Микропроцессорные комплекты

При одновременной передаче в шину логического ноля и логической единицы от разных источников, на шине будет зарегистрирован логический ноль, а логическая единица будет подавлена.

Протокол CAN поддерживает два стандарта.

1. ISO11898. Транспортные средства. Обмен цифровой информацией. Локальная сеть контроллеров CAN для быстрой связи.

2. ISO/IS. Транспортные средства. Низкоскоростная последовательная связь данных. Часть вторая. Низкоскоростная локальная сеть контроллеров CAN.

Оба стандарта определяют в CAN - контроллере физический и канальный уровни семиуровневой модели (ISO/OSI).

1. Существует в основном два вида связи между узлами, если не учитывать процедуры повтора сообщения принятого с ошибкой:

1.1. Один узел передает информацию, а другой получает;

1.2. Узел A запрашивает узел B о данных и получает ответ;

2. Для пересылки информации служат кадры данных Data Frames

В CAN- сообщении нет явного адреса. Такой тип рассылки сообщений называется «схема адресации, ориентированная на содержимое», т.е. содержание данных в CAN- сообщении как бы неявно определяет адрес источника этого сообщения и адреса приемников. Все CAN- узлы получают сообщение, но используют эту информацию только те узлы, которым она необходима.

Максимальная длина кадра 94 бита. Это максимальная сервисная нагрузка.

На CAN- шине могут передаваться только четыре типа кадров:

1. DATA Frame - кадр данных;

2. REMOTE Frame - кадр дистанционного управления или запроса;

3. ERROR Frame - кадр ошибки на шине;

4. OVERLOAD Frame - кадр переполнения, передаваемый для задержки пакетов первого или второго типа.

Каждый тип кадра используется для определенных целей. Кадры третьего и четвертого типа передаются CAN- узлом автоматически. Наполнение информацией кадров первого и второго типа определяется проектировщиком системы.

CAN v2.0 A/B. Версия А характеризуется тем, что в формате передачи данных используется 11-разрядный, идентификатор.

Версия В использует идентификаторы 11 и 29 бит.

Параметры:

- стандарт ISO 11898;

- скорость до 1 Мбит/сек;

- расстояние до 1000 м;

- полудуплексный режим.

7) Автоматизированные системы. Стадии создания. Цель и назначение.

Стадии и этапы создания АС

Стадии. Этапы работ.

Автоматизимрованная системма (АС) -- это организованная совокупность средств, методов и мероприятий, используемых для регулярной обработки информации для решения задачи. Главной целью создания АС является не упрощение, но категоризация и стандартизация автоматизируемого процесса, что позволяет обеспечивать стабильность работы системы, прозрачность её контроля и анализа слабых мест и основания для её развития либо свёртывания (списания, замены). Главным документом, определяющим характеристики работающей и способной к развитию АС является Техническое задание на автоматизированную систему.

1. Формирование требований к АС

1.1 Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС.

На этапе 1.1. "Обследование объекта и обоснование необходимости создания в АС" общем случае проводят:

а) сбор данных об объекте автоматизации и осуществляемых видах деятельности;

б) оценку качества функционирования объекта и осуществляемых видах деятельности, выявление проблем, решение которых возможно средствами автоматизации;

в) оценку (технико-экономической, социальной и т.д.) целесообразности создания АС.

1.2 Формирование требований пользователя к АС

На этапе 1.2. "Формирование требований пользователя к АС" проводят:

а) подготовку исходных данных для формирования требований АС (характеристика объекта автоматизации, описание требований к системе, ограничения допустимых затрат на разработку, ввод в действие и эксплуатацию, эффект, ожидаемый от системы, условия создания и функционирования системы);

б) формулировку и оформление требований пользователя к АС.

2. Разработка концепции АС

2.1 Изучение объекта

2.2 Проведение необходимых научно-исследовательских работ

На этапах 2.1. "Изучение объекта" и 2.2. "Проведение научно-исследовательских работ" организация-разработчик проводит детальное изучение объекта автоматизации и необходимые научно-исследовательские работы (НИР), связанные с поиском путей и оценкой возможности реализации требований пользователя, оформляют и утверждают отчёты о НИР.

2.3 Разработка вариантов концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователя.

На этапе 2.3 "Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователя" в общем случае, проводят:

а) разработку альтернативных вариантов концепции создаваемой АС и планов их реализации;

б) оценку необходимых ресурсов на их реализацию и обеспечение функционирования;

в) оценку преимуществ и недостатков каждого варианта;

г определение порядка оценки качества и условий приёмки системы;

д) оценку эффектов, получаемых от системы.

3. Техническое задание

3.1 Разработка и утверждение технического задания на создание АС

На этапе 3.1. "Разработка и утверждение технического задания на создание АС" проводят разработку, оформление, согласование и утверждение технического задания на АС и, при необходимости, технических заданий на части АС.

4.1 "Разработка предварительных проектных решений по системе и её частям"

На этапе 4.1. "Разработка предварительных проектных решений по системе и её частям" определяются: функции АС; функции подсистем, их цели и эффекты; состав комплексов задач и отдельных задач; концепция информационной базы, её укрупнённая структура; функции системы управления базой данных; состав вычислительной системы; функции и параметры основных программных средств.

5. Технический проект

5.1 Разработка проектных решений по системе и её частям

На этапе 5.1. "Разработка проектных решений по системе и её частям" обеспечивает разработку общих решений по системе и её частям, функционально-алгоритмической структуре системы, по функциям персонала и организационной структуре, по структуре технических средств, по алгоритмам решения задач и применяемым языкам, по организации и ведению информационной базы, системе классификации и кодирования информации, по программному обеспечению.

5.2 Разработка документации на АС и её части

На этапах 4.2. и 5.2. "Разработка документации на АС и её части" проводят разработку, оформление, согласование и утверждение документации в объёме, необходимом для описания полной совокупности принятых проектных решений и достаточном для дальнейшего выполнения работ по созданию АС. Виды документов - по ГОСТ 34.201.

5.3 Разработка и оформление документации на поставку изделий для комплектования АС и (или) технических требований (технических заданий) на их разработку.

На этапе 5.3. "Разработка и оформление документации на поставку изделий для комплектования АС и (или) технических требований (технических заданий) на их разработку" проводят: подготовку и оформление документации на поставку изделий для комплектования АС; определение технических требований и составление ТЗ на разработку изделий, не изготовляемых серийно.

5.4 Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта объекта автоматизации

На этапе 5.4 "Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта объекта автоматизации" осуществляют разработку, оформление, согласование и утверждение заданий на проектирование в смежных частях проекта объекта автоматизации для проведения строительных, электротехнических, санитарно-технических и других подготовительных работ, связанных с созданием АС.

6. Рабочая документация

6.1 Разработка рабочей документации на систему и её части

На этапе 6.1 "Разработка рабочей документации на систему и её части" осуществляют разработку рабочей документации, содержащей все необходимые и достаточные сведения для обеспечения выполнения работ по вводу АС в действие и её эксплуатации, а также для поддержания уровня эксплуатационных характеристик (качества) системы в соответствии с принятыми проектными решениями, её оформление, согласование и утверждение. Виды документов по ГОСТ 34.201.

6.2 Разработка или адаптация программ

На этапе 6.2 "Разработка или адаптация программ" проводят разработку программ и программных средств системы, выбор, адаптацию и (или) привязку приобретаемых программных средств, разработку программной документации в соответствии с ГОСТ 19.101.

8) Функционально-системный подход к проектированию

микропроцессорных систем

Задачи, проблемы возникают в процессе практической деятельности. Эффективность того или иного процесса определяется через критерии эффективности.

1. Наличие проблемы. Изучение проблемы. Определение состояния проблемы (направленный, целевой мониторинг). Например, выявлено низкое качество остаточных знаний студентов.

Возникает вопрос, как изменить ситуацию, как разрешить проблему (анализ, аудит).

Анализ ситуации и выявление причин возникновения данной проблемы.

Предлагаются (разрабатываются) различные общие и частные подходы к решению проблемы:

Контроль посещаемости;

Контрольные проверки знаний;

Улучшение методического и информационного обеспечения;

Организация дополнительных консультаций;

Аттестация преподавателей и повышение их квалификации. Это все принципы, возможные подходы к решению проблемы.

3. Из всестороннего анализа возможных подходов строится общая концепция, обеспечивающая решение проблемы.

Формируется техническое задание на разрабатываемую систему.

Определяется назначение системы.

Таким образом, устанавливаются укрупненные функции, т.е. задачи, которые должна будет выполнять разрабатываемая система.

Формируются цели создания системы. Разрабатываются обобщенные критерии эффективности работы системы, т.е. целевые показатели, по которым оценивается результативность, эффективность работы системы в целом.

Формируется перечень функций, задач, реализуемых системой.

Разрабатывается обобщенный алгоритм функционирования системы.

Определяется обобщенная структура системы:

- совокупность блоков, реализующих отдельные задачи;

- входные, выходные и управляющие информационные потоки для каждого блока;

источники и приемники информации для каждого блока;

связи, определяющие функциональную зависимость между блоками.

Определяются возможные варианты реализации (аппаратный, программный, комбинированный). Оцениваются перспективы использования готовых информационных продуктов и аппаратных средств.

Выбирается вариант реализации с оценкой достоинств и недостатков каждого из вариантов по заранее выбранному набору критериев.

Осуществляется привязка к стандартным интерфейсам и протоколам обмена информацией. Учитываются требования Гостов и международных стандартов.

Строится математическая и информационная модели проектируемой системы.

Проверяется правильность функционирования модели.

Осуществляется корректировка модели.

Выполняется итерационная процедура для отдельных задач и блоков по пунктам 7-15. Детализируется структура каждого блока, определяется необходимость в новых блоках и связях, учитываются временные характеристики и временные диаграммы реализации каждой задачи, подзадачи и т.д. Процесс завершается по достижении определенного уровня детализации, обеспечивающего практическую возможность реализации системы на аппаратном или программном уровне.

Разработка прототипа системы.

Испытание прототипа.

Разработка автоматизированной системы.

Пункты 17-18 и 18-19 выполняются с использованием итерационной процедуры.

Структура контроллера типа М-167

Контроллеры серий CS, M, 167х разработаны на базе нового поколения микропроцессоров фирм Infineon (Siemens) - C16x и STMicroelectronics (Thomson) - ST10x, ядром которых является RISC-процессор с мощной периферией и гибкой системой команд.

В состав периферии микропроцессоров входит большое количество гибко конфигурируемых таймеров, аналого-цифровые преобразователи, блоки обработки импульсных сигналов, параллельные и последовательные порты, контроллеры событий, сетевые интерфейсы.

Микроконтроллеры С166, C167, C164, ST10 содержат в своем составе специальные блоки, позволяющие управлять ключевыми и мостовыми схемами на базе современных силовых полупроводниковых устройств (тиристоры (полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния: закрытое состояние, то есть состояние низкой проводимости, и открытое состояние, то есть состояние высокой проводимости), MOSFET (Метал Оксид Полупроводник (МОП) полевой транзистор), IGBT транзисторы(биполярные транзисторы с изолированным затвором)), что дает возможность строить цифровые системы управления реального времени:

· системы управления двигателями различных типов (синхронных, асинхронных, шаговых, постоянного тока, вентильных и т.д.),

· цифровые фильтры и корректоры,

· следящие системы,

· мощные источники питания, генерирующие многофазные напряжения различной формы,

· цифровые системы управления и синхронизации энергетических объектов,

· распределенные системы автоматики.

· Блок РЕС (Событийный контроллер) предназначен для пересылки данных (до 254 байт или слов) между различными периферийными устройствами или различными областями памяти. Пересылка данных осуществляется без участия основного процессора (занимает один цикл внутренней шины микроконтроллера). Возможны варианты пересылок данных: память-память, последовательный порт-память, память-последовательный порт, порт-порт, порт-память, АЦП-память и т.д.

· 16-разрядный блок Захват/Cравнение (Capture/Compare) (разрешение по длительности 400 нс) позволяет генерировать последовательности различных импульсных сигналов или измерять их параметры. Так, например, можно сформировать 16 каналов ШИМ для С166 (28 каналов для С167) с разрешением 400 нс и 4 канала с разрешением 50 нс (каждый канал при этом является независимым генератором ШИМ) или 8 каналов формирования импульсов с различной длительностью и фазой. Если нужно изменить параметры ШИМ сигнала или длительность, фазу импульсов (режим генерации импульсов) на одном из выходов, то достаточно записать в регистры канала значение скважности или параметры импульсов.

· При пересылке данных PEC контроллером в блок "Захват/Сравнение" на выходе контроллера формируется сигнал, промодулированный амплитудными значениями функции, находящейся в памяти. Если в памяти находятся значения синусоидальной функции, то выходной сигнал ШИМ будет промодулирован синусоидой. Настраивая каналы PEC на пересылку в разные регистры блока "Захват/Сравнение", можно генерировать многофазные последовательности сигналов различной формы.

· Блоки таймеров содержат от пяти до девяти 16-разрядных таймеров с разрешением 200 и 400 нс. Таймеры можно конфигурировать программно, создавая различные их комбинации для обработки или формирования временных интервалов внутренних и внешних сигналов микроконтроллера.

· Мощная система обработки прерываний (до 56 уровней), возможность задания группового приоритета. Операции умножения и деления прерываемы, что обеспечивает быструю реакцию на прерывание (500 нс - max) при цифровой обработке сигналов. Командой "Переключение контекста" можно переключать регистры микроконтроллера за один машинный цикл (80-100 нс), что позволяет дополнительно увеличить скорость обработки прерываний. Банки регистров размещаются во внутреннем ОЗУ микроконтроллера.

· Контроллер внешней шины микропроцессоров позволяет изменять тип внешней шины, её разрядность, длительность циклов записи и чтения, длительность сигналов стробирования внешних устройств.

· Стартовый загрузчик позволяет загружать исполняемые программы во внутреннее или внешнее ОЗУ через последовательный порт микропроцессоров, что дает возможность строить распределенные системы с изменяемой конфигурацией и дает возможность легко отлаживать программы.

· Имеется возможность выполнения программ из внутреннего ОЗУ микроконтроллера, что позволяет тестировать из внутренней памяти любые внешние устройства, например ОЗУ и ПЗУ.

· Каждый микроконтроллер содержит не менее одного последовательного порта (скорость передачи в асинхронном режиме до 600 Кбит/с).

· Микроконтроллеры C167C, C164CI содержат в своем составе сетевой контроллер CAN (спецификация 2.0В) со скоростью передачи до 1 Мбит/с. CAN-интерфейс позволяет с минимумом затрат создавать сложные распределенные системы реального времени.

Применение подобных изделий в электроприводах или других цифровых системах управления позволяет существенно сократить количество электронных узлов или блоков, например, oт трех до пяти периферийных плат, включая процессор обычного PC-компьютера.

Микроконтроллер (МК) представляет собой большую интегральную схему (БИС), собранную на одном полупроводниковом кристалле и объединяющую основные функциональные блоки, позволяющие производить сбор и обработку информации о текущем состоянии технологического оборудования с последующей выработкой сигналов.

Структурная схема МК как составная часть ПК (промышленный контроллер) представлена на рисунке ниже.

Рис.

В нее входят следующие устройства:

ГТИ - генератор тактовых импульсов - формирование многофазной последовательности импульсов, обеспечивающих тактирование работы МК и внешних магистралей;

ЦП - центральный процессор -основные логические и математические операции над информацией;

АЦП - Аналого-цифровой преобразователь - преобразует аналоговые электрические сигналы, поступающие с соответствующих датчиков физических величин технологического оборудования, в цифровую форму;

КП - Контроллер прерываний - служит для реализации различных дисциплин обслуживания источников информации;

К ШИМ - каналы широтно-импульсной модуляции - плавное изменение напряжения или тока на нагрузке, за счет подачи на нее последовательности импульсовс различной частотой и длительностью;

В ОЗУ - Внутреннее оперативное запоминающее устройство - временное хранение промежуточных результатов обработки информации и отлаживаемых управляющих программ. В нем также располагаются некоторые устройства ЦП;

ПКС - последовательный канал связи - соединяет МК с персональным компьютером в режиме ввода и отладки управляющей программы;

CAN-контроллер - обеспечивает подключение ПК к локальной вычислительной сети (ЛВС);

БТ - блок таймеров - обеспечивает работу МК в реальном масштабе времени;

КСШ - контроллер системной шины - связь с внешними шинами и внешней памятью;

МКШ - внутренняя шина МК - включающая совмещенную системную шину адреса, данных и управления, обеспечивает информационную связь между всеми устройствами МК;

ШПК - Шина ПК - дает возможность обеспечить связь МК с технологическим оборудованием и внешней памятью;

РП - разъемы пользователя - представляют собой устройства для подсоединения электрических линий связи ПК с технологическим оборудованием;

ВП - внешняя память - расширение функциональных возможностей МК;

ТО - Технологическое оборудование.

Господа, не путайтесь! Сокращение ПК в данной шпоре - промышленный контроллер!!!

Размещено на Allbest.ru