СОДЕРЖАНИЕ

Лист

1. Введение. 3

2. Анализ исходных данных, выбор параметра контроля. 6

2.1. Отладочный комплекс. 6

2.2. Выбор параметра контроля. 10

3. Описание схемы электрической принципиальной. 11

3.1. Плата микроконтроллера. 11

3.2. Плата макета. 13

4. Описание алгоритма программы. 15

5. Описание программы. 17

6. Методика выполнения лабораторной работы. 21

6.1. Цель работы. 21

6.2. Описание лабораторной установки. 21

6.3. Исходные данные. 23

6.4. Домашние задание. 24

6.5. Рекомендации по выполнению. 24

6.6. Последовательность выполнения работы. 26

7. Заключение. 27

Литература. 29

Приложение. Текст программы 30

Графическая часть

Лист №1 Схема электрическая принципиальная

Лист №2 Блок схема алгоритма

1.Введение.

В настоящее время практически невозможно указать какую-то отрасль науки и производства, в которой бы не использовались микропроцессоры (МП) и микроЭВМ.

Универсальность и гибкость МП как устройств с программным управлением наряду с высокой надежностью и дешевизной позволяют широко применять их в самых различных системах управления для замены аппаратной реализации функций управления, контроля, измерения и обработки данных. Применение МП и микроЭВМ в системах управления промышленным оборудованием предполагает, в частности, использование их для управления станками, транспортировочными механизмами, сварочными автоматами, прокатными станами, атомными реакторами, производственными линиями, электростанциями, а также создание на их основе робототехнических комплексов, гибких автоматизированных производств, систем контроля и диагностики. Микропроцессорные средства позволяют создавать разнообразные по сложности выполняемых функций устройства управления — от простейших микроконтроллеров несложных приборов и механизмов до сложнейших специализированных и универсальных систем распределенного управления в реальном времени.

Среди различных форм организации современных микропроцессорных средств можно условно выделить следующие группы:

• встраиваемые МП и простейшие микроконтроллеры;

• универсальные микроконтроллеры и специализированные микроЭВМ;

• микроЭВМ общего назначения;

• мультимикропроцессорные системы;

• аппаратные средства поддержки микропроцессорных систем (расширители).

Встраиваемые в приборы и аппаратуру МП и простейшие микроконтроллеры жестко запрограммированы на реализацию узкоспециализированных задач, их программное обеспечение проходит отладку на специальных стендах или универсальных ЭВМ, затем записывается в ПЗУ и редко изменяется в процессе эксплуатации. Встраиваемые средства используют и простейшие внешние устройства (тумблеры/клавишные переключатели, индикаторы).

Специализированные микроЭВМ реализуются чаще всего на основе секционных микро программируемых МП, позволяющих адаптировать структуру, разрядность, систему команд микроЭВМ под определенный класс задач. Однако такой подход организации систем требует трудоемкой и дорогой разработки «Собственного» программного обеспечения.

В последнее время широкое распространение получают также программируемые микроконтроллеры, представляющие собой специализированные микроЭВМ, ориентированные на решение многочисленных задач в системах управления, регулирования и контроля. Особую группу составляют программируемые контроллеры для систем автоматического регулирования. Важнейшим устройством любой системы автоматического регулирования является регулятор, задающий основной закон управления исполнительным механизмом. Замена классических аналоговых регуляторов универсальными программируемыми микроконтроллерами, способными программно перестраиваться на реализацию любых законов регулирования, записанных в память микроконтроллеров, обеспечивает повышение точности, надежности, гибкости, производительности и снижение стоимости систем управления. Большим достоинством универсальных микроконтроллеров является их способность выполнять ряд дополнительных системных функций: автоматическое обнаружение ошибок, контроль предельных значений параметров, оперативное отображение состояния систем и т. п.

В системах автоматического регулирования особое место выделяется для систем управления двигателями, в таких системах основной регулируемой величиной является частота вращения якоря двигателя, которая изменяется при изменении нагрузки. Использование взамен аналогового регулятора микроконтроллера позволит существенно улучшить процесс регулирования. Применение цифрового индикатора и клавиатуры упростит работу по установке параметров автоматического регулирования и контроля регулируемого значения.

В дипломном проекте рассматривается автоматизированная система управления двигателем. В качестве регулятора используется микроконтроллер, который должен поддерживать, определенную пользователем, частоту вращения и выдавать текущие обороты якоря двигателя.

2.Анализ исходных данных, выбор параметра контроля.

Исходными данными определена разработка платы и программного обеспечения с режимами установки частоты вращения якоря двигателя, стабилизации частоты вращения и ее индикации.

Область применения макета – лабораторные и практические работы в ККЭП.

2.1.Отладочный комплекс.

Базой исходных данных является отладочный комплекс МК51. Комплекс состоит из платы микроконтроллера и программного обеспечения и предназначен для отладки и тестирования аппаратуры и программного обеспечения управляющих систем, выполнен на базе микроконтроллера (МК) семейства Intel imcs51.

Плата МК51 состоит из следующих блоков:

• МК SAB80C535 предназначенный для выполнения программы МОНИТОР и для выполнения пользовательской программы (управления);

• постоянное запоминающее устройство, предназначенное для хранения программы МОНИТОР; емкость ПЗУ 32К байт;

• оперативное запоминающее устройство, предназначено для хранения программы пользователя (программа работы управляющей системы);

• дисплей, предназначен для контроля значений вводимых параметров, вывода значений параметров системы управления, вывода символов;

• клавиатура, предназначена для ввода значений параметра программы управляющей системы, запуска программы управления, вызова процедур и сброса МК;

• буфер интерфейса связи платы ПМК с компьютером;

• блок коммутации адресов ОЗУ и ПЗУ.

Программное обеспечение состоит из программы FDSAB полноэкранный отладчик программ на ассемблере микроконтроллеров семейства МК51, ориентированный на использование совместно с платой для отладки программ на базе микроконтроллера Siemens SAB80C535 предназначена для отображения и полноэкранного редактирования ресурсов микроконтроллера, загрузки программного кода для микроконтроллера, исполнения его в ПМК полностью, блоками или по шагам.

В программе предусмотрен режим терминала с возможностью выбора номера коммуникационного канала (1 или 2) и скорости передачи и приема данных.

Меню программы содержит следующие пункты:

1. Загрузить файл с программой...

2. Выполнить программу ПМК

3. Перечитать ОЗУ и регистры ИЗ ПМК

4. Загрузить ОЗУ и регистры В ПМК

5. Прочитать ПЗУ или ОЗУ команд ПМК…

6. Загрузить ПЗУ или ОЗУ команд ПМК…

7. Перегрузить программу В ПМК

8. Дизассемблировать команды в диапазоне…

9. Сохранить текст программы в файл…

10. Включить / выключить символьные метки

11. Параметры связи…

12. Режим терминала >

13. Краткая информация о системе

14. Выход

Назначение пунктов меню:

1. Выбор на дисках компьютера двоичного файла (.BIN) с программой, загрузка в отладчик и память команд макета и дизассемблирование загруженного кода на экран в область отображения дизассемблированных инструкций.

2. Передача управления от монитора ПМК программе пользователя в памяти команд макета.

3. Считывание содержимого внутренней ОЗУ макета и специальных функциональных регистров из ПМК.

4. Загрузка в ПМК содержимого внутренней ОЗУ из отладчика и специальных регистров.

5. Считывание содержимого памяти команд ПМК в отладчик (диапазон запрашивается).

6. Загрузка содержимого памяти команд ПМК из отладчика в ПМК (диапазон запрашивается).

7. Перезагрузка кода программы в память команд ПМК из памяти отладчика.

8. Дизассемблирование программного кода из памяти команд отладчика в запрашиваемом диапазоне адресов. По выбору пользователя инструкции дописываются за уже имеющимися либо заменяют их.

9. Сохраняет в файл, имя которого запрашивается, дизассемблированный фрагмент программы пользователя с мнемоническими обозначениями регистров процессора Siemens SAB80C535 и символьными метками (если включен режим отображения символьных меток).

10. Переключает режим представления дизассемблированного кода на экране: с выделенными символьными метками или только с адресами переходов.

11. Изменение номера последовательного порта компьютера, к которому подключена ПМК и скорости передачи через порт посредством изменения делителя частоты.

12. Перевод программы в режим терминала. В этом режиме пользователь может принимать и передавать данные по последовательному порту в ПМК.

13. Отображение краткой информации о системе (объем свободной ОП, место на текущем диске, параметры соединения, загруженный файл).

14. Выход из программы.

2.2.Выбор параметра контроля.

Очевидным параметром контроля является частота вращения ротора электродвигателя. Датчиком для установления числа оборотов может служить оптопара. Однако в этом случае из-за малой частоты импульсов, поступающих от датчика, будет невысокой стабильность частоты вращения, из-за большой длительности измерения и быстрого характера изменения нагрузки.

Для увеличения стабильности предусматривается диск на котором расположено максимальное число прорезей. В этом случае одному обороту вала двигателя будет соответствовать большое количество импульсов от датчика. Но и в этом случае для точного измерения частоты вращения требуется значительное время. Проведенные опыты действительно показали значительное отклонение частоты вращения от установленной.

Высшую стабильность удержания частоты вращения обеспечивает способ измерения периода импульсов от датчика. МК имеет в своей архитектуре соответствующую аппаратную и программную поддержку.

3.Описание схемы электрической принципиальной.

Схема электрическая принципиальная представлена в графической части лист1.

3.1.Плата микроконтроллера.

Порты Р0 и Р2 МК используются в режиме внешней памяти. Младшие разряды адреса ячейки памяти запоминаются в регистре адреса (DD9) импульсом ALE.

Блок переадресовки выполнен на элементах DD6 и DD7 и выполняет функцию переключения адресов в соответствии с таблицей 3.1.

Таблица 3.1

Исходный адрес		Рабочий адрес
ПЗУ	ОЗУ	ПЗУ	ОЗУ
0000Н	8000Н	8000Н	0000Н

По сигналу RESET=0 RS – триггер на элементах DD7.3 – DD7.4 установлен в единичное состояние (на выводе 13 DD7.4 уровень логического нуля) и производится выбор ПЗУ (DD12). После отпускания кнопки сброса (SA1) триггер сохраняет свое состояние и импульсом PSEN считывается 1-й байт команды перехода из ПЗУ. Триггер удерживается в единичном состоянии сигналом с выхода DD6.1 (А15=0 => А15=1), несмотря на наличие импульса PSEN на входе 1 элемента DD7.2.

В следующих двух обращениях считывается из ПЗУ адрес перехода 8000Н и выполняется команда SJMP 8000H.

При чтении из ячейки 8000Н первого байта команды МК выдает адрес, в котором А15=0, следовательно на выходе DD6.1 формируется низкий уровень. Импульсом PSEN формируется положительный импульс на выходе DD7.2 и триггер переключается. Так как А15=1, то на выходе DD6.1 присутствует низкий уровень, следовательно на выходе DD6.2 – высокий и несмотря на то, что триггер переключился выбор ОЗУ не производится. Выбор ОЗУ будет производится если А15=0 и считывание команд производится импульсом PSEN.

Порты Р4 и Р5 используются для подключения клавиатуры и дисплея. В плате используется клавиатура формата 4х4 и четырех разрядный дисплей динамического типа. Разряды Р4.3 – Р4.0 являются разрядами сканирования клавиатуры и одновременно разрядами выбора индикатора. Сигналы выбора индикатора («бегущий ноль») подаются на входы усилителей (DD10). Низкий уровень с выхода DD10 производит выключение транзистора, через который подается на общий анод выбранного индикатора напряжение +5В.