Введение

1. Описание автоматизированного технологического комплекса

2. Описание используемых микросхем

2.7 Дешифратор К155ИД3

3. Распределение адресного пространства микропроцессора. Разработка карты памяти

4. Разработка алгоритмов и фрагментов текста программы управления АТК

Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из основных направлений научно-технического прогресса.

Непрерывное повышение степени интеграции элементов на кристалле и их быстродействие позволили создать новый класс микросхем - микропроцессоры, являющиеся удачной реализацией изделий вычислительной техники на базе полупроводниковой технологии. Отдельный класс микропроцессорных систем (МС) представляют однокристальные микроЭВМ - однокристальные микроконтроллеры. Интеграция всех составных частей МС (центрального процессора, памяти, подсистемы ввода - вывода, средств поддержки времени) привела к ряду ограничений на принципы ее организации, потребовала развития архитектуры в направлении, не свойственном для многокристальных компоновок.

Однокристальные (однокорпусные) микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполнение в виде БИС, и включающие в себя все составные части многокристальных ЭВМ: микропроцессор, память программ память данных, а также программируемые интерфейсные схемы для связи с внешней средой. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости (во многих применениях система может состоять только из одной БИС микроконтроллера), что микроконтроллерам, видимо, нет разумной альтернативной элементной базы для построения управляющих и/или регулируемых систем. К настоящему времени более двух третей мирового рынка микропроцессорных средств составляют именно однокристальные микроконтроллеры.

Микроконтроллер имеет незначительную емкость памяти, физическое и логическое разделение памяти программ (ПЗУ) и памяти данных (ОЗУ), упрощенную и ориентированную на задачи управления систему команд, примитивные методы адресации команд и данных, а также специфическую организацию ввода/вывода информации предопределяющие область их использования, в качестве специализированных вычислителей, включенных в контур управления объектом и процессом. Структурная организация, набор команд и аппаратурно-программные средства ввода/вывода информации микроконтроллеров лучше всего приспособлены для решения задач управления и регулирования в приборах, устройствах и системах автоматики, а не для решения задач обработки данных.

1. Описание автоматизированного технологического комплекса

Устройство для двухсторонней тампонной печати

Тампопечать достаточно часто выполняется вручную на рабочем месте. Поэтому автоматизация этого процесса всегда дает значительный эффект. Кроме того, повышается равномерность нанесения краски на отпечаток. Чтобы получить высокое качество отпечатка, необходимо краску быстро перенести с клише на изделие. Для печати часто требуются усилия, которые превышают 1000 Н, в нашем примере уже окрашенное с одной стороны изделие перемещается между губками захвата, которые зажимают изделие, поднимают его над транспортером, переворачивают и опять укладывают на транспортер. При печати на очередном изделии захват переворачивается в обратную сторону. На следующей позиции печать повторяется. На позиции печати изделие снимается с транспортера, чтобы не перегружать его. При двухкрасочной печати точность позиционирования должна быть выше ±0,01 мм.

Устройство для двухсторонней тампонной печати

Схема конструкции представлена на рисунке. Он состоит из следующих основных узлов: 1 тампоштемпель, 2 клише, 3 заготовка, 4 фиксатор, 5 тактовый транспортер, 6 поворотный цилиндр, 7 переходная плита, 8 модуль подъема.

Система управления должна осуществлять опрос датчиков, выдачу команд на приводы движения элементов РТК, обрабатывать прерывания от датчиков критических состояний, контролировать время выполнения операций и обеспечивать возможность контроля состояния с удаленного терминала, таким образом, обеспечивая надежную работу РТК.

Система управления РТК должна обеспечить следующую последовательность действий:

1. окрасить изделие;

2. захват изделия;

3. Переворот изделия

4. укладка изделия обратно на транспортер

Для обеспечения заданного цикла каждая единица технического оборудования должна обладать определенным количеством и типом управляющих и информационных сигналов.

Для контроля и регулирования давления прижима тампона к поверхности необходим один аналоговый вход.

Для управления движениями РТК необходимо 8 управляющих команд:

1 - подать деталь в рабочую позицию

2 - сдвинуть транспортер на шаг вперед

3-- зажать / разжать схват;

4-- переместить руку робота вверх / вниз;

5-- переместить тампоштемпель к транспортеру / к клише

6-- поднять / опустить тампоштемпель

7-- повернуть схват по часовой стрелке на 180°;

8-- повернуть схват против часовой стрелки на 180°;

Для контроля за работой РТК необходимо 6 информационных сигналов положения робота в пространстве:

1 - пуск /стоп

2-- состояние схвата;

3-- положение руки робота вверх;

4-- положение тампоштемпеля по горизонтали

5-- положение тампоштемпеля по вертикали

6-- положение схвата против часовой стрелки на 180°;

При нажатии кнопки «Стоп» робототехнический комплекс заканчивает обработку текущей детали и возвращается в исходное положение. Работу продолжит только после нажатия кнопки «Старт».

В общей сложности для контроля роботы робототехнического комплекса необходимо 6 дискретных информационных сигналов и один аналоговый. Для управления робототехническим комплексом необходимо 8 дискретных управляющих команд.

Поскольку автоматизированный процесс не является сложным в качестве реализующих схемотехнических элементов выбраны следующие микросхемы: микропроцессор КР580ИК80А, аналого-цифровой преобразователь - К1113ПВ1, программируемый таймер КР580ВИ53, программируемый последовательный интерфейс КР580ВВ51, дешифратор/демультиплексор К555ИД7, дешифратор К155ИД3, программируемый параллельный интерфейс КР580ВВ55, мультиплексор К155КП1.

2. Описание используемых микросхем

2.1 Программируемый параллельный интерфейс КР580ВВ55

Программируемый параллельный интерфейс КР580ВВ55 (условное обозначение).

Программируемый параллельный интерфейс (ППИ) серии КР580ВВ55 может быть использован для реализации программно управляемого обмена между микропроцессором и различными внешними устройствами, такими как клавиатура, информационные преобразователи, индикатор. На рисунке приведено условное обозначение на электрической схеме. Функциональное назначение выводов показано в таблице. Формат регистра управляющего слова представлен в таблице. микропроцессор программа интерфейс

Формат регистра управляющего слова ППИ

Режим работы каждого канала ППИ программируется с помощью управляющего слова (УС) которое может задать три режима:

- режим 0 ( основной режим ввода/вывода)

- режим 1 ( стробируемый ввод/вывод)

- режим 2 ( режим двунаправленной передачи данных)

Одним УС можно задать различные режимы работы для всех каналов ППИ. Канал A может работать в любом режиме, канал B в режимах 0 и 1, канал C может работать на передачу только в режиме 0, а в остальных режимах служит для обеспечения процесса обмена данными по каналам A и B.

Функциональное назначение выводов ППИ

2.2 Программируемый таймер КР580ВИ53

Программируемый таймер КР580ВИ53 (условное обозначение).

Таймер КР580ВИ53 представляет из себя программируемый таймер-счетчик который вырабатывает временные картины. Каждый из трех каналов программируется и работает независимо друг от друга. Длительность интервала временной картины задается программно в двоичной или двоично-десятичной форме.

Каждый канал может работать в одном из шести режимов:

1 - выдача сигнала прерывания по счету до конечного числа;

2 - программируемый ждущий одновибратор;

3 - генератор тактовых импульсов;

4 - генератор прямых импульсов;

5 - реализация программно-управляемого строба;

6 - реализация схемотехнически управляемого строба.

Работа таймера тактируется сигналами внешнего генератора с частотой 2 МГц.

Процесс формирования временных интервалов в каждом канале управляется внешним сигналом который подается на вход разрешения работы каналов.

Формат управляющего слова (УС) таймера представлен в таблице, функциональное назначение выводов в таблице. При программировании каналов при помощи УС каждый канал программируется отдельно.

Формат управляющего слова таймера

Функциональное назначение выводов таймера

2.3 Программируемый последовательный интерфейс КР580ВВ51

Программируемый последовательный интерфейс КР580ВВ51 (условное обозначение).

Для реализации обмена данными в последовательном формате используется микросхема КР580ВВ51. Она применяется для организации двунаправленного обмена данными в последовательном коде. Для обеспечения передачи необходимо чтобы две микросхемы стояли на входе и на выходе. Микросхема может работать в пяти режимах:

- асинхронный прием;

- асинхронная передача;

- синхронный прием с внутренней синхронизацией;

- синхронная передача;

- синхронный прием с внешней синхронизацией;

Скорость обмена: 56 кбит/с - при синхронном режиме

9,6 кбит/с - при асинхронном

Длина передачи: 5-8 бит

Функциональное назначение выводов микросхемы представлено в таблице.

Функциональное назначение выводов УСАПП

Сразу после начальной установки необходимо задать режим работы УСАПП путем подачи на него управляющего слова (УС).

УС бывают двух видов :

- инструкция режима;

- команда.

Формат инструкции режима представлен в таблице

Формат инструкции режима УСАПП

Команды подаются на УСАПП после инструкции режима и позволяют управлять конкретными операциями. Формат команды представлен в таблице.

Формат команды УСАПП

Для контроля состояния УСАПП в процессе обмена данными используется слово-состояние которое можно считать командой ввода из внутреннего регистра состояний УСАПП. Формат слова-состояния представлен в таблице.

Формат команды УСАПП

2.4 Дешифратор К555ИД7

Дешифратор используется для выбора микросхем с которыми будет производится диалог. Его условное обозначение на электрической схеме указано на рисунке. Принцип действия дешифратора К555ИД7 иллюстрируется таблицей.

Дешифратор К555ИД7 (условное обозначение).

Таблица активизированных выходов

В режиме демультиплексирования адресный код подают на входы 1,2,4, а один из входов S используют как информационный. При этом, на два других разрешающих входа подают логические уровни, при которых выполняется равенство S1&S2&S3=1, в предположении, что на произвольно выбранном информационном входе установлена логическая «1». Функциональное назначение выводов микросхемы представлено в таблице.

Функциональное назначение выводов К555ИД7

2.5 Триггер К155ТМ2

Триггер К155ТМ2 (условное обозначение).

Микросхема К155ТМ2 является двумя RS-триггерами с инверсными выходами входами. Может использоваться в качестве запоминающего элемента (к примеру для запоминания выходного сигнала от выхода дешифратора). Условное обозначение показано на рисунке, зависимость выхода от состояния входов представлена в таблице, функциональное назначение выводов представлено в таблице.

Зависимость выхода от состояния входов триггера

Функциональное назначение выводов

2.6 Аналого-цифровой преобразователь КР1113ПВ1

Аналого-цифровой преобразователь КР1113ПВ1 (условное обозначение)

Аналого-цифровой преобразователь КР1113ПВ1 предназначен для перевода аналогового сигнала в цифровой код. Степень точности преобразования зависит от разрядности самого АЦП. На рисунке приведено условное обозначение на электрической схеме. Функциональное назначение выводов показано в таблице.

Функциональное назначение выводов АЦП

2.7 Дешифратор К155ИД3

Дешифратор К155ИД3 (условное обозначение)

Микросхема является дешифратором с 16-ю инверсными выходами. Принцип работы следующий - на выходе код номера которого подается на входы 1, 2, 4, 8 формируется 0 при условии наличия нулевых уровней напряжения на разрешающих входах W1 и W2.

Условное изображение изображено на рисунке, функциональное назначение выводов приведено в таблице.

Функциональное назначение выводов дешифратора

2.8 Мультиплексор К155КП1

Мультиплексор К155КП1 (условное обозначение)

Микросхема является мультиплексором с 16-ю прямыми входами и инверсным выходом. Принцип работы следующий - на выходе мультиплексора Y формируется единица если на входе код номера которого подается на входы 1, 2, 4, 8 присутствует единица при условии наличия нулевого уровня напряжения на разрешающем входе A.

Условное изображение изображено на рисунке, функциональное назначение выводов приведено в таблице.

Функциональное назначение выводов дешифратора

3. Распределение адресного пространства микропроцессора. Разработка карты памяти

Распределение адресного пространства микропроцессора (карта памяти) представлена в таблице. В таблице приведены адреса ячеек памяти ПЗУ и ОЗУ и адреса интерфейсных БИС.

Карта памяти

4. Разработка алгоритмов и фрагментов текста программы управления АТК

4.1 Выдача дискретной команды

К примеру осуществим выдачу команды 4. Линия по которой производится выдача команды подключена к триггеру DD11.2 который своими входами S и R подключен к выходам 7 и 8 дешифратора DD7 который подключен к ППИ DD3. Для того чтобы выдать единичный сигнал необходимо подать 0 на выход 6 дешифратора. Для этого необходимо на входах дешифратора сформировать код номера выхода плюс 1 и подать 0 на разрешающий вход W1. Графический алгоритм фрагмента программы изображен на рисунке. Тест программы представлен в таблице.

Графический алгоритм фрагмента программы

Текст программы

4.2 Прием дискретного сигнала от датчика

Дискретные датчики подключены к ППИ DD3 через мультиплексор DD9. Прием сигналов от мультиплексора осуществляется по линии подключенной к выходу PC0 ППИ. К примеру необходимо принять сигнал от 6-го датчика который подключен ко входу 5 мультиплексора DD9. Для этого необходимо на входах 1, 2, 4, 8 мультиплексора сформировать двоичный код номера входа, с которого нужно принять информацию и подать 0 на разрешающий вход A.

Графический алгоритм фрагмента программы изображен на рисунке. Текст программы представлен в таблице.

Графический алгоритм фрагмента программы

Текст программы

4.3 Прием сигнала от аналогового датчика

Прием аналоговых сигналов осуществляется при помощи АЦП DD5 подключенного к ППИ DD4. Для приема аналогового сигнала необходимо перевести АЦП в режим преобразования.

Графический алгоритм фрагмента программы изображен на рисунке. Тест программы представлен в таблице.

Графический алгоритм фрагмента программы

Текст программы

4.4 Настройка интерфейсов

Фрагменты программ необходимые для настройки интерфейсов приведены в таблицах.

Текст программы настройки таймера (DD1)

Текст программы настройки УСАПП (DD2)

Текст программы настройки ППИ (DD3)

Текст программы настройки ППИ (DD4)

Библиографический список

1. Хвощ А.В. Микропроцессоры и микроЭВМ в автоматических системах управления. - М.: Энергоатомиздат, 1990

2. П.В. Нестеров, В.Ф. Шаньгин и др. Микропроцессоры. - М.: Высш. шк., 1986

3. Интегральные микросхемы: Справочник/ Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; под ред. Б.В. Тарабрина. - 2-е изд., испр. - М.: Энергоатомиздат, 1985

Размещено на Allbest.ru