ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРНОЙ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Введение
Курсовая работа выполняется по индивидуальным вариантам. Номер варианта для всех заданий определяется по порядковому номеру студента в списке группы. Нумерация страниц в работе сквозная. Таблицы и рисунки, расположенные на отдельных страницах, список литературы и приложения включаются в сквозную нумерацию страниц. Первой страницей является титульный лист, второй – оглавление. На страницах 1-2 номера страниц не проставляются.
Все иллюстрации в контрольной работе размещаются сразу после ссылки на нее в тексте, называются рисунками и обозначаются словом «Рис.». Каждый рисунок должен сопровождаться кратким названием. Название рисунка и его номер располагают под рисунком. После номера рисунка ставится точка. После пробела с заглавной буквы приводят его наименование, в конце которого точка не ставится.
Целью курсовой работы является разработка и отладка алгоритмов и программ для реализации заданного набора функций микроконтроллерной системы управления некоторым объектом управления (ОУ) , представленной на. рис.1.
 |
Микроконтроллерная система (МКС) принимает множество информационных сигналов {X} об объекте управления от аналоговых и цифровых датчиков (Д), вырабатывает множество управляющих сигналов {Y} в соответствии с законом управления и подает их на исполнительные механизмы (ИМ). Закон управления реализуется в МКС, состоящей из микроконтроллера (МК) – управляющей микроЭВМ и пульта управления (ПУ). МК содержит основные модули , обеспечивающие выполнение и хранение данных и программ управления объектом, а также периферийные модули для подключения датчиков и исполнительных механизмов.
С помощью ПУ оператор получает возможность управлять работой МКС: запускать и останавливать ее, загружать в контроллер значения некоторых устaвок (констант), выводить на индикаторы информацию о состоянии объекта и т.п. С помощью последовательного канала связи (ПсК) МКС может передавать обработанную информацию персональному компьютеру (ПК) более высокого уровня по запросу от него, обеспечивать интерфейс в мультиконтроллерных системах (локальные сети контроллеров).
В курсовой работе разрабатывается структурная схема МКС, включая устройства ввода с дискретных датчиков (ДД), аналоговых датчиков (АД) , исполнительные механизмы ( ИМ), алгоритмы и программы, обеспечивающие выполнение заданных функций, осуществляется отладка разработанных программ на модели контроллера и выполняется оценка характеристик МКС: время выполнения программ и емкость памяти программ в байтах.
Техническое задание на проектирование
Обобщенный алгоритм функционирования МКС
МКС реализует алгоритм, представленный на рис.2, сбор и обработку данных с датчиков. Блок 1 выполняет начальную установку системы изагрузку в выходные каналы начальных значений управляющих воздействий и настраивает модули контроллера на выбранные режимы работы.
Блок 2 реализует задачу логического управления: принимает информацию от дискретных датчиков Х1, …, Хn, вычисляет значение булевой функцииY1= f(Х1, …, Хn) в соответствии с заданным выражением и выдает это значение в качестве управляющего сигнала (УС) Y1 по соответствующему выходному каналу контроллера на ИМ.
Блок 3 обеспечивает прием информации от аналоговых датчиков V1, …, Vm, ее преобразование в цифровую форму, вычисление значений управляющих воздействий Y2 и Y3 и выдает их на ИМ, .При этом сигналы Y2 и Y3 являются двоичными сигналами, поступающими по выбранным каналам контроллера. При выполнении этой функции оператор задает значения уставок регулируемого параметра с пульта управления (ПУ) контроллера.
Блок 4 обеспечивает циклический режим управления или останов МКС в соответствии с командой, поступающей от оператора. с ПУ.
Кроме того, в системе имеется также двоичный датчик аварийной ситуации INT, поступающий в контроллер в режиме прерывания выполняемой программы. Сигнал прерывания INT от аварийного датчика включает на пульте управления аварийную световую или звуковую сигнализацию путем запуска зуммера.
1.2. Обработка информации, поступающей с дискретных датчиков (Х1, …, Хn)
МКС опрашивает двоичные датчики Х1, …, Хn и вычисляет логическую (булеву ) функцию Y1= f(Х1, …, Хn) в соответствии с табл. 1 вариантов заданий. При единичном значении функции МКС вырабатывает в ИМ выходной сигнал Y1 = 1 заданной длительности t1. Это означает, что через t1 после выдачи единичного сигнала Y1 необходимо выработать нулевое значение сигнала Y1. Реализация длительности импульса t1 будет рассмотрена ниже. Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в группе и представлены в табл.1.
1.3. Обработка информации, поступающей с аналоговых датчиков (V1, …,Vm)
Сигналы с аналоговых датчиков V1 и V2 преобразуются в АЦП в 8-разрядные коды.
Данные коды представляют целые числа без знака и поступают на обработку в МП контроллера. Величина K – 8-разрядный код, поступающий в контроллер с клавиатуры пульта управления (уставка).
Вид реализуемой функции представлен в табл. 2. Полученное значение функции Nv = f(Nv1, Nv2, K) сравнивается с константой Q, хранящейся в РПД и в зависимости от результатов сравнения (рис. 4,а) МКС вырабатывает двоичные управляющие воздействия y2 или y3 длительностью t2 или t3 соответственно(см . рис 4,б).
Рис.4,б. Схема обработки аналоговых сигналов
Таблица 2
| Номер варианта | Функция Nu = f(Nu1, Nu2, K) | Время t2, мкс. | Время t3, мкс. |
| Nu1+Nu2+K | |||
| min(Nu1; Nu2+K) | |||
| max(Nu1; Nu2+K) | |||
| min(Nu1; Nu2-K) | |||
| max(Nu1; Nu2-K) | |||
| Nu1+Nu2-K | |||
| min(Nu1; Nu2) | |||
| max(Nu1; Nu2) | |||
| Nu1-Nu2+K | |||
| min(Nu1+Nu2; K) | |||
| max(Nu1+Nu2; K) | |||
| min(Nu1-Nu2; K) | |||
| max(Nu1-Nu2; K) |
| Nu1-Nu2-K | |||
| min(Nu1; Nu2+K) | |||
| max(Nu1; Nu2+K) | |||
| min(Nu1; Nu2-K) | |||
| max(Nu1; Nu2-K) | |||
| min(Nu1+Nu2; K) | |||
| max(Nu1-K; Nu2) | |||
| min(Nu1-K; Nu2) | |||
| max(Nu1+K; Nu2) | |||
| min(Nu1; Nu2) | |||
| max(Nu1; Nu2) | |||
| max(Nu1;Nu2+K) |
Для формирования требуемой длительности выходных сигналов в курсовой работе можно использовать программный способ . Например, для формирования длительности импульса можно записать в регистр ЦПУ код , пропорциональный требуемой длительности импульсов t2 и t3.
Примечание: длительность импульса формируется программным или аппаратным путем с помощью таймеров (см. конспект).
1.4. Управление пуском–остановом электродвигателя
На рис.5 показана упрощенная схема подключения кнопок к МКС для управления, контроля напряжения силовой сети и выдачи сигнала для включения или выключения двигателя.
Примечание: Выбрать самостоятельно порты и разряды контроллера для входных и выходных сигналов
Датчик напряжения (Дн) выполнен на оптронном транзисторе, что обеспечивает гальваническую развязку между силовой цепью и цепями управления на вводе сигналов . Для гальванической развязки и для усиления сигнала управления двигателем на выходе используется контактор К (катушка и силовые контакты) . Цепи вывода обеспечивают параметры сигнала для срабатывания контактора.
Для проверки и отладки программы на модели будем предполагать, что кнопка «Пуск» имитируется разрядом D1 выбранного порта контроллера , кнопка останова – «Ост» имитируется разрядом D0 , датчик наличия напряжения сети имитируется разрядом D2, а сигнал управления на включение электродвигателя отображается светодиодом разряда D3. Алгоритм работы пускателя электродвигателя представим в описательной форме и в виде блок-схемы, а программу на ассемблере требуется разработать и отладить.
Если напряжение в силовой сети отсутствует (Дн=0), то двигатель останавливается. Если напряжение есть(Дн=1), то проверяется состояние управляющих кнопок «Ост» и «Пуск». Кнопка «Ост» имеет более высокий приоритет и поэтому проверяется раньше.
Если кнопка «Ост» нажата («Ост»=1) , то двигатель останавливается, иначе переходим к проверке кнопки «Пуск».
Если кнопка «Пуск» нажата («Пуск=1» , то двигатель включается , иначе состояние двигателя не изменяется. Пуск двигателя имитируется установкой разряда D3. Блок –схема алгоритма приведена на рис.6.