Проектирование системы программного управления (МП Intel 8080)
Проект микропроцессорной системы программного управления фрезерным станком. Разработка структурной и принципиальной схем микропроцессорной системы сбора данных с узла обезвоживания. Блок-схема алгоритма работы программы. Расчет потребляемой мощности.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.07.2012 |
| Размер файла | 133,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
14
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
"ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
ИНСТИТУТ КИБЕРНЕТИКИ, ИНФОРМАТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра Кибернетических систем
специальность 220201 "Управление и информатика в технических системах"
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе
по дисциплине: "Проектирование микропроцессорных систем автоматизации"
на тему: "Проектирование системы программного управления (МП Intel 8080)"
Выполнил ст. гр. УИТС-08-1, Петрова Д.С.
Проверил ассистент кафедры Евстропов С.О.
Тюмень 2012
Задание на курсовое проектирование
Проектирование микропроцессорной системы программного управления фрезерным станком.
Разработать структурную и принципиальную схемы микропроцессорной системы сбора данных на основе микропроцессора КР580ВМ80А. Предусмотреть остановку системы после 20 часов работы.
Размер ОЗУ 6 Кб. Размер ПЗУ 18 Кбайт.
Реферат
Пояснительная записка к курсовой работе содержит 19 страниц машинописного текста, 3 приложения, 2 таблицы и список использованных источников из 7-ми наименований.
ФРЕЗЕРНЫЙ СТАНОК, МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА, МИКРОПРОЦЕССОР, ГЕНЕРАТОР ТАКТОВЫХ ИМПУЛЬСОВ, ШИННЫЙ ФОРМИРОВАТЕЛЬ, ОПЕРАТИВНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ПОСТОЯННОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ТАЙМЕР, ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ.
Объектом исследования является микропроцессорная система программного управления фрезерным станком.
Цель работы: разработать структурную и принципиальную схемы микропроцессорной системы сбора данных с узла обезвоживания.
В результате работы разработаны принципиальная, структурная и функциональная схемы вышеназванной микропроцессорной системы.
Область применения: разработанное устройство может применяться для управления фрезерным станком. Также система может быть расширена и применена на другом станке с ЧПУ.
Содержание
- Задание на курсовое проектирование
- Реферат
- Введение
- 1. Объект управления
- 1.1 Фрезерование
- 1.2 Числовое программное управление
- 2. Разработка микропроцессорной системы
- 2.1 Разработка структурной схемы микропроцессорной системы
- 2.2 Разработка принципиальной схемы микропроцессорной системы
- 2.3 Разработка блок-схемы алгоритма работы программы
- 3. Расчет потребляемой мощности
- Заключение
- Список использованных источников
- Приложение А
- Приложение Б
Введение
Достигнутые к началу 70-х гг. успехи в области технологии интегральных микросхем и организации вычислительных устройств привели к появлению нового класса приборов - микропроцессоров. Сегодня микропроцессорная техника - индустриальная отрасль со своей методологией и средствами проектирования.
Микропроцессорные БИС относятся к новому классу микросхем, одной из особенностей которого является возможность программного управления работой БИС с помощью определенного набора команд. Эта особенность нашла отражение в программно-аппаратном принципе построения микропроцессорных систем (МС) - цифровых устройств или систем обработки данных, контроля и управления, построенных на базе одного или нескольких микропроцессоров (МП) [1].
микропроцессорная система принципиальная схема
1. Объект управления
1.1 Фрезерование
Фрезерование поверхностей заключается в снятии стружки вращающимися многолезвийными инструментами - фрезами, режущие кромки зубьев которых находятся в прерывистом контакте с обрабатываемым материалом.
Различают следующие основные виды фрезерования:
1) осевое цилиндрическое фрезерование цилиндрическими, дисковыми и концевыми фрезами;
2) торцовое фрезерование торцовыми, дисковыми и концевыми фрезами;
3) двустороннее фрезерование дисковыми, концевыми и торцовыми фрезами;
4) трехстороннее фрезерование концевыми и шпоночными фрезами;
5) комбинированное фрезерование наборами фрез;
6) фасонное фрезерование фасонными цилиндрическими и концевыми фрезами.
Фрезерование применяют для обработки поверхностей различных форм (плоскостей, фасонных поверхностей и др.).
Чаще всего фрезерованием обрабатывают плоскости. Для этой цели применяют цилиндрические или торцовые фрезы.
Первые бывают с прямыми или с винтовыми зубьями.
При применении фрез последнего вида фрезерование протекает более плавно и спокойно вследствие постепенного врезания зубьев в металл.
Торцовые фрезы подразделяются на хвостовые и насадные. Последние при их значительных размерах делают с вставными зубьями, что позволяет расходовать меньше дорогих инструментальных сталей и заменять, в случае надобности, отдельные зубья фрезы, корпус которой делается из относительно дешевой стали.
Для фрезерования пазов применяют дисковые, а также концевые цилиндрические фрезы. Дисковые фрезы подразделяются на следующие виды: двусторонние, трехсторонние и пазовые. Первые имеют зубья на периферии и на одном из торцов; вторые, кроме того, и на втором торце [2].
Регулируемые трехсторонние фрезы состоят из двух половин, между которыми помещают прокладки для регулировки толщины фрезы, уменьшающейся после ее заточки.
Пазовые фрезы имеют зубья только на периферии. Концевые "пальцевые" цилиндрические фрезы применяют в тех случаях, когда по каким-либо причинам дисковыми фрезами нельзя обрабатывать: фрезерование пазов дисковыми, более жесткими, фрезами производительнее, чем концевыми.
Для фрезерования углублений, канавок, фасонных поверхностей применяют угловые фасонные фрезы, которые могут быть насадными и хвостовыми.
Существуют также особые фрезы для нарезания зубчатых профилей, нарезания резьб и др.
1.2 Числовое программное управление
Числовое программное управление станком - управление обработкой заготовки на станке по управляющей программе, в которой данные заданы в цифровой форме. Совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих технических и программных средств, обеспечивающих числовое программное управление станком, называют системой числового программного управления.
Числовое программное управление станками по технологическим признакам подразделяют на позиционное, контурное, адаптивное и групповое.
Позиционное управление - числовое программное управление станком, при котором перемещение его рабочих органов происходит в заданные точки, причем траектории перемещения не задаются. Такое управление применяют в основном в сверлильных и расточных станках для обработки плоских и корпусных деталей с большим числом отверстий.
Контурное управление - числовое программное управление станком, при котором перемещение его рабочих органов происходит по заданной траектории и с заданной скоростью для получения необходимого контура обработки. ЧПУ для контурной обработки позволяет осуществлять непрерывное управление скоростями рабочих движений инструмента относительно заготовки и обеспечивает их заданные положения в каждый момент времени в соответствии с профилем детали, т.е. обеспечивает автоматический обход режущего инструмента по заданному контуру детали. Для обработки плоских деталей используют системы контурной двухкоординатной, а для объемных деталей - трехкоординатной обработки.
Адаптивное управление - числовое программное управление, при котором обеспечивается автоматическое приспособление процесса обработки заготовки к изменяющимся условиям обработки по определенным критериям.
Групповое управление - числовое программное управление группой станков от ЭВМ, имеющей общую память для хранения управляющих программ, распределяемых по запросам от станков.
В современных контурных системах ЧПУ команды на перемещение рабочих органов выдаются дискретно, в виде единичных кратковременных управляющих воздействий (управляющих импульсов). Интерполятор обеспечивает такое распределение во времени поступающих импульсов между приводами подач, при котором инструмент перемещается с максимальным приближением к заданной прямой (при линейной интерполяции) или к дуге окружности (при круговой интерполяции) с определенными шагами. Минимальное перемещение или угол поворота рабочего органа станка, контролируемое в процессе управления, называют дискретностью отработки перемещений.
При разработке программ для станков с линейными интерполяторами криволинейный контур, заданный на чертеже, заменяют ломаной линией. Такую замену называют аппроксимацией контура. При аппроксимации точки ломаной должны как можно меньше отклоняться от заданного контура. Однако уменьшение этих отклонений приводит к увеличению числа опорных точек, а следовательно, к возрастанию объема вычислений по определению их координат.
2. Разработка микропроцессорной системы
2.1 Разработка структурной схемы микропроцессорной системы
Структурная схема системы представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Структурная схема микропроцессорной системы
Микропроцессорная система (МПС) состоит из следующих блоков: генератора (Г), микропроцессора (МП), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), параллельного программируемого интерфейса (ППИ), цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) программируемого таймера (ПТ), программируемого контроллера прерываний (ПКП).
Генератор (Г) служит для формирования сигналов сброса системы и синхронизации.
МП формирует шину адреса (ША) и шину данных (ШД).
ОЗУ предназначено для хранения промежуточных данных.
ПЗУ предназначена для хранения кода программы и различных констант.
ППИ предназначено для подключения внешних устройств и дискретных датчиков.
ЦАП предназначен для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал.
ПТ предназначен для отсчета определенного интервала времени.
ПКП предназначен для обработки прерываний.
2.2 Разработка принципиальной схемы микропроцессорной системы
Принципиальная схема микропроцессорной системы представлена в приложении А.
Центральным компонентом микропроцессорной системы является микропроцессор DD2 КР580ВМ80А.
Генератор DD1 служит для синхронизации микропроцессорной системы. Для формирования сигнала синхронизации к его входам XTAL1 и XTAL2 подключен кварцевый резонатор.
Для реализации автоматического сброса по включению питания поставлена дифференцирующая цепочка C1-R2, выход которой подключен к входу RESIN генератора DD1. Вход цепочки подключен к напряжению питания Ucc. При включении питания на выходе дифференцирующей цепи появляется короткая логическая единица.
Для повышения нагрузочной способности адресных лини используются микросхемы шинных формирователей DD3 и DD4. Так как управлять направлением передачи нет необходимости (микропроцессор только выдает сигнал на адресные линии), то на вход управления направлением передачи T подается уровень логической единицы. Чтобы разрешить выдачу адреса постоянно, на вход подается уровень логического нуля.
Для буферирования шины данных используется системный контроллер DD6, который осуществляет автоматический контроль направления передачи данных. Это же устройство генерирует в нужные моменты времени сигналы управления (чтение из памяти) и (запись в память). Эти сигналы являются взаимно исключающими, а их активное состояние соответствует уровню логического 0. Таким образом, никакие два из них не могут быть одновременно в состоянии 0 [3].
Разделение адресного пространства представлено в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Распределение адресного пространства
|
Диапазон адреса |
Назначение |
|
|
0000h-7FFFh |
ПЗУ |
|
|
8000h-9FFFh |
ОЗУ |
|
|
А000h-FFFFh |
Внешние устройства |
Соответствующая комбинация сигналов на А13-А15 сформирует при помощи дешифратора DD7 нулевой сигнал на входе той или иной микросхемы. Таким образом, осуществляется выбор необходимой микросхемы. В таблице 2.2 представлены варианты комбинаций [4].
Таблица 2.2 - Варианты комбинаций адресных линий
|
А15 |
А14 |
А13 |
Обозначение |
Назначение |
|
|
0 |
Х |
Х |
ПЗУ |
||
|
1 |
0 |
0 |
RAM |
ОЗУ |
|
|
1 |
0 |
1 |
PPI1 |
ППИ DD10 |
|
|
1 |
1 |
0 |
PPI2 |
ППИ DD11 |
|
|
1 |
1 |
1 |
PIC |
ПКП |
На входы контроллера прерываний DD9 поступает запрос на прерывание от таймера. В результате прерывания система должна останавливаться. Для этого в подпрограмму обслуживания прерываний включена команда HLT (команда останова).
Выбор порта или регистра управляющего слова ППИ осуществляется через линии A4, A5 системной шины адреса.
Для формирования аналогового управления выбрана схема цифро-аналогового преобразователя К572ПА1. Микросхема преобразует код в ток на аналоговом выходе. Для работы в режиме с выходом по напряжению к ЦАП подключается внешний источник опорного напряжения Uref и операционный усилитель 1407УД1 с целью создания отрицательной обратной связи, работающей в режиме суммирования токов [5].
Для организации отсчета интервала времени 20 часов используется последовательное соединение трех счетчиков. Первые два работают в режиме деления частоты, а третий в режиме одновибратора. На вход первого счетчика подается сигнал синхронизации CLK генератора DD1. Сигнал с выхода третьего счетчика END подается на вход запроса на прерывание IR0 ПКП DD9 [6].
2.3 Разработка блок-схемы алгоритма работы программы
Блок схема управляющей программы приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Блок-схема подпрограммы опроса датчиков
Система программного управления работает по программе, заложенной в ПЗУ. Программа отвечает за последовательное выполнение определенных действий, необходимых для корректного функционирования системы. Текст программы приведен в приложении А.
3. Расчет потребляемой мощности
Мощность, потребляемая всей системой, определяется как сумма мощностей, которые потребляют все части системы [7].
Расчет мощности сведен в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 - Расчет потребляемой мощности
|
Тип микросхемы |
Мощность, потребляемая одной микросхемой, Вт |
Кол-во |
Общая мощность, Вт |
|
|
Генератор |
0.7 |
1 |
0,7 |
|
|
Микропроцессор |
0.75 |
1 |
0,75 |
|
|
Системный контроллер |
1 |
1 |
1 |
|
|
Дешифратор |
0.294 |
1 |
0,294 |
|
|
Шинный формирователь |
0.5 |
2 |
1 |
|
|
ОЗУ |
0.1 |
1 |
0,1 |
|
|
ПЗУ |
0.1 |
1 |
0,1 |
|
|
ППИ |
0.68 |
2 |
1,36 |
|
|
ПКП |
0,9 |
1 |
0,9 |
|
|
ПТ |
1 |
1 |
1 |
|
|
ЦАП |
0,2 |
3 |
0,6 |
|
|
Итого |
7,804 |
Мощность, потребляемая микропроцессором
Мощность, потребляемая системным контроллером
Мощность, потребляемая ОЗУ
,
где - ток потребления ОЗУ;
- питание ОЗУ. [7]
Мощность, потребляемая ПЗУ
,
где - ток потребления ПЗУ;
- питание ПЗУ.
Мощность, потребляемая дешифратором .
ППИ потребляет мощность .
Мощность, потребляемая всей системой:
.
Система потребляет мощность РС=7.8 Вт.
Заключение
Результатом курсовой работы является разработанная на основе микропроцессора КР580ВМ80А система программного управления фрезерным станком. Система выполняет опрос дискретных датчиков, запись информации в ОЗУ и формирование управления по трем каналам.
Разработанная система может быть расширена увеличением числа датчиков и может применяться на различных промышленных объектах для управления станками с ЧПУ.
Список использованных источников
1. Апокин И.А., Майстров Л.Е. Развитие вычислительных машин. - М.: Наука, 1974.
2. ru. wikipedia.org
3. Коффрон Дж. Технические средства микропроцессорных систем. М.: Мир, 1983. - 344 с.
4. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2000. - 528 с.: ил.
5. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. - М.: Энергоиздат, 1990. - 320 с.: ил.
6. Токхайм Р. Микропроцессоры: Курс и упражнения/Пер. с англ., под ред. В.Н. Грасевича. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 336 с.: ил.
7. Богданович М.И., Грель И.Н., С.А. Дубина. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник. - Мн.: Беларусь, Полымя, 1996. - 605 с.
Приложение А
Текст программы
|
Мнемокод |
Комментарий |
|
|
Инициализация микропроцессорной системы |
||
|
LXI SP, 9FFFH |
Инициализация указателя стека |
|
|
MVI A, 9BH |
Инициализация ППИ1 DD10 |
|
|
STA A030H |
||
|
MVI A, 82H |
Инициализация ППИ2 DD11 |
|
|
OUT C030H |
||
|
MVI A, F6H |
Инициализация программируемого контроллера прерываний |
|
|
STA E000H |
||
|
MVI A, FFH |
||
|
STA E001H |
||
|
MVI A, 36H |
Инициализация таймера |
|
|
STA С003H |
||
|
MVI A, 76H |
||
|
STA С003H |
||
|
MVI A, B0H |
||
|
STA С003H |
||
|
EI |
Разрешение прерываний |
Приложение Б
Спецификация элементов
Таблица В.1 - Спецификация элементов
|
Позиционное обозначение |
Марка |
Количество |
|
|
DA1…DA3 |
К572ПA1 |
3 |
|
|
DA4…DA6 |
1407EL1 |
3 |
|
|
DD1 |
КР580ГФ24 |
1 |
|
|
DD2 |
КР580ВМ80А |
1 |
|
|
DD3…4 |
КР580ВА86 |
2 |
|
|
DD6 |
КР580ВК28 |
1 |
|
|
DD7 |
К155ИД3 |
1 |
|
|
DD8 |
К1626РФ3 |
1 |
|
|
DD9 |
КР537РУ17 |
1 |
|
|
DD10…DD11 |
КР580ВВ55 |
2 |
|
|
DD12 |
КР580ВН59 |
1 |
|
|
DD13 |
КР580ВИ53 |
1 |
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Кустовая насосная станция как объект программного управления. Основные характеристики микросхем и режимы их работы. Разработка структурной и принципиальной схем микропроцессорной системы программного управления на основе микропроцессора К1821ВМ85.
курсовая работа [124,1 K], добавлен 03.05.2012Описание алгоритма работы и разработка структурной схемы микропроцессорной системы управления. Разработка принципиальной схемы. Подключение микроконтроллера, ввод цифровых и аналоговых сигналов. Разработка блок-схемы алгоритма главной программы.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 26.06.2016Проект структурной схемы микропроцессорной системы управления. Блок-схема алгоритма работы МПС; создание программы, обеспечивающей его выполнение. Распределение области памяти под оперативное и постоянное запоминающие устройства. Оценка ёмкости ПЗУ и ОЗУ.
курсовая работа [467,9 K], добавлен 21.05.2015Разработка микропроцессорной системы управления технологическим объектом. Выбор и расчет элементов системы, разработка ее программного обеспечения. Составление структурных, функциональных и принципиальных схем микроконтроллеров семейства MCS-51.
курсовая работа [579,0 K], добавлен 20.09.2012Электронный замок: общая характеристика и принцип действия. Анализ вариантов реализации устройства. Разработка алгоритма функционирования, структурной и электрической принципиальной схемы электронного замка. Блок-схема алгоритма работы программы.
курсовая работа [363,3 K], добавлен 10.05.2015Структурная и принципиальная электрические схемы микропроцессорной системы (МПС) для управления объектом. Программные модули, обеспечивающие выполнение алгоритма управления объектом, оценка параметров МПС. Расчет аппаратных затрат, потребляемой мощности.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 28.12.2012Рассмотрение аппаратных принципов построения устройств микропроцессорной техники и их программного обеспечения. Структурная схема микропроцессора К1821ВМ85А. Карта распределения адресного пространства памяти. Расчет потребляемой устройством мощности.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 26.11.2012Выбор программного обеспечения. Построение функциональной модели. Тестирование программного описания автомата. Проектирование общей схемы сборки проекта из отдельных фрагментов. Нормы затрат на проектирование и внедрение микропроцессорной системы.
дипломная работа [348,1 K], добавлен 05.05.2015Разработка и проектный расчет структурной схемы системы сбора аналоговой информации для дальнейшей обработки в системах боле высокого уровня. Определение технических требований к функциональным блокам системы. Выбор и расчет принципиальных схем блоков.
курсовая работа [987,2 K], добавлен 29.04.2011Разработка микропроцессорной системы для контроля и индикации параметров изменяющегося по случайному закону 8-ми разрядного двоичного кода. Проектирование принципиальной схемы микроконтроллера, описание работы схемы. Разработка блок-схемы программы.
курсовая работа [752,4 K], добавлен 10.01.2013
