микропроцессор. 1 Микропроцессорные системы управления электротехническими объе. Курсовая работа Пояснительная записка студент г. 631861 Авилова Л. А. Проверил проф. Орлов А. Б. Тула 2008
 Скачать 0.72 Mb.
|
|
Проектирование интерфейсного модуля В состав интерфейсного модуля (рис. 3) входят следующие блоки: - адресный дешифратор (ДШ); - регистр цифро-аналогового преобразователя (RG ЦАП ); - регистр аналого-цифрового преобразователя (RG АЦП); - регистр вектора прерывания (RG ВП );  - триггер "Сбой" (Тг СБ); - триггер "Готовность" (Тг ГОТ); - буфер-формирователь (BF ); - блоки оптронной развязки (БОР); Адресный дешифратор производит выбор порта (регистра или триггера) с которым производится обмен информацией, путем дешифрации его адреса поступившего с ША. По сигналу поступающему с ДШ производится либо синхронизация вводимой информации в порт, либо вывод выходов порта из высокоимпедасного состояния при чтении содержимого портов. Регистр ЦАП служит для хранения цифрового эквивалента управляющего напряжения для его последующего преобразования в аналоговую величину в цифро-аналоговом преобразователе. Регистр АЦП служит для приема и хранения цифрового эквивалента напряжения тахогенератора Uтг, после его преобразования в АЦП. Регистр вектора прерывания хранит код команды RST. По сигналу ЧтКП выходы регистра должны выводится из высокоимпедансного состояния, что обеспечивает выдачу хранимого кода на ШД. Информационный вход триггера СБ подключается к одному из разрядов ЩД. Синхронизация записи в триггер осуществляется сигналом с ДШ. При подключении светодиода к выходу триггера следует учитывать, что излучение светодиода происходит только при наличии разности потенциалов ( 1 и 0 ) на его выводах при прямом включении диода. Запись информации в триггер ГОТ осуществляется внешними сигналами (информационным и синхронизирующим), поступающими с электропривода. Для того, чтобы не блокировать один из разрядов ШД состоянием триггера (0 или 1) выход триггера подключается к одному из разрядов ШД через буфер-формирователь (ВF) имеющий третье состояние. Вывод буфера из этого состояния (подключение триггера с ШД) осуществляется сигналом с ДШ. Разработка адресного дешифратора. Допустим, что начальный адрес постов интерфейсного модуля - E516. Тогда адреса остальных портов определяются соответственно – E616, E716 и E816. Представим адреса портов в двоичном коде : А7......... A0 - разряды ША ; 1110 0101 - адрес RG ЦАП (порт 1) ; 1110 0110 адрес RG АЦП (порт 2) ; 1110 0111 - адрес Тг СБ (порт 3) ; 1110 1000 - адрес Тг ГОТ (порт 4) . Адреса портов отличаются только в младших четырех разрядах ША, а старшая тетрада адреса неизменна (разряды А4-А7). Поэтому структура ДШ будет иметь вид, представленный на рис. 4. Дешифрация разрядов А0 - А3 , т.е. обращение к портам , будет иметь место только в том случае , если состояние старшей тетрады 1000 и хотя бы один из сигналов ЧтВВ или ЗпВВ примет нулевой уровень (обращение к портам ввода/вывода). Разработка регистра вектора прерывания. Структура команды RST , код которой хранит RG ВП, имеет следующий вид: Д7............... Д0 - разряды ШД; 1 1 x x x 1 1 1 - код команды . где xxx - двоичный код вектора прерывания. При нулевом векторе прерывания его код 000 , код команды RST - 11000111. При первом векторе - 11001111, при втором - 11010111 и т.д. Учитывая, что логической 1 соответствует уровень напряжения > 2,4В, а логическому 0 - уровень < 0.4 В входы регистра (в соответствии с полученным кодом RST) подключают к питанию +5В или к нулевому проводу. На рис. 5 дан пример организации RG ВП для нулевого вектора прерывания.  Рис.4 Адресный дешифратор портов  Рис.5 Регистр вектора прерывания Разработка программного обеспечения Разработка программного обеспечения включает в себя разработку подпрограммы пуска ЭД, подпрограммы обслуживания прерывания и распределение памяти. Разработка подпрограммы пуска ЭД . Блок-схема подпрограммы пуска ЭД, реализующая алгоритм, рассмотренный в п.3.1, представлен на рис. 6. В начале подпрограммы необходимо разрешить микропроцессору обслуживание прерывания и установить указатель стека на выбранный адрес ОЗУ. При программировании операции ввода состояния триггера ГТ необходимо предварительно установить соответствие между состоянием триггера (лог. 1 или 0) и состоянием электропривода ("готов или не готов"). В блоке 3 производится анализ состояния того разряда ШД, к которому подключен триггер ГT. В регистр ЦАП выводится цифровой эквивалент управляющего напряжения. Поэтому перед программированием этой операции необходимо вычислить по заданному Uупр его цифровой аналог. Задержка времени для разгона ЭД может быть реализована в виде подпрограммы или без нее. Предварительно необходимо по заданному времени задержки произвести соответствующие вычисления. В блоках 6 и 7 производится ввод цифрового эквивалента напряжения тахогенератора и его сравнение с цифровым эквивалентом управляющего напряжения. При несоответствии производится вывод в RG ЦАП кода 00 (блок 8), а в триггер СБ - сигнала "Сбой". Вывод в триггер необходимо организовать таким образом; чтобы разряд ШД, к которому подключен триггер, при вводе принял состояние, при котором светодиод должен излучать. Передача лог. 1 или 0 по этому разряду определяется схемой подключения светодиода к триггеру. Разработка подпрограммы обслуживания прерывания . Подпрограмма начинает работу при поступлении сигнала "Авария" на вход микропроцессора " Запрос прерывания " (ЗПР). В состав подпрограммы входят три блока, выполняющиеся последовательно друг за другом. Первый блок осуществляет запрет прерывания и запись в стек содержимого регистров МП. Второй блок обнуляет регистр ЦАП и выдает сигнал "Сбой". Третий блок осуществляет вызов из стека содержимого регистров МП, разрешение прерывания и переход на конец подпрограммы пуска. Расчет цифрового эквивалента. Расчет сводится к преобразованию заданного управляющего напряжения из десятичной формы в шестнадцатеричную. Причем старший разряд кодирует направление вращения: 0 - прямое вращение, 1 - обратное. Пусть задано Uупр = -1,62 В. Так как в ЦАП цифровой код преобразуется в аналоговую величину с определенной дискретностью (0.05 В), то первоначально вычисляется количество дискрет для представления аналоговой величины заданного уровня. Для уровня 1,62В количество дискрет составляет -2,02516, а двоичный эквивалент 00100000001001012. С учетом направления вращения получим 10100000001001012, в шестнадцатеричной форме А025 16. Разработка подпрограммы задержки . Подпрограмма задержки реализуется путем организации циклического процесса из N циклов. Если известно время выполнения i-той команды t i, в  цикле и количество таких команд K в цикле, то время задержки составит:   сТаким образом разработка подпрограммы сводится к выбору типа команд в цикле и определению количества циклов в шестнадцатеричной форме. Распределение памяти. В начальных адресах(00 00 - 1F00) располагаются восемь областей, закрепленных за конкретным вектором прерывания. Например, за первым вектором закреплены восемь байтов с адресами 00 00 - 00 07, за вторым вектором - следующие восемь и т.д. Поскольку подпрограмма обслуживания прерывания занимает больший объем памяти, чем отведенный под вектор прерывания, то в этих областях размещают только команду безусловного перехода по адресу, с которого размещена подпрограмма обслуживания прерывания. Стек - это любая область ОЗУ. Однако его целесообразнее располагать начиная с конечной ячейки, т. к. его заполнение происходит в сторону младших адресов. Подпрограммы пуска и обслуживания прерывания располагаются в тех местах памяти , в каких разработчик считает целесообразным в зависимости от объемов ОЗУ и ПЗУ. Распределение памяти должно сопровождаться указанием конкретных шестнадцатеричных адресов.
Рис. 7 Распределение памяти Расчет источника питания Источник питания рассчитывается только по каналу + 5 В, т .к. именно поэтому питанию МП контролер потребляет основную мощность. Первоначально определяется суммарная потребляемая мощность всеми применяемыми в контроллере микросхемами. Исходя из потребляемой мощности, определяется ток нагрузки Iн при заданном напряжении нагрузки Uн = 5 В. Расчет стабилизатора. Расчет позволит выбрать все элементы стабилизатора, исходя из заданного выходного напряжения Uн и максимального тока нагрузки Iн. Расчет стабилизатора ведут в следующем порядке . 1. Определяют необходимое для работы стабилизатора входное напряжение (Uвып) при заданном выходном (Uн):  Здесь цифра 3, характеризующая минимальное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора, взята в расчете на использование как кремниевых, так и германиевых транзисторов. Если стабилизатор будет подключаться к готовому или уже рассчитанному выпрямителю, в дальнейших расчетах необходимо использовать реальное значение выпрямленного напряжения. 2. Рассчитывают максимально рассеиваемую транзистором мощность :    3. Выбирают регулирующий транзистор. Его предельно допустимая рассеиваемая мощность должна быть больше значения Pmax , предельно допустимое напряжение между эмиттером и коллектором - больше Uвып, а максимально допустимый ток коллектора - больше Iн. Транзистор - КТ 809 А. 4. Определяют максимальный ток базы регулирующего транзистора:    где h 21э мин - минимальный коэффициент передачи тока выбранного (по справочнику) транзистора. 5. Подбирают подходящий стабилитрон. Его напряжение стабилизации должно быть равно выходному напряжению стабилизатора, а значение максимального тока стабилизации превышать максимальный ток базы I б макс. Стабилитрон – Д815А. 6. Подсчитывают сопротивление резистора R1 :   Здесь R1 - сопротивление резистора, Ом; Iст - напряжение стабилизации стабилитрона, В; Iб макс - вычисленное значение максимального тока базы транзистора, мА ; Icт мин - минимальный ток стабилизации для данного стабилитрона , указанный в справочнике (обычно 3...5 мА). 7. Определяют мощность рассеяния резистора R1:    Рис.8 Схема стабилизатора с дополнительным регулирующим транзистором. Может случиться, что маломощный стабилитрон не подойдет по максимальному току стабилизации и придется выбирать стабилитрон значительно большей мощности - такое случается при больших токах потребления и использовании транзистора с малым коэффициентом h 21э. В таком случае целесообразно ввести в стабилизатор дополнительный транзистор V3 малой мощности, который позволит снизить максимальный ток нагрузки для стабилитрона (а значит, и ток стабилизации) примерно в h 21э раз и применить, соответственно, маломощный стабилитрон. Расчет выпрямителя. Рассчитать выпрямитель - значит правильно выбрать выпрямительные диода и конденсатор фильтра, а также определить необходимое переменное напряжение, снимаемое для выпрямления со вторичной обмотки сетевого трансформатора. Исходными данными для расчета выпрямителя служат: требуемое выпрямленное напряжение (Uвып) и потребляемый максимальный ток (Iн) .  Рис. 9 Схема двухполупериодного выпрямителя с фильтрующим конденсатором. Расчет ведут в таком порядке. 1. Определяют переменное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора.   где Uвып - постоянное выпрямленное напряжение, В; В – коэффициент, равный 1,8. 2. По току нагрузки определяют максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:   где Iд - ток через диод, А; Iн - максимальный ток нагрузки, А; С - коэффициент, равный 1,8. 3. Подсчитывают обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя:   где Uобр - обратное напряжение, В; Uвып - напряжение на нагрузке, В; 4. Выбирают диоды, у которых значения выпрямленного тока и допустимого обратного напряжения равны или превышают расчетные. 5. Определяют емкость конденсатора фильтра:   Здесь Cф - емкость конденсатора фильтра, мкФ; Iн - максимальный ток нагрузки, А; Uвып - напряжение на нагрузке, В; Кп - коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения), Kп = 10 - 1 . Если выходное напряжение выпрямителя будет дополнительно стабилизироваться транзисторным стабилизатором напряжения, то расчетная емкость конденсатора фильтра может быть уменьшена в 5 ...10 раз. Расчет трансформатора питания. Зная необходимое напряжение на вторичной обмотке (U2) и максимальный ток нагрузки ( Iн ), трансформатор рассчитывают в такой последовательности. 1. Определяют значение тока, текущего через вторичную обмотку трансформатора:   где I2 - ток через обмотку 2 трансформатора, А; Iн - максимальный ток нагрузки, А. 2. Определяют мощность , потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора:   где P2 - максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки, Вт; U2 - напряжение на вторичной обмотке, В; I2 - максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора, А . 3. Подсчитывают мощность трансформатора:   где Ртр - мощность трансформатора, Вт; P2 - максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора, Вт . Если трансформатор должен иметь несколько вторичных обмоток, то сначала подсчитывают их суммарную мощность, a затем мощность самого трансформатора. 4. Определяют значение тока, текущего в первичной обмотке:   где I1 - ток через обмотку 1 , А; Ртр - подсчитанная мощность трансформатора, Вт; U1 - напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение). 5. Рассчитывают необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода:   где S - сечение сердечника магннтопровода, см2; Pтр - мощность трансформатора, Вт . 6. 0пределяют число витков первичной (сетевой) обмотки:   где W1 - число витков обмотки; U1 - напряжение на первичной обмотке, В; S - сечение сердечника магнитопровода, см2 . 7. Подсчитывают число витков вторичной обмотки:   где W2 - число витков вторичной обмотки; U2 - напряжение на вторичной обмотке, В; S - сечение сердечника магнитопровода, см2 . 8. Определяют диаметры проводов обмоток трансформатора:    где d - диаметр провода, мм; I - ток через обмотку, мА . |