Микропроцессорные устройства РТС и их программное обеспечение (1088972), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Для применения в большинстве электроприводовоказывается достаточным 4...8 - канальный 8...12 - битовый АЦП с временем преобразования порядкадесятков микросекунд.Ввод информации от импульсных датчиков и ее первичная обработка в простейшем случае заключается вподсчете числа поступивших импульсов. Более полная обработка состоит в реверсивном счете сопределением направления вращения по двум сдвинутым по фазе сигналам датчика (квадратурный режимработы) и с измерением периода следования импульсов. Такая обработка без привлечения центральногопроцессора может выполняться специальным модулем - процессором событий или таймернымсопроцессором.Управление электроприводом осуществляется в реальном масштабе времени при наличии определенноймногозадачности.
Одновременное регулирование нескольких координат электропривода, диагностикафункционирования системы, связь с другими объектами наиболее рационально организуются с помощьюмногоуровневой системы прерываний. Распределение приоритетов прерываний производится всоответствии с требуемым быстродействием контура регулирования, временем реакции на изменениевходной информации. Наибольший приоритет имеют сигналы аварийных ситуаций, вызывающие защитныепроцедуры, когда от времени реакции зависит дальнейшая работоспособность всей системы. Требуемоечисло каналов прерывания определяется в каждом конкретном случае, так как оно зависит от распределениямежду аппаратными и программными средствами защиты, структуры системы в целом.
Применениемеханизма векторного прерывания, когда к одному входу запроса может быть подключено несколькоустройств, позволяет увеличить число обрабатываемых сигналов и более гибко использовать системупрерываний.Дополнительным средством организации работы программы в реальном масштабе времени может служитьодин или несколько таймеров как общего назначения, так и специальных. Для повышения надежностиработы системы необходимы средства, контролирующие в определенной мере правильностьфункционирования алгоритма управления и осуществляющие при необходимости перезапускмикроконтроллера.
Полезными могут быть также схемотехнические решения, уменьшающие влияниеразличного рода помех на работу микроконтроллера, его входные и выходные цепи.В значительном числе случаев электропривод работает не автономно, а в составе некоего технологическогокомплекса. Если процессорной мощности микроконтроллера достаточно для управления собственноэлектроприводом и одновременного решения задач технологического управления, реализациятехнологического контроллера на базе микроконтроллера может потребовать некоторого дополнительногочисла входов АЦП и дискретных входов/выходов.Связь микроконтроллера с различными внешними устройствами обычно осуществляется по различнымпоследовательным интерфейсам, поэтому в своем составе микроконтроллер должен иметь один илинесколько модулей приемо-передатчиков с возможностью программного изменения скорости обмена ипараметров его протокола.В результате получаем, что микроконтроллер для применения в системах управления электропривода кромесобственно высокопроизводительного процессорного ядра должен иметь модули ШИМ, АЦП, таймеров,периферийных интерфейсов, процессор событий и развитую систему прерываний.
Следует оговориться, чтоуказанный набор свойств рассчитан на построение однокристального встраиваемого устройства управленияс алгоритмом средней сложности и может видоизменяться в зависимости от требований конкретногоприменения. Так, в разомкнутых системах программного управления шаговыми двигателями с аппаратнойреализацией регулирования тока не нужен микроконтроллер со встроенным АЦП. В мультипроцессорныхсистемах управления многокоординатными объектами, требующих большого объема сложных вычислений(системы числового программного управления обрабатывающих центров, робототехнические комплексы...),помимо специализированных микропроцессоров, решающих задачи локального регулирования, на первыйплан выходят цифровые сигнальные процессоры, структура которых не содержит указанных вышеэлементов, но зато оптимизирована именно для быстрого выполнения специфических вычислительныхопераций.Новый микроконтроллер серии С166 для управления электроприводамиСерия 16-разрядных микроконтроллеров фирмы Siemens AG разработана специально для обеспечениятребований задач управления встроенных систем реального времени.
Первым представителем семействабыл выпущен кристалл SAB-80C166-M и поэтому всю серию принято называть C166. Многочисленноесемейство этих микроконтроллеров (в настоящее время около двух десятков) имеет в своем составе ядропроцессора, использующего концепцию RISC (Reduced Instruction Set Computer). Система командсемейства C166 оптимизирована для быстрого выполнения инструкций и для уменьшения времени откликана прерывание. Интегрированные интеллектуальные периферийные модули микроконтроллеров построенытаким образом, чтобы минимизировать вмешательство процессора при их работе.
Наличие мощногопроцессорного ядра, полного набора периферийных модулей, различных системных функций (гибкаясистемная шина, режимы энергосохранения, умножение/деление тактовой частоты) позволило достигнутьхорошего соотношения качество/цена. Микроконтроллеры этой серии сейчас применяются очень широко: вавтомобилях, промышленных системах автоматизации и электропривода, связи, медицинском оборудованиии т.д.Для управления электроприводами различных систем наиболее подходят микроконтроллеры,перечисленные в табл. 1. Они позволяют формировать сигналы управления преобразователем сминимальным вмешательством ЦПУ, подключать аналоговые и импульсные сигналы обратных связей,организовывать связь с удаленным управляющим контроллером высшего уровня и решать другиевспомогательные задачи.Новый многофункциональный 16-разрядный микроконтроллер фирмы Siemens AG получилнаименование C164CI.
И поскольку он содержит такой же модуль захвата-сравнения CAPCOM6, как и вмикроконтроллере C504, основная область его применения системы управления электроприводами.Особенности микроконтроллера C164CI, благодаря которым возможно успешное его применение для такихсистем, это ядро процессора, система прерываний и модуль CAPCOM6.Основные характеристики микроконтроллера:минимальное время цикла инструкций 100 нсек с выполнением большинства инструкций заодин цикл;умножение 500 нсек (16 бит ґ 16 бит), деление 1 мксек (32 бит / 16 бит);регистровая структура с переключаемыми регистровыми банками;16 Мбайт линейное адресное пространство для кодов программ и данных;системный стек с автоматическим контролем границ стека;биты, байты и слова типы обрабатываемых данных;гибкая и эффективная система адресации для создания компактных выходных кодов;поддержка языков высокого уровня комплексными инструкциями условных переходов;2 Кбайт внутреннее ОЗУ для переменных, регистровых банков, системного стека и кода;64 Кбайт встроенная однократно-программируемая память программ (OTP);мультиплексированная внешняя шина;возможность сегментации памяти и наличие сигналов выборки микросхем;динамическое изменение шины 8 бит / 16 бит;16 уровней приоритетов прерываний;32 узла прерываний с раздельными векторами прерываний;300/500 нсек типичное/максимальное время перехода по прерыванию при работе с внутреннейпамятью;периферийный контроллер событий для передачи данных по прерыванию за один цикл;8-канальный 10-разрядный АЦП с временем преобразования 9,7 мксек;два модуля захвата-сравнения с независимыми базовыми таймерами для генерации различныхШИМ сигналов и обработки временных интервалов;многофункциональный модуль таймеров, содержащий три 16-разрядных таймера-счетчика сразрешением 400 нсек;универсальный синхронно-асинхронный последовательный порт (USART);высокоскоростной синхронный последовательный канал SSC;встроенный CAN-модуль версии 2.0B;часы реального времени на кристалле;рабочий диапазон температур -40...125C;корпус MQFP-80.Таблица 1ТипТакт.ПЗУ,частота,байтмГцАдр.ОЗУ,САРТай- CAN,простр.,ШИМ АЦПбайтСОМмеры V2.0байтКорпусC164CI-8EM2064k OTP2k4M8+7-831PMQFP-80SAB80C166M20,25-/32k ROM1k256k16-105-PMQFP100C167-LM20-2k16M324165-PMQFP144C167SR-LM20,25-4k16M324165-PMQFP144C167CR-LM20,25-/128k ROM 4k16M3241651PMQFP144C167CR16FM20128kFLASH4k16M3241651PMQFP144C167CS32FM20256kFLASH4k16M3242452PMQFP1442.
Программные средства для разработки и отладки программногообеспечения микропроцессоров и микроконтроллеров.Программное обеспечение закладывается в постоянные запоминающие устройства микроконтроллеров.Языки программирования для микроконтроллеров.Программирование для микроконтроллеров как и программирование для универсальных компьютеровпрошло большой путь развития от программирования в машинных кодах до применения современныхинтегрированных систем написания программ, отладки и программирования микроконтроллеров. Внастоящее время исходный текст программы пишется на одном из языков программирования.Процесс преобразования операторов исходного языка программирования в машинные кодымикропроцессора называется трансляцией исходного текста. В настоящее время ручная трансляцияпрограмм практически не используется.
Трансляция производится специальными программамитрансляторами.Существует два больших класса программ-трансляторов: компиляторы и интерпретаторы. Прииспользовании компиляторов весь исходный текст программы преобразуется в машинные коды, и именноэти коды записываются в память микропроцессора. При использовании интерпретатора в памятьмикропроцессора записывается исходный текст программы, а трансляция производится при считыванииочередного оператора. Естественно, что быстродействие интерпретаторов намного ниже по сравнению скомпиляторами, т.к. при использовании оператора в цикле он транслируется многократно. Однако припрограммировании на языке высокого уровня объём кода, который нужно хранить во внутренней памятиможет быть значительно меньше по сравнению с исполняемым кодом. Ещё одним преимуществомприменения интерпретаторов является легкая переносимость программ с одного процессора на другой.Рисунок 1.
Классификация программ-трансляторов языков программирования.Сами языки программирования в свою очередь делятся на две группы:1.2.языки программирования "высокого" уровняязыки программирования "низкого" уровня.К языкам программирования "низкого" уровня относятся языки программирования в которых каждомуоператору соответствует не более одной машинной команды. Набор машинных команд каждогоконкретного процессора обязательно входит в состав такого языка программирования. Языкипрограммирования низкого уровня в настоящее время называются ассемблерами (старое названиеавтокоды).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
