Читатель читателю

ШИМ — ЭТО НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

08.09.2015
ШИМ — ЭТО НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИДля компьютерного управления различными устройствами и объектами предлагаю воспользоваться методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), одинаково успешным при работе с разными ПК: от Intel-80286 до Pentium последних модификаций. Единственное, пожалуй, условие — наличие свободного СОМ-порта. Связь с ним до 200 м может осуществляться даже по обычным телефонным проводам, ничуть не защищенным от электромагнитного воздействия окружающей среды. При переходе же на более совершенные, экранированные линии «дальнобойность» компьютерного управления с ШИМ увеличивается.
 
Многоканальная нагрузка (например, световое табло или поставленные на охрану объекты) подчиняется импульсам, поступающим от ПК через СОМ-порт, с двумя фиксируемыми длительностями (10 и 90 мкс), означающими передачу лог.0 и лог.1. Их стабильность определяется внутренним кварцевым генератором базового компьютера, а длительность, скважность и последовательность формируются специальной программой.
 
Прием управляющих ШИМ-сигналов и их фиксация на регистре сдвига К555ИР8 происходят в устройстве, где в качестве коммутируемой нагрузки используется матрица, состоящая из светоизлучающих диодов HL1— HL8 (рис.1). При 8-кратном увеличении числа регистров сдвига получается табло с 64 каналами отображения информации. Но уже следующий шаг в данном направлении оказывается невозможным без усиления сигнала строба, поступающего на вход С всех регистров.
 
Дальнейшее ограничение обуславливается еще и возрастанием времени управляющего воздействия. Например, для управления одним каналом требуется ШИМ-импульс длительностью 90 мкс, да плюс еще 10 мкс, необходимых для разрядки времязадающего конденсатора С1 и подготовки к следующему приему сигнала. Итого нужно 100 мкс. Соответственно, для 64 каналов потребуется 6,4 мс, а для 640 каналов — уже 64 мс. И это без учета работы самой программы!
 
Рис.1. Принципиальная электрическая схема устройства компьютерного управления через СОМ-порт матричным табло из 8N светодиодов (где N— число микросхем К555ИР8) или другой маломощной многоканальной нагрузкой
 
Рис.1. Принципиальная электрическая схема устройства компьютерного управления через СОМ-порт матричным табло из 8N светодиодов (где N— число микросхем К555ИР8) или другой маломощной многоканальной нагрузкой
 
Рис. 2. Та же схема, но дополненная цепью ручного ввода информации
 
Рис. 2. Та же схема, но дополненная цепью ручного ввода информации
 
Однако в действительности на ШИМ-сигнал управления даже для одного канала тратится не 100 мкс, а несколько большее время. Разумеется, при 64-канальной нагрузке общая продолжительность выдачи управляющих импульсов возрастет еще сильнее, не говоря уже о 640-канальной. Помня об этом, приходится идти на уловку: при программировании формировать вначале управляющую последовательность в буфере, а уже оттуда выдавать этот буфер в порт.
 
Если по условиям эксплуатации требуется сохранять управление нагрузкой даже при отключении компьютера, то используется несколько видоизмененная схема — с цепью ручного ввода данных (рис.2). Разработана она так, что при нажатии кнопки S1 (или S2) происходит разблокировка конденсатора С2 (или C3) и его заряд, а значит, и формирование ШИМ-импульса соответствующей длительности с последующим «заталкиванием» в регистры сдвига К555ИР8.
 
Распознавание ШИМ-импульсов (длительностью 10 мкс и 90 мкс) осуществляется в обоих вариантах схемы с помощью цепи заряда емкости С1. При поступлении импульса длительностью 10 мкс конденсатор не успевает зарядится до уровня лог. 1, следовательно, фиксируется лог. 0. Наоборот, с поступлением 90-мкс сигнала заряд успевает сработать, а значит, есть фиксация лог. 1. Разряд же осуществляется через исполнительную цепь оптопары VU1 (диод VD2 и выход логического элемента DD1.1 во втором варианте схемы). Положительным перепадом напряжения на тактовом входе С записывается и последующий сдвиг принятого значения (1 или 0) по разрядам регистра.
 
Длительность импульса управления выбрана минимально возможной для СОМ-порта. Настройкой на 110 Кбайт/с задано время единичного интервала (примерно равное 10 мкс).
 
При передаче сигнала FF (=1111-1111) выдается стартовый интервал и 8 единичных интервалов сигнала 1. В линию это идет как — 12 В. Таким образом формируется только один импульс — стартовый, который и равен 10 мкс.
 
Аналогично, для передачи 90-мкс импульса выдается байт 0 (=0000-0000), и в линию к стартовому добавляются еще 8 интервалов. В результате получается 90-мкс импульс управления. Таким 9-кратным отличием по длительности достигается высокая надежность считывания.
 
При большом удалении нагрузки от компьютера или интенсивных помехах целесообразно пойти на программное увеличение импульса управления. А для безошибочного выделения на приеме — пропорционально увеличить емкость конденсатора С1 (справедливо и для второго варианта схемы). Однако следует учитывать, что при этом увеличится и продолжительность передачи сигналов управления. Функциональное предназначение переменного резистора R4—подстройка времени заряда этого конденсатора, то есть юстировка четкости определения сигнала 1 или 0.
 
Для управления более мощной, чем светодиоды, нагрузкой придется в каждом из каналов установить, во-первых, гальваническую развязку (например, с помощью оптопары АОУ115Г), а во-вторых, электронный ключ типа симисторного. Причем если использовать КУ208Г (рис. 4), то даже без радиатора-теплоотвода можно получать на выходе 100 Вт. Такой мощности достаточно для коммутации ламп накаливания в матричном табло, питающемся от бытовой электросети.
 
Радиодетали, необходимые для сборки схем, не критичны к выбору. В частности, из постоянных резисторов пригодны МЛТ и другие. Удобны переменные резисторы СП5-2, а в качестве кнопок S1 и S2 ручного управления — микропереключатели МП8 или их аналоги. Микросхемы К555ИР8 можно заменить на К155ИР8 или аналогичные и поставить инвертор. Важно лишь, чтобы запись и сдвиг осуществлялись по окончанию импульса управления. Соответствующую замену легко найти и для К155ЛН1.
 
Рис. 3. Эпюры напряжений в контрольных точках; выход Q1 каждой ИМС подключен ко входам D0 и D1 следующей микросхемы (кроме Q1 последней)
 
Рис. 3. Эпюры напряжений в контрольных точках; выход Q1 каждой ИМС подключен ко входам D0 и D1 следующей микросхемы (кроме Q1 последней)
 
Рис.4. Подключение 100-ваттного канала (в частности, лампы накаливания) к схеме компьютерного управления нагрузкой
 
Рис.4. Подключение 100-ваттного канала (в частности, лампы накаливания) к схеме компьютерного управления нагрузкой
 
Работоспособность каждой из схем можно проверить, контролируя осциллографом прохождение импульсов в контрольных точках. Затем, устанавливая тот или иной режим передачи (например, «Бегущие огни 1 + 1»), добиться переменным резистором правильного выделения передаваемых сигналов.
 
Требования к исполнительным цепям общие. Они достаточно полно освещены в радиолюбительской литературе, поэтому здесь не приводятся.
 
Теперь о программе. Она написана на Бейсике и позволяет получать оригинальные световые эффекты, используя ШИМ для компьютерного управления многоканальной нагрузкой, например, световым убранством новогодней елки, рекламными щитами, матричными табло.
 
Программа управления многоканальной нагрузкой через СОМ порт
(язык - Бейсик)
 
Программа управления многоканальной нагрузкой через СОМ порт  (язык - Бейсик)
 
В строке 20 устанавливается число управляемых каналов (на один регистр — восемь, на два — шестнадцать и т.д.). Если используется порт СОМ-1, то в строке 10 называется его адрес, а вход выбранного варианта схемы подключается к выводам 3 и 5 разъема DB-9 компьютера.
 
Для управления из других программ с числом разрядов до 64 (это восемь микросхем К155ИР8) требуется специальная, достаточно объемистая программа «Драйвер». У автора она имеется, однако публикация ее невозможна из-за ограниченности журнальной площади.
 
А. ШАБРОНОВ, г. Новосибирск
 
ЛИТЕРАТУРА
 
1. А.Глушаченков. Выручит ФОРТ,— Моделист-конструктор, 1999, № 4.
 
2. А.Глушаченков. Воду «посеребрит» ЭВМ — Моделист-конструктор, 2000, № 1.
 
3. А.Шабронов. Емкость — через порт СОМ-2— Моделист-конструктор, 1998, № 9.
 
4. А.Шабронов. Опрос проводит ЭВМ. — Моделист-конструктор, 1999, № 6.
 
5. А.Шабронов. «Специалист» измерит емкость. — Моделист-конструктор, 1997, № 4.




Рекомендуем почитать
  • ТРАНСИВЕРУ — ЖИТЬ ДОЛГО
    ТРАНСИВЕРУ — ЖИТЬ ДОЛГОТРАНСИВЕРУ — ЖИТЬ ДОЛГОТрансивер СВ MJ-2701 фирмы MegaJet рассчитан на напряжение питания 12,5 В, что, несмотря на его «фирменное» предназначение для работы в качестве автомобильного СВ-трансивера с питанием от бортовой сети автомобиля 12 В, не является разумным с точки зрения практики и логики. Как известно опытным радиолюбителям и специалистам, напряжение в бортовой сети автомобиля (имеется в виду автомобиль с АКБ напряжением 12 В постоянного тока) при работающем двигателе может достигать 15 В (таковы параметры реле-регулятора зарядки АКБ). Вследствие этого некоторые электронные и радиосистемы (в том числе трансиверы) при их эксплуатации в автомобиле выходят из строя.

Комментарии 

 
0 #1 Павел 10.09.2015 07:27
Здорово. Я бы не догадался.
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ VK FB


Нашли ошибку? Выделите слово и нажмите Ctrl+Enter.