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

Авторы патента:

G09B23/18 - в электричестве или магнетизме

Владельцы патента RU 2670730:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Аппаратно-программный комплекс для макетирования и отладки цифровых устройств на базе микроконтроллеров различных архитектур относится к области вычислительной техники, а именно к диагностическому оборудованию, в частности к техническим средствам, позволяющим производить макетирование цифровых устройств на базе микроконтроллеров, а также их последующее тестирование и отладку программ, записываемых в микроконтроллер. Предлагаемое изобретение позволяет расширить номенклатуру исследуемых микроконтроллеров, а также увеличить число макетируемых цифровых устройств за счет дополнительно введенных блока датчиков и блока исполнительных механизмов, соединенных с микроконтроллером через интерфейсный блок. 1 ил.

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.

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 сменный микроконтроллер, отличающийся тем, что 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 сменного микроконтроллера через интерфейсный блок, в состав которого входят универсальные контактные клеммы.

Изобретение относится к области обучающих средств и может быть использовано для демонстрации, получения и повышения практических навыков работы с электрическими схемами, а именно со схемами учета электрической энергии и поверки счетчиков электрической энергии.

Устройство для исследования вакуумного разряда электронов в магнитном поле // 2667893

Изобретение относится к электромагнетизму и научному приборостроению. Устройство для исследования вакуумного разряда электронов в вакуумном поле включает магнит, над полюсом которого подвешена плоская стеклянная вакуумированная изнутри кювета с автоэмиссионным катодом и анодом, оппозитно установленными с одного края кюветы и подключенными к выводам трансформатора Тесла (катушке Румкорфа), первичная обмотка которого подключена к накопительному конденсатору через тиристор, управляемый от последовательно соединенных генератора тактовых импульсов с регулируемой частотой и устройства запуска тиристора, накопительный конденсатор заряжается через резистор от высоковольтного источника питания, а свободно подвешенная над магнитным полюсом магнита вакуумированная кювета со стороны расположения автоэлектронного катода в виде иглы и анода механически связана с пьезодатчиком с его жестким неподвижным упором с противоположной стороны датчика, а выход пьезодатчика через высокочувствительный импульсный усилитель подключен к одному из каналов двухканального осциллографа, ко второму его каналу подключен дополнительный выход устройства запуска тиристора.

Устройство демонстрации вращения свободных электронов в замкнутой системе // 2666923

Изобретение относится к теоретической и экспериментальной физике. Устройство демонстрации вращения свободных электронов в замкнутой системе содержит пару тороидальных постоянных магнитов, обращенных друг к другу разноименными магнитными полюсами, а также источник питания постоянным током.

Прибор для исследования "парадокса фарадея" // 2666812

Изобретение относится к области измерительной техники и магнито-электроники и может быть использовано для исследования процессов вращательного движения электронов в вакууме под действием тянущего электрического поля при термоэлектронной эмиссии и магнитного поля, вектор которого ортогонален потоку электронов (то есть ортогонален вектору электрического поля).

Прибор для исследования "парадокса фарадея" // 2666812

Способ выявления порога заряжения пассивной окисной пленки на железе // 2662272

Изобретение относится к наглядным пособиям для изучения физики твердого тела и ее приложений к процессу коррозии. Электрод помещают в водный раствор электролита.

Автоматизированный учебно-лабораторный комплекс // 2661317

Изобретение относится к области электроники и электротехники и может быть использовано при проведении лабораторных работ и самостоятельной проектной деятельности учебных заведений по дисциплине «Теория автоматического управления».

Автоматизированный учебно-лабораторный комплекс // 2661317

Способ обнаружения магнитного трения // 2657465

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при исследовании физической природы так называемого магнитного трения. Способ обнаружения магнитного трения основан на силовом взаимодействии магнитных полей двух соосно размещенных постоянных магнитов, один из которых приводят во вращательное движение относительно этой оси.