Микропроцессорные системы управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и образования Российской Федерации

Коломенский институт

Московского Государственного

Открытого Университета

Кафедра "Автоматика и электроника в машиностроении"

Курсовой проект

по дисциплине МПУ СУ

(пояснительная записка)

Выполнил: студент группы № И-53 Астахов А.В.

Принял: к.т.н. Григорченко С.А

г. Коломна 2011 г.

Задание на курсовой проект.

Вариант №2.

Разработать модуль ИИУС на базе микроконтроллера семейства С167.

Тип внешней шины информационного обмена - мультиплексированная, 16 р.

Тип и объём ВПП - перепрограммируемая с ультрафиолетовым стиранием, не менее 32 кБ.

Тип и объём ВПД - статическая, не менее 256 кБ.

Количество цифровых донесений - 6.

Параметры цифровых донесений:

* вид донесения - потенциальное;

* уровень логической единицы - 12 В;

* уровень логического нуля - 0 В.

Количество измерительных импульсных сигналов - 2.

Приведённая погрешность преобразования измерительных импульсных сигналов - 0.5%.

Параметры измерительных импульсных сигналов:

* вид модуляции - частотно-импульсная модуляция (ЧИМ);

* частотный диапазон - 10..10000 Гц.

Количество командных сигналов - 1.

Параметры командных сигналов:

* вид сигнала - ШИМ;

* несущая частота - 20 кГц;

* коэффициент заполнения - 0..1 с шагом 2^-10;

* тип выхода - открытый коллектор, U_н = 5 В, I_н ? 8 мА.

Связь с системой управления верхнего уровня по последовательному каналу информационного обмена.

Задание на программирование - формирование командного сигнала модулем захвата/сравнения: канал 17, режим 2.

Содержание

Введение

1. Структурная схема ИИУС

2. Функциональная схема модуля

3. Принципиальная схема модуля

4. Алгоритм работы модуля

5. Выводы

Список используемой литературы

Приложения

Введение

Актуальность задачи разработки микропроцессорных ИИУС.

Области применения микропроцессорных ИИУС.

ИИУС (информационная измерительно-управляющая система)-совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, её преобразования, обработки и предоставление потребителю, в том числе и ввода в САУ, в требуемом виде. В последние годы интенсивно развивается ИИУС, встроенная в оборудование.

В зависимости от уровня сложности ИИУС классифицируются на: одноуровневые (локальные системы) и многоуровневые.

Контроллеры серии ЕМ167-1х, разработанные на базе нового поколения 16-ти разрядных микроконтроллеров серии Siemens SAB 80C167, предназначены для построения цифровых систем реального времени:

· систем управления электродвигателями различных типов,

· систем питания различных типов,

· следящих систем,

· систем управления и синхронизации энергетических объектов,

· систем сбора и обработки информации,

· распределенных систем управления и т.д.

Контроллеры семейства С167 обладают наиболее развитой периферией. Все члены семейства построены на базе универсального 16-ти разрядного RISC-процессора(процессор с сокращённой системой команд).

Программное обеспечение, поставляемое в составе с контроллерами, позволяет разрабатывать и отлаживать программы в интерактивном режиме без использования дополнительного отладочного оборудования (внешние программаторы, эмуляторы, и т.д.). Контроллер подключается к PC компьютеру через интерфейс RS232.

Полноэкранный интерактивный отладчик контроллера позволяет использовать различные режимы отладки с полным отображением состояния контроллера на экране PC компьютера.

Общий объем памяти контроллера (логический) может достигать 16 Мбайт. Пространство памяти разбито на 256 страниц по 16 Кбайт или 64 сегментов по 64 Кбайт. Страничная адресация (по 16 Кбайт) осуществляется с помощью специальных регистров DPPO-DPP3. Сегментная адресация (по 64 Кбайт) используется в командах длинных вызовов подпрограмм и командах EXTS, EXTSR. Микроконтроллер позволяет изменять распределение памяти между устройствами, в том числе и динамически. Контролер имеет один асинхронный последовательный порт RS232, который используется отладчиком.

Краткая характеристика разделов курсового проекта.

Как следует из задания, микроконтроллер должен осуществлять управление локальной системой сбора информации. В разделе структурная схема модуля МК представлены расчёты параметров модуля, количество линий ввода/вывода микропроцессора для управления внешними периферийными устройствами. Итогом раздела являются схема электрическая структурная ИИУС и её краткое описание.

Обмен с потребителем обеспечивается с помощью блока последовательного обмена, включенного в состав микроконтроллера (БПО).

Микроконтроллер будет работать по программе, записанной во внутренней памяти (ВПП).

Схема аппаратного сброса осуществляет перевод микроконтроллера в начальное состояние.

В разделе функциональная схема модуля МК производится, уточнение расчётов произведённых в предыдущем разделе. Окончательно уточняется, из каких узлов будет состоять модуль. Также оговаривается, как будет осуществляться управление отдельными узлами модуля.

В разделе принципиальная схема МК ведётся расчёт и выбор всех элементов входящих принципиальную электрическую схему модуля МК.

В разделе фрагмент управляющей программы написана программа управление и формирование командного сигнала.

1. Структурная схема ИИУС

Как следует из задания, микроконтроллер должен осуществлять управление локальной системой сбора информации, представленной некоторым количеством аналоговых или импульсных сигналов и цифровых команд. микроконтроллер программа данные

Для измерения временных параметров импульсных сигналов сигналы подаются на входы процессора событий микроконтроллера, который фиксирует время прихода фронта сигнала, и далее эти данные обрабатываются программно.

Обмен с системой верхнего уровня обеспечивается с помощью блока последовательного обмена, включенного в состав микроконтроллера, и микросхемы сопряжения ТТЛ уровней с интерфейсом RS-232 .

Командные сигналы будут генерироваться широтно-импульсным модулятором МК

Микроконтроллер будет работать по программе, записанной во внешней памяти программ (ВПП).

Возможные режимы работы МК задаются байтами конфигурации, которые во время работы хранятся в регистрах конфигурации. Загрузка этих регистров выполняется автоматически в процессе начальной загрузки (инициализации) или после выполнения сброса Reset.

Схема аппаратного сброса осуществляет перевод микроконтроллера в начальное состояние.

Расчет числа необходимых портов ввода-вывода:

6 линий используются для ввода в систему цифровых донесений от двоичных датчиков.

2 линии используется для ввода в систему импульсного сигнала.

2 линии используются для связи с потребителем по последовательному каналу информационного обмена

1 линия порта для формирования командных ШИМ сигналов.

Итого в системе используется 11 линий ввода/вывода.

Структурная схема изображена в Приложении 1.

2. Функциональная схема модуля ВПД

При работе микроконтроллера в режиме 16-разрядного мультиплексированного необходимо защелкнуть младшие 16 разрядов адреса. Для адресации 256 кБ памяти необходимо 17 адресных линий,1 линия выбора, 1 линия сигнала чтения, 2 линии сигнала записи (WRH, WRL) и 16 линий данных.

Для отключения от шины данных будем использовать ВПП с тремя состояниями на выходе.

ВПП.

Для адресации 32 кБ памяти необходимо 13 адресных линий и 8 линий данных. Для управления необходима 1 линия для сигнала чтения и 1 линия управления выходами.

Оптроны.

Для гальванической развязки цифровых донесений используются согласующие устройства - оптроны.

Согласующие устройства. Подача сигналов от

двоичных датчиков к микроконтроллеру осуществляется

через согласующие устройства. В качестве согласующих

устройств используются оптроны КР293ЛП2.

Для ограничения тока через оптроны используем балластные резисторы R1..R6.

Расчет номиналов резисторов:

Примем Rб=1 кОм

Расчет мощности рассеиваемой на резисторах:

Rб=R1=...=R6

Выберем Rб - C2-33Н - 0.125 - 1 кОм 5%

Схема аппаратного сброса. Схема подключена непосредственно к выводу аппаратного сброса микроконтроллера и некоторое время подает низкий потенциал на этот вывод.

Функциональная схема изображена в Приложении 2

3. Принципиальная схема модуля

Расчет входного ЧИМ сигнала.

Для измерения входного импульсного сигнала с заданной погрешностью, рассчитаем частоту тактовых импульсов МК (CLK).

Принимаем частоту тактовых импульсов МК равной 20 МГц.

Рассчитывается минимальное и максимальное число тактовых импульсов:

Рассчитывается погрешность преобразования импульсных сигналов:

Схема аппаратного сброса

Для подачи низкого потенциала используется RC - цепочка.

Длительность сигнала сброса

= R₇*C₇ = 1,5 мс ,

R₇ = 47 кОм C2-33 - 0.125 - 47 кОм5%

C₇ = 0.03 мкФ

Для разряда конденсатора C₇ используем маломощный диод КД104А

Синхронизация микроконтроллера

Синхронизация микроконтроллера обеспечивается с помощью внутреннего генератора тактовых импульсов, который функционирует при подключении к выводам XTAL1, XTAL2 кварцевого генератора. При подключении кварцевого резонатора необходимо включение двух фильтрующих конденсаторов: С1, С2 = 50 мкФ

В качестве регистра защелки адреса используем регистр - К555ИР35.

ВПП. Используем 4 у/ф перепрограммируемых ПЗУ размером 8к*8.

ВПД. Используем 2 статических ОЗУ размером 128к*8. Для передачи командного сигнала используем 155ЛА8 (4 и) с открытым коллектором.

Поведение контроллера после сброса. После сброса микроконтроллер заполняет байты конфигурации и выполняет программу начальной загрузки в соответствии с содержимым ПЗУ, находящимся в адресном пространстве F2000h..F2FFFh

Требования к источнику питания. Источник питания должен выдавать 2 напряжения:

Для питания интегральных микросхем - +5В 5% и +15В 5%

Входные аналоговые сигналы и цифровые донесения подаются через разъём, укрепляемый на плате.

Связь с системой верхнего уровня осуществляется через микросхему MAX232, подключённую к блоку последовательного обмена микроконтроллера.

Для фильтрации помех используются электролитические конденсаторы С3, С4, С5 и С6.

Выводы микросхемы подключаются к внешнему разъёму.

Временные диаграммы:

Принципиальная схема изображена в Приложении 3

4. Алгоритм работы модуля

Фрагмент управляющей программы

;формирование командного сигнала модулем захвата/сравнения:

;канал 17, режим 2

JMPA cc_UC, Main

;---------------------------------------------------

L_Stop:

NOP ;пустая операция

;---------------------------------------------------

ORG 1000h

Nmeg EQU 15 ;количество измерений

bILVLCPU DB 10H ;Старшая цифра - ILVLCPU,

;младшая цифра - 0

bILVL_GLVL DB 001001B ;Поле 1..0 - груп.

;уровень приоритета,

;поле 5..2 - уровень

;приоритета

;от CC17

ccMode1 DW 0

ccMode2 DW 0

freq DW 0 ;частота

imp_l DW 0 ;длительность импульса

;---------------------------------------------------

SETILVLCPU:

;Установка уровня приоритета CPU

BCLR IEN ;глобальный запрет прерываний

PUSH PSW ;Содержимое PSW

POP R0 ;в R0

ANDB RH0, #1111B ;очистка поля ILVL CPU

MOVB RL1, bILVLCPU ;(RL1)<-(bILVLCPU)

ANDB RL1, #11110000b ;очистка младшей тетрады

ORB RH0, RL1 ;формирование в R0 нового

;значения PSW

PUSH R0 ;Содержимое R0

POP PSW ;в PSW

RET ;возврат

;---------------------------------------------------

INITCAP31:

;Инициализация базового таймера T8

BCLR T8R ;останов таймера

BCLR T8IE ;запрет прерывания

BCLR T8IR ;сброс запроса на

;прерывание

BCLR T8M ;установка режима работы -

;режим таймера

BCLR T78CON.8 ;Коэффициент деления

;частоты ТИ - 8,

BCLR T78CON.9 ;код коэффициента деления

;частоты ТИ 000b,

BCLR T78CON.10 ;разрешение 400 нс, период

;26.2 мс

MOV T8REL,freq ;(T8)<-0 - очистка

;регистра перезагрузки

;Настройка канала 17 модуля CAPCOM17

MOV CC17, IMP_L

MOVB RL0, bILVL_GLVL ;Загрузка группового

;уровня

ANDB RL0, #00111111B ;и уровня приоритета

MOVB RH0, #0H ;запроса на прерывание

MOV CC17IC, R0 ;от CC17 в регистр CC17IC

BSET DP8.1 ;настройка бита 1 порта 8

;на вывод

BSET ccM4.7 ;Запрет

BCLR ccM4.4 ;захвата или

BCLR ccM4.5 ;сравнения

BCLR ccm4.6 ;выбор в качестве базового

;таймер T8

MOV R0,CCM4 ;(R0)<-(CCM4)

BSET R0.6 ;формирование в R0 кода

;управления ;

BSET R0.5

MOV ccMode1,R0 ;(ccMode1)<-(R0) - код

;управления

;для начала работы

MOV ccMode2,CCM4 ;(ccMode2)<-(CCM4) - код

;управления

;для запрета захвата или

;сравнения

RET ;возврат

;-------------------------------------------------

Main:

MOV SP,STKUN ;(SP)<-(STKUN) -

;установка указателя стека

JMPA cc_UC,SETILVLCPU ;установка ILVL CPU

;инициализация базового таймера T8,

;настройка канала 17 модуля CAPCOM2

JMPA cc_UC,INITCAP17

BSET T8R ;запуск таймера Т8

MOV CCM4,ccMode1 ;(CCM4)<-(ccMode1) -

;перевод CC17 в режим

;сравнения

BSET IEN ;глобальное разрешение

;прерываний

;---------------------------------------------------

;Цикл работы

Start:

JMPA cc_UC, Start

End

5. Выводы

Разработанный модуль микроконтроллера локальной системы сбора данных и управления полностью удовлетворяет заданию.

Модуль имеет возможность собирать данные: шесть каналов для сбора цифровых донесений и два канала для приёма ЧИМ сигнала.

По собранной информации микропроцессорный модуль вырабатывает командный ШИМ сигнал, который подается на внешнее устройство.

Список используемой литературы.

1. Новиков Ю.В. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC.-М.:Эконом., 1998.

2. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника.-М.:Радио и связь , 1990.

3. Чернышова А.А. Диоды и Тиристоры.Справочник.-М.:Энергия, 1976.

4. Алексеева И.Н. В помощь радиолюбителю. Выпуск 109. Резисторы и конденсаторы.Справочник.-М.:Патриот, 1991.

5. Пашин В.А. Микросхемы типа ТТЛ, ТТЛШ.-М.:Радио и связь, 1989.

Размещено на Allbest.ru