Материал: Микропроцессорная система управления объектом

появление высокого уровня на выходе устройства сопряжения с датчиком аварийной ситуации;

нажатие кнопки SB2 «Прерывание оператора».

Если хотя бы один из уровней в активном состоянии, то сигнал запроса прерывания поступает на вход INT контроллера.

Рисунок 19- Логика формирования запросов на прерывание

В качестве аварийной сигнализации используется зуммер. Аварийная сигнализация подключена к линии 4 порта D МК. Схема аварийной сигнализации представлена на рисунке 20.

Рисунок 20 - Схема аварийной сигнализации

Блок организации запроса прерывания предназначен для увеличения количества источников внешнего прерывания. В качестве модуля расширения применяется строенная двухконтактная микросхема DD2 КР1533ЛЕ1. Так как используется базис ИЛИ-НЕ, то прерывания будем определять по заднему фронту сигнала на входе внешнего прерывания INT.

Выходной сигнал  схемы блока организации запроса прерывания в базисе И-ИЛИ-НЕ имеет вид:

, (10)

где  - сигнал от кнопки «Прерывание оператора»;  - сигнал от аварийного датчика .

Переведем выходной сигнал  схемы блока организации запроса прерывания в базис ИЛИ-НЕ:

 (11)

Схема блока организации запроса прерывания приведена на рисунке 21.

Рисунок 21- Схема блока организации запроса прерывания

7. Разработка общего алгоритма управления микропроцессорной системы

Блок-схема общего алгоритма работы системы приведена на рисунке 20. После сброса начинается процесс инициализации контроллера, в которой выполняется первоначальная установка системы: настройку периферийных модулей, посылку в выходные каналы начальных значений управляющих воздействий и т. д. В следующем блоке осуществляется введение информации с пульта управления. В блоках «Ввод информации с цифровых датчиков» и «Ввод информации с аналоговых датчиков» обеспечивается прием информации от цифровых и аналоговых датчиков, затем цифровая информация обрабатывается в блоке «Обработка цифровой информации», где вычисляется значении булевой функции Y1, значение которой формируется в блоке «Формирование выходного сигнала Y1». После обработки аналоговой информации в соответствующем блоке формируются управляющие сигналы Y2 или Y3 в блоке «Формирование выходных сигналов Y2 или Y3». Все обработанные и вычисленные значения поступают в блок «Вывод информации на индикацию». При этом проверяется запросы на прерывание. В конце цикла программа опрашивает тумблер «Останов» и, если он включен, формирует сигнал остановки системы.

В алгоритме обработки прерывание в первую очередь осуществляется сохранение контекста, т.е. содержимого аккумулятора и регистра STATUS.

Далее производится опрос источников прерывания: прерывание от источника питания, прерывание от аварийного датчика, прерывание от последовательного порта, прерывание от таймера, прерывание оператором. прерывание от других источников. В случае прерывания от одного из источников осуществляется переход на подпрограмму, где производится обработка прерывания. После обработки прерывания восстанавливается контекст и осуществляется выход из подпрограммы обработки прерывания.

Рисунок 22 - Блок-схема общего алгоритма работы микропроцессорной системы управления

8. Алгоритм работы блока чтения информации с цифровых датчиков

Работа блока чтения информации с цифровых датчиков осуществляется по следующему алгоритму, приведенному на рисунке 23.

Рисунок 23 - Алгоритм работы блока чтения информации с аналоговых датчиков

После считывания информации с цифровых датчиков, происходит вычисления булевой функции f(X1…X5). Далее система оценивает полученную в предыдущем блоке информацию f(x). Если функция не равна 1, то происходит переход к считыванию и обработке аналоговой информации. В случае равенства 1 происходит выработка сигнала Y = 1, длительностью T1=120 мкс. Затем следует конец обработки цифровой информации.

Для формирования сигналов Y1 используем таймер TMR1. Предделитель выбираем 1:1. На таймер приходит частота 20МГц.

Произведем расчет числа машинных циклов, которые потребуются для формирования импульса длительностью T1=120 мкс.

мц = 4·T,

где Т = 1/Fosc, тогда Тмц = 4/Fosc= 4/(20·10⁶)=0,2 мкc.

Необходимое число машинных циклов:

= tимп/Tмц ;

=600.

Данное число в шестнадцатеричной системе счисления N = 258 h. Так как таймер 16-ти разрядный, то FFFF-285=FD7A, полученное значение записываем в регистр TMR1.

9. Алгоритм работы блока чтения информации с аналоговых датчиков

Работа блока чтения информации с аналоговых датчиков осуществляется по следующему алгоритму, приведенному на рисунке 24.

Рисунок 24 - Алгоритм работы блока чтения информации с аналоговых датчиков

Вначале осуществляется первичная инициализация АЦП. После чего происходит считывание информации с АЦП, которая была получена от аналоговых датчиков, и дальнейшая ее запись по портам ввода-вывода в регистры микроконтроллера. Происходит считывание 8-и разрядного кода установки (величина К), который приходит с пульта управления. Затем происходит вычисление , по заданию. Далее происходит сравнение функции N с константой Q, которая храниться в регистре микроконтроллера. Если N < Q, то осуществляется выработка двоичного управляющего воздействие Y2. Если же функция N1 > K, то осуществляется переход к выработке двоичного управляющего воздействие Y3. После этого идет завершение данного алгоритма.

Для формирования сигналов Y2 и Y3 будем использовать таймер TMR1. Предделитель выбираем 1:1. На таймер приходит частота 20 МГц.

Произведем расчет числа машинных циклов, которые потребуются для формирования импульса длительностью T2=318 мкс.

Tмц = 4·T,

где Т = 1/Fosc, тогда Тмц = 4/Fosc= 4/(20·106)=0,2 мкc.

Необходимое число машинных циклов:

N = tимп/Tмц ;

N=1590.

Данное число в шестнадцатеричной системе счисления N = 636 h. Так как таймер 16-ти разрядный, то FFFF-636=F9C9, полученное значение записываем в регистр TMR1.

Аналогично рассчитаем константу для Т3:

T3=395 мкс;=1975=7B7 h;B7=F848.

10. Алгоритм работы блока обмена данными по последовательному каналу связи

Работа блока обмена данными по последовательному каналу связи осуществляется по следующему алгоритму, приведенному на рисунке 25.

Рисунок 25 - Алгоритм обмена данными по последовательному каналу связи

Вначале происходит начальная инициализация последовательного порта USART: устанавливается скорость передачи порта (115200 бит/с), разрешение прерывания от USART и т.д. Осуществляется обработка принятой информации. Затем происходит анализ полученной информации и если был принят символ «D», то передается в канал значение Y1. Если символ не был принят, то осуществляется выход из подпрограммы прерывания.

11. Алгоритм работы блока взаимодействия с оператором

Рисунок 26 - Алгоритм обмена информацией по последовательному каналу связи

В блоке 1 опрашивается тумблерный регистр пульта управления и формируется код установки К. В блоке 2 сформированный код записывается по заранее заданному в программе адресу. В блоке 3 проверяется наличие прерывания от аварийного датчика. В блоке 4 на пульте управления включается аварийная сигнализация. В блоке 5 обеспечивается выдача на индикацию сигналов двоичных датчиков X1-X5. В блоке 6 обеспечивается выдача на индикацию цифрового кода N1, поступающего с АЦП. В блоке 7 микроконтроллер переводится в режим пониженного энергопотребления. В блоке 8 проверяется наличие прерывания от ПУ. В блоке 9 обеспечивается выдача на индикацию значения Y1.В блоке 10 обеспечивается выдача на индикацию результат сравнения N>K.В блоке 11 обеспечивается выдача на индикацию сигналов двоичных датчиков X1-X5. В блоке 12 обеспечивается выдача на индикацию константы K. В блоке 13 выход из прерывания на начало программы обработки.

12. Алгоритм обработки аварийных ситуаций

В блоке 1 вырабатывается сигнал Y1 установки внешних устройств в исходное состояние.

В блоке 2 вырабатывается сигнал для отображения аварийной световой индикации на ПУ.

В блоке 3 в последовательный канал связи передается код символа «!»

В блоке 4 микроконтроллер переводится в режим пониженного энергопотребления.

Рисунок 27 - Алгоритм обработки прерывания от блока питания

Вначале вырабатывается сигнал Y5 установки внешних устройств в исходное состояние. Сигнал Y5 представляет собой два прямоугольных импульса длительностью 30 мкс, следующие с интервалом в 30 мкс. Затем в последовательный канал связи передается код символа «!». После выполнения указанных действий микроконтроллер переводится в режим пониженного энергопотребления.=30 мкс; (Прерывание при отказе источника питания)=150=96h;=FF69.

13. Расчет электрических параметров микропроцессорной системы управления

Для расчета электрических параметров микропроцессорной системы управления составим сводную таблицу основных электрических параметров таких как мощность напряжения и ток.

Таблица 3 - Токи, потребляемые микросхемами

Потребитель

Количество

Iпотр, мА

∑Iпотр, мА

+ 15 В

AD202

2

50

100

Итого

100

+ 5 В

КР1533ЛН1

1

3,8

3,8

PIC16F877A

1

43,0

43,0

MCP2551

1

75

75

PCA9535

1

160

160

PCF8574

1

100

100

КИПД05А

16

5,0

80,0

КР1533ЛА4

3

2,2

6,6

Итого

189,6

+7.5 В

AD202

2

50

100

Итого

100

Таким образом необходимо построить схему блока питания, который выдает напряжение + 15 В, +5В и напряжение +7.5 В. Потребляемая от источника + 15 В мощность составляет 1.5 Вт, от источника + 5 В - 2.34 Вт, а от источника +7.5В - 0.75 Вт. Таким образом, мощность, потребляемая всем устройством составляет 4.59 Вт.

14. Разработка блока питания

Блок питания должен обеспечивать электроэнергией микропроцессорную систему управления по двум каналам - каналу +5В, каналу +15В и каналу +7.5В.

Для питания проектируемой микропроцессорной системы управления используем схему блока питания представленной на рисунке 26. Блок питания обеспечивает электроэнергией микропроцессорную систему управления по трем каналам - каналу + 5 В, каналу + 15 В и каналу +7.5В. В цепи питания +5 В предусмотрен резервный источник питания в виде батарейки GB1 типа 6F22.

Рисунок 28 - Схема блока питания

В качестве трансформатора Т1 в данной схеме использован трансформатор ТПП-224-127/220-50 . Этот трансформатор имеет номинальную мощность 5,5 Вт. Напряжения между обмотками 11-12, 13-14 составляет 5В, а между обмотками 15-16 - 10 В. Для получения напряжения 15В соединим обмотки 13-14 и 15-16 последовательно. Для выпрямления напряжения в схеме применены диодные мосты VD1 и VD2 типа КЦ407А. Для стабилизации напряжений используются интегральные стабилизаторы. В качестве стабилизатора напряжения +15В и +7.5В используется микросхема DA2 типа КР142ЕН6А, а для получения напряжения + 5 В в данной схеме используется интегральный стабилизатор DA1 типа КР142ЕН5А.

Заключение

В данной курсовой работе разработана микропроцессорная система управления объектом, включающая микроконтроллер (PIC16F877), аналого-цифровой преобразователь, схемы сопряжения и логические микросхемы. В систему входит пульт управления, с помощью которого оператор может управлять работой системы. Также была составлена программа, обеспечивающая выполнение алгоритма управления. Были получены навыки в проектировании микропроцессорных управляющих систем.

Список литературы