RU220601U1 - Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком обработки аналоговой информации - Google Patents
Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком обработки аналоговой информации Download PDFInfo
- Publication number
- RU220601U1 RU220601U1 RU2023115960U RU2023115960U RU220601U1 RU 220601 U1 RU220601 U1 RU 220601U1 RU 2023115960 U RU2023115960 U RU 2023115960U RU 2023115960 U RU2023115960 U RU 2023115960U RU 220601 U1 RU220601 U1 RU 220601U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- output
- block
- microcontroller
- information
- Prior art date
Links
Abstract
Полезная модель относится к устройствам обработки информации, построенным на основе микроконтроллера. Технический результат выражается в увеличении точности формирования аналоговых сигналов и расширении диапазона выходного аналогового напряжения. Технический результат достигается тем, что в аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком силовых драйверов, содержащий блок микроконтроллера с необходимым программным обеспечением, блок усилителя, импульсный блок питания, блок последовательных интерфейсов, блок силовых драйверов, блок вывода графической информации, дисплей, клавиатуру, блок дополнительной памяти, где первый информационный выход блока микроконтроллера подключен к блоку усилителя, выход которого подключен ко входу дисплея, второй информационный выход блока микроконтроллера подключен ко входу клавиатуры, выход которой подключен к информационному входу блока микроконтроллера, третий информационный выход блока микроконтроллера подключен к информационному входу блока последовательных интерфейсов, четвертый информационный выход блока микроконтроллера подключен информационному входу блока силовых драйверов, пятый информационный выход блока микроконтроллера подключен информационному входу блока вывода графической информации, шестой информационный выход блока микроконтроллера подключен к информационному входу блока дополнительной памяти, выход импульсного блока питания подключен к питающим входам блока микроконтроллера, блока усилителя, дисплея, клавиатуры, блока последовательных интерфейсов, блока силовых драйверов, блока вывода графической информации и блока дополнительной памяти, введен блок обработки аналоговой информации, седьмой информационный выход блока микроконтроллера подключен к информационному входу блока обработки аналоговой информации, выход импульсного блока питания подключен к питающим входам блока обработки аналоговой информации.
Description
Полезна модель относится к устройствам обработки информации, построенным на основе микроконтроллера.
В настоящее время в высших учебных заведениях для обучения студентов по специальностям и направлениям, связанным с вычислительной техникой, широко используются различные учебно-отладочные устройства. Эти устройства построены на основе различных микропроцессоров. Они позволяют изучить архитектуру ЭВМ, систему команд, особенности функционирования и применения.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является «Учебно-отладочное устройство «Электроника-580» (Широков, Ю.Ф. Микропроцессорные средства и системы / Широков Ю.Ф., Е.Н. Осипов, В.И. Жданов, Н.И. Гутовец // Учебно-отладочное устройство «Электроника-580 – 1985. - №2. – С.80-84.).
Это устройство содержит микропроцессор, буфер адреса, буфер данных, регистр слова состояния, логику управления, дешифратор, генератор, ПЗУ, ОЗУ, буфер данных ОЗУ, узел ПДП, параллельный интерфейс, клавиатуру, дисплей, блок питания. Блок питания формирует три напряжения питания и выполнен по компенсационной схеме. Все составные части устройства выполнены на элементах малой и средней степени интеграции и дискретных элементах.
Недостатки прототипа: устройство имеет низкую надежность, сложную конструкцию, высокое электропотребление.
Аналогом предлагаемого устройства является аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком дополнительной памяти. Патент на полезную модель №213487 от 13.09.2022.
Эмулятор содержит блок микроконтроллера с необходимым программным обеспечением, блок усилителя для согласования информационных сигналов при индикации, дисплей, клавиатуру, импульсный блок питания, блок последовательных интерфейсов, блок силовых драйверов, блок вывода графической информации, блок дополнительной памяти.
Недостатком аналога является то, что при построении сложной вычислительной системы управления различными техническими объектами отсутствует возможность формировать и подавать на технические объекты сигналы управления в аналоговом виде. Эмулятор не имеет в своем составе блока цифроаналогового преобразования (ЦАП). Косвенно эта задача решается при помощи режима широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
Для решения этой задачи в состав эмулятора целесообразно включить блок обработки аналоговой информации. Он представляет собой стандартный модуль, имеющий в своем составе ЦАП (https://cdn-shop.adafruit.com/datasheets/mcp4725.pdf).
Технический результат выражается в увеличении точности формирования аналоговых сигналов и расширении диапазона выходного аналогового напряжения.
Технический результат достигается тем, что в аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком силовых драйверов, содержащий блок микроконтроллера с программным обеспечением, блок усилителя, импульсный блок питания, блок последовательных интерфейсов, блок силовых драйверов, блок вывода графической информации, дисплей, клавиатуру, блок дополнительной памяти, где первый информационный выход блока микроконтроллера подключен к блоку усилителя, выход которого подключен ко входу дисплея, второй информационный выход блока микроконтроллера подключен ко входу клавиатуры, выход которой подключен к информационному входу блока микроконтроллера, третий информационный выход блока микроконтроллера подключен к информационному входу блока последовательных интерфейсов, четвертый информационный выход блока микроконтроллера подключен информационному входу блока силовых драйверов, пятый информационный выход блока микроконтроллера подключен информационному входу блока вывода графической информации, шестой информационный выход блока микроконтроллера подключен к информационному входу блока дополнительной памяти, выход импульсного блока питания подключен к питающим входам блока микроконтроллера, блока усилителя, дисплея, клавиатуры, блока последовательных интерфейсов, блока силовых драйверов, блока вывода графической информации и блока дополнительной памяти, введен блок обработки аналоговой информации, седьмой информационный выход блока микроконтроллера подключен к информационному входу блока обработки аналоговой информации, выход импульсного блока питания подключен к питающим входам блока обработки аналоговой информации.
Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком обработки аналоговой информации содержит следующие блоки:
блок микроконтроллера,
блок усилителя,
дисплей,
блок питания,
клавиатура,
блок последовательных интерфейсов,
блок силовых драйверов,
блок вывода графической информации,
блок дополнительной памяти,
блок обработки аналоговой информации.
Схема аппаратного эмулятора учебного стенда с блоком обработки аналоговой информации представлена на фигуре.
Двойными стрелками показано прохождение информационных сигналов, а одинарными отображены линии питания. Особенностью заявленного устройства является то, что функции учебно-отладочного устройства расширены путем введения в состав устройства блока обработки аналоговой информации 10.
Блок усилителя 2 предназначен для повышения нагрузочной способности выходного порта блока микроконтроллера 1, подключенного к дисплею 3 учебного стенда. В составе блока микроконтроллера 1 имеется минимальный требуемый объем постоянной и оперативной памяти, а также необходимое количество портов ввода-вывода для организации связи с дисплеем 3, клавиатурой 5, блоком последовательных интерфейсов 6, блоком силовых драйверов 7, блоком вывода графической информации 8, блоком дополнительной памяти 9, блоком обработки аналоговой информации 10 учебного стенда. Импульсный блок питания 4 формирует напряжения питания, необходимые для функционирования электронных устройств.
Устройство функционирует следующим образом.
Блок микроконтроллера 1 выполняет аппаратную эмуляцию, т.е. с точки зрения пользователя или студента работа на аппаратном эмуляторе учебного стенда на микроконтроллере 1 полностью идентична работе на «Учебно-отладочном устройстве «Электроника-580». С помощью клавиатуры 5 вводятся машинные коды команд разработанной программы. Вводимая информация отражается на дисплее 3 устройства. Затем пользователь запускает введенную программу на исполнение. Возможна работа программы в трех режимах: пошаговом, с остановками в контрольных точках, в реальном масштабе времени. Результат выполнения программы, а также содержимое запоминающих элементов и памяти устройства отражается на цифровом символьном дисплее. При необходимости может быть выполнена предварительная отладка программы в первом или втором режимах работы. Возможно подключение к устройству внешних электронных устройств, например, персонального компьютера и организация информационного обмена с ними через блок последовательных интерфейсов 6 для целей отладки программного обеспечения эмулятора. Через блок силовых драйверов 7 возможна посылка управляющих воздействий на силовые устройства систем автоматического управления и автоматики. Для вывода графической информации (например, графиков зависимости сигналов от времени) с целью отладки и анализа функционирования реализуемой САУ используется блок вывода графической информации 8. В запоминающее устройство блока дополнительной памяти 9 производится запись данных, накапливаемых устройством в процессе работы. Эта информация впоследствии может быть проанализирована с помощью программных средств эмулятора и, при необходимости, отображена через блок вывода графической информации 8. Также возможна пересылка этой информации в персональный компьютер через блок последовательных интерфейсов 6.
При помощи блока обработки аналоговой информации 10 возможно формирование аналоговых сигналов. Диапазон аналогового напряжения составляет 0…5 В. При использовании ШИМ напряжение на соответствующем выходе постоянно и равно 5 В. Кроме того, формирователь ШИМ в составе микроконтроллера имеет диапазон задания значений ширины выходных импульсов от 0 до 255 (256 уровня, восьмиразрядный управляющий сигнал) (http://wiki.amperka.ru/products:arduino-uno). Предлагаемый блок обработки аналоговой информации имеет 12 - разрядный управляющий сигнал, что соответствует 4096 уровням выходного аналогового напряжения. При этом точность задания выходного аналогового сигнала увеличивается в 16 раз.
Для реализации всех вышерассмотренных возможностей аппаратный эмулятор имеет соответствующее программное обеспечение.
Благодаря добавлению блока обработки аналоговой информации по сравнению с аналогом имеет место увеличение точности формирования аналоговых сигналов и расширение диапазона выходного аналогового напряжения.
Claims (1)
- Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком обработки аналоговой информации, содержащий блок микроконтроллера с программным обеспечением, блок усилителя, импульсный блок питания, блок последовательных интерфейсов, блок силовых драйверов, блок вывода графической информации, дисплей, клавиатуру, где первый информационный выход блока микроконтроллера подключен к блоку усилителя, выход которого подключен ко входу дисплея, второй информационный выход блока микроконтроллера подключен ко входу клавиатуры, выход которой подключен к информационному входу блока микроконтроллера, третий информационный выход блока микроконтроллера подключен к информационному входу блока последовательных интерфейсов, четвертый информационный выход блока микроконтроллера подключен информационному входу блока силовых драйверов, пятый информационный выход блока микроконтроллера подключен информационному входу блока вывода графической информации, шестой информационный выход блока микроконтроллера подключен к информационному входу блока дополнительной памяти, выход импульсного блока питания подключен к питающим входам блока микроконтроллера, блока усилителя, дисплея, клавиатуры, блока последовательных интерфейсов, блока силовых драйверов, блока вывода графической информации и блока дополнительной памяти, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности формирования аналоговых сигналов и расширения диапазона выходного аналогового напряжения, седьмой информационный выход блока микроконтроллера подключен к информационному входу блока обработки аналоговой информации, выход импульсного блока питания подключен к питающим входам блока обработки аналоговой информации.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU220601U1 true RU220601U1 (ru) | 2023-09-25 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU226464U1 (ru) * | 2024-03-13 | 2024-06-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком математического сопроцессора |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU88833U1 (ru) * | 2008-03-27 | 2009-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные Цифровые технологии" | Архитектура высокоскоростного интерфейса передачи данных контрольно-измерительных систем |
| US8612201B2 (en) * | 2006-04-11 | 2013-12-17 | Cadence Design Systems, Inc. | Hardware emulation system having a heterogeneous cluster of processors |
| RU156660U1 (ru) * | 2014-10-07 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") | Учебно-лабораторный стенд "plk-1" для изучения микроконтроллеров семейства pic16f |
| RU200727U1 (ru) * | 2020-07-03 | 2020-11-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком вывода графической информации |
| RU213487U1 (ru) * | 2022-04-05 | 2022-09-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком дополнительной памяти |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8612201B2 (en) * | 2006-04-11 | 2013-12-17 | Cadence Design Systems, Inc. | Hardware emulation system having a heterogeneous cluster of processors |
| RU88833U1 (ru) * | 2008-03-27 | 2009-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационные Цифровые технологии" | Архитектура высокоскоростного интерфейса передачи данных контрольно-измерительных систем |
| RU156660U1 (ru) * | 2014-10-07 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") | Учебно-лабораторный стенд "plk-1" для изучения микроконтроллеров семейства pic16f |
| RU200727U1 (ru) * | 2020-07-03 | 2020-11-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком вывода графической информации |
| RU213487U1 (ru) * | 2022-04-05 | 2022-09-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком дополнительной памяти |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU226464U1 (ru) * | 2024-03-13 | 2024-06-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком математического сопроцессора |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109493824B (zh) | 源极驱动器、显示装置及其驱动方法 | |
| RU220601U1 (ru) | Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком обработки аналоговой информации | |
| RU190102U1 (ru) | Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком силовых драйверов | |
| RU148227U1 (ru) | Аппаратный эмулятор учебного стенда на микроконтроллере | |
| RU168780U1 (ru) | Аппаратный эмулятор учебного стенда с последовательным интерфейсом | |
| CN107807558B (zh) | 基于pci9054的多总线通信板卡电路及控制方法 | |
| RU200727U1 (ru) | Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком вывода графической информации | |
| RU226464U1 (ru) | Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком математического сопроцессора | |
| RU213487U1 (ru) | Аппаратный эмулятор учебного стенда с блоком дополнительной памяти | |
| Delgado et al. | A bond graph approach to the modeling and simulation of switch regulated dc-to-dc power supplies | |
| CN112486274B (zh) | 计算机扩展卡及计算机系统 | |
| CN111026258B (zh) | 处理器及降低电源纹波的方法 | |
| D’Souza et al. | Selecting microcontrollers and development tools for undergraduate engineering capstone projects | |
| CN204946415U (zh) | 一种计算机硬件课程综合实验平台 | |
| CN220155158U (zh) | 一种4位数码管静态转动态显示电路 | |
| CN104680901B (zh) | 一种8051单片机原理可视化演示的系统及方法 | |
| Levin | Matrix model of logical simulator within spreadsheet | |
| CN103810013A (zh) | 基于拨码开关阵列的编程辅助处理装置及方法 | |
| KR950005229B1 (ko) | 그래픽 모드의 택스트 생성을 위한 실제 어드레스 발생기 | |
| Mischie et al. | A MSP430 Microcontroller Simulator for Teaching at University during the Covid-19 Pandemic | |
| Paul et al. | A Comprehensive Study and Modern Take on Intel 8086 like Modular Trainer Board System | |
| JP2002007503A (ja) | 計算機のメモリのモデル化方法 | |
| Leiter et al. | Student use and assessment of System on Chip (SOC) prototyping resource | |
| KR930003169B1 (ko) | 마이크로 컴퓨터의 표시장치 | |
| CN2605610Y (zh) | 单片微处理器多功能实验、测控装置 |