Современная электроника №2/2022

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2022 Применение встроенных в микроконтроллер EFM8LB12 конфигурируемых логических элементов для прецизионного измерения временны ′ х интервалов Рис. 1. Антидребезговая схема на RS-триггере В статье описан пример применения встроенных в МК EFM8LB12 конфигурируемых логических элементов – Configurable Logic Unit (CLU) совместно с таймерами для измерения временны ′ х интервалов с погрешностью, не превышающей 0,2 мд. Сконфигурированная на CLU антидребезговая схема позволила подключить кнопку, задающую временной интервал, непосредственно к МК, а сконфигурированный Т-триггер – аппаратно соединить три таймера (Т3, Т4 и PCA-таймер) для получения 48-разрядного таймера, способного измерять время между двумя событиями в широком временно ′ м диапазоне и с высокой точностью. Приводится схема тестовой платы и программные средства для её работы. Алексей Кузьминов (compmicrosys@mail.ru ) Введение При проведении различного рода измерений часто требуется определе- ние времени, прошедшего между дву- мя событиями, с относительно высо- кой точностью. Вот простой пример: требуется измерить объём V газа или воды, прошедший через какой-либо измерительный прибор при извест- ном (или измеренном) расходе Q за определённый интервал времени Т. Объём V, как известно, вычисляется как V = Q × Т. Естественно, от точности измерения интервала времени Т зави- сит точность определения объёма V. Для формирования интервала време- ни Т могут использоваться различно- го типа коммутационные устройства (контактные или бесконтактные). При ручном управлении часто применяют кнопки, при некоторой автоматизации процесса в качестве коммутационных устройств могут использоваться герко- ны. Например, в приборах, измеряю- щих объём газа (газовых счётчиках), при прохождении определённого объ- ёма газа (к примеру, 1 м 3 ) замыкается геркон. В любом случае контактные коммутационные устройства облада- ют одним хорошо известным и непри- ятным свойством: дребезгом контак- тов. Если в измерительной системе используется относительно высоко- скоростное устройство, например, микроконтроллер (МК), который дол- жен сформировать определённое дей- ствие, скажем, по фронту сигнала, под- ключённого к какому-либо его порту, то прямое подключение кнопки к пор- ту может привести к ложным срабаты- ваниям, поскольку дребезжащие кон- такты сформируют не один фронт, а целый пакет импульсов, длящийся от долей мс до нескольких мс, в зависи- мости от свойств кнопки. Для исклю- чения дребезга контактов применяют как программные, так и аппаратные средства. Программные средства используют различного рода задержки с длитель- ностью, заведомо превышающей дли- тельность процесса дребезга контактов. Для формирования временны ′ х задер- жек часто используют встроенные в МК таймеры. Однако программные сред- ства обладают существенным недостат- ком, так как требуют дополнительных ресурсов МК: необходимую работу про- цессора для выполнения подобной про- граммы, увеличение памяти для её хра- нения, таймеров и т.п. Что касается аппаратных средств, то для устранения дребезга контактов используют различного рода анти- дребезговые схемы. Они бывают двух типов. Схемы первого типа основаны на различного рода RC-цепочках, кото- рые затягивают фронт сигнала на вре- мя, заведомо превышающее время дре- безга (это в некотором смысле сродни программному способу). Обычно схе- мы такого типа используют микро- схемы ждущих мультивибраторов. Схемы второго типа используют триг- геры. Вот пример (рис. 1) старой, как мир, антидребезговой схемы на осно- ве RS-триггера, построенного на двух логических элементах 2И-НЕ. При нажатии кнопки и первом же касании контакта триггер перебрасывается в противоположное состояние, и даль- нейший дребезг контактов не приве- дёт к изменению состояния триггера. При этом на выходах триггера Q и сформируются единственные фронт и срез соответственно. Если кнопку отпу- стить (или отжать, если она с фиксаци- ей), то при размыкании контакта дре- безг будет отсутствовать, а при первом же касании противоположного кон- такта триггер установится в исходное состояние, и на выходах Q и сфор- мируются единственные срез и фронт соответственно. Такая схема имеет существенное преимущество по срав- нению со схемами первого типа, так как у таких схем для надёжности зна- чительно удлиняют время задержки, что не всегда приемлемо. Недостаток аппаратных средств – необходимость использования самих этих средств (например, для схемы рис. 1 требу- ется микросхема 561ЛА7, подача на неё питания с положенными по шта- ту конденсаторами и два резистора). Хотя стоимость этих средств и неве- лика, однако место, занимаемое ими на плате, на порядок больше места, занимаемого корпусом МК (4 × 4 мм – QFN32, и ещё меньше (3 × 3 мм) – QFN24 Q Q +Uп & & R2 100K R1 100K SW 561ЛА7