Syscont (Готовый курсовой проект)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУВПО

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И АВТОМАТИКИ

А.Е. Стефанович

Программирование
систем автоматического управления
мехатронными объектами.

Учебно-методическое пособие

по дисциплине

"Программирование и основы алгоритмизации".

(3401)

Москва 2005

1. Предисловие.

Цель методического пособия - обучение учащихся разработке программного обеспечения, предназначенного для систем автоматического управления (САУ) комплексами мехатронных объектов (МО).

Основой методического пособия является программа Syscont, написанная автором на языке программирования Си и представляющая собой программный конструктор, на основе которого можно создавать указанное системное программное обеспечение. Исходный текст (образец) программы Syscont.с обеспечивает наиболее часто встречающиеся режимы работы. Так как исходный текст составлен по модульному принципу, то любой режим работы может быть исключен из программы, а любой другой режим вставлен в программу. При этом может быть обеспечена любая логика работы, в том числе имитация обработки сигналов МО (сигналов рассогласования, запросов на обслуживание и т.д.). Количество режимов не ограничено. Программа Syscont обеспечивает возможность отображения схемы работающего МО в динамике с указанием двоичных значений в заданных точках; допускает возможность использования анимационной графики для наглядного представления процессов, происходящих в комплексах МО; обеспечивает в реальном времени отображение параметров процесса управления. Количество и размеры информационных окон, типы и размеры шрифтов, применяемые цвета легко перенастраиваются по желанию пользователя. Все результаты работы САУ записываются по принципу "черного ящика" в автоматически открывающийся выходной файл Control.c.

САУ на основе программы Syscont может управлять, как реальными МО, так и их программными имитаторами (виртуальными МО), а также комбинациями реальных и виртуальных МО Для связи САУ с программно управляемым МО или комплексом МО, объединенных интерфейсной магистралью, необходима программа-драйвер МО или магистрали, которая должна быть включена в виде программного модуля в исходный текст программы Syscont. Рекомендуемые места подключения программ-драйверов указаны в тексте комментарием:

./* ####### Site of the Driver() #######*/

Исходный текст (образец) программы Syscont.с содержит практически все основные средства языка программирования Си. В тексте использованы только библиотечные функции, т.е. нет обращения к заимствованным программам, что позволяет полностью проследить логику работы программы. Текст подробно комментирован на английском языке. Программа Syscont может быть использована при создании САУ комплексами МО различного назначения, а также при разработке курсовых и дипломных проектов и написании демонстрационных программ.

2. Основные правила при работе с программами, написанными на языке Cи.

При работе с программой необходимо:

- напечатать листинг исходного текста программы, используя соответствующую дискету;

- изучить листинг исходного текста программы, поставив себя на место написавшего ее ПРОГРАММИСТА:

• комментарий заголовка,

• вход программы Entry,

• выход программы Exit,

• разделы программы (Includes, Declarations, Defines, Global variables, Main, Programms, ...),

• комментарии,

• структуру программы (линейный режим следования операторов, блоки операторов, условные и безусловные переходы, циклы, переключатели),

• вызовы функций,

• прототипы (декларации, программные интерфейсы, описания) функций (в том числе в текстах, включаемых библиотек типа h),

• тексты функций,

• распределение памяти,

• присвоение переменных;

- изучить листинг исходного текста обучающей программы, поставив себя на место ПРЕПРОЦЕССОРА, обрабатывающего инструкции #include, #define,... и создающего из исходного текста на языке Си расширенный текст на языке Си;

- изучить листинг исходного текста обучающей программы, поставив себя на место ТРАНСЛЯТОРА, создающего из расширенного текста на языке Си двоичный файл объектного модуля типа obj;

- изучить листинг исходного текста обучающей программы, поставив себя на место РЕДАКТОРА СВЯЗЕЙ (ЛИНКЕРА), создающего из двоичного файла объектного модуля типа obj двоичный файл исполняемого модуля типа exe;

- изучить листинг исходного текста обучающей программы, поставив себя на место ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРОЦЕССОРА, обрабатывающего инструкции исполняемого модуля типа exe;

- запустить файл исполняемого модуля типа exe;

- следить за выполнением запущенной программы на экране дисплея, одновременно изучая листинг соответствующего исходного текста;

- изучить работу функций препроцессора (#include, #define, ...),

- исследовать работу применяемых функций, используя соответствующие справочники и функцию HELP системы программирования Turbo C по схеме:

• выполняемая функция,

• заголовок,

• прототип (декларация, программный интерфейс, описание функции),

• библиотека (файл типа h или c), содержащая прототип или исходный текст (тело) функции,

• возможные варианты спецификации формата, типы аргументов, виды печати (если функция осуществляет вывод информации, например, функция printf),

• тип функции (тип возвращаемого оператором return значения),

• типы входных и выходных переменных,

• распределение и типы памяти для хранения входных и выходных переменных,

• обмен информацией между вызывающей и вызываемой программами,

• особые замечания,

• основной результат работы,

• сопутствующие результаты работы (в частности, какую информацию возвращает оператор return),

• родственные функции (например, изучая работу функции printf изучить работу функций sprintf, fprintf, vfprintf, vprintf, vsprintf)

• функции, выполняющие противоположные операции (например, в случае изучения функции printf, осуществляющую вывод информации, изучить также функцию scanf, осуществляющую ввод информации).

- изучить работу операторов (for, while, do-while, swith, if, if-else, else-if, break,...), используя рекомендуемые учебники;

- используя листинг прокомментировать каждую строку исходного текста;

3. Программная имитация системы автоматического управления.

Схемы промышленной автоматики, например схема управления приводом главного движения станка или схема управления выбором и сменой инструментов, являются цифровыми автоматами, работа которых описывается логическими функциями. Универсальный метод синтеза схем промышленной автоматики основан на создании циклограмм работы механизмов и их описании уравнениями алгебры логики. Этот метод позволяет проектировать оптимальные схемы любой степени сложности и на любой элементной базе. Этот же метод может быть использован при синтезе САУ комплексами МО на основе программы Syscont. В этом случае с помощью программ, написанных ,например, на языке Си, имитируется работа элементарных электронных устройств, выполняющих логические функции (инвертора НЕ, элемента И, элемента ИЛИ и т.д.), а затем из этих элементарных программных имитаторов синтезируется программный имитатор заданной САУ.

Прилагаемый исходный текст (образец) программы Syscont. включает подпрограмму Addbus3bit [778] (где [778] номер начальной строки подпрограммы в исходном тексте программы Syscont.), описывающую схему адресной магистрали (ADDRESS BUS), использующей электронные замки (E-lock), представляющие собой логические элементы И, для подключения МО через коммутатор к командной магистрали (COMMAND BUS). В образце использована трех битовая адресная магистраль, допускающая подключение (адресацию) до восьми МО. При наличии логической 1 на выходе электронного замка нормально разомкнутые контакты коммутатора замыкаются и МО подключается к командной магистрали. Логика работы этой адресной магистрали описана в подпрограмме Logic_addbus3bit [943].

В образце к САУ подключены четыре МО из восьми возможных.

МО с адресом 0 имитирует работу музыкального центра. Вид графической заставки, выводимой на экран при работе этого МО, и логика его работы описаны в подпрограмме Music_center [1329].

Два МО с адресами 1 и 2 представлены схемами, которые описаны в подпрограммах Device_1 [979] и Device_2. [1149]. Логика работы этих МО описана в подпрограммах Logic_1 [1118] и Logic_2 [1293].

МО с адресом 3 имитирует работу автопилота. Анимационное графическое изображение индикатора этого МО и логика его работы описана в подпрограмме Autopilote [1428].

При создании конкретной САУ комплексами МО, разработке курсовых и дипломных работ, а также при написании демонстрационных программ создаются новые подпрограммы, описывающие схемы и логику работы этих МО, а также соответствующие графические изображения, по образцам, описанным в исходном тексте программы Syscont. Эти новые подпрограммы могут быть включены в программу Syscont.с помощью include файлов. В подпрограммах Address_bus [2531] и Device_bus [2601] в разделах Output to window делаются вызовы этих новых подпрограмм либо взамен, либо в дополнение вызовов подпрограмм образца.

4. Режимы работы системы автоматического управления. Отображение параметров процесса управления.

Исходный текст (образец) программы Syscont обеспечивает следующие режимы работы:

• REGIME 0. Exit.
  Выход из программы.

• REGIME 1. Hand Command – Hand Delay.
  Адрес, команда и интервал времени задержки выполнения команды набирается на клавиатуре.

• REGIME 2. Hand Time - Hand Command.
  Адрес, команда и время выполнения команды набирается на клавиатуре.

• REGIME 3. Commands file - Hand Interval constant.
  Адреса и команды записаны в файл, постоянный интервал времени между командами набирается на клавиатуре.

• REGIME 4. Commands file with Intervals variable.
  Адреса, команды и переменные интервалы времени между командами записаны в файл.

• REGIME 5. Commands file with Times.
  Адреса, команды и время выполнения команд записаны в файл.

• REGIME: 6. Step by step.
  Пошаговое выполнение команд, записанных в файл.

Выбор режимов работы осуществляется с клавиатуры с помощью подпрограммы Choice_regime_work (номер начальной строки [1550], номер строки вызова [269]). Настройка и коммутация режимов запрограммирована в строках [269-467].

Модули (подпрограммы) программы Syscont обеспечивают в реальном времени отображение на дисплее следующих параметров процесса управления:

• File_inp - имени входного командного файла,

• File_out - имени выходного контрольного файла,

• Regime - номера режима работы,

• Com_num - количества команд в командном файле,

• Com_cnt - номера выполняемой команды,

• Mes_exec - кода адреса выполняемой команды, кода выполняемой команды и комментариев к этим кодам.

• Add_ord - кода адреса следующей (заказанной) команды,

• Com_ord - кода следующей (заказанной) команды,

• Int_ord - временного интервала между выполняемой и следующей командой,

• Int_cnt - времени, оставшегося до начала выполнения следующей команды, (обратного счета времени)

• Time_pc - времени начала выполнения текущей команды,

• Time_ord - времени начала выполнения следующей команды,

• Error_sys - кода ошибки.

• Reserve – оставшегося места для вывода на экран дополнительной информации.

5. Перечень и назначение подпрограмм системы автоматического управления.

Исходный текст (образец) программы Syscont.c написан на языке программирования Си по модульному принципу и состоит из следующих подпрограмм (ниже перечислены их названия, номера начальных строк их текста в квадратных скобках и их декларации {программные интерфейсы}):

Common subroutine. Подпрограммы общего назначения.

Переход в графический режим