Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

РОСИЙСКОЙ ФЕДИРАЦИИ

КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: автоматизация производственных процессов

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Курс: Микропроцессорные системы управления

Тема: «Программа для управления регулятором скорости вращения двигателя »

Студент: Кривошеев В.П.

Гр.: ТЗк-5136с

Зач. Кн. №381432

Проверил: Иванов А.А.

Курган 2008

Контрольное задание по курсу «Микропроцессорные системы управления».

Что необходимо для выполнения:

1. Программа для устройства управления скоростью двигателя постоянного тока

2. Использование микроконтроллера Atmel AT90S1200

3. Связь между командами программы и действиями устройства

Должно быть логически изложено:

1. Задача и программа, управляющая устройством, т.е. принципы управления оборудованием.

Исходные данные

Устройство предназначено для обеспечения плавной регулировки скорости вращения электродвигателя постоянного тока способом изменения интегрального напряжения, подводимого к его якорной цепи. Изменение напряжения выполнено на основе широтно-импульсного модулятора под управлением микроконтроллера AT90S1200 фирмы Atmel.

Электродвигатель постоянного тока:

Возбуждение постоянными магнитами

Номинальное напряжение якорной цепи 12в

Номинальный ток якорной цепи 1 А

Номинальная мощность 15Вт

Номинальная скорость вращения 1000 об/мин

Изменение скорости вращения двигателя постоянного тока производится способом изменения напряжения, подводимого к его якорной цепи. Изменение напряжения осуществляется экономичным способом широтно-импульсной модуляции. При данном способе обеспечивается максимальный диапазон регулировки выходного интегрального напряжения при ключевом режиме работы выходного транзистора. Ключевой режим транзистора благоприятно сказывается на его температурных режимах работы.

Программа управления регулятором скорости вращения двигателя для АТ90S1200

Описание аппаратной части устройства

Ядром устройства является микроконтроллер АТ90S1200. Его ресурсов более чем достаточно для организации широтно-импульсного модулятора экономичного управления электродвигателем. К выводам 12, 13 и 14 микроконтроллера подключена клавиатура из трех кнопок: «ON/OFF», «+», «- ». К выводу 16 подключен светодиод, предназначенный для индикации режима работы устройства. Вывод 15 является выходом ШИМ. Питание устройства осуществляется от источника постоянного напряжения 5 - 6 в., Питание микроконтроллера подается на выводы 20 (+6в.) и 10 (0в.).

Внутренняя цепь сброса микроконтроллера по включению питания обеспечивает задержку запуска устройства до тех пор, пока не стабилизируется генератор тактовых сигналов. Внутренний таймер, работающий от тактовых сигналов сторожевого таймера, задерживает запуск процессора еще на несколько периодов после того, как напряжение питания достигнет значения Vpor. Поскольку вывод RESET подтянут к источнику питания внутренним резистором, вывод может оставаться неподключенным, так как внешний сброс не используется.

электродвигатель контроллер якорный цепь питание

Описание алгоритма работы управляющей программы

Программно ШИМ реализован с использованием таймера/счетчика микроконтроллера. После включения питания и окончания процедуры сброса, контроллер переходит к обработке подпрограммы Reset:

Конфигурируем аппаратную часть контроллера:

· Настраиваем биты 0, 1, 2 порта В как входы,

· Настраиваем биты 3, 4 порта В как выходы.

· К битам 0, 1, 2 порта В подключаем внутренние подтягивающие резисторы.

· Настраиваем тактирование микроконтроллера от генератора без использования делителя.

В регистры хранения длительностей импульса и паузы загружаем их начальные значения в тактах (причем Ти = 255 - Тп, где Ти - длительность импульса, Тп - длительность паузы). Разрешаем прерывание от таймера, включаем индикаторный светодиод, переходим к сканированию клавиатуры. На время работы таймера устанавливаем РВ3 = 1. Таймер начинает отсчитывать длительность длительность импульса до переполнения. При переполнении вызывается прерывание. После вызова прерывания РВ3 инвертируется, в таймер загружается длительность паузы. Затем цикл повторяется.

Во время работы таймера исполняется программа, обслуживающая клавиатуру, обеспечивающая установку новых значений длительности импульса и паузы при изменении величины ШИМ.

Программа обслуживания клавиатуры обеспечивает следующие функции:

· Включение устройства нажатием любой из кнопок

· Выключение устройства нажатием кнопки ON/OFF

· Уменьшение скважности (увеличение интеграла выходного напряжения) при нажатии на кнопку «+»

· Увеличение скважности (уменьшение интеграла выходного напряжения) при нажатии на кнопку «- »

Для обеспечения защиты от дребезга контактов клавиатуры предназначена подпрограмма задержки . Она же задает интервал времени, с которым булет действовать автоповтор при удержании кнопки.

При нажатии кнопки ON/OFF производится переход к подпрограмме выключения. Порт РВ3 устанавливаем в «0». Запрещаем все прерывания. Для защиты от дребезга клавиатуры обрабатываем подпрограмму задержки. Включаем индикаторный светодиод. Переходим к сканированию клавиатуры.

При нажатии кнопки «+» производится переход к подпрограмме увеличения ШИМ. Проверяем, достигло ли текущее значение длительности времени импульса максимального значения FF. Если максимальное значение достигнуто, возвращаемся к программе сканирования клавиатуры. В противном случае устанавливаем шаг изменения переменной ШИМ. Увеличиваем текущее значение времени импульса на 1 шаг. Текущее значение времени паузы уменьшаем на 1 шаг. Обрабатываем подпрограмму задержки.

При нажатии кнопки «-» производится переход к подпрограмме уменьшения ШИМ. Проверяем, достигло ли текущее значение длительности времени импульса минимального значения 33. Если минимальное значение достигнуто, возвращаемся к программе сканирования клавиатуры. В противном случае устанавливаем шаг изменения переменной ШИМ. Увеличиваем текущее значение времени паузы на 1 шаг. Текущее значение времени импульса уменьшаем на 1 шаг. Обрабатываем подпрограмму задержки.

Подпрограмма задержки по сути является счетчиком на 196608. При частоте кварцевого генератора 455 кГц, время обработки подпрограммы задержки составляет 0,86 сек.

При шаге изменения переменной ШИМ равной 33h (51d), обеспечивается 5 уровней скважности. При шаге изменения переменной ШИМ равной Еh (14d), обеспечивается 17 уровней скважности.

Описание микроконтроллера AT90S1200 фирмы Atmel

AT90S1200 - экономичный 8 битовый КМОП микроконтроллер, построенный с использованием расширенной RISC архитектуры AVR. Устройство имеет 64 байта EEPROM. Исполняя по одной команде за период тактовой частоты, AT90S1200 имеет производительность около 1MIPS на МГц, что позволяет разработчикам создавать системы оптимальные по скорости и потребляемой мощности.

Микроконтроллер содержит 32 регистра общего назначения, которые подключены непосредственно к арифметико-логическому устройству (АЛУ). Это дает возможность доступа к любым двум регистрам за один машинный цикл. Подобная архитектура дает десятикратный выигрыш в эффективности кода по сравнению с традиционными CISC микроконтроллерами.

AT90S1200 имеет следующие возможности:

1кБ загружаемой флэш памяти;

64 байта EEPROM;

15 двунаправленных линий ввода/вывода;

32 регистра общего назначения;

Настраиваемый таймер/счетчик;

Внешние и внутренние прерывания;

Программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором;

SPI последовательный порт для загрузки программ;

Два программно выбираемых режима низкого энергопотребления:

Idle Mode (холостой режим) - отключает ЦПУ, оставляя в рабочем состоянии регистры, таймер/счетчик, сторожевой таймер и систему прерываний.

Power Down Mode (экономичный режим) - сохраняет содержимое регистров, но отключает генератор, запрещая функционирование всех встроенных устройств до внешнего прерывания или аппаратного сброса.

Загружаемая флэш память на кристалле может быть перепрограммирована прямо в системе через последовательный интерфейс SPI. AT90S1200 поддерживается системами разработки включающие в себя макроассемблер, программный отладчик/симулятор, внутрисхемный эмулятор и отладочный комплект.

Обзор архитектуры

Регистровый файл быстрого доступа содержит 32 8-разрядных регистра общего назначения, доступ к которым осуществляется за один машинный цикл. Два операнда выбираются из регистрового файла, выполняется операция, результат ее записывается в регистровый файл - все производится за один машинный цикл.

AVR использует Гарвардскую архитектуру - раздельные шины и память программ и данных. Доступ к памяти программ производится через одноуровневый буфер. Во время выполнения одной команды, следующая выбирается из памяти. Такая конструкция позволяет выполнять операции за один машинный цикл. Памятью программ является внутренняя загружаемая флэш память.

Все команды AVR имеют формат одного 16-разрядного слова, поэтому по каждому адресу памяти программ хранится одна команда. При обработке прерываний и вызове подпрограмм, адрес возврата (значение программного счетчика) сохраняется в стеке. Стек выполнен как 3 уровневый аппаратный стек и используется для подпрограмм и прерываний.

Пространство ввода/вывода содержит 64 адреса периферийных устройств ЦПУ, таких как управляющие регистры, таймер/счетчик, АЦП и другие устройства ввода/вывода.

Модуль прерываний имеет собственный управляющий регистр в пространстве ввода/вывода, и флаг глобального разрешения прерываний в регистре состояния. Каждому прерыванию назначен свой вектор в начальной области памяти программ. Различные прерывания имеют приоритет в соответствии с расположением их векторов. По младшим адресам расположены векторы с большим приоритетом.

Команды АЛУ разделены на три основных категории - арифметические, логические и битовые.

Файл регистров общего назначения