Современная электроника №3/2020

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 60 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2020 Рис. 1. Блок-схема и внешний вид основных компонентов цифрового термометра Цифровой термометр на микросхеме MAX6675 и UART-USB модуле В статье приведено описание схемы, конструкции и программы для измерения температуры термопарой, работающей с АЦП MAX6675. Совместное использование интерфейсов UART и SPI позволяет сократить промежуточные преобразования сигналов, что уменьшает затраты по автоматизации и визуализации измерений. Андрей Шабронов (shabronov@ngs.ru ) Введение Основное отличие предлагаемого устройства от других прототипов [1] состоит в использовании UART-USB модуля [2], который через преобра- зователь работает с интерфейсом SPI. Принцип работы прибора заключает- ся в следующем. Регистрацию темпе- ратуры выполняет термопара К-типа с интервалом измерения 0…1023°C. Тер- мопара К-типа [3] работает совмест- но с микросхемой MAX6675, которая выдаёт цифровой код в интерфей- се SPI. В SPI по фронту тактового сиг- нала фиксируется бит информации. В интерфейсе UART бит информа- ции фиксируется по уровню за точно известный тактовый интервал. Чтобы совместить эти интерфейсы и полу- чить информацию побитно в разра- ботанной схеме формируется следу- ющее правило: ● тактовый интервал задаётся от ин- терфейса UART; ● в тактовом интервале формируется фронт для фиксации бита от интер- фейса SPI; ● информация от фронта фиксиру- емого бита передаётся в тактовый интервал приёма интерфейса UART двумя возможными комбинациями, кратными двум тактам от длитель- ности задаваемого тактового ин- тервала. Таким образом, синхронизация обе- спечивается сигналом UART, и прини- маемый бит всегда совпадает по дли- тельности с сигналом UART. На рисунке 1 представлена блок- схема совместной работы UART- и SPI- интерфейсов с использованием схемы преобразования интерфейса (сверху показан внешний вид интерфейсных компонентов). На данной схеме пока- заны только направления информаци- онных сигналов, а именно: ● TxD – сигнал интерфейса UART пере- даётся в схему преобразования; ● RxD – сигнал интерфейса UART при- нимается из схемы преобразования и содержит в своём коде информа- цию о температуре; ● CS – сигнал «выбора кристалла» фор- мируется схемой преобразования и разрешает работу АЦП MAX6675 по преобразованию температуры в код; ● SCK – сигнал тактовой синхрониза- ции запроса данных о температуре в интерфейс SPI; ● S0 – сигнал данных с «привязкой» к сигналу SCK. При положительном перепаде на SCK считываются дан- ные от S0, при отрицательном пере- паде на SCK устанавливаются дан- ные на S0. Достоинство интерфейса SPI заклю- чается в наличии точно известного события (фронта импульса) приёма информации. Это обеспечивает ему быстродействие и помехозащищён- ность. Однако для интерфейса UART требуется изменение правила переда- чи информации. Принципиальная схема преобразователя интерфейса Предлагаемая схема преобразовате- ля интерфейса представлена на рисун- ке 2. Схема состоит из двух D-триггеров (U1), которые расположены в одном корпусе микросхемы 555ТМ2, и четы- рёх элементов 2И–НЕ c открытым кол- лектором (ОК) – микросхема 555ЛА8 (U2). Цифрами в окружностях отмече- ны соответствующие сигналы, пред- ставленные на диаграмме (см. рис. 3). Триггер U1.1 работает в режиме счёт- чика «на два». Вход D-триггера (в.2) сое- динён с выходом Q (в.6). Данный режим включения формирует тактовый сиг- нал SCK для получения данных от SPI. Триггер U1.2 работает в режиме фик- сации данных от интерфейса SPI по положительному фронту U1.1. Таким образом, триггер U1.2 в каждом такто- вом интервале находится в состоянии 0 или 1 , что соответствует коду тем- пературы, получаемому от MAX6675. Для формирования сигнала UART выхо- ды (в.8 и в.9) триггера U1.2 подключе- ны к схеме выбора сигнала на элемен- тах 2И–НЕ U2.1 (в.3) и U2.2 (в.5). На другие входы элементов U2.1 (в.2) и U2.2 (в.6) поступают сигналы от UART, которые имеют совпадение по фазе и различие по длительности. Поскольку микросхема U2 имеет тип ОК, то выхо- ды U2.1 (в.1) и U2.2 (в.4) включены вме- сте, и объединённый сигнал возвраща- К-тип CS SCK SO Схема преобразователя интерфейса TxD RxD MAX6675 USB UART