Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С

До производства, разработанной встроенной системы на базе контроллера, изделие должно быть проверено на ЭМС. Правила и рекомендации по управлению этих испытаний разрабатываются Федеральной комиссией по связи (FCC) в Соединенных Штатах и в Европейском Экономическом Сообществе (ЕЭС). Кроме того, Управление продовольствия и медицинских препаратов (FDA) разрабатывает стандарты для медицинских устройств. Мы не собираемся подробно рассматривать здесь эти испытания. Правила постоянно совершенствуются (что совершенно правильно), и любая приведенная информация, быстро устарела бы. Вместо этого мы приводим краткий обзор имеющихся правил в ссылках на использованную литературу, которые приводятся в разделе «Что еще почитать» в конце главы, чтобы получить наиболее современную информацию.

Правила FCC и части 15 Правил для устройств высокой частоты формулируют правительственные правила и рекомендации для радио устройств (РФ), способных к излучению энергии в диапазоне от 9 кГц до 200 ГГц. FCC и часть 15 в настоящее время устанавливают три процедуры для проверки приборов на соответствие требованиям ЭМС:

• Проверка: изготовитель изделия регистрирует протокол испытаний на соответствие требованиям ЭМС.

• Сертификация: Комиссия FCC дает обзор применений ЭМС.

• Декларация соответствия: эти испытания выполняет лаборатория, уполномоченная Национальным Институтом Стандартов и Технологии (NIST).

Например, для ряда изготовителей испытания по ЭМС выполняет лаборатория Underwriters Laboratory (UL).

Международные стандарты, касающиеся ЭМС, разработаны прежде всего Международной Электротехнической Комиссией (МЭК, IEC). Стандарты, разработанные МЭК могут быть разбиты на следующие группы:

• Разряды электростатического электричества (публикация IEC 61000–4–2)

• Излучение электромагнитных полей высокой частоты (публикация IEC 610004–3)

• Электрические быстрые переходные процессы/пакет (публикация МЭК: IEC 61000–4–4)

• Электромагнитные импульсы (surges) (публикация МЭК: IEC 61000–4–5)

• Устойчивость к помехам, передаваемым за счет проводимости (публикация IEC 61000–4–6)

• Устойчивость к магнитным полям (публикация IEC 61000–4–9)

• Посадки напряжения, кратковременные прерывания и изменения напряжения (публикация IEC 61000–4–11)

Наиболее важный урок, следующий из нашего обсуждения, состоит в том, что требования к ЭМС должны быть частью технических требований на изделие, сформулированных до начала цикла проектирования.

В следующем разделе мы исследуем, как управлять энергопотреблением во встроенных системах.

6.6. Управление энергопотреблением

Часто микроконтроллерные системы представляют собой переносные или дистанционно-управляемые модули. Обеспечение подходящего источника напряжения для системы становится главной задачей — задачей, которая может быть обоюдоострым мечом. С одной стороны, должна быть разработана подходящая система питания, чтобы обеспечить соответствующее напряжение и текущие требования для системы в течение приемлемого временного интервала. С другой стороны проектировщик должен уменьшить потребляемую мощность встроенной системы контроллера. Кроме того, система должна иметь защиту от понижения питающего напряжения. Вся эта совокупность требований рассматривается в данном разделе. Мы ограничиваем наше обсуждение системами с аккумуляторным питанием. 

6.6.1. Параметры потребляемой мощности для микроконтроллера 68HC12

Чтобы разработать систему питания для встроенной микроконтроллерной системы, необходимо определить несколько параметров проекта:

• Напряжения питания, необходимые для встроенного контроллера, периферийных устройств, и всех компонентов системы;

• Токи утечки для каждого компонента системы;

• Ожидаемая период работы системы без замены или перезарядки батареи; 

• Температура среды.

После определения параметры, можно приступить к проектированию подходящего батарейного источника питания. Для определения этих значений необходимо тщательно исследовать технические данные для каждого компонента системы. Все вычисления должны проводиться для наихудшего случая — другими словами, при наиболее критичных значениях токах утечки и рабочей температуры.

6.6.2. Типы батарей

После определения параметров системы можно начать выбор батареи. На рис. 6.7 и 6.8 представлен краткий обзор характеристик распространенных типов батарей. В обзоре приведены только типы батарей, напряжения и емкости. Полный обзор характеристик приводится в каталоге источников питания для электронных устройств. Такие каталоги обеспечивают хороший обзор для всего разнообразия батарей. Но сначала рассмотрим характеристики четырех основных типов батарей: