Аппаратно-программный комплекс для макетирования и отладки цифровых устройств на базе микроконтроллеров различных архитектур

Изобретение относится к области вычислительной техники, а именно к диагностическому оборудованию, в частности к техническим средствам, обеспечивающим макетирование цифровых устройств на базе микроконтроллеров, а также их последующее тестирование и отладку программ, записанных в микроконтроллер.

Известен учебно-лабораторный стенд (RU №126865 (U1), G09B 23/18, 10.04.2013) для практического изучения микроконтроллеров, содержащий управляющий вычислительный блок, интерфейсный блок ввода и интерфейсный блок вывода, элемент сброса, генератор прямоугольных импульсов, узел RC-цепи, источник регулируемого напряжения, звуковой излучатель, программатор, связанный через элемент сброса с управляющим вычислительным блоком, связанным с генератором RC-кварца, а также с интерфейсными блоками ввода, вывода и вторым интерфейсным блоком вывода, каждый из которых связан с соответствующим блоком гнезд; семисегментный индикатор, кнопки наборного поля и блок светодиодов, также связанные с соответствующими блоками гнезд, источник питания +5, +12 В.

Недостатком данного стенда является то, что он позволяет работать с микроконтроллером только одной архитектуры, а также макетировать и отлаживать ограниченный спектр исследуемых цифровых устройств.

Техническим результатом изобретения является расширение номенклатуры исследуемых микроконтроллеров и макетируемых цифровых устройств, а также возможность визуального наблюдения за ходом выполнения программы в режиме реального времени.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в аппаратно-программный комплекс для макетирования и отладки цифровых устройств на базе микроконтроллеров, содержащий блок ввода и вывода данных, блок системы тактирования, ЭВМ последовательно соединенную с блоком обмена данными, а также микроконтроллер, согласно изобретения, дополнительно введены блок датчиков и блок исполнительных механизмов, при этом выходы блоков ввода, вывода, обмена данными, системы тактирования, датчиков и исполнительных механизмов, соединены с соответствующими входами микроконтроллера через интерфейсные блоки.

Функциональная схема устройства представлена на фигуре, где обозначены: 1 - блок ввода данных, 2 - блок датчиков, 3 - интерфейсный блок, 4 - ЭВМ, 5 - блок обмена данными, 6 - микроконтроллер, 7 - блок тактирования, 8 - блок вывода данных, 9 - блок исполнительных механизмов.

Блок датчиков 2 предназначен для задания значения физической величины в соответствии с типом макетируемого цифрового устройства, ее преобразования в электрический сигнал и передачи на микроконтроллер для последующей обработки. Например, при макетировании термостата это может быть датчик температуры [см., например, Электронный ресурс URL: http://www.maximintegrated.com/en/products/analog/sensors-and-sensor-interface/DS18B20.html/tb_tab0 (дата обращения 23.04.2015)], который выдает температуру в цифровом коде.

Интерфейсный блок 3 предназначен для оперативной замены программируемого микроконтроллера и оперативного подключения к нему периферийных устройств (блоков ввода, вывода, датчиков и т.д.), что обеспечивает достижение заданного технического результата. Интерфейсный блок 3 может быть выполнен, например, с использованием универсальных контактных клемм типа Banana [см. Электронный ресурс URL: http://www.dragoncity.com.hk/bp.html (дата обращения 23.04.2015)], через которые с помощью гибких проводов периферийные устройства подключаются к соответствующим клеммам микроконтроллера.

Блок исполнительных механизмов 9 предназначен для проверки правильности работы макетируемого устройства. Исполнительный механизм соответствует управляющему элементу макетируемого цифрового устройства. Для макетируемого термостата это может быть, например реле [см. Электронный ресурс URL: http://lib.chipdip.ru/156/DOC000156920.pdf (дата обращения 23.04.2015)].

Порядок применения рассмотрим на примере макетирования элемента системы поддержания заданной температуры в помещении. Макетируемым элементом является термостат, который должен выдавать сигнал на включение нагревательного элемента при t_пом<t_зад, где t_пом - температура в помещении, t_зад - заданная температура, которая должна поддерживаться в помещении, и на отключение - при t_пом≥t_зад.

В состав макетируемого устройства, в соответствии со структурной схемой, входят микроконтроллер, датчик температуры и исполнительный механизм, в качестве которого может быть использовано электромагнитное реле. Оперативную коммутацию названных цифровых устройств производим с использованием гибких проводов. Составляем управляющую программу на ЭВМ и записываем ее в память микроконтроллера через блок обмена данными.

Проверяем работу макетируемого цифрового устройства. Для этого с помощью датчика температуры задаем температуру помещения t_пом, которая в цифровом виде поступает в микроконтроллер, где сравнивается с заранее заданной в управляющей программе температурой t_зад. Если t_пом<t_зад то вырабатывается управляющий сигнал на включение реле. Если t_пом≥t_зад, то вырабатывается управляющий сигнал на выключение реле. Проверку коммутации контактов реле можно осуществить с помощью мультиметра.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет макетировать любое цифровое устройство на базе микроконтроллера, производя оперативную замену датчиков и исполнительных механизмов в соответствии с назначением устройства, проверять правильность работы управляющей программы, а также производить оперативную замену микроконтроллера, что обеспечивает достижение заданного технического результата.