свет) и 40° (широкий заливающий свет).
Лампы LM16 LED реализуются через сеть каналов продаж осветительной продукции Cree.
НОВОСТИ
6
РадиоЛоцман – январь 2013
Vishay Intertechnology представила пер-
вую в отрасли серию цементированных про-
волочных резисторов, выдерживающих брос-
ки напряжения до 12 кВ.
Предназначенные для ограничения высо-
ковольтных импульсных бросков тока, устро-
йства Vishay Draloric оптимизированы для источников питания электронных счетчиков, промышленной и бытовой техники и электро-
нных балластов. Для повышения безопас-
ности при перегрузке резисторы намотаны на высококачественные керамические стержни и защищены негорючим цементным покрыти-
ем.
Серия Z300-C отличается высокой им-
пульсной перегрузочной способностью и может выдерживать до 12 кВ в соответствии со стандартом IEC 61000-4-5 (время нараста-
ния/время спада – 1.2 мкс/50 мкс). Предель-
но допустимая перегрузочная способность зависит от типа резистора и его номинально-
го значения. Резисторы рассеивают мощ-
ность от 1 Вт до 6 Вт при температуре окружа-
ющей среды 40 °C, и от 0.9 Вт до 5.4 Вт при 70?°C. Серия выпускается с диапазонами номинальных сопротивлений от 0.15 Ом до 10 кОм при допуске ±5% и ±10%. По запросу доступны другие значения. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) состав-
ляет ±200 ppm/К (±400 ppm/K для значений сопротивления менее 1 Ом). Серии резисто-
ров Z300-C соответствует требованиям RoHS и природоохранным нормам Vishay.
Отдельные образцы и партии Z300-C дос-
тупны уже сегодня, при сроках поставки для крупных заказов от 8 до 10 недель.
Основные характеристики резисторов:Основные характеристики резисторов:
Vishay представляет первые в отрасли проволочные резисторы, выдерживающие броски напряжения до 12 кВ
Vishay представляет первые в отрасли проволочные резисторы, выдерживающие броски напряжения до 12 кВ
1
2
Номиналь-
ная
мощность
при t°=40 °C
(Вт)
Тип
0.9
1.8
Номиналь-
ная
мощность
при t°=70 °C
(Вт)
0.30…2 кОм
0.47…4.3 кОм
Диапазон
сопро-
тивлений
(Ом)
3
4
2.5
3.5
0.22…3.3 кОм
0.47…3.9 кОм
5
4.7
0.62…5.6 кОм
Z301-C
6
5.4
0.15…10 кОм
ZDA0411-C
Z301-C
Z301-C
Z301-C
Z301-C
НОВОСТИ
РадиоЛоцман – январь 2013
7
Компания Murata создала ультракомпак-
тный модуль озонатора MHM500, выполнен-
ный на основе элемента из спекаемой при низкой температуре керамики (LTCC). Комби-
нация разрядного электрода и диэлектрика в единой сборке LTCC создает стабильный поток озона. Изготавливаемые внутри эле-
мента LTCC электроды имеют большой срок эксплуатации.
Состоящий из элемента LTCC и модуля питания, MHM500 может использоваться для выработки озона в разнообразных потреби-
тельских, промышленных и автомобильных устройствах. Бактерии могут размножаться во многих приборах, таких как холодильники и посудомоечные машины, вызывая плесень и запахи, создающие потенциальную опас-
ность для здоровья. Ранее генерирующие озон устройства были слишком большими и дорогими для включения их в состав бытовой техники, но теперь компактный модуль MHM500 делает это возможном.
Размеры элемента озонатора составляют 14.2 ? 31.5 ? 17 мм, а модуля питания 36 ? 50 ? 24 мм. Модуль работает от постоянного напряжения +12 В и потребляет мощность всего лишь порядка 1 Вт. Максимальная про-
изводительность генерации озона составля-
ет 2.5 мг/ч. Входной сигнал удаленного управ-
ления контролирует работу устройства без необходимости использования выключателя питания. Высоковольтный выход модуля питания имеет схему защиты от перегрузки, позволяющую изолировать элемент питания в случае неисправности.
Компактный модуль озонатора позволяет удалять микробы и устранять запахи в бытовых приборах
Компактный модуль озонатора позволяет удалять микробы и устранять запахи в бытовых приборах
Среди других потенциальных областей применения озонатора можно выделить авто-
мобильные интерьеры, медицинские прибо-
ры и аксессуары для домашних животных.
Компания STMicroelectronics раскрыла подробности, относящиеся к миниатюрному интеллектуальному датчику, совмещающему в сверхкомпактном корпусе LGA размером 3?? 3 ? 1 мм 3-осевой акселерометр и встро-
енный микроконтроллер для расширения возможностей определения движения.
ST объединила в одном корпусе микрокон-
троллер, работающий в качестве концентра-
тора сигналов с датчиков и реализующий алгоритмы обработки этих сигналов, с высо-
коточным 3-осевым цифровым акселеромет-
ром. Этот модуль получил название iNEMO-
A. Устройство устраняет необходимость в хост-контроллере и процессоре приложений и снижает потребление энергии в портатив-
ных устройствах. Это позволяет достичь боль-
шей свободы и гибкости при проектировании STMicroelectronics представила сверхкомпактный 3-осевой акселерометр со встроенным микроконтроллером
STMicroelectronics представила сверхкомпактный 3-осевой акселерометр со встроенным микроконтроллером
В корпусе интеллектуального датчика 3
объемом 9 мм совмещаются функции определения движения и обработки данных
НОВОСТИ
8
РадиоЛоцман – январь 2013
потребительской электроники с возможнос-
тью определения движения. Интеграция функции определения прямолинейного дви-
жения с высоким разрешением и концентра-
тора в одном корпусе повышает надежность системы и идеально подходит для оптимиза-
ции разводки печатной платы.
Интеллектуальный датчик LIS331EB iNEMO-A предназначается для широкого спектра приложений, включающего носимые сенсоры, различающие движения пользова-
тельские интерфейсы телефонов и планше-
тов и приложения дополнительной реальнос-
ти. В устройство встроен малопотребляющий микроконтроллер ARM Cortex-M0 с функцио-
нальными возможностями, энергопотребле-
нием и размером памяти, полностью соотве-
тствующими требованиям приложений кон-
центраторов данных с датчиков и обработки этих данных. Концентратор поддерживает соединение с 3-осевым гироскопом, 3-
осевым магнитометром и датчиком давления для реализации полноценной комбинирован-
ной системы обработки сигналов. Дополни-
тельно могут быть подключены датчики тем-
пературы или влажности.
3-осевой акселерометр в составе LIS331EB iNEMO-A имеет выбираемые диа-
пазоны измерения линейных ускорений ±2g/±4g/±8g/±16g и совмещен с малопотреб-
ляющим микроконтроллером ARM Cortex-M0 с флеш-памятью объемом 64 КБ, 128 КБ ОЗУ, несколькими таймерами и портами вво-
да/вывода (порты ввода/вывода общего 2
назначения, SPI, I C,UART).
Образцы интеллектуального датчика LIS331EB будут доступны во втором кварта-
ле 2013 года. Цена за штуку при заказе пар-
тии свыше 1000 компонентов составит $2.4.
19 января 2013 года в возрасте 100 лет скончался Эрик Лидоу (Eric Lidow), основа-
тель и председатель совета директоров ком-
пании International Rectifier. Он пережил Тре-
тий рейх более чем на 60 лет.
Лидоу родился в столице Литвы Вильню-
се, но диплом магистра получил в Техничес-
ком университете Берлина. Будучи одним из основателей Берлинского сионистского общества, он призывал других евреев поки-
нуть Германию, не дожидаясь начала Холо-
коста, и принимал активное участие в отправ-
ке их за границу. Сам же Эрик приехал в Нью-
Йорк в октябре 1937 года с фотоаппаратом Лейка и 14 долларами в кармане.
В 1939 году он основал в Лос-Анджелесе свою первую полупроводниковую компанию Selenium Corporation of America (Селеновая корпорация Америки), используя арендован-
ное оборудование, установленное в подсоб-
ном помещении фотостудии. Компания выпускала весьма совершенные для своего времени изделия силовой электроники, и была продана Sperry Corporation в 1946 году.
В том же году с помощью Красного Креста Лидоу разыскал своих родителей, сумевших пережить войну, и перевез их в США. Со своим отцом Леоном он и основал компанию International Rectifier. Инноватор и глобалист, он руководил созданием всех новых полупро-
водниковых приборов.
По мере развития компании, в 1950-х годах Лидоу начал создавать совместные предприятия в Европе и Японии, причем, нередко это были первые полупроводнико-
вые производства в стране. В 1960-х годах он организовал партнерские фирмы в Индии и Китае.
Уходя в 2008 году с поста председателя совета директоров, в интервью, данном Electronic Design, Лидоу сказал: «Создание и Скончался основатель International Rectifier Эрик Лидоу
Скончался основатель International Rectifier Эрик Лидоу
Don Tuite
Electronic Design
Эрик Лидоу
НОВОСТИ
9
развитие компании было для меня величай-
шим источником гордости. В то время как работа в International Rectifier была, прежде всего, моим увлечением новыми технология-
ми, для людей наша продукция стала жизнен-
ной необходимостью».
Выпуском микросхемы E520.32 немецкая компания Elmos предоставила разработчи-
кам полностью программируемую платфор-
му для создания оптических детекторов дыма с интерфейсом охранного шлейфа. Чтобы создать законченный пожарный изве-
щатель, к этой адресуемой аналоговой интег-
ральной схеме нужно добавить всего несколько внешних компонентов. Микросхе-
ма содержит сильноточный драйвер управ-
ления ИК светодиодом и усилитель сигнала фотодиода с высокоимпедансным входом. Для питания микросхемы достаточно тока 88 мкА. Для конфигурирования микросхемы в нее интегрированы Flash-память объемом 4 КБ и 32 байта EEPROM.
Интерфейс двухпроводного шлейфа рас-
считан на напряжение от 8 до 50 В. Конфигу-
рируемый драйвер светодиода может отда-
вать ток до 200 мА, а широкодиапазонный приемник фототока уверенно усиливает сиг-
налы от 1.5 до 45 нА. Большое быстроде-
йствие приемника и 10-разрядного АЦП позволяют использовать короткие импульсы передатчика, обеспечивая высокую скорость обнаружения. Узкополосный фильтр усили-
Elmos предоставила разработчикам микросхему детектора дыма с интерфейсом шлейфа сигнализации
Elmos предоставила разработчикам микросхему детектора дыма с интерфейсом шлейфа сигнализации
теля сводит к минимуму воздействие внеш-
них помех и вероятность возникновения лож-
ных тревог. Формированием импульсов пере-
датчика и обработкой принятых сигналов управляет интегрированный 8-разрядный микроконтроллер. Конфигурируемость E520.32 позволяет гибко оптимизировать характеристики системы, в которой к одному шлейфу может быть подключено до 255 адре-
суемых детекторов. Микросхема работоспо-
собна в диапазоне температур от –55 °C до +85 °C. Прибор поставляется в 14-выводном корпусе SOIC.
NXP Semiconductors сообщила о начале поставок семейства беспроводных микро-
контроллеров JN516x для Интернета вещей, а также призванного облегчить коммерчес-
кое внедрение ZigBee, JenNet-IP и других при-
ложений стандарта IEEE 802.15.4 оценоч-
ного набора JN516x-
EK001, содержащего все необходимые раз-
работчику аппаратные и программные компо-
ненты. В набор включен ряд демонстрацион-
ных приложений, таких, как интеллектуаль-
ная система освещения на основе JenNet-IP, несколько вариантов систем интеллектуаль-
ного управление энергией, использующих ZigBee Smart Energy, ZigBee Light Link и сис-
тема дистанционного управления RF4CE.
Одним из множес-
тва примеров примене-
ния беспроводных мик-
роконтроллеров NXP является переключа-
тель компании Cherry, NXP автоматизирует «Умный дом» с помощью ZigBee и JenNet-IP
NXP автоматизирует «Умный дом» с помощью ZigBee и JenNet-IP
Доступны для приобретения беспро-
водные микроконтроллеры JN516x и отладочные наборы
РадиоЛоцман – январь 2013
НОВОСТИ
10
который может использоваться в качестве сетевого узла в любом доме, где есть выклю-
чатели электрического освещения. Устро-
йство работает без батарей, извлекая энер-
гию нажатия на выключатель и используя ее для питания радиопередатчика.
Оценочный набор JN516x-EK001 разрабо-
тан специально для использования с беспро-
водными микроконтроллерами NXP JN5161, JN5164 или JN5168, основанными на усовер-
шенствованной 32-разрядной RISC архитек-
туре с лучшими в своем классе опциями памя-
ти – 256 КБ флеш, 4 КБ EEPROM и 32 КБ RAM. Кроме того, серия JN516x содержит трансивер стандарта IEEE802.15.4 2.4-ГГц и расширенный набор цифровой периферии.
Предоставляя разработчику все компо-
ненты, необходимые для создания системы, оценочный набор JN516x-EK001 включает в себя
!
несколько беспроводных несущих плат,
!
платы расширения,
!
USB-dongle с приемопередатчиком и интегрированной антенной,
!
пульт дистанционного управления,
!
запрограммированный под конкретные функции Интернет роутер Cisco с усовер-
шенствованной прошивкой OpenWRT,
!
полный комплект ПО.
Этот всеобъемлющий набор намного облегчит реализацию решений в области Ускорение коммерческого внедрения приложений стандартов ZigBee, JenNet-IP и 802.15.4
Ускорение коммерческого внедрения приложений стандартов ZigBee, JenNet-IP и 802.15.4
Интернета вещей, основанных на стандартах ZigBee, JenNet-IP или RF4CE.
С помощью входящих в набор разнооб-
разных демонстрационных приложений раз-
работчик может быстро проверить правиль-
ность принятой концепции и выпустить гото-
вый продукт, использующий микросхемы JN516x или модули с этими микросхемами и предназначенное для них ПО. Набор приме-
ров содержит:
!
Основанное на JenNet-IP демонстрацион-
ное приложение Smart Lighting, использу-
ющее роутер для поддержки соединений с WLAN или Интернет.
!
Демонстрационное приложение ZigBee Smart Energy для экспериментов с порта-
лом поставщика энергии (с использование USB-dongle), с автономными счетчиками расхода электроэнергии и газа, использу-
ющими прилагаемую плату ЖК-дисплея, или с расширителем диапазона.
!
Демонстрационное приложение ZigBee Light Link для дистанционного управления цветными светодиодами на прилагаемой плате расширения
!
Демонстрационное приложение RF4CE, позволяющее пользователю управлять приложениями Windows Media Player (выбор записи, воспроизведение, пауза, ускоренная перемотка, регулировка гром-
кости).
РадиоЛоцман – январь 2013
Linear Technology анонсировала понижаю-
щий DC/DC преобразователь с допустимым входным напряжением до 40 В и долговре-
менным выходным током до 1 А. Микросхема LTC3646 выпускается в корпусе DFN-14 раз-
мером 3 ? 4 мм, или в корпусе MSOP16 с уменьшенным тепловым сопротивлением. Диапазон входных напряжений прибора, Linear Technology разработала очередной высоковольтный понижающий преобразователь с рабочей частотой до 3 МГц
Linear Technology разработала очередной высоковольтный понижающий преобразователь с рабочей частотой до 3 МГц
НОВОСТИ
11
составляющий 4…40 В, идеально соотве-
тствует требованиям автомобильных и про-
мышленных приложений. В LTC3646 исполь-
зована уникальная архитектура с контроли-
руемым временем открывания транзисторов, благодаря которой напряжение 36 В можно понижать до 3.3 В при частоте переключения, превышающей 2 МГц, что позволяет не допускать появления коммутационных шумов в критических частотных диапазонах, таких, скажем, как диапазон АМ-радиовеща-
ния. Преобразователь способен сохранять малое время отклика даже при коэффициен-
те заполнения импульсов менее 10%. Внут-
ренний синхронный выпрямитель обеспечи-
вает КПД свыше 95%.
В микросхему LTC3646 встроены силовые ключи верхнего плеча и синхронного выпря-
мителя, что позволило повысить эффектив-
ность преобразователя при токах до 1 А. Внут-
ренняя частота переключения программиру-
ется в диапазоне от 200 кГц до 3.0 МГц или синхронизируется внешней частотой. Соче-
танием малых коммутационных потерь и низ-
кого собственного тока потребления, равного 140 мкА, обеспечивается высокий КПД в очень широком диапазоне токов нагрузки. Для снижения помех в чувствительных к шумам приложениях LTC3646 может исполь-
зоваться в принудительным режиме непре-
рывной проводимости.
Стандартные приборы LTC3646 имеют диапазон выходных напряжений от 2.0 до 30?В, в то время как версия LTC3646-1 рас-
считана на напряжения от 0.6 до 15 В. Специ-
альные функции одинаковы для обоих при-
боров. Это схема мягкого запуска, внутрен-
ние цепи частотной коррекции и надежная защита от короткого замыкания.
Цены микросхем LTC3646EDE/-1 и LTC3646EMSE/-1 в обоих корпусах начина-
ются с $2.85 за штуку. На версии с расширен-
ным диапазоном рабочих температур (LTC3646IDE/-1 и LTC3646IMSE/-1) установ-
РадиоЛоцман – январь 2013
лены цены от $3.14 за штуку. Наконец, высо-
котемпературные варианты (LTC3646HDE/-1 и LTC3646HMSE/-1) продаются по цене от $3.39 за штуку. Все цены указаны для партий от 1000 приборов. Микросхемы любых вер-
сий доступны для приобретения со склада компании.
!
Широкий диапазон входных напряжений: 4.0…40 В (максимально допустимое зна-
чение 45 В)
!
Гарантируемый входной ток 1 А
!
Высокий КПД: до 95%
!
Широкий диапазон выходных напряжений:
#
LTC3646: 2.0 … 30 В
#
LTC3646-1: 0.6 … 15 В
!
Режим работы на фиксированной частоте 2 МГц с коэффициентом заполнения до 6%
!
Точность источника опорного напряжения +1%
!
Внутренняя или внешняя частотная кор-
рекция
!
Настраиваемая в диапазоне 200?кГц…3?МГц частота переключения с возможностью внешней синхронизации
!
Возможность выбора между высокоэф-
фективным режимом генерации пачек и принудительным режимом непрерывной проводимости
!
14-выводной корпус DFN размером 3???4?мм, или 16-выводной корпус MSOP с уменьшенным тепловым сопротивлени-
ем.
Сводка основных характеристик LTC3646/-1:Сводка основных характеристик LTC3646/-1:
инструмент для
разделки кабеляи снятия изоляции
клеммы
на DIN рейку
и для печатных плат
настоящее немецкое качество
промышленные корпуса
выключатели
датчики
контрольно-
измерительноеоборудование
FRAM
повышает производительность
и снижает энергопотреблениесистем на микроконтроллерах
Maury Wright, Electronic Products
Digi-Key
СТАТЬИ
РадиоЛоцман – январь 2013
lash-память является практически еди- Flash-памяти. Основная сложность связана с нственным средством хранения программно- тем, что сегнетоэлектрический материал в го кода, на которое могут рассчитывать сего- определенном смысле чужероден технологи-
дня разработчики микроконтроллерных сис- ческому процессу изготовления полупровод-
тем, что объясняется достижениями изгото- ников. Такие материалы теряют сегнетоэлек-
вителей ИС в масштабировании технологи- трические свойства при уменьшении их раз-
ческого процесса, позволяющими интегриро- меров, а для достижения более высокой плот-
вать в микроконтроллер достаточно большие ности и, соответственно, повышения объема массивы Flash. Однако Flash-память далека памяти, требуется сокращение площади яче-
от совершенства, и некоторые типы энерго- ек.
независимой памяти, например, сегнетоэ-
Поскольку мы начали с недостатков, вы лектрические ОЗУ (FRAM), значительно пре-
можете спросить, зачем же вообще связы-
восходят Flash, потребляя намного меньше ваться с сегнетоэлектрической памятью? энергии, допуская побитное обращение, Ответ прост. Если не принимать во внимание подобное динамическому ОЗУ, и существен-
сложности технологического характера, но опережая ее по скорости доступа, особен-
FRAM лучше Flash практически во всех отно-
но в режиме записи. Несмотря на то, что стои-
шениях. Flash-память требует высокого мость FRAM высока, а емкость несопостави-
напряжения для записи данных, что приво-
ма с Flash, FRAM может оказаться полезной в дит к росту потребления энергии, а также к тех случаях, когда ключевыми требованиями увеличению длительности цикла записи. приложения являются низкое потребление и FRAM характеризуется временем доступа, высокая производительность.
сравнимым с DRAM, низким энергопотребле-
Прежде всего, давайте кратко рассмот-
нием и неограниченным количеством циклов рим, как работает FRAM. Ячейка FRAM перезаписи.
устроена также, как ячейка динамического ОЗУ (DRAM), в том смысле, что для хранения каждого бита используется один конденсатор Flash-памятью может также быть причи-
и один транзистор. Но в ячейке FRAM исполь-
ной головной боли программистов. Вы не зуется сегнетоэлектрический материал, спо-
можете просто перезаписать данные во собный длительное время сохранять поляри-
Flash. Как правило, нужно записать новое зованное состояние, для поддержания кото-
значение в новом блоке Flash-памяти и в рого не требуя ни регенерация, ни внешнее какой-то момент вернуться назад и стереть напряжение питания. На сегодняшний день старый блок для повторного использования, производители полупроводников по ряду конечно же, после организации перемеще-
причин не смогли масштабировать FRAM до ния всех важных данных из старого блока в уровней плотности динамического ОЗУ или F
Другие ограничения Flash-памяти
F
13
новый. Большинство производителей микро- могут использоваться совместно с микрокон-
контроллеров для решения этой задачи пред- троллерами со встроенной памятью различ-
оставляют библиотеки кодов. Тем не менее, с ных типов. Компания Texas Instruments (TI), точки зрения размера кода, Flash-память тем временем, интегрировала FRAM в неко-
изначально неэффективна.торые свои 16-разрядные микроконтроллеры семейства MSP430 [1].
Запись и чтение FRAM может выполнять-
ся побитно. Программистам, работающим с массивом FRAM, не придется беспокоиться о разделении областей памяти данных и кода. Давайте в первую очередь рассмотрим Можно использовать универсальную карту микросхемы FRAM памяти. Возглавляют распределения памяти и даже динамически линейку продуктов Fujitsu микросхемы выделять участки памяти для кода или дан-
MB85R1002ANC-GE1 (память емкостью ных, если этого требует приложение.
1?Мбит с организацией 64 Кбит?16) и Если бы стоимость и плотность FRAM MB85R1001ANC-GE1 (память емкостью смогли приблизиться к Flash, вероятно мы 1?Мбит с организацией 128 Кбит?8). Микрос-
стали бы свидетелями повсеместного пере-
хемы имеют 8-разрядный параллельный хода к ее активному использованию. Но пока интерфейс, время доступа составляет этого не произошло, вы должны руководство-
150?нс.
ваться четким пониманием плюсов и минусов Компания также выпускает микросхемы этого вида памяти.
FRAM с последовательным интерфейсом, На сегодняшний день воспользоваться что позволяет сократить количество выво-
преимуществами FRAM вы можете двумя дов, необходимых для подключения к микро-
способами. Ряд компаний, включая Fujitsu контроллеру. Максимальная емкость выпус-
Semiconductor и Ramtron, выпускают специа-
каемых компанией микросхем с интерфей-
лизированные микросхемы FRAM, которые сом SPI составляет 256 Кбит в конфигурации Микросхемы FRAM памяти
СТАТЬИ
Рисунок 1. Микроконтроллеры серии MSP430FR57xx содержат энергонезависимую FRAM объе-
мом 128 Кбит. Микросхемы этого семейства снабжены разнообразной периферией, включая мно-
гоканальный 10-битный АЦП.
Таймеры
Интерфейсы
Система
Аналоговая
периферия
4 – 16 КБ
FRAM
1 КБ
SRAM
Датчик
температуры
До 5 16-битных
таймеров
До 3 регистров
сравнения/захвата
в каждом
Сторожевой
таймер
Часы реального
времени (RTC)
Аппаратный
умножитель
Контроллер
прямого доступа
к памяти (DMA)
Модуль
управления
питанием
Схема сброса
по снижению
напряжения
питания
Супервизор
напряжения
питания (SVS)
Устройство защиты
памяти (MPU)
АЦП:
10 кан. 10 бит
14 кан. 10 бит
Компаратор B
33 входа/выхода
общего
назначения
USCI:
Кан. A: UART, LIN,
IrDA, SPI
Кан. B: l2C, SPI
Семейство
FRAM
До 24 МГц
14
РадиоЛоцман – январь 2013
вы можете получить дополнительное сниже-
32 Кбит?8 (MB85RS256APNF-G-JNE1). ние энергопотребления, в сравнении с систе-
Интерфейс SPI работает на частоте 25 МГц, мой, реализованной на микроконтроллере со которая и определяет эффективное время встроенной памятью. Можно выбрать микро-
доступа к памяти. Микросхемы с интерфей-
контроллер с минимальным объемом встро-
2
сом I C выпускаются с максимальной емкос-
енной Flash-памяти, и большинство опера-
тью 128 Кбит в конфигурации 16 Кбит?8 ций перенести на FRAM. Тем самым, сокра-
(MB85RC128PNF-G-JNE1) и работают на щается количество весьма энергозатратных частоте 400 кГц.
операций записи.
Компания Ramtron предлагает микросхе-
мы с большей емкостью и большей скорос-
тью. Например, микросхема FM23MLD16-60-
Теперь давайте перейдем к микрокон-
BGTR может хранить данные объемом троллерам с интегрированной FRAM. Это 8?Мбит, организованные в 512К 16-разряд-
даст вам более полное представление о спо-
ных слов. Память подключается к микрокон-
собах снижения энергопотребления и уровне троллеру по параллельному интерфейсу и сложности приложений, которые можно реа-
имеет время доступа 60 нс. Микросхемы лизовать на таких микроконтроллерах с огра-
Ramtron с интерфейсом SPI могут работать ниченным объемом встроенной FRAM.
на частоте 40 МГц и имеют максимальную TI интегрировала FRAM в небольшую груп-
емкость 2 Мбит (FM25V20-DGTR), а микрос-
пу 16-разрядных микроконтроллеров семе-
2
хемы с интерфейсом I C и рабочей частотой йства MSP430. Компания позиционирует эти 3.4 МГц имеют емкость 1 Мбит (FM24V10-
приборы как 16-разрядные с ценой и мощнос-
тью потребления 8-разрядных микрокон-
GTR).
т р олле р о в. В у с т р о йс т ва с е р ии Добавление одной из вышеперечислен-
MSP430FR57xx (Рисунок 1) интегрирована ных микросхем памяти к микроконтроллеру память FRAM с объемом в старших моделях может повысить производительность систе-
до 128 Кбит (16 Кбит?8), разнообразная пери-
мы и упростить программный код. Кроме ферия и многочисленные интерфейсы вво-
того, добавляя внешнюю микросхему FRAM, да/вывода.
FRAM микроконтроллеры
СТАТЬИ
РадиоЛоцман – январь 2013
Разъем USB
Подключение
мезонинных
плат CCxxxx
NTC термистор
Светодиоды
0 … 7
Интерфейсы
программированияи отладки
Пользовательские
кнопки
S1, S2
Кнопка сброса
Микросхема
MSP430FR5739
Акселерометр
Подключение
EXP-MSP430F5438
UART
приложения
Рисунок 2. Оценочная плата MSP-EXP430FR5739 содержит трехосевой акселерометр, термис-
тор, светодиоды, кнопки, а также разъем расширения для подключения дочерних плат.
15
СТАТЬИ
В состав работающей на частоте 24 МГц жит USB интерфейс отладчика, который будет полезен при разработке систем. линейки FRAM микроконтроллеров входят Конструкторам беспроводных устройств при-
устройства с количеством линий вво-
годится набор CC3000 Wi-Fi MSP430 FRAM, да/вывода от 17 до 33. Большинство из них представляющий собой комбинацию платы имеют интегрированный 10-битный АЦП с из отладочного комплекта и установленного максимальным количеством каналов 14. Как на нее мезонинного Wi-Fi модуля.
правило, все микроконтроллеры содержат Тем, кого интересуют другие технологии, ШИМ, схему сброса при подаче питания, сто-
альтернативные Flash, следует обратить вни-
рожевой таймер и коммуникационные интер-
мание на магниторезистивные ОЗУ (MRAM), 2
фейсы SPI, I C и UART.
преимущества которых перед Flash во мно-
гом похожи на FRAM. Пока никто из произво-
Реальные преимущества FRAM проявля-
дителей не предлагает микроконтроллеров с ются в активном режиме, потребление энер-
интегрированной MRAM, но отдельные мик-
гии в котором составляет 82 мкА/МГц. Многие росхемы памяти емкостью до 16 Мбит выпус-
микроконтроллеры семейства MSP430 с кает компания Everspin Technologies [2].
Flash-памятью потребляют в активном режи-
ме в два-три раза больше. Справедливости ради надо отметить, что специальные низко-
Flash-память была и будет оставаться вольтные серии микроконтроллеров с Flash-
жизненно важной основой широкого спектра памятью потребляют энергии на 50% мень-
приложений, прежде всего, вследствие ее ше, однако их рабочая частота не превышает низкой стоимости и исключительно высокой 4 МГц.
плотности упаковки на кристалле. Но из этого В настоящее время компания начала не следует, что правильным выбором всегда выпуск FRAM микроконтроллеров нового будет только Flash. Вы сможете убедиться, поколения серий MSP430FR58xx и что в отдельных случаях использование MSP430FR59xx.
FRAM может привести к сокращению энерго-
потребления и росту производительности, и даже, вполне вероятно, к снижению стоимос-
ти конечной системы. Кроме того, отсутствие Для оценки возможностей микроконтрол-
необходимости обслуживания Flash-памяти леров и технологии FRAM TI предлагает намного упрощает программный код, и впол-
несколько интересных наборов. Оценочная не может оказаться, что вашему приложению плата MSP-EXP430FR5739 (Рисунок 2) хватит небольшого объема памяти FRAM.
выполнена на мик рок онт роллере MSP430FR5739 с интегрированной FRAM емкостью 128 Кбит. Дополнительно, на плате установлены акселерометр и термистор, 1. «Особенности применения FRAM микрокон-
которые могут оказаться полезными в типо-
троллеров Texas Instruments». РадиоЛоцман, вых приложениях.
2012, апрель, стр. 20.
В отладочный набор MSP-FET430U40A 2. «Быстродействие магниторезистивной памяти включены Flash эмулятор и программатор, по компании Everspin в 500 раз превосходит иронии судьбы, не нужные для работы с NAND flash». РадиоЛоцман, 2012, ноябрь,
двумя входящими в комплект FRAM микро-
стр. 11.
контроллерами. Впрочем, комплект содер-
Заключение
Оценочные наборы
Ссылки по теме
РЛ
16
РадиоЛоцман – январь 2013
Протокол высокого уровня
CANopen
Часть 1
Приводятся основные положения и правила работы протокола CANopen, описываются основные элементы и коммуникационные объекты протокола, поясняются правила организации связи на основе этих объектов.
Михаил Русских
СТАТЬИ
Уровень
приложения
Уровень
данных
Физический
уровень
ПЕРЕДАТЧИК
ПРИЕМНИК
Уровень
приложения
Уровень
данных
Физический
уровень
Объект
ID+данные
ID+данные
...
CAN_H
CAN_L
CAN_L
Шина CAN
Рисунок 1. Коммуникационные уровни при соединении двух узлов.
РадиоЛоцман – январь 2013
наше время насчитывается большое дачи данных в автомобильной отрасли и про-
количество интерфейсов последовательной мышленном оборудовании. Благодаря высо-
передачи данных. Некоторые из них, напри- кой надежности, довольно высокой скорости мер, RS-232, USB, SPI, приобрели огромную передачи данных (до 1 МБ/с) и гибкости популярность благодаря своим характерис- настройки и применения, этот интерфейс тикам или простоте использования. Другие поддерживается множеством электронных же не нашли столь широкого распростране- устройств (промышленные контроллеры, ния в электронных системах. К ним можно микроконтроллеры, специализированные отнести IEEE 1394, RS-449, Х.21. Некоторые микросхемы, датчики). На сегодняшний день стандарты последовательных интерфейсов последней версией протокола является CAN и вовсе быстро забывались после их разра- 2.0b.
ботки, чего нельзя сказать о стандарте CAN Стандарт CAN описывает поведение сиг-
(Controller Area Network), разработанном в налов на низком уровне, причем в отрыве от 1987 году немецкой компанией Robert Bosch физического уровня, то есть для передачи GmbH и ставшим, пожалуй, самым популяр-
данных могут использоваться различные ным интерфейсом последовательной пере-
В
В
17
среды (медный кабель, оптоволокно и т.п.). *.eds (Electronic DataSheet), содержащий Для ускорения проектирования сетей на осно- словарь объектов и дополнительную инфор-
ве CAN и стандартизации работы таких сетей мацию.
был разработан протокол высокого уровня CANopen-устройство имеет три условных CANopen. Он получил широкое распростра-
составляющих: программный модуль обра-
нение в промышленном оборудовании, ботки протокола и пакетов интерфейса, сло-
транспортных средствах, медицинском варь объектов и программное обеспечение оборудовании, системах «умный дом». Этот на уровне приложения. Модуль обработки протокол является открытым, и документа-
протокола непосредственно отвечает за пере-
ция по его использованию доступна каждому. дачу и прием коммуникационных объектов по DS.301 представляет собой основной доку-
шине. Словарь объектов описывает все типы мент, в котором описаны основные положе-
данных, коммуникационные объекты и объ-
ния и принципы работы CANopen. В связи с екты приложения, используемые в данном тем, что протокол ориентирован на использо-
устройстве. Программное обеспечение на вание в составе различных классов уровне приложения выполняет функции внут-
устройств, в документах CiA DS-4xx регла-
реннего управления и обеспечивает связь с ментируется работа CANopen в каждом из другими устройствами, не использующими них. Так, например, CiA 412 относится к меди-
шину CAN.
цинскому оборудованию, а CiA 417 – к систе-
Каждый объект в словаре имеет 16-
мам управления лифтами.
разрядный индекс и 8-разрядный подиндекс. Топология сети CAN, принципы ее работы С помощью них можно ссылаться на данный и форматы кадров подробно описаны в [1] и объект. В Таблице 1 показан пример описа-
[2], поэтому не имеет смысла повторяться, а ния идентификационного объекта, содержа-
стоит перейти непосредственно к рассмотре-
щего основную информацию об устройстве.
нию протокола высокого уровня CANopen на базе данной сети. На Рисунке 1 показана функциональная схема связи двух узлов с помощью шины CAN и протокола CANopen.
Основной функциональной единицей про-
токола является объект. Под объектом может пониматься набор данных, несущих инфор-
мацию о параметрах (например, показания датчика температуры), конфигурации узла или сети, возникших ошибках и т.п. Поэтому Протокол CANopen предполагает сущес-
для устройства (узла) необходимым услови-
твование следующих типов объектов:
ем работы в сети является наличие словаря, !
Сервисные объекты данных (SDO);
представляющего собой группу доступных в !
Объекты данных процесса (PDO);
определенном порядке объектов. По своей !
Специальные функциональные объекты: сути, словарь объектов – это связующее объект синхронизации (SYNC), временная звено между приложением и передаваемой метка, срочное сообщение (EMCY);
на физическом уровне информацией (Рису-
!
Объекты управления сетью (NMT): NMT-
нок 2). С каждым устройством, использую-
сообщение, сообщение загрузки (boot-up), щим интерфейс CANopen, производитель объект контроля ошибок.
должен предоставить файл с расширением Типы данных,
коммуникационные
объекты и объекты
приложения
Приложение:
Программа,
профиль устройства
Связь:
PDO,
SDO,
специальные
функциональные
объекты,
NMT-объекты
I/O
CAN
Словарь объектов:
Рисунок 2. Модель устройства с интерфейсом CANopen.
Таблица 1
1018h
0
1
Подиндекс
Индекс
Число записей
ID производителя
Описание
Unsigned8
Unsigned32
Тип данных
2
3
Код продукта
Номер ревизии
Unsigned32
Unsigned32
4
Серийный номер
Unsigned32
18
РадиоЛоцман – январь 2013
СТАТЬИ
СТАТЬИ
блоков, каждый из которых состоит из 127 SDO обеспечивают доступ к элементам сегментов. Один сегмент содержит данные и словаря объектов, то есть, с помощью SDO свой порядковый номер в блоке. SDO описы-
можно читать и записывать информацию в вается параметром связи, определяющим словарь объектов. При связи посредством коммуникационные настройки SDO. Эти SDO между двумя устройствами устанавли-
параметры связи расположены по специаль-
вается соединение типа «точка-точка», при-
но отведенным адресам, и их индексы для чем будет реализована клиент-серверная SDO-сервера (SSDO) и SDO-клиента (CSDO) модель коммуникации, где устройство-
вычисляются по следующим правилам:
клиент передает необходимое сообщение, а устройство-сервер выдает соответствующий !
Индекс параметра связи
этому сообщению ответ, в соответствии со SSDO = 1200h + №SSDO – 1;
схемой, изображенной на Рисунке 3.
!
Индекс параметра связи
CSDO = 1280h + №CSDO – 1.
Сервисы, реализующие SDO-пере-дачу, могут быть следующими:
!
Загрузка на SDO-сервер (download), состоящая из этапа инициализации загрузки и непосредственно загрузки сег-
ментов;
!
Выгрузка с SDO-сервера (upload), состоя-
щая из этапа инициализации выгрузки и При организации SDO-связи клиент с непосредственно выгрузки сегментов;
помощью мультиплексора, содержащего !
Аварийное завершение передачи SDO.
индекс и подиндекс объектного словаря, Для непосредственной передачи полез-
может предоставлять серверу определенный ных данных технологического процесса (тем-
набор данных, которые будут передаваться. пература, скорость, ток, напряжение и т.п.) в В основном передача SDO реализуется как реальном времени используются PDO. Пере-
сегмент-трансферт (segment transfer), при дача PDO осуществляется широковещатель-
котором передается последовательность но, при этом применяется модель производи-
сегментов в количестве до 127. Непосре-
тель-потребитель (producer-consumer), изо-
дственно до передачи осуществляется ста-
браженная на Рисунке 4. дия подготовки, когда клиент и сервер гото-
вятся к обмену. Если необходимо передать В объектном словаре различаются два объект размером до 4 байт, такой обмен типа PDO – для передачи данных (TPDO) и может быть реализован на стадии инициали-
для приема (RPDO). Устройства, в конкрет-
ный момент времени выдающие PDO на зации, он также называется ускоренный трансферт (expedited transfer). Существует шину, называются производителями, а при-
нимающие эти PDO – потребителями. PDO еще один тип передачи – блок-трансферт также описываются в объектном словаре (block transfer). При этом передается набор РадиоЛоцман – январь 2013
Запрос
Индикация
Подтверждение
о
т 0 до 8 байт
Кадр данных
от 0 до 8 байт
Производитель
Потребители
Push-модель
Ответ
о
т 0 до 8 байт
К
адр данных
от 0 до 8 байт
Кадр данных
Кадр удаленного запроса
Индикация
Запрос(ы)
Производитель
Потребители
Push-модель
Рисунок 4. Модель производитель-потребитель.
от 0 до 8 байт
от 0 до 8 байт
Кадр данных 1
Кадр данных 2
Клиент
Сервер
Запрос
Индикация
Подтвержде-
ние
Ответ
Рисунок 3. Клиент-серверная модель.
19
СТАТЬИ
устройства. Типы данных и отображение объ- личают также три режима вызова PDO (Рису-
ектов в PDO описываются структурой, назы-
нок 6):
ваемой PDO-отображение (PDO-mapping). С !
По событию или по таймеру: механизм помощью SDO на стадии инициализации передачи PDO запускается после возник-
можно изменить количество PDO и отобра-
новения какого-либо внутреннего события жение объектов внутри них. Все PDO описы-
или по срабатыванию тай-мера устро-
ваются структурным параметром (или пара-
йства;
метром отображения) и параметром связи, !
По удаленному запросу: в этом случае характеризующим коммуникационные воз-
устройство начинает передачу PDO после можности PDO. Индексы этих параметров получения кадра удаленного запроса от определяются в соответствии со следующи-
другого устройства на шине;
ми правилами:
!
Индекс параметра связи
!
Синхронная передача (цикличная или RPDO = 1400h № RPDO – 1;
ацикличная): как уже отмечалось ранее, связана с появлением на шине SYNC-
!
Индекс параметра связи
объекта.
TPDO = 1800h + № TPDO – 1;
!
Индекс структурного параметра
RPDO = 1600h + № RPDO – 1;
!
Индекс структурного параметра
TPDO = 1A00h + № TPDO – 1.
С помощью одного PDO можно передать от 1 до 8 байт данных. В одной сети CANopen может присутствовать до 512 TPDO и до 512 RPDO.
PDO могут передаваться как синхронно, так и асинхронно относительно объекта син-
хронизации SYNC, выдающегося на шину с определенной периодичностью. Это проил-
люстрировано Рисунком 5. Синхронные PDO Передача синхронных PDO может выпол-
передаются в рамках установленного интер-
няться как в цикличном режиме, так и ацик-
вала времени после появления на шине личном. При выборе цикличного режима SYNC-объекта.
PDO передаются с определенной периодич-
Асинхронные PDO передаются без какой-
ностью, устанавливаемой числом от 1 до 240, либо связи с объектом синхронизации. Раз-
т. е. 5 будет означать передачу PDO после Рисунок 6. Три режима вызова PDO.
Внутреннее
событие
Производитель
Потребители
По событию или
по таймеру
По удаленному
запросу
Производитель
Удаленный запрос
Синхронная
передача
(цикличная илиацикличная)
Производитель
Sync
Потребители
Потребители
t
Синхронные PDO
Асинхронные PDO
Sync
Sync
Sync
Sync
Sync
Sync
Рисунок 5. Принцип передачи синхронных и асинхронных PDO.
20
РадиоЛоцман – январь 2013
СТАТЬИ
каждого пятого появления SYNC-объекта на должны быть взяты из словаря объектов и шине. В ацикличном режиме момент выдачи записаны в поле передаваемых данных до PDO на шину определяется внутренним собы- того, как сообщение будет отправлено на тием устройства, но она обязательно должна шину. Подобные операции выполняются на выполняться в окне SYNC-объекта.стороне потребителя. В соответствии с запи-
сями отображения RPDO, принятые данные На Рисунке 7 показан принцип отображе-
записываются в словарь объектов данного ния PDO, основная идея которого заключает-
устройства.
ся в том, что как производитель, так и потре-
битель PDO-сообщения должны знать, каким Другими объектами, без которых немыс-
образом им необходимо интерпретировать лимо существование CANopen-сети, являют-
содержимое этого сообщения. При этом PDO ся NMT-объекты, позволяющие управлять определяются по их идентификационным работой этой сети. Вначале стоит отметить, номерам (COB-ID). PDO-отображение опи- что в конкретный момент времени устро-
сывает, какие переменные технологического йство должно находиться в одном из четырех процесса из поля данных PDO должны пере- состояний: инициализация (Initialization), даваться, каким образом они должны быть готовность (Pre-operat i onal ), работа упорядочены, а также какой тип данных и (Operational) или остановка (Stopped). При какую длину они имеют. Таким образом, включении устройство проходит этап внут-
содержание и значение поля данных каждого ренней инициализации, и после ее успешно-
определенного PDO определяется в виде го завершения переходит в состояние готов-
записи PDO-отображения внутри словаря ности. В этом состоянии уже возможно осу-
объектов на стороне производителя и на сто- ществить настройку CANopen-узла с роне потребителя.помощью SDO. Затем узел может перейти в рабочее состояние. Для этого необходимо, Производитель составляет поле данных чтобы Master сети (передача NMT сообщений передаваемого PDO в соответствии со свои-
происходит в соответствии с моделью ми записями отображения TPDO. В связи с Master-Slave) передал широковещательное этим, текущие значения отсылаемых данных РадиоЛоцман – январь 2013
Запуск удаленного узла
Остановка удаленного узла
Сообщение
Start_remote_node
Stop_remote_node
Обозначение
1
2
Команда в составе
формата сообщения
Вход в состояние готовности
Сброс узла
Сброс связи
Enter_pre_operational
Reset_node
Reset_communication
128
129
130
Таблица 2Таблица 2
Рисунок 7. Принцип отображения PDO.
Объект (индекс: 2345; подиндекс: 67) - 32 бит
Объект (индекс: 6000; подиндекс: 01) - 8 бит
Объект (индекс: 2001; подиндекс: 00) - 16 бит
1-е значение
2-е значение
3-е значение
Объект (индекс: 5432; подиндекс: 10) - 32 бит
Объект (индекс: 6200; подиндекс: 02) - 8 бит
Пустая запись - слово не отображается
TxPDO - таблица отображения на стороне
передатчика, адрес 0x1A00
RxPDO - таблица отображения на стороне
приемника, адрес 0x1600
PDO-сообщение
21
СТАТЬИ
сообщение Start_remote_node. ID NMT- Если узел по истечении заданного времени сообщений равен 0, поскольку они должны не получил запрос от Master-устройства, на иметь самый высокий приоритет в сети. В его стороне с помощью сервиса Life Guarding Event возникнет ошибка, свидетельствующая Таблице 2 представлено описание NMT-
об отсутствии сторожевого запроса. Если сообщений.
удаленный запрос передачи не был подтвер-
Формат NMT-сообщения также предпола-
жден за время сторожевого ожидания, или гает наличие ID того узла, которому адресо-
указанный в ответном сообщении статус вано сообщение. В случае равенства этого Slave-устройства не соответствует ожидае-
параметра 0 сообщение будет адресовано мому, со стороны Master-устройства возник-
всем узлам сети, то есть, например, формат нет ошибка караула узла, сообщаемая с 0/1/0 будет означать запуск всех узлов на помощью сервиса Node guarding event.
шине, а 0/2/9 – остановку узла с ID=9.
Heartbeat-протокол позволяет контроли-
Для повышения надежности функциони-
ровать функционирование сети без необхо-
рования сети имеются объекты срочных сооб-
димости посылки Slave-устройствами уда-
щений (Emergency Object или EMCY). Их ленных ответов. В данном случае узел, скон-
передача осуществляется при возникнове-
фигурированный на широковещательную нии внутренних ошибок какого-либо узла. передачу Heartbeat-сообщения, является Срочное сообщение передается в сеть лишь производителем контрольных тактов. один раз после возникновения определенной Остальные устройства, настроенные на ошибки, и, как бы долго состояние активной прием Heartbeat-сообщения, являются ошибки не присутствовало, нового соотве-
потребителями контрольных тактов, и в слу-
тствующего ей EMCY передано не будет. чае если за время ожидания контрольного Только при возникновении новых ошибок такта (Heartbeat Consumer Time) Heartbeat-
могут быть переданы соответствующие им сообщение не пришло, генерируется ошибка EMCY. Механизм передачи срочных сообще-
контрольного тактирования. Оба рассмот-
ний не является обязательным для сети ренных протокола контроля функционирова-
CANopen, но при грамотном его применении ния сети являются взаимоисключающими, то он позволит вовремя определить и устранить есть в сети можно использовать лишь один из неисправность узла.
них. Heartbeat-протокол имеет более высо-
Все Slave-устройства в составе сети кий приоритет, и по умолчанию предполагает-
CANopen могут посылать специальное сооб-
ся использование именно его.
щение о своей готовности функционирова-
В данной части были рассмотрены ключе-
ния в сети. Это сообщение начальной загруз-
вые принципы и правила работы довольно ки (boot-up message) дает понять Master-
сложного, но в то же время очень надежного устройству, что внутренний сетевой статус протокола CANopen. В следующей части на Slave-узла перешел из режима инициализа-
простом примере будет показана работа ции в режим готовности к работе. Передача CANopen-сети, состоящей из двух узлов.
boot-up-сообщения является также необяза-
тельной, но желательной процедурой, поскольку Master будет знать, что конкретное Slave-устройство уже можно настраивать с 1. http://www.piclist.ru/AN-MC-228-RUS/AN-MC-
помощью SDO или переводить его в режим 228-RUS.html AN228 - рассмотрение физичес-
работы.
кого уровня CAN.
Интерфейсом CANopen предусмотрены 2. Проектирование интеллектуальных датчиков с помощью Microchip dsPIC. Крид Хадлстон – два протокола контроля функционирования Киев: «МК-Пресс», 2008. – 320 с., ил.
сети: протокол караула узлов (Node guarding 3. CANopen. Application Layer and Communication protocol) и протокол контрольного тактирова-
Profile. CiA Draft Standard 301. Version 4.02, ния (Heartbeat protocol). В первом случае 2005. – 135 p.
выделенный NMT-мастер опрашивает Slave-
4. CAN словарь. Второе издание. www.can-
устройства через одинаковые промежутки cia.org.
времени, называемые guard time. В ответ 5. CANopen, high-level protocol for CAN-bus. H. каждое Slave-устройство посылает сообще-
Boterenbrood – NIKHEF, Amsterdam, 2000. – 23 ние, содержащее его сетевой статус. Время p.
ожидания подобного сообщения может быть 6. www.canopensolutions.com.
настроено индивидуально для каждого узла. Список источников
РЛ
22
РадиоЛоцман – январь 2013
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ
ОКО Архив 4NET
ОКО Архив 4NET LE
ОКО Архив LITE CF
ОКО Архив АВТО GPS/GSM
ОКО Мобайл 3G
построение простой, надежной, автономной системы видеонаблюдения для частного и коммерческого секторов
видеорегистратор с возможностью
передачи видео по беспроводным сетям 3G
также в продаже моделиОКО Мобайл и ОКО Мобайл II - передача видео по GSM
специализированный видеорегистратор для автотранспорта
надежно схохраняет и воспроизводит видео- и аудиоинформацию,
маршрут движеня, выполняет охранные функции
во время стоянки и передает информацию по GSM
также в продаже модели
ОКО Архив АВТО и ОКО Архив АВТО GPS
ВИДЕОРЕГИСТРАТОРЫ СЕРИИ “ОКО АРХИВ”
подключение по LAN/internet
сменный жесткий диск
подключение по LAN/internet
встроенный жесткий диск
запись на карту Compact Flash
“Децима”
Москва, Зеленоград, проезд 4922, дом 4, строение 1
тел: +7 (495) 988 48 58
http://www.decima.ruhttp://www.decima.ru
СТАТЬИ
24
РадиоЛоцман – январь 2013
Иногда разработчики мобильных ус- Итак, что же дала Highscreen Alpha GT тройств выводят на рынок одну и ту же New новая аппаратная платформа? Как мини-
модель, но с разными аппаратными платфор- мум – примерно 15-20% к производительнос-
мами. Например, глобальная версия флаг- ти при неизменном энергопотреблении: как и манского смартфона HTC One X комплектует- предшественник, новинка обладает аккуму-
ся четырехъядерным процессором nVidia лятором на 1,900 мАч и работает от одного Tegra 3, тогда как модификации для отдель- заряда батареи до двух дней.
ных рынков (например, американского) идут с Гнезд для установки SIM-карт здесь две двухъядерными «сердцами» от компании штуки, причем каких-либо особенностей в Qualcomm.
реализации работы с двумя карточками нет: в режиме ожидания активны обе «симки», а во время разговора – одна. В 3G-сетях рабо-
тает одна SIM-карта, она же поддерживает и 2G, другая же «симка» – только в 2G.
Корпус устройства почти полностью выполнен из пластика, разве что на задней панели есть металлическая вставка с логоти-
пом торговой марки. Highscreen Alpha GT New не очень тонкий, однако в руке он лежит вполне комфортно. Кстати, его задняя часть прорезинена и весьма приятна на ощупь.
Смартфон оборудован 4-дюймовым емкостным сенсорным IPS-экраном от япон-
ской компании Sharp. Разрешение дисплея составляет 480 ? 800 точек, это стандарт для В данном обзоре мы рассмотрим смар-
тфон Highscreen Alpha GT New – этот аппарат выпущен в начале 2013 года и является обновлением авг устовской модели Highscreen Alpha GT. Дизайн и общий функци-
онал остались прежними, а вот аппаратную платформу разработчики поменяли. Если оригинальный GT базировался на одноядер-
ном процессоре MediaTek MT6575, то версия со словом New в названии идет с чипом MediaTek MT6577, обладающим уже двумя вычислительными ядрами. Кстати, этот про-
цессор изначально использовался в старшей модели с HD-экраном – Highscreen Alpha GTR.
Highscreen Alpha GT New:
хорошо знакомый смартфон
с новым процессором
И
СТАТЬИ
25
РадиоЛоцман – январь 2013
моделей среднего класса. Качество изобра- задняя – на 8. Последняя неплохо фотогра-
фирует в темное время суток, благо она бази-
жения отменное: это касается и цветопереда-
чи, и углов обзора, которые максимально руется на заточенном для этого BSI-сенсоре.
широки.
Работает Highscreen Alpha GT New под Highscreen Alpha GT New оснащен 1 Гб управлением Android 4.0 ICS, причем, опера-
оперативной памяти – и это довольно много, ционная система в этом аппарате дополнена интерфейсом Go Launcher EX с кучей видже-
так как пока в смартфонах этого класса обыч-
тов.
но стоят 512-мегабайтные модули. В аппара-
те также есть адаптеры Bluetooth и Wi-Fi, В целом имеем одну из наиболее удачных GPS-приемник, слот для карт памяти моделей среднего класса – за 8 тысяч руб-
лей, которые просят за Highscreen Alpha GT MicroSD (8 Гб в комплекте) – в общем, обыч-
ный функциональный «заряд». А вот камеры New, сложно подобрать что-либо более функ-
циональное. не совсем обычные: лицевая на 2 Мп, а РЛ
СТАТЬИ
26
РадиоЛоцман – январь 2013
Человеко-машинный
интерфейс осваивает
третье измерение
Stephen Evanczuk
EDN
Земля
Изоляция
Верхний слой (боковой приемник Rx)
Верхний слой (центральный приемник Rx)
Bottom Layer (передатчик Tx)
Рисунок 2. Этой подсистеме HMI требуется лишь про-
стой массив электродов для генерации относительно низкочастотного электрического поля и измерения его текущего состояния.
Земля
Приемник
Передатчик
Изоляция
Эквипотенциальные
линии
Силовые
линии поля
Рисунок 1. HMI генерирует электрическое поле и с помощью датчиков фиксирует его возмущения, вызывае-
мые движением проводящего объекта, каковым, в частнос-
ти, является человеческая рука.
Еще рано окончательно выбрасывать В этом новом классе HMI движение руки в свою мышь или отказываться от тачпада, пределах объема, расположенного над дву-
однако традиционным устройствам челове- мерным массивом датчиков, вызывает иска-
жения электрического поля (Рисун-
ки 1 и 2), измеряемые специаль-ным приемным устройством. Использование электрических дат-
чиков вместо видеокамер открыва-
ет дорогу к созданию встраивае-
мых приложений распознавания движений, которые смогут приме-
няться практически во всех отрас-
лях – от автомобильной и аэрокос-
мической промышленности до бытовой техники.
С наиболее впечатляющим образцом этого нового класса устройств в ноябре 2012 года дебю-
тировала компания Microchip Technology, представив микросхе-
ко-машинного интерфейса (human-machine interface – HMI), основанным на использова-
нии двумерной информации о положении, возможно, скоро придется потесниться, усту-
пив место возле компьютера или смартфона приборам нового поколения. Надвигается волна трехмерных HMI.
HMI основанные на видеокамерах, такие, как Kinect компании Microsoft, уже способны отслеживать движение рук в ближней и средней зоне и могут использоваться в некоторых играх. Появление систем, основанных на анализе изменений электрического поля, обозначило важную тенденцию перехода от простого обнаружения движения к распознаванию последо-
вательностей движений, как опреде-
ленных жестов.
Е
СТАТЬИ
27
му MGC3130 (Рисунок 3), выполняющую медицинском оборудовании. А недавно ком-
полный набор функций распознавания 3-D пания начала массовые поставки дешевых жестов, основанных на технологии GestIC, приборов, которые могут серьезно повлиять перешедшей в собственность Microchip с на развитие рынка потребительской элек-
приобретением компании Ident Technology. троники (Рисунок 4). Внедряя эти датчики Подключаемое к комплекту недорогих внеш- Plessey во встраиваемые системы, разработ-
них электродов устройство GestIC содержит чики получат возможность выпускать свои аналоговую цепочку обработки сигналов, собственные 3-D HMI продукты, используя измеряющую вызываемые движением рук богатые наборы накопленных алгоритмов изменения электрического поля и распозна- распознавания.
ющую перемещение рук в трехмерной облас-
Камеры стали почти обязательным атри-
ти над электродами. Затем с помощью встро-
бутом мобильной техники, и, без сомнения, енного в кристалл сигнального процессора будут все шире использоваться в системах выполняется цифровая обработка информа-
распознавания жестов. Одновременно начи-
ции, чтобы определить, какому из приблизи-
нается промышленное внедрение многосен-
тельно дюжины предвари-
тельно запрограммирован-
ных жестов соответствуют зафиксированные переме-щения.
Microchip со своей сис-
темой GestIC – не еди-
нственный игрок на рынке датчиков электрического поля. Чуть больше года назад Plessey Semicon-
ductors представила подо-
бный датчик, изначально ориентированный на при-
менение в персональном Нормирование
сигнала
АЦП
Нормирование
сигнала
АЦП
Нормирование
сигнала
АЦП
Нормирование
сигнала
АЦП
Нормирование
сигнала
АЦП
Внутренняя шина
RX0
RX1
RX2
RX3
RX4
TX
Процессор
обработки
сигналов
(SPU)
Генератор
сигнала TX
Внутренняя
синхронизация
Блок сброса
SPI
2
I C
Управление
коммуникацией
Flash-
память
Устройство
управления
питанием (PMU)
Источник опорного
напряжения
(VREF)
Схема
управления
выходом из
спящего режима
Входы/
выходы
MGC3130
S10
S11
S12
S13
EIO0
EIO1
EIO2
EIO3
EIO4
MCLR
Процессор приложения
Рисунок 3. Основанная на технологии GestIC компании Microchip микросхема MGC3130 содержит набор специализированных цепочек аналоговой обработки сигналов датчиков, сигнальный процес-
сор и хранящиеся во flash-памяти программы распознавания, преобразующие движения рук в извес-
тные жесты.
Рисунок 4. Бесконтактный твердотельный датчик электрическо-
го потенциала PS25401B компании Plessey Semiconductors в корпу-
се (слева) и со снятой крышкой (справа).
РадиоЛоцман – январь 2013
СТАТЬИ
28
сорных решений, объединяющих несколько лиз, основанный на использовании сложного различимых технологий обнаружения.программного обеспечения, формирующий исключительно детализированную програм-
К примеру, недавно Microsoft продемо-
мную модель движения руки, позволяющую нстрировала систему распознавания жестов, отслеживать самые тонкие жесты. GestIC получившую название Digits, в которой объе-
подобного делать пока не умеет.
динены камера и МЭМС датчик движения. В Digits выполняется высокоуровневый ана-
РЛ
РадиоЛоцман – январь 2013
СТАТЬИ
29
работки компании HP был диоксид титана, но Первое упоминание о мемристорах приво-
с тех пор многие производители полупровод-
дится в основополагающей статье инженера-
никовых компонентов продвинулись вперед в электрика Леона Чуа (Leon Chua) «Мемрис-
работе над мемристивными материалами в тор – недостающий элемент схемы» (1971 попытках создать универсальный тип памя-
год).
ти, называемый «резистивная оперативная память» (ReRAM).
В результате, примерно через 40 лет после того, как Чуа постулировал мемристо-
ры, эти материалы, наконец-то, стали ком-
мерчески широкодоступными в виде универ-
сальных чипов энергонезависимой памяти, превосходящих по плотности flash-память, а по скорости – DRAM. Многие известные про-
изводители полупроводниковых компонен-
тов обещают начать выпуск мемристивных микросхем в самое ближайшее время, неко-
торые даже называют 2013 год. В число этих компаний входят Adesto Technologies, Elpida, Исходя из математических соображений, Fujitsu, Global Foundries, Hewlett Packard, согласно Чуа, должен существовать четвер-
Hynix, IBM, Macronix, Nanya, NEC, Panasonic, тый после резистора, конденсатора и катуш-
Rambus, SanDisk, Samsung, Sharp, Sony, ST ки индуктивности пассивный элемент элек-
Microelectronics, Winbond, 4DS, а также троники. Его аргументация напоминала ход несколько исследовательских лабораторий, мыслей изобретателя периодической табли-
таких как IMEC в кооперации с TSMC.
цы химических элементов, русского химика Возможно, вы не знаете, что следующие Дмитрия Менделеева, утверждавшего, что, 40 лет будут еще более значительными для исходя из математических расчетов, в перио-
мемристоров, которые станут основой новой дической таблице не хватает элементов, кото-
эры когнитивных (познающих, разумных) рые должны существовать. Оба были правы. компьютеров, воспроизводящих архитектуру Недостающие элементы Менделеева в человеческого мозга. В рамках программы конечном итоге были найдены, а в 2006 году Агентства передовых оборонных исследова-
Стэн Вильямс (Stan Williams), старший тельских проектов США (DARPA), названной научный сотрудник компании Hewlett «Системы нейроморфной адаптивной плас-
Packard, открыл мемристор.
тической масштабируемой электроники» Чуа назвал свой четвертый пассивный (SyNAPSE), исследовательские лаборатории элемент мемристором, потому что этот ком-
проводят революционные разработки, кото-
понент «вспоминает» то количество тока, рые откроют новую эру когнитивных компью-
которое недавно протекало через него, за теров. В программе участвуют IBM, Hewlett счет изменения своего внутреннего сопро-
Packard и HRL Labs при сотрудничестве с тивления, что делает его запоминающим Бостонским университетом, Колумбийским резистором (memory-resistor). Основой раз-
университетом, Корнелльским университе-
Мемристоры
имитируют человеческий мозг
R Colin Johnson
EE Times
Профессор Леон Чуа
РадиоЛоцман – январь 2013
СТАТЬИ
30
том, Стэндфордским университетом, Кали-
Разработка HRL хранит точные аналого-
форнийским университетом в Мерседе и Вис-
вые значения, соот-
консинским университетом в Мэдисоне.
ветствующие синап-
Чуа предвидел применение мемристоров тической силе меж-
в искусственных нейронных сетях еще в 1976 ду нейронами, а за-
году в своем труде «Мемристивные приборы тем помещает сами и системы» (Memristive Devices and Systems), нейроны в соседний где он заметил, что стандартная модель ней-
кристалл.
ронов, – модель Ходжкина-Хаксли, – матема-
Сриниваса ска-
тически идентична мемристору.
зал: «Наша нейро-
морфная архитекту-
ра использует бога-
Программа SyNAPSE вдохнула новую тый набор програм-
жизнь в разработку искусственных нейрон-
мируемых соедине-
ных сетей, особенно интересных результатов ний, подобных свя-
в которой сегодня добилась HRL Laboratories зям в мозге. Чтобы LLC (бывшая Hughes Research Laboratories) задействовать эту связь, мы отделили матри-
и ее Center for Neural and Emergent Systems цу мемристоров от нейроморфной архитек-
(CNES), использовавшая мемристоры в туры, поместив перекрестные матрицы на качестве искусственных синапсов.
один кристалл для хранения синаптических Отказавшись от обычно использовавше-
проводимостей, которые затем активируются гося диоксида титана, ученые HRL Labs отдельным нейроморфным кристаллом».
создали слоистую структуру из усоверше-
В первом варианте, созданном HRL Labs, нствованных материалов со свойствами внут-
двухкристальное решение имитирует один реннего выпрямления, что, по утверждению слой настоящего мозга. Однако наиболее HRL, позволяет решить проблему «паразит-
интересные аспекты нейронного обучения ной утечки», тормозившей ранние попытки предполагают использование до 6 слоев. Например, в зрительной коре каждый обра-
батывающий слой постепенно связывает различные пространственные ориентации, в которых может наблюдаться объект. Другими словами, один слой может научиться распоз-
навать двумерный силуэт объекта, но не смо-
жет определить его, если он повернется боком. Однако с помощью всех шести слоев тот же самый объект может быть распознан вне зависимости от того, с какого направле-
ния он наблюдается. Но для эмуляции всех шести слоев коры головного мозга человека потребуется трехмерная шестислойная мем-
ристивная матрица.
«В настоящее время мы сосредоточены разработки мемристивных структур в соста-
на создании двумерных перекрестных реше-
ве перекрестных матриц.
ток, чтобы минимизировать риски и максими-
«Эти мемристоры ведут себя как внутрен-
зировать наши шансы на успех. Но, в конеч-
ний диод, что предотвращает утечку тока в ном итоге, мы хотим масштабировать матри-
направлении обратного смещения, влияю-
цы в третье измерение, чтобы эмулировать щую на сохраняемые в памяти данные», – настоящую пространственную конфигура-
сообщил руководитель проекта и главный цию синапсов, составляющих основу мозга», исследователь Нараян Сриниваса (Narayan – заключил Сриниваса.
Srinivasa).
Прорыв ученых из HRL Labs
Созданная HRL матричная мемристорная матрица, сформированная поверх кристалла КМОП микросхемы, на каждом квадратном сантиметре может хранить 10 ГБ информа-
ции.
Нараян Сриниваса
РадиоЛоцман – январь 2013
СТАТЬИ
31
РадиоЛоцман – январь 2013
Снижение потерь
в схемах защиты
входных каскадов ВЧ приемниковс ограничителямина Шоттки и PIN диодах
Chin-Leong Lim, Avago Technologies, Малайзия
Electronic Design
Схемы на основе Шоттки и PIN диодов 800 мкм составляет 7 дБм и 10 дБм, соотве-
обеспечивают требуемую защиту коммуни- тственно.
кационного оборудования и других радиочас-
Перегрузки неблагоприятно сказываются тотных систем. Однако при их использовании и на целостности передаваемой информа-
инженеры сталкиваются с проблемой ограни-
ции. Значительный выход за пределы допус-
чения верхних частот. Как при синхронной, тимых режимов приводит к немедленному так и при асинхронной передаче излучаемая отказу устройства, вызванному перегорани-
мощность может вызывать перегрузку вход-
ем металлических межсоединений или про-
ных цепей приемников беспроводных комму-
боем переходов транзистора. Экспоненци-
никационных систем. В дуплексных системах альный рост тока затвора при перегрузке с временным разделением несовершенство также сокращает срок службы прибора из-за изоляции между портами коммутатора или электромиграции металлов. Постоянное воз-
циркулятора становится причиной синхрон-
действие небольших перегрузок может при-
ной перегрузки, в то время как источниками водить либо к снижению выходной мощности сигналов, приводящих к асинхронной пере-
устройства, либо к росту выходных интермо-
грузке, являются расположенные поблизости дуляционных искажений. Как следствие, в антенны других систем связи.
приемниках ЯМР устройств происходит поте-
Иная ситуация возникает в приемниках ря полезной информации в период «мертвого сигналов ЯМР (ЯМР – ядерный магнитный времени», пока усилитель восстанавливает-
резонанс), где причиной перегрузок является ся после насыщения.
«звон», после возбуждающего импульса Ограничитель защищает вход устройства от перегрузок, пропуская ВЧ сигналы с сопровождающий высвобождение энергии, амплитудой ниже установленного порогового запасенной в катушке ЯМР-зонда. На устой-
значения, и выступает в роли аттенюатора, чивости к перегрузкам, к сожалению, сказы-
рассеивая избыточную мощность сигналов, вается и уменьшение размеров малошумя-
превышающих безопасный уровень. Прос-
щих усилителей (МШУ). Например, макси-
тейшая схема ограничителя, состоящая из мально допустимая входная мощность МШУ PIN диода с параллельно включенной индук-
с транзисторами, изготовленными по техно-
тивностью для отвода постоянной составля-
логии PHEMT с проектными нормами ющей, называется «ограничителем с автома-
0.25?мкм, при размерах кристалла 400 мкм и тическим смещением». Однако порог ограни-
С
СТАТЬИ
32
РадиоЛоцман – январь 2013
чения данной схемы выше, чем допустимый размеры ограничителя. Подключение диодов предел перегрузки для большинства МШУ. к точке с низким импедансом (12.5 Ом) может Включением диода Шоттки параллельно снизить емкостную нагрузку, но при этом основному PIN диоду (Рисунок 1) добиваются потребуются понижающий и повышающий снижения порога срабатывания ограничите- трансформаторы.
ля на 10 дБ за счет более низкого прямого Для уменьшения потерь на высоких часто-
падения напряжения на диоде Шоттки. Такая тах в этом классе ограничителей предложена схема называется «улучшенным ограничите-
и исследована нестандартная конфигурация лем с Шоттки и PIN диодами».
схемы, не требующая перечисленных выше компромиссов. Схема основана на использо-
вании паразитной емкости диодов в качестве элементов лестничного фильтра нижних час-
тот. Использование паразитной емкости для уменьшения потерь в ограничителях на PIN диодах с автоматическим смещением уже рассматривалось в ряде публикаций, но это первая работа, в которой изучается подобная схема на Шоттки и PIN диодах. В статье опи-
сывается ограничитель с низкими потерями и Поскольку для эффективного выполнения экспериментальные результаты, подтвер-
своей функции ограничитель должен уста-
ждающие улучшение характеристик ограни-
навливаться перед всеми усилительными чителя.
каскадами, вносимые им потери при малых сигналах пропорционально увеличивают суммарный коэффициент шума (в дБ). Вно-
симые ограничителем потери обусловлены, Для быстрого изготовления прототипа в первую очередь, паразитными емкостями были использованы дешевые диоды в корпу-
диодов, нагружающими линии передачи. сах SOT-323 из стандартной номенклатуры Раньше СВЧ ограничители выпускались на Avago Technologies. Использованный PIN основе бескорпусных диодов. Выпускаемые диод имеет I-слой высотой 1.5 мкм с емкос-
массовыми тиражами современные ограни-
тью при нулевом смещении около 1 пФ, и кор-
чительные диоды герметизируются в пласти-
пус с двумя анодными выводами, что очень ковые корпуса, существенно увеличивающие удобно для данной конструкции (Рисунок 2). их емкость. Кроме того, в ограничителе на Диод с тонким I-слоем был выбран из-за Шоттки и PIN диодах дополнительный диод более высокого быстродействия и чувстви-
также увеличивает потери по сравнению с тельности (порога ограничения), а также из-
ограничителем только на PIN диоде.
за низких импульсных токов утечки. На пере-
Актуальность уменьшения емкости дио-
ходе диода Шоттки при прямом токе 1 мА дов в ограничителе подтверждается боль-
падает 250 мВ, а емкость при нулевом сме-
шим количеством публикаций по этой теме. щении составляет порядка 0.8 пФ. Паразит-
Изготовление кристаллов нескольких диодов ные индуктивности внутренних проволочных на одной подложке максимально близко друг проводников и внешних выводов диодов к другу может уменьшить емкость, но при равны 0.7 нГ и 0.4 нГ, соответственно.
этом возрастает прямое падение напряже-
ния на такой сборке, а значит порог напряже-
ния ограничения. Сокращение площади пере-
хода PIN диода за счет использования меза-
структуры уменьшает паразитную емкость, но, к сожалению, при этом увеличивается переходное тепловое сопротивление диода.
Альтернативные способы изоляции диода Шоттки от линии передачи ВЧ сигнала могут быть реализованы с помощью высокоимпе-
дансной четвертьволновой линии или направленного ответвителя, однако такое пассивное решение увеличивает стоимость и Методы и средства исследования
Рисунок 1. Принципиальная и эквивалентная схемы ограничителя на Шоттки и PIN дио-
дах.
Вход
Выход
PIN
Шоттки
=
1
2
3
Рисунок 2. Внутреннее изображение PIN диода дает представление о способе под-
ключении анода к двум выводам корпуса.
СТАТЬИ
33
РадиоЛоцман – январь 2013
Для сравнения характеристик на той же плате был собран ограничитель с традицион-
ным подключением Шоттки и PIN диодов к линии передачи. В обоих ограничителях использованы идентичные диоды. Поскольку в обычном включении оба диода параллель-
ны, эквивалентная схема такого ограничите-
ля для малых сигналов может быть представ-
лена в виде одного конденсатора емкостью 1.8 пФ.
Экспериментальные ре-
зультаты подтверждают, что новая конфигурация умень-
шает вносимые потери и расширяет рабочую полосу частот ограничителя. Для частот ниже 300 МГц потери в обеих схемах почти одина-
ковы, поскольку влияние паразитных емкостей на этих частотах минимально. Прототип ограничителя был собран на Зато, как только частота достигает 300 МГц, печатной плате из диэлектрика FR-4 толщи-
различие уровней потерь ограничителей ста-
ной 0.76 мм с 50-омным заземленным копла-
новится хорошо заметным, и продолжает нарным волноводом, имеющим разрез в сред-
расти (Рисунок 4). Измерения показали впе-
ней части (Рисунок 3). PIN диод установлен на чатляющее снижение потерь на 0.8 дБ в поло-
плату таким образом, чтобы анодные выводы се частот 2.1 ГГц, широко используемой теле-
перекрывали разрез центрального проводни-
коммуникационными системами поколения ка. Диод Шоттки соединен с выходом линии 3G. Количественной мерой улучшения может передачи обычным для этого класса ограни-
также служить расширение рабочей полосы чителей способом. Комбинация двуханодного частот, поскольку новая конфигурация почти PIN диода, диода Шоттки и разрезанной удваивает верхний предел рабочих частот линия передачи образует цепь, малосигналь-
ограничителя, поднимая его с 1.3 ГГц до ная схема замещения которой соответствует 2.4?ГГц по уровню потерь 1дБ.
двухзвенному фильтру нижних частот.
Результаты и выводы
=
25.4
25.4
ТрадиционныйТрадиционный
НовыйНовый
PIN
Шоттки
«Земля»
Копланарный
волновод
PIN
Шоттки
Рисунок 3. Печатная плата для оценки характеристик предло-
женного ограничителя (сверху), его конструкция (внизу слева), а также упрощенная эквивалентная схема (внизу справа).
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.8
–1.0
–1.2
–1.4
–1.6
–1.8
–2.0
Новый
Обычный
Старт: 0 Гц
Стоп: 3.0 ГГц
Частота
Амплитуда (дБ)
Рисунок 4. В новой конфигурации ограничи-
теля существенно улучшена зависимость вносимых потерь от частоты.
0
–0.2
–0.4
–0.6
–0.8
–1.0
–1.2
–1.4
–1.6
–1.8
–2.0
После
До
Стоп: 3.0 ГГц
Старт: 0 Гц
Частота
Амплитуда (дБ)
Рисунок 5. Вносимые потери для слабого сигнала при новой конфигурации ограничи-
теля, измеренные до и после компенсации потерь в измерительном стенде, отчетли-
во демонстрируют эффект компенсации.
34
СТАТЬИ
РадиоЛоцман – январь 2013
от 1.2 ГГц до 3 ГГц, где характеристика RL улучшилась более, чем на 4 дБ (Рисунок 6). По видимому, это объясняется тем, что лес-
тничный фильтр, которому эквивалентна новая конфигурация, обеспечивает лучшее согласование, чем просто шунтирующий кон-
денсатор. В области, где характеристика RL остается ниже –10 дБ, новый вариант схемы расширяет верхнюю граничную частоту схемы до 2.9 ГГц, почти утраивая ее по срав-
нению с 1.1 ГГц для обычной конфигурации. Лестничная цепь не влияет на порог ограни-
чения, но улучшает изоляцию схемы. На час-
тоте 900 МГц порог ограничения для обеих конфигураций примерно одинаков и состав-
ляет порядка 3 дБм (Рисунок 7). Неожидан-
ным сюрпризом, обнаружившимся в новом варианте схемы, оказалось снижение уровня проникающей на выход ограничиваемой входной мощности. Из графика видно, что при входной мощности 30 дБм утечка сигнала через ограничитель снижается почти на 4 дБ. В новой конфигурации паразитные индуктив-
ности корпуса PIN диода (L ), включенные PKG
последовательно с сигнальной линией, обра-
зуют изолирующий барьер, в то время как в традиционной конфигурации они лишь шун-тируют линию передачи. Также стала более пологой передаточная характеристика огра-
ничителя, поскольку угол наклона уменьшил-
ся до 0.3 дБ/дБ.
Лестничный фильтр не вносит запаздыва-
ния в переходную характеристику ограничи-
теля. Кроме того, он частично гасит первона-
чальную энергию импульса. Переходная характеристика снималась при воздействии на вход 10-микросекундных пачек импульсов От реального устройства, вероятно, с несущей частотой 900 МГц и мощностью можно будет ожидать гораздо лучших резуль-
–6
30?дБм. (Энергия воздействия P ? t = 10 Дж). татов, поскольку измерительный стенд вно-
Для обеих конфигураций длительность сит дополнительные потери. Скорее всего, в выбросов просачивающейся мощности действующем приборе проводники печатной равна приблизительно 2 мкс (Рисунок 8). платы будут намного короче, а выход ограни-
Хорошо видно, что в новой конфигурации чителя будет подключен непосредственно к представленная площадью под импульсом МШУ без ВЧ разъема. Если нормализовать энергия выброса существенно ниже. Видно графики на Рисунке 4 и вычесть составляю-
также, что уменьшился и средний уровень щую потерь от измерительного стенда, поло-
пологой части переходной характеристики.
са пропускания нового ограничителя по уров-
Обратите внимание, что в процессе свипи-
ню 1 дБ поднимется до 3 ГГц (Рисунок 5).
рования входной мощности, по достижении Помимо сокращения вносимых потерь, определенного уровня входного сигнала, схема, как неожиданно оказалось, снижает и ограничительные диоды насыщаются, и с возвратные потери (RL), особенно в полосе Новый
Обычный
Стоп: 3.0 ГГц
–4
–6
–8
–10
–12
–14
–16
–18
–20
–22
–24
Старт: 0 Гц
Частота
RL (дБ)
Рисунок 6. Зависимость возвратных потерь (RL) от частоты для традиционной и новой конфигураций ограничителя демонстриру-
ет улучшение характеристики от 4 до 6 дБ во всем диапазоне частот.
Новый
Обычный
15.0
12.5
10.0
7.5
5.0
2.5
0.0
–2.5
–5.0
–7.5
–10.0
Старт: –10.0 дБм
Стоп: 30.0 дБм
ВЧ
L
PKG
Низк.
импед.
Входная мощность (дБ)
Выходная мощность (дБ)
L
PKG
Порог
ограничения
0.4 дБ/дБ
0.3 дБ/дБ
Рисунок 7. Зависимость мощности на выхо-
де ограничителя от входной мощности на частоте 900.1 МГц для традиционной и новой конфигураций демонстрирует, как паразитная индуктивность выводов PIN диода улучшает изоляцию, когда диод нахо-
дится в низкоимпедансном состоянии.
СТАТЬИ
35
РадиоЛоцман – январь 2013
этого момента их можно рассматривать как По сравнению с традиционной конфигура-
короткое замыкание для предающей линии. цией, новая схема включения Шоттки и PIN Изолятор и аттенюатор в изображенной на диодов одновременно снижает вносимые Рисунке 9 измерительной установке нужны потери, улучшает согласование, расширяет для того, чтобы исключить артефакты изме-
рабочую полосу частот и уменьшает проник-
рений, проявляющиеся в виде «провисания» новение входной мощности на выход. Изме-
характеристик на Рисунке 7. На выходе тес-
нения не требуют других компонентов или тируемого устройства лучше установить атте-
дополнительного места на печатной плате, нюатор с затуханием 10 дБ, поскольку, в отли-
поскольку используются неотъемлемые пара-
чие от изолятора, он будет не только буфери-
зитные характеристики диодов, играющие в описанной конструкции роль многозвенного зовать изменения импеданса, но и сможет фильтра нижних частот.
защитить датчик мощности от выгорания.
Заключение
Старт: –2.0 мкс
а)
Источник
сигнала
900 МГц
Усилитель
мощности
Генератор
импульсов
Изолятор
755…985 МГц
Аттенюатор
10 дБ
Диодный
детектор
50
Синхро-
низация
Осциллограф
с полосой
150-МГц
б)
мВ
35
30
25
20
15
10
5
–5
0
Новый
Обычный
Стоп: 18.0 мкс
Плоская
часть
Пиковая
утечка
Тестируемое
устройство
Рисунок 8. Блок-схема измерительного стенда для исследования переходных характеристики обеих конфигураций ограничителей (а) и временные зависимости мощности на их выходах (б). Обратите внимание, что в новой конфигурации амплитуды выброса и пологой части характерис-
тики ниже примерно на 5 мВ.
Генератор
сигналов
Усилитель
Направленный
ответвитель
Изолятор
Тестируемый
ограничитель
Agilent
SK063A
Блокировочный
конденсатор
Измеритель
мощности
Аттенюатор
10 дБ
Измеритель
мощности
Блокиро-
вочный
конденсатор
Рисунок 9. Набор испытательного оборудования, использованного для оценки отношения мощ-
ностей на входах и выходах ограничителей, должен минимизировать артефакты измерений. Аттенюатор предотвращает выгорание датчика мощности.
Хотя паразитные емкости в качестве ком- тки и PIN диодами. Новая конфигурация уве-
понентов фильтров нижних частот и раньше с личит чувствительность устройств беспро-
успехом использовались для снижения вно- водной связи и ЯМР/МРТ приемников, симых потерь в простых ограничителях на использующих этот класс ограничителей. PIN диодах, полученные результаты показы- Кроме того, это решение позволяет расши-
вают, что аналогичного эффекта можно рить частотный диапазон использования добиться в улучшенном ограничителе с Шот- диодов в пластиковых корпусах.
РЛ
36
СТАТЬИ
РадиоЛоцман – январь 2013
СТАТЬИ
37
А
ваться в естественной для человека среде и использовать инструменты и средства пере-
движения, созданные для человека.
«Здесь основной акцент делается на при-
способляемость – определяется наиболее способная к адаптации система, которая может быть использована в течение первых двух дней после катастрофы, когда еще есть шанс уменьшить ее масштабы, приняв соот-
ветствующие меры. В этом-то и суть данного конкурса», – говорит Гилл Прэтт (Gill Pratt), руководитель программы DARPA, занимаю-
щийся организацией конкурса.
В качестве примера катастрофы, после-
гентство передовых оборонных иссле-
дствия которой можно было бы смягчить в довательских проектов Министерства оборо-
случае применения роботов с соответствую-
ны США (DARPA) объявило о старте новой щими способностями, DARPA упоминает смелой программы, нацеленной на развитие ядерную аварию на Фукусиме. В связи с этим робототехники, предназначенной для устра-
в DARPA разработали сценарий для финаль-
нения последствий стихийных бедствий и ной части соревнования, которая будет силь-
катастроф. В рамках этой программы, полу-
но напоминать драматические события, прои-
чившей название DARPA Robotics Challenge, зошедшие в первые 24 часа после аварии на предлагается финансирование в объеме Фукусиме, когда рабочие пытались, но не десятков миллионов долларов любым смогли починить один из поврежденных реак-
командам из любой страны мира, способным торов.
создать роботов, умеющих выполнять слож-
На вопрос о том, не кажутся ли конкурсные ные движения и манипуляции, такие, напри-
задачи, включающие необходимость про-
мер, как, ходьба по щебню и работа с элек-
бить молотом брешь в стене, обнаружить и троинструментом. Все это завершится сорев-
устранить утечку в трубе, или заменить насос нованием между роботами, управляющими охлаждающей системы, несколько сложны-
грузовиками, делающими проломы в стенах, ми, Прэтт отвечает: «Нет. Мы считаем, что в и пытающимися произвести ремонтные рабо-
требования DARPA действительно непрос-
ты в смоделированных условиях аварии на ты, но не являются невыполнимыми. Движе-
производстве. Победитель получит все: приз ние к результату таит в себе огромные риски, в размере $2 млн.
но, в то же время, сулит щедрую награду, и Представители DARPA утверждают, что это именно то, что в DARPA хотят осущес-
существует острая необходимость соверше-
твить».
нствования роботов, которые могут помочь в условиях природных или техногенных катас-
троф. Вместо того чтобы создавать специа-
лизированные робототехнические системы, предназначенные для работы в конкретных ситуациях, целью новой программы является разработка роботов, способных ориентиро-
Конкурс
DARPA Robotics Challenge:
вызов брошен
РадиоЛоцман – январь 2013
А
38
СТАТЬИ
РадиоЛоцман – январь 2013
под названием Broad Agency Announcement Предыдущая конкурсная программа (BAA). Вот наиболее важные положения DARPA была сфокусирована на автономных этого документа:
транспортных средствах. Соревнования – это способ DARPA стимулировать инновации Цель: Целью новой программы является путем организации конкурсов, требующих «развитие возможностей наземных робо-
существенных технических навыков в кон-
тов для выполнения сложных задач в опас-
ных условиях окружающей среды, создан-
кретной области. DARPA выигрывает от это-
ной человеком». Основными направлени-
го, собрая большое количество умных ями робототехники, которые планируется людей, бьющихся над решением проблемы, развить благодаря этой программе, явля-
но и все остальные тоже выигрывают, так как ются «контролируемая автономность, в ходе соревнований за очень короткий про-
мобильность, как с применением транс-
межуток времени возникает множество про-
портных средств, так и без них, а также грессивных идей и решений.
сила, ловкость и выносливость робототех-
нической платформы».
График: Программа будет разделена на два этапа, каждый из которых завершится соревнованием. Этап 1 будет проходить 15 месяцев с 1 октября 2012 года по 31 декабря 2013. Этап 2 продлится 12 меся-
цев с 1 января 2014 года по 31 декабря 2014 года (DARPA подчеркивает, что все даты являются приблизительными и могут быть изменены).
Приз: DARPA выделяет приза $2 миллиона, которым будет награждена команда, побе-
дившая во втором туре испытаний. В качестве стимула для получения хороше-
го результата в первом испытании DARPA планирует финансировать те команды, которые больше всего наберут очков, чтобы перейти на второй этап. Никакого Новая программа направлена на развитие другого приза по завершению первого не только робототехнического оборудования, испытания не намечается.
но и общедоступных средств моделирова-
Участники: В программе могут участвовать ния. Прэтт говорит, что DARPA вкладывает команды со всего мира, от которых не тре-
большие средства в создание симулятора, буется наличия каких-либо связей с аме-
который, как он надеется, станет «преобразу-
риканскими компаниями или лаборатори-
ющим инструментом» в области робототех-
ями. Участники смогут приступить к сорев-
ники, содействующим инновационному раз-
нованиям в рамках одной из четырех сек-
витию и помогающим новым компаниям пре-
ций. Секция A предназначена для тех команд, которые намереваются разраба-
одолеть барьеры на пути выхода на рынок тывать своего собственного робота и про-
роботов. Для разработки симулятора он граммное обеспечение к нему, и это будет хочет привлечь не только исследователей в финансироваться DARPA. Секция B сфере робототехники, но и людей с различ-
подойдет тем командам, которые будут ным опытом в таких областях, как компьютер-
разрабатывать программы управления ная графика и видео игры, при этом предпо-
(без аппаратного обеспечения), чтобы лагается введение дифференцированных состязаться в создании компьютерных денежных поощрений за различные уровни симуляторов. Такие команды также полу-
вклада в решение проблемы.
чат финансовую поддержку DARPA. В сек-
Для пояснения сути новой программы цию C войдут команды-разработчики управляющих программ (без аппаратуры), DARPA выпустила специальное заявление которые будут оцениваться на соревнова-
СТАТЬИ
39
РадиоЛоцман – январь 2013
ниях с применением симулятора. Cекция жер, будет развивать программное обес-
D предназначена для тех команд, которые печение с открытым исходным кодом, в то намерены приступить к соревнованиям, время как сам тренажер, модели роботов разрабатывая робота и программное обес- и модели окружающей среды будут разви-
печение к нему на свои собственные сре- ваться и совершенствоваться усилиями дства.как компании, так и участников. (По последним данным в качестве компании, Финансирование: В DARPA планируют которая займется разработкой програм-
выбрать не более пяти команд для секции много обеспечения для тренажера, A, каждая из которых получит до $3 милли-
DARPA выбрала Open Source Robotics онов на первом этапе программы. В рам-
Foundation).
ках секции B в течение первых девяти А теперь о том, что интересует каждого – месяцев DARPA будет поддерживать само соревнование. В DARPA говорят, что финансами до 12 команд, каждой команде роботы будут состязаться в конкурентной будет выделено до $375,000. По прошес-
борьбе друг с другом, выполняя задачи в твии девяти месяцев после завершения условиях чрезвычайных ситуаций по сцена-
виртуального соревнования на симулято-
рию, который, вероятно, будет включать в ре, предоставленном правительством, себя следующие события:
агентство выделит до шести команд (из секций B и C), каждая из которых получит 1. Управление внедорожником на месте до $750,000 и оборудование (конструкцию аварии
робота, выполненную подрядчиком Робот должен сесть в машину, проехать на DARPA), предоставляемое правит-
ней по определенному маршруту и выйти из ельством. На втором этапе DARPA выбе-
машины. Робот должен полностью управлять рет до восьми команд в рамках секций A, B автомобилем, то есть уметь обращаться с и C, каждая из которых получит до $1 мил-
рулем, педалями газа и тормоза и зажигани-
лиона, причем команды B и C продолжат ем. В качестве транспортных средств пред-
участие в конкурсе, используя роботов, полагается использовать такие модели вне-
предоставляемых правительством.
дорожников, как John Deere Gator или Polaris Платформа GFE: В DARPA будет создан Ranger.
робот собственной разработки на плат-
2. Ходьба по щебню
форме Government Furnished Equipment На этом этапе робот должен пересечь мес-
(GFE), который позволит командам без тность, где будут присутствовать как гладкие опыта создания аппаратуры принять учас-
и ровные места, так и места с уклонами, рых-
тие в соревновании. Предполагается, что лой почвой и горной породой. Человек с лег-
GFE-робот будет иметь руки с семью сте-
костью пересек бы подобный ландшафт. В пенями свободы и по два или три пальца добавок, на местности будут встречаться на каждой руке, ноги с шестью степенями такие препятствия, как камни, кусты, деревья свободы, а также голову с системой про-
и канавы, которые робот должен обходить.
странственного зрения и лазерным рада-
ром. Ближе к середине первого этапа с 3. Разбор завалов, блокирующих проход
помощью этой платформы будут опреде-
Здесь роботу нужно переместить объект, лены наиболее результативные команды блокирующий вход. Объект будет иметь из секций B и C. Такие команды будут объ-
такой размер, вес и прочие физические пока-
явлены победителями и получат GFE-
затели, которые позволят человеку или плат-
роботов и финансовые средства для про-
форме GFE сдвинуть его с места. Планирует-
должения работы. (По последним данным, ся, что его вес не будет превышать 5 кг, он для создания платформы GFE DARPA будет твердым как камень или шлакоблок, и выбрала компанию Boston Dynamics).
будет неправильной формы.
Симулятор-тренажер: DARPA также пред-
4. Открывание двери и вход в здание
лагает общедоступный виртуальный тре-
Робот обязан справиться с дверной руч-
нажер для испытаний, который будет «со-
кой и иметь достаточно силы, чтобы толкнуть держать в себе модели роботов, их компо-
дверь. Как дверь, так и дверная ручка, будут нентов и деталей, а также полевых усло-
стандартными.
вий». Компания, предоставляющая трена-
40
СТАТЬИ
РадиоЛоцман – январь 2013
но лишь одна будет повреждена, при этом из нее будет вырыываться дым, и будет слышно шипение выходящего газа. Предполагается, что для закрывания вентиля необходимо пользоваться двумя руками.
8. Замена компонента, такого, как насос системы охлаждения
Наконец, роботу будет необходимо найти насос и, ослабив одно или несколько крепле-
ний, вытащить его из установки, а затем выполнить действия по его замене. Планиру-
ется, что насос будет небольшой и достаточ-
но компактный, чтобы человек мог справить-
ся с такой задачей одной рукой.
DARPA говорит, что это типичные задачи, и «в процессе развития программы сложность сценария будет меняться в зависимости от продемонстрированных возможностей и исходя из практических соображений». Пока еще не определена система начисления балов, а также не утверждены правила соревнований. Тем не менее, представители DARPA считают, что роботы, обладающие большей автономностью и потребляющие меньше энергии, смогут заработать больше очков.
5. Подъем по лестнице промышленного Некоторые детали, касающиеся этого образца и прохождение маршрута в соревнования, все же просочились в сеть. Но заводских условиях
DARPA утверждает, что в этих ранних сооб-
Робот должен пройти по навесному пути щениях содержаться ошибки. В частности, в (узкой рабочей платформе) с решетчатой там утверждается, что программа направле-
поверхностью и поручнями. В рамках этой на на развитие роботов лишь гуманоидного задачи робот также должен подняться по про-
типа. DARPA же заявляет, что хотя роботам-
мышленной лестнице. Предполагается, что гуманоидам, вероятно, будет уделено наи-
испытуемому, чтобы взобраться по лестнице, большее внимание в рамках программы, все придется пользоваться как руками, так и нога-
роботы не обязательно должны представ-
ми.
лять собой человекоподобные машины. Если какая-либо команда считает, что робот-паук 6. Использование инструмента для созда-
сможет хорошо справиться с поставленными ния пролома в бетонной стене
задачами, то они могут принять участие в Далее роботу необходимо использовать соревновании и с таким проектом.
мощный инструмент для того, чтобы выпол-
нить «силовую манипуляцию». Инструмента-
ми, скорее всего, будут являться пневмо- или электрический отбойный молоток и долото, и электрическая сабельная пила. Задача заключается в создании прохода в бетонной (без арматуры) или каркасной стене.
7. Найти и закрыть вентиль рядом с проте-
кающей трубой
В этом случае робот должен обнаружить трубу с утечкой и расположенный рядом вен-
тиль, который требуется перекрыть. На про-
мышленном объекте будет множество труб, СТАТЬИ
41
РадиоЛоцман – январь 2013
«Мы не хотим ограничивать дизайн робо- Но все же, самое захватывающее в новом тов, устанавливая какие-то стандарты гео- соревновании, это не само соревнование, а метрических форм или топологии» – говорит то, что оно даст развитию робототехники. Прэтт, возглавляющий отдел Autonomous Взгляните на прогресс автономного транс-
Robotic Manipulation (ARM) DARPA: «Мы порта после проведения DARPA авто сорев-
хотим ограничить размеры проектируемого нований Grand and Urban, – теперь мы имеем механизма, указывая, в чем заключается «беспилотные» автомобили. У компании конкретная задача, и мы хотим, чтобы эти Google таких уже предостаточно. Конечно, задачи были как можно более близки к тем отсюда не следует, что в этом только лишь ситуациям, с которыми вы можете столкнуть- заслуга DARPA, но такие соревнования поро-
ся в случае настоящей катастрофы».дили огромное количество исследований, сосредоточенных на этой проблеме, которые Более того, в ранних сообщениях ошибоч-
уже дали результат, сделавший вождение но утверждается, что, поскольку испытание более безопасным для каждого.
представляется весьма сложным, командам не стоит ожидать успеха после первой попыт- «Когда-нибудь, в недалеком будущем, мы ки. Прэтт говорит, что это не так. «Задания просто сядем в автомобиль и будем разгова-
будут корректироваться в ходе соревнования ривать с человеком, сидящим рядом с нами, по мере приобретения опыта работы с коман- при этом ни сколько не заботясь об управле-
дами на первом этапе» – заявляет он: «Мы нии машиной». – говорит Прэтт. – «И это было лишь желаем убедиться, что настоящее бы просто великолепно. Я надеюсь, что нечто соревнование будет трудным, но отнюдь не подобное ожидает новый конкурс, который невозможным».мы начинаем».
РЛ
СХЕМЫ
Диапазон входных напряжений
прецизионных усилителейсигналов датчиков токалегко расширить до 180 В
Martin Tomasz, Touchstone Semiconductor
EDN
ИЗМЕРЕНИЕ
ТОКА НАГРУЗКИ
C3
0.22µF
R5
33.2K? 1%
НАГРУЗКА
Q2
ZVP1320F
R4
33.2K? 1%
U2B
Ѕ TLV2382
7
R6*
6
5
+
–
Q1
BSH105
R2
33.2K? 1%
R3
33.2K? 1%
+
–
1
3
2
8
4
U2A
Ѕ TLV2382
C2
0.047µF
3
R1
50m? 1%
+
–
OUT
GND
1
U1
TS1100-100
RS–
RS+
6
4
* R6 следует выбирать в соответствии с выражением: R6 = (VIN – 12 В)/1 мА
C1
0.22µF
VIN
30 В…180 В*
Z1
MMSZ4699
(12V)
Рисунок 1. Высоковольтный прецизионный усилитель сигналов датчиков тока.
иапазон входных синфазных напряже- использовав сдвоенный ОУ общего назначе-
ний прецизионных усилителей сигналов дат- ния, MOSFET и резисторы для преобразова-
чиков тока (current-sense amplifier – CSA) ния выходного напряжения усилителя сигна-
можно расширить до сотен вольт, добавив лов датчика тока в привязанное к земле сдвоенный ОУ общего назначения и несколь- напряжение на резисторе.
ко дискретных компонентов.
Основу схемы составляет усилитель сиг-
налов датчиков тока TS1100-100 (U1), выпус-
Точность многих CSA весьма высока, но каемый компанией Touchstone Semicon-
часто подобные усилители разрабатываются ductor. На выходе OUT этого усилителя фор-
в расчете на использование только в аппара-
мируется напряжение, в 100 раз большее, туре с батарейным питанием, и не могут под-
чем разность напряжений между входами ключаться к шинам с таким высоким напря-
RS+ и RS–. Например, если R1 = 50 мОм, то жением, какое присутствует, скажем, на объе-
при токе 1 А выходное напряжение микросхе-
динительных панелях стоек. Изображенная мы составит 5 В. Выбор этой микросхемы на Рисунке 1 схема показывает, как обойти обусловлен сверхнизким напряжением сме-
это ограничение и измерять ток в положи-
щения ее входов с типовым значением тельном полюсе нагрузки, запитав CSA опор-
30?мкА и током потребления, не превышаю-
ным напряжением стабилитрона (Z1) и Д
Д
42
РадиоЛоцман – январь 2013
СХЕМЫ
щим 1 мкА. Для управления затвором N- дами RS+ и RS– равном 1 мВ, порождаемая канального MOSFET Q1 усилитель U2A дол-
смещением ошибка в, типичном случае, не жен обеспечивать диапазон выходных напря-
превышает 3%. Каждая часть усилителя U2 жений, равный напряжению на стабилитроне добавляет к выходному напряжению еще по Z1 (12 В), то есть, следует выбирать усили-
0.5 мВ смещения, но в пересчете к входному тель rail-to-rail. U2A преобразует напряжение напряжению RS+/RS– (с учетом усиления OUT в пропорциональный ток, протекающий схемы, равного 100) создаваемая смещени-
через резисторы R3 и R2. Соответственно, ем ошибка не превышает 1 мкВ. Практичес-
падение напряжения на R3 также пропорцио-
ки, в качестве U2 может использоваться нально OUT. Операционный усилитель U2B любой сдвоенный ОУ, способный работать управляет затвором P-канального MOSFET при напряжении питания, определяемом ста-
Q2, создавая в резисторе R4 ток, пропорцио-
билитроном Z1, и имеющий напряжение сме-
нальный напряжению на выходе OUT. Этот щения, не вносящее существенного вклада в же ток протекает через привязанный к земле общую ошибку измерений. При прочих рав-
резистор R5, с которого снимается сигнал ных условиях, лучше выбирать микромощ-
для последующего измерения с помощью ный ОУ, соизмеримый с TS1100 по току системного АЦП. Отметим, что Q2 должен потребления, чтобы сохранить низкое общее выдерживать полное напряжение между энергопотребление схемы. Ошибка усиления шинами VIN и землей, чем и обусловлен определяется точностью резисторов R2–R5. выбор транзистора ZVP1320F с допустимым Если их допуск равен 0.1%, результирующая напряжением сток-исток, равным 200 В.
ошибка, с учетом погрешности, вносимой Точность измерения тока нагрузки этой TS1100, будет порядка 0.22%.
схемой исключительно высока. Ультранизкое Схема может работать при любом вход-
напряжение смещения микросхемы TS1100 ном напряжении, даже при нескольких сотнях позволяет использовать резистор шунта R1 с вольт. Ее возможности ограничены только очень маленьким сопротивлением и, соотве-
транзистором Q2, который должен выдержи-
тственно, с ничтожным падением напряже-
вать максимальное напряжение VIN.
ния на нем. Так, при напряжении между выво-
РЛ
43
РадиоЛоцман – январь 2013
СХЕМЫ
Сергей Шишкин, г. Саров, Нижегородская обл.
44
РадиоЛоцман – январь 2013
Защита
программного обеспечения
устройств,разработанных на баземикроконтроллеров с EEPROM
Бывает так, что отдавая устройство в нить предлагаемую защиту. Пусть, как мини-
чужие руки, разработчик (патентооблада- мум, в изделии имеются трехразрядный семи-
тель, хозяин устройства), должен быть уве- сегментный индикатор, две пользовате-
рен, что оно будет функционировать только льские кнопки и незадействованный вывод определенное, заранее заданное время. Фак- микроконтроллера для подключения допол-
тор времени можно «привязать» к количеству нительного «cекретного» выключателя. Этих включений (включения питания) или выклю- ресурсов более чем достаточно для реализа-
чений устройства. После определенного ции представляемого механизма защиты. количества включений (заданного разработ- Разработка подобной защиты, фактически, чиком) устройство превращается в «мертвое сводится к незначительной доработке уже железо». То есть, перестает работать по свое- имеющегося программного обеспечения му заданному рабочему алгоритму. Указан- изделия, при этом задействуются свободные ный пример – лишь частный случай, где ресурсы микроконтроллера, позволяющие можно применить предлагаемую защиту. разработать достаточно надежный механизм Сразу оговоримся, предлагаемый вариант защиты с простым и удобным интерфейсом. защиты работает только в изделиях разрабо- Принципиальная схема такого устройства на танных на микроконтроллерах, где есть микроконтроллере ATmega8535 приведена встроенная внутренняя энергонезависимая на Рисунке 1.
память (EEPROM). Микроконтроллеры семе-
В интерфейс механизма защиты входят йства AVR c такой памятью дают самый широ-
следующие элементы:
кий простор для разработки подобных аппа-
!
SА1 – «секретный» выключатель,
ратно-программных устройств. Для большей !
S1, S2 – пользовательские кнопки, заде-
надежности желательно, чтобы механизм йствованные в алгоритме управления защиты использовал программные и аппа-
устройством, в котором необходимо уста-
ратные ресурсы, имеющиеся в изделии. новить защиту.
Целесообразно исключить функционирова-
!
Блок индикации (дисплей) на цифровых ние алгоритма защиты (замена кодов досту-
семисегментных индикаторах HG1, HG2.
па, установка и снятие защиты и т. д.) с В схеме применены сдвоенные семисег-
помощью какого-либо внешнего интерфейса.
ментные индикаторы DA56-11GWA. Поэтому Сформируем общие технические требо-
в трехразрядном индикаторе в корпусе HG1 вания к устройству, в котором можно приме-
В статье автор представляет способ защиты программного обеспечения в устройст-
вах с микроконтроллерами, имеющими встроенную EEPROM
Б
PA0
PA1
PA2
PAЗ
PA4
PA5
PA6
PA7
A
B
CD
E
F
G
H
a
g
d
f
e
b
c
h
+U
HG1.2
11
10
965
12
79
13
DA56-11GWA
1
2345678
12345678
R2...R9
200
1
2345678
R11
3k
R12
1k
VT1
+5V
9
A
B
CD
E
F
G
H
a
g
d
f
e
b
c
h
+U
HG2.1
16
15
321
18
17
4
14
DA56-11GWA
R13
3k
R14
1k
VT2
+5V
10
1
2345678
AB
CD
E
F
G
H
a
g
d
f
e
b
c
h
+U
HG2.2
11
10
965
12
79
13
DA56-11GWA
1
2345678
R15
3k
R16
1k
VT3
+5V
11
PC0
PC1
PC2
PCЗ
PC4
PC5
PC6
PC7
AREF
AGND
AVCC
40
39
38
37
36
36
34
33
22
23
24
25
26
27
28
29
32
31
30
SA1
МТД3
1
«2»
«1»
2
1
2345678
PB0
PB1
PB2
PBЗ
PB4
PB5
PB6
PB7
PD0
PD1
PD2
PDЗ
PD4
PD5
PD6
PD7
14
15
16
17
18
19
20
21
X1
X2
DD1
12
13
9
RST
+5V
R1
7.5k
C3
0.1
C1 43
C2 43
ZQ1
11,0592 МГц
9
10
11
12
R10
3k
+5V
12
VD1
КД522Б
VD2
КД522Б
S1
ПКН125
S2
ПКН125
+5V
C4
0.1
C5
10 мкФ ? 16 В
К выводу 10 DD1
К выводу 11 DD1
VT1…VT3 КТ3107Е
HG1, HG2 DA56-11GWA
X1
WF-4
1
234
+5V
GND
Цепь
ATmega8535
Рисунок 1. Принципиальная схема аппаратной части механизма защиты.
РадиоЛоцман – январь 2013
СХЕМЫ
45
задействован один индикатор, в корпусе HG2 этом назначение пользовательских кнопок – два. Представленное устройство является будет следующим:
функционально законченным, и для демо-
!
S1 – увеличение (инкремент) вводимого нстрации алгоритма работы механизма защи-
числа, которое индицируется при этом на ты может работать самостоятельно.
дисплее;
Алгоритм достаточно прост. В нем можно !
S2 – ввод (активация) набранного числа.
выделить два режима работы, задаваемых С помощью кнопок S1 и S2 необходимо переключателем SA1. Если переключатель набрать и ввести трехразрядный код № 1. находится в положении «1», то механизм Затем, совершенно аналогично, с помощью защиты находится в рабочем режиме функ-
кнопок необходимо набрать и ввести трех-
ционирования (основной режим) – режим № разрядный код № 2. (Фактически, в два прие-
1 , если в положении «2», то в режиме зада-
ма вводится шестиразрядный код). После ния параметров – режим № 2.
ввода каждого кода (неважно – верного, или При установленной защите в режиме № 1 ошибочного) индикаторы индицируют нули.
сразу после включения устройства (после Если коды введены правильно, устро-
подачи на него питания) на трехразрядном йство перейдет в режим, в котором можно индикаторе в течение 2 с будет индициро-
задать число включений или снять защиту. ваться число, которое может быть задано Далее кнопками S1 и S2 нужно задать любое число от 1 до 999. В этом диапазоне есть чис-
любым из диапазона от 1 до 999, кроме кода № 3, о котором будет сказано ниже. Это число ло, снимающее защиту. Это число и есть код № 3. То есть, набирая количество включений, будет декрементироваться с каждым включе-
равное коду № 3, мы снимаем защиту, а при нием питания. И, как только его значение ста-
вводе любого другого задаем число включе-
нет равным нулю, устройство сразу после ний. Чтобы снять защиту, фактически, нужно включения питания «повиснет», то есть, пере-
знать 9-разрядный код, «вычислить» который станет отрабатывать заданный алгоритм просто нереально. Коды № 1…№ 3 знает работы. На дисплее устройства при этом только разработчик.
будут индицироваться символы «– – –». Далее необходимо выключить устройство, Такие же символы будут отображаться при установить выключатель SA1 в положение каждом последующем включении питания. «1» и снова включить. Если защита не уста-
Увеличить количество включений, или вооб-
новлена или снята, то устройство сразу ще снять защиту, может только разработчик. начнет отрабатывать рабочий алгоритм (с Начальное значение числа (от 1 до 999) так индикацией числа 555). Кнопки S1 и S2 будут же задает разработчик. У дилера есть лишь выполнять функции в соответствии с задан-
ограниченная возможность работы, позволя-
ным алгоритмом функционирования изде-
ющая ему включить изделие заданное разра-
лия. Если защита установлена и задано ботчиком количество раз.
число включений, то, как отмечалось выше, Далее, если число включений не равно сразу после включения устройства в течение нулю (после индикации его в течение 2 с, как двух секунд будет индицироваться текущее указывалась выше), устройство начинает число включений, которое будет декременти-
работать в соответствии со своим рабочим роваться с каждым новым включением, алгоритмом, и на дисплее отобразится число после чего начнется отработка основного 555. Понятно, что вывод символов «– – –» и рабочего алгоритма. Целесообразно ограни-
числа 555 необходим лишь для наглядной чить доступ к выключателю SА1. Конструк-
демонстрации работы устройства защиты. тивно это сделать не так уж и сложно.
Если программа устройства защиты встрое-
Все пересылки данных происходят внутри на в программу какого либо изделия, то инди-
микроконтроллера. У злоумышленника нет кация символов «– – –» означает блокировку никакой возможности их контролировать и алгоритма его работы. Соответственно, отследить момент сравнения вводимого вывод числа 555 означает переход на выпол-
кода, с хранящимися в памяти. Не поможет и нение рабочего алгоритма основной про-
знание рабочего алгоритма устройства. Вво-
граммы. Для снятия защиты перед включени-
димые коды находятся во внутренней памяти ем питания необходимо установить выключа-
программ микроконтроллера под битами тель SA1 в положение «2» (режим № 2). При защиты. Понятно, что эти биты нужно не РадиоЛоцман – январь 2013
СХЕМЫ
46
СХЕМЫ
47
РадиоЛоцман – январь 2013
Чтение из EEPROM числа
включений (4 разряда)
и запись его в ОЗУ (SRAM)
4-й разряд = 1
Нет
Нет
Да
Да
1…3 разряды = 0
Блокировка рабочего
алгоритма основной
программы. Вывод
на индикаторы
символов — — —
Декремент числа включений
(1…3 разряды)
Вывод на индикаторы числа
включений (1…3 разряды)
Задержка 2 с
Запись в EEPROM числа
включений (4 разряда)
из ОЗУ (SRAM)
Запись в EEPROM числа
включений (4 разряда)
из ОЗУ (SRAM)
Число включений
равно коду № 3?
Нет
Запись в EEPROM числа
включений (4 разряда)
из ОЗУ (SRAM). 4-й разряд = 1
Выполнение рабочего
алгоритма основной программы
Вывод на индикаторы числа 555
Нет
Старт
Да
Да
Нет
Ввести код № 1.
После ввода вывести нули
во всех разрядах индикатора
Переключатель
SA1 включен?
Код № 1
введён верно?
Установить флаг
ввода код № 1
Код № 2
введён верно?
Нет
Ввести код № 2.
После ввода вывести нули
во всех разрядах индикатора
Да
Нет
Да
Да
Ввести число включений
Флаги кодов №1 и №2
установлены?
Установить флаг
ввода кода № 2
Запись в EEPROM числа
включений (4 разряда)
из ОЗУ (SRAM). 4-й разряд = 0
забыть установить при программировании разрядным. Понятно, что степень защиты микроконтроллера.можно еще увеличить, если в устройстве задействован 4-разрядный индикатор. Так Даже если злоумышленник «вычислит» что, перебор всех возможных комбинаций, выключатель SA1– не беда. Для того чтобы даже при шестиразрядном коде, просто нере-
войти в опцию задания числа включений, ален.
необходимо два раза ввести трехразрядный код. А чтобы снять защиту – три раза трехраз- Конструктивно выключатель SA1 можно рядный. В перспективе, разобравшись в про- вообще исключить, запаяв вместо него, грамме, для увеличения степени защиты код например, два штыря в разных местах платы, доступа легко можно сделать 12- или 15- и замыкать их проводником, подключая, тем Рисунок. 2. Блок-схема устройства защиты.
СХЕМЫ
48
РадиоЛоцман – январь 2013
самым, соответствующий вывод микрокон- необходимо инкрементировать (число вклю-
троллера к общему проводнику устройства. чений, коды №№ 1…3). Число включений из Алгоритм работы представляемой защиты буфера № 1 в режиме № 2 заносится в представлен блок-схемой на Рисунке 2.EEPROM микроконтроллера.
Совсем коротко о программном обеспече- Функциональное назначение каждой ячей-
нии механизма защиты. Оно было разрабо- ки буфера № 1 следующее:
тано в среде AVR Studio. В программе $61 – ячейка для хранения «сотен» числа используются два прерывания: Reset и пре-
включений и кодов №№ 1…3 (первый раз-
рывание от таймера Т0, обработчик которого ряд индикатора, слева направо);
начинается с метки TIM0. При переходе на $62 – ячейка для хранения «десятков» метку Reset инициализируются стек, таймер, числа включений и кодов №№ 1…3 (вто-
порты, а также флаги и переменные, исполь-
рой разряд индикатора);
зуемые в программе. Таймер Т0 генерирует $63 – ячейка для хранения «единиц» прерывания по переполнению (в регистре числа включений и кодов №№ 1…3 (тре-
TIMSK установлен бит TOIE0). Коэффициент тий разряд индикатора);
предварительного деления тактовой частоты $64 – ячейка для хранения числа 0 или 1, таймера установлен равным 64 (в регистре определяющего установку или снятие TCCR0 записано число 3).
защиты.
В обработчике прерывания таймера Т0 При инициализации в ячейку с адресом выполняется:
$64 записывается число 1, в остальные ячей-
!
процедура опроса кнопок S1, S2, выключа-
ки буфера № 1 заносятся нули. С адреса теля SA1,
RAM+6 начинается буфер отображения № 2 !
управление динамической индикацией,
для динамической индикации. В этот буфер в !
запись числа включений в EEPROM мик-
режиме № 1 из EEPROM микроконтроллера роконтроллера,
переносится число включений, которое инди-
!
чтение числа включений из EEPROM,
цируется в течении 2 с, потом декрементиру-
!
перекодировка двоичного числа в код для ется и записывается в EEPROM микрокон-
отображения информации на семисегмен-
троллера. При инициализации в буфер № 2 тных индикаторах устройства,
заносятся нули. С адреса RAM+12 начинает-
ся буфер отображения № 3. При инициализа-
!
формирование временного интервала ции в каждую ячейку буфера № 3 заносится длительностью две секунды, необходимо-
число $A, которое после перекодировки в го для демонстрации числа включений на каждом разряде индицируется как символ дисплее устройства.
«–». В итоге, на дисплее индицируются сим-
Задействованные в программе флаги волы «– – –». Это происходит только при бло-
находятся в регистрах R19 (flo) и R25 (flo1). кировке рабочего алгоритма основной про-
Отображаемое на дисплее число состоит из граммы. С адреса RAM+17 начинается трех разрядов, а заносимое в EEPROM мик-
буфер отображения № 4, в каждую ячейку роконтроллера – из четырех. Каждый разряд которого при инициализации заносится занимает один байт в ОЗУ и, соответственно, число 5, в результате чего на дисплее форми-
в EEPROM. Первые три разряда задают коли-
руется число 555. Это число выводится при чество включений. Четвертый разряд не ото-
переходе на рабочий алгоритм основной про-
бражается на дисплее, его назначение сле-
граммы. Коды № 1…№ 3 в программе зада-
дующее. Если разряд содержит единицу – ны, соответственно, как 010, 011, 012, а метки значит, защита установлена, если ноль – перехода на отображение буферов № 3 и № 4 защита снята (Рисунок 2). При инициализа-
обозначены osn2 и osn3.
ции в четвертый разряд заносится единица. Информация, записанная в буферы ото-
Как видно из блок-схемы, блокировка рабоче-
бражения № 3, и № 4, как уже отмечалось, го алгоритма основной программы происхо-
нужна лишь для наглядности во время демо-
дит при обнулении числа включений.
нстрации работы устройства, часть принци-
В ОЗУ микроконтроллера с адреса RAM = пиальной схемы которого приведена на $60 организованы четыре буфера для дина-
Рисунке 1. Написанная на ассемблере про-
мической индикации. Буфер № 1 необходим грамма защиты вместе c подпрограммой для отображения чисел и кодов, которые динамической индикации занимает всего СХЕМЫ
49
1?КБ памяти. Защита достаточно универ- легко доработать, повысив степень защиты. сальна, ее можно адаптировать к любому Предлагаемую защиту можно встроить в раз-
устройству с микроконтроллером, с учетом личные приборы, меняя при этом только вышеуказанных требований. Программу коды доступа.
РЛ
Загрузки
Исходный код программы защиты на ассемблере и HEX-файл
РадиоЛоцман – январь 2013
Недорогой драйвер
мощной нагрузки
на микросхеме LM555
Rick Mally
Electronic Design
СХЕМЫ
50
М
схему LM555 и как буфер, и как инвертор. ощные двухтактные драйверы широко Если одного драйвера недостаточно, разра-
используются в самых разнообразных прило-
ботчики могут взять микросхему сдвоенного жениях, включая, в частности, управление таймера LM556, лишь незначительно увели-
затворами транзисторов и формирование чив этим свои затраты и занимаемую пло-
сигналов в линиях передачи данных. Для щадь печатной платы. Наконец, существуют этих целей выпускается множество специа-
и четырехканальные таймеры LM558, но они лизированных микросхем, однако, как прави-
не столь распространены и доступны, как ло, они недешевы и не взаимозаменяемы у первые два.
различных производителей. Кроме того, срок жизни таких приборов, чаще всего, очень Для реализации функции буфера выводы невелик. Они быстро снимаются с произво-
таймера должны быть подключены в соотве-
дства, заменяются новыми, и становятся тствии с Рисунком 1. Входом схемы будет труднодоступными. Но, к счастью, повсемес-
вывод сброса (4) с порогом переключения тно распространенный, дешевый, выпускае-
между 0.5 и 1 В, что позволит, независимо от мый на протяжении многих десятилетий тай-
величины VCC, использовать для управле-
мер LM555 (не КМОП версия!) может с успе-
ния буфером выходы стандартной логики с хом выполнять функции мощного драйвера.
напряжением питания 5, 3.3, и даже 1.8 В. Вход запуска таймера (вывод 2) может слу-
Мощный двухтактный выходной каскад жить в качестве линии разрешения с высоким таймера и диапазон напряжений питания от 4.5 до 16 В позволяют использовать микро-
4
8
5
1
7
6
2
3
TH
TR
O
Выход
D
R
CV
V
CC
V
CC
V
SS
Вход
LM555
Рисунок 1. Используя вывод сброса таймера LM555 в качестве входа схемы, можно сде-
лать буфер, управляемый сигналами стан-
дартной логики с напряжением питания от 1.8 до 5. В.
4
8
5
1
7
6
2
3
TH
TR
O
Выход
D
R
CV
V
CC
V
CC
V
SS
Вход
LM555
Рисунок 2. Если вывод запуска таймера LM555 использовать как выход, можно сде-
лать схему инвертирующего буфера.
РадиоЛоцман – январь 2013
М
СХЕМЫ
51
активным уровнем, хотя по логическим уров- мальной. Для управления затворами после-
ням с выводом сброса он будет несовместим.довательно с выходом следует включать резистор с сопротивлением от 5 до 10 Ом для В инвертирующей конфигурации входом минимизации «звона» и переходных токов. схемы служит вывод запуска с пороговым Кроме того, в цепи питания таймера должен уровнем 0.334 ? V (Рисунок 2). Кроме того, CC
быть установлен танталовый или керамичес-
в качестве линии разрешения с высоким кий блокировочный конденсатор емкостью не активным уровнем может использоваться менее 1 мкФ.
вход сброса с теми же пороговыми уровнями, о которых говорилось выше.
В обеих схемах вывод цепи разряда (7) можно использовать как дополнительный При допустимом втекающем/вытекающем выход с открытым коллектором с допусти-
токе 200 мА и напряжении питания 12…15 В мым напряжением до 18 В. Контрольный таймер LM555 может управлять затворами вывод (5) либо оставляют неподключенным, большинства MOSFET и IGBT при частоте либо используют для управления пороговы-
переключения более 250 кГц. При этом не ми уровнями внутренних компараторов тай-
требуется даже фиксирующего диода на мера.
затворе, а цена драйвера оказывается мини-
РЛ
РадиоЛоцман – январь 2013
СХЕМЫ
52
В статье рассматривается простой, но мирующий 2-секундные импульсы управле-
мощный портативный прибор, выполняющий ния генератором, образованным логическим элементом G, резистором R и конденсато-
функции логического пробника и генератора 1 1
импульсов. Прибор окажется полезным при ром С (Рисунок 1а). G служит для буфери-
1 4
проверке цифровых микросхем в корпусах зации схемы. С выхода ждущего мультивиб-
DIP, таких, как логические элементы, тригге-
ратора импульсы длительностью 1 мс также ры и счетчики. С помощью специальной проходят через элементы G и G, блокирую-
2 3
платы с установленной панелькой и трехпо-
щие прохождение сигнала с выхода автоко-
зиционными перемычками на любой вывод лебательного мультивибратора, выполнен-
тестируемой микросхемы можно подать логи-
ного на втором таймере микросхемы NE556 ческие сигналы «1» или «0», или напряжения (IC ). Для подавления ложных импульсов на 1B
питания (5 В или 0 В).
выходе Щупа A, возникающих из-за дребезга Три кнопки, два двухцветных светодиода и контактов кнопки S, IC необходимо удер-
1 1B
два щупа помещены в пластиковый цилин-
живать в неактивном состоянии подачей низ-
дрический корпус, в качестве которого можно кого уровня на вход сброса (вывод 4) посре-
использовать, например, пустую тубу от клея-
дством транзистора Q, в базу которого вклю-
1
щего карандаша. Наконечник щупа генерато-
чен конденсатор 0.68 мкФ.
ра импульсов сделан в форме крючка, что При кратковременном нажатии кнопки S позволяет удобно подключать его к контактам 1
перемычек на плате тестового приспособле-
срабатывает ждущий мультивибратор, на ния. Наконечник крепится на пружину от геле-
выходе которого приблизительно на 2 секун-
вой ручки с убирающимся стержнем. Такая ды появляется высокий уровень напряжения. гибкая конструкция позволяет свободно пере-
Импульсы длительностью 1 мс от генерато-
мещать щуп логического пробника между ра, сформированного элементами G, R, C 1 1 1
выводами тестируемой микросхемы. Две из и G, достигают Щупа A, проходя через логи-
4
трех кнопок предназначены для установки ческую схему «исключающее ИЛИ», собран-
исходного логического уровня на выходе гене-
ную на элементах G …G. На это время 5 8
ратора импульсов. При коротком нажатии на выход автоколебательного мультивибратора третью кнопку уровень на выходе генератора IC отключается от входа схемы «исключаю-
1B
переключается на противоположный. Если щее ИЛИ» элементом G. Если не отпускать 3
продолжать удерживать эту кнопку нажатой кнопку S более 2 с, ждущий мультивибратор более 2 секунд, схема переходит в режим 1
генерации непрерывной последовательнос-
отработает свой импульс, элемент G откро-
3
ти импульсов.
ется, и на выход пробника от микросхемы На первом таймере микросхемы IC 1A
IC будет поступать последовательность 1B
NE556 собран ждущий мультивибратор, фор-
импульсов с частотой 70 Гц.
Простой пробник
позволяет тестировать
цифровые микросхемы
Raju Baddi, Индия
EDN
В
РадиоЛоцман – январь 2013
СХЕМЫ
53
IC
1A
NE556
IC
1B
NE556
C
1
0.1 µF
8
0.1 µF
0.1 µF
0.47 µF
0.68 µF
10k
10k
10k
10k
10k
3.3M
12, 13
S
1
S
2
S
3
14
14
100k
100k
7
Q
1
9
+
+
G
1
G
4
G
5
G
2
G
7
G
6
G
8
G
11
G
12
G
3
G
9
G
10
R
1
10k
4
1
2, 6
5
100k
100k
ЩУП A
ЩУП B
470
LM358
2
3
LM358
6
5
1
7
470
470
8
4
ЛОГИЧЕСКИЙ
ПРОБНИК
10k
10k
10k
2.2k
220k
220k
(а)
(б)
7
9
Рисунок 1. Схема сочетает аналоговые и цифровые функции. Щуп A является выходом генерато-
ра импульсов, а Щуп B – входом логического пробника (а). На схеме не показан фильтрующий пита-
ние конденсатор емкостью 100 мкФ. Красный светодиод индицирует уровень логического нуля, зеленый – уровень логической единицы (б).
РадиоЛоцман – январь 2013
СХЕМЫ
54
Если использовать в пробнике микросхе-
мы CD4011 (четыре элемента «2И-НЕ»), то питать его можно от внешнего источника напряжения 4.5…15 В. Для элементов G – 1
G лучше выбрать микро-схему CD4093 (че-
4
тыре элемента «2И-НЕ» с триггерами Шмит-
та), чтобы гарантировать отсутствие паразит-
ной генерации, обусловленной малой ско-
ростью нарастания напряжения на времяза-
дающем конденсаторе С. При необходимос-
1
ти увеличить нагрузочную способность гене-
ратора на его выходе можно установить пару NPN и PNP транзисторов.
На Рисунке 2 показана схема приспособ-
ления для тестирования цифровых микрос-
хем. 16-выводная панелька под тестируемую микросхему конфигурируется пользователем Элементы G и G образуют триггер, «за-
9 10
с помощью набора трехпозиционных пере-
поминающий» последнее нажатие кнопок S 2
мычек. Любой вывод можно подключить, непосредственно, или через резистор, к или S и управляющий режимом работы (ин-
3
вертирующий или неинвертирую-
щий) схемы «исключающее ИЛИ». G и G предназначены для управ-
11 12
ления двухцветным светодиодом, индицирующим полярность импуль-
сов генератора. Красный цвет све-
чения указывает на то, что в исход-
ном состоянии выход генератора находится в состоянии «лог. 0», а генерируемый импульс длительнос-
тью 1 мс имеет положительную полярность. Зеленый цвет указыва-
ет на противоположное.
Операционный усилитель LM358 выполняет функцию оконного ком-
паратора логического пробника (Ри-
сунок 1б). При указанных на схеме номиналах компонентов красный светодиод включается, если напря-
жение на Щупе B не достигает 35% от напряжения питания, а зеленый – если напряжения питания превыше-
но более чем на 65%. При промежу-
точных уровнях напряжения не вклю-
чится ни один из светодиодов. Под-
бором резисторов делителя на вхо-
дах усилителя можно уменьшить нижний порог, что позволит прове-
рять ТТЛ схемы, стандартный уро-
вень «лог. 0» которых составляет менее 0.8 В.
ТЕСТИРУЕМАЯ
МИКРОСХЕМА
5 В
СИГНАЛ
СИГНАЛ
ПИТАНИЕ
ПИТАНИЕ
Рисунок 2. Конфигурирование вспомогательно-
го приспособления для тестирования цифровых микросхем производится с помощью трехпози-
ционных перемычек.
0
1
T
ДВУХЦВЕТНЫЙ СВЕТОДИОД
ЛОГИЧЕСКОГО ПРОБНИКА
ДВУХЦВЕТНЫЙ СВЕТОДИОД
ГЕНЕРАТОРА
ЛОГИЧЕСКИЙ ПРОБНИК
ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ
ТРУБКА
СТЕРЖНЯ
ГЕЛЕВОЙ
РУЧКИ
ПРУЖИНА (ОДНОВРЕМЕННО
ВЫПОЛНЯЕТ
ФУНКЦИЮ ПРОВОДНИКА)
ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА
ВИНТЫ
МЕСТА ПРИПАЙКИ
ПРОВОДОВ
НАКОНЕЧНИКИ ГЕЛЕВЫХ
РУЧЕК
ТЮБИК ОТ КЛЕЯЩЕГО
КАРАНДАША (20 г)
КОЛПАЧОК ТЮБИКА ОТ
КЛЕЯЩЕГО КАРАНДАША
Рисунок 3. Для подачи сигнала необходимо подключить гибкий Щуп A генератора импульсов к нужному входу тес-
тируемой микросхемы, затем Щупом B пробника коснуть-
ся соответствующего штырька или выхода.
РадиоЛоцман – январь 2013
Загрузки
Конструкция пробника, печатные платы, примеры конфигурирования платы для тестирования шинам +5 В или «земля», чтобы задать на емой микросхемы должен быть подключен нем либо логический уровень напряжения, непосредственно к «земле». Для подачи сиг-
либо уровень источника питания. Выбор нала необходимо подключить гибкий Щуп A номиналов резисторов некритичен, вполне генератора импульсов (Рисунок 3) к нужному подойдут резисторы с сопротивлением входу тестируемой микросхемы, затем порядка 2 кОм. Чтобы установить уровень, Щупом B пробника коснуться соответствую-
соответствующий «лог. 0» ТТЛ, вход тестиру- щего штырька или выхода.
РЛ
СХЕМЫ
55
РадиоЛоцман – январь 2013
Скоро новые
тематические номера:
Если Вам небезразличны эти темы или Вы являетесь носителем передовых знаний в других областях электроники и готовы их популяризировать -
приглашаем к сотрудничеству!
автоматизация
автоэлектроникааккумуляторы и зарядные
устройства
Журнал для тех, кто интересуется электроникойЖурнал для тех, кто интересуется электроникой
Автор
barmaley
Документ
Категория
Системотехника
Просмотров
815
Размер файла
5 290 Кб
Теги
радиолоцман, 2013
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа