Міністерство з освіти Російської Федерації
Сибірська державна автомобільно-дорожня академія
(СібАДІ)
Кафедра: "АТП і Е"
Курсова робота
на тему:
"Проектування керуючого мікропроцесорного пристрою (МПУ)".
Варіант № 20
Виконав: студент гр.АП04Т1:
Сергєєв Є.І.
Перевірив к. т. н.:
Руппель А.А.
Омськ 2007
Зміст:
Введення
Завдання на курсову роботу
1. Структура та опис мікроЕОМ
2. Алгоритм управління № 1
3. Алгоритм управління № 2
Висновок
Список використаної літератури
Введення
У зв'язку з ускладненням виробничих процесів останнім часом процес контролю над ходом виробництва, а також саме виробництво, стає все більш складним. Багато виробничі процеси, до того ж, є занадто трудомісткими або складними для участі в них людини.
У наші дні все більше застосування отримує автоматизація виробництва, тобто введення у виробничі процеси автоматів, що допомагають, або зовсім замінюють людини. У першу чергу, це застосовується при небезпечних виробництвах, участь в яких людину небажано, або зовсім неможливо. Також часто автоматизуються процеси, надто швидкоплинні для візуального контролю людини. Там все частіше встановлюються автоматичні датчики, свідчення з яких надходять на накопичувачі, або в пам'ять комп'ютера, де вони зберігаються для подальшого вивчення. Контроль швидкоплинних процесів також здійснюється автоматами.
Крім того, перспективним є автоматизація конвеєрних виробництв, так як для людини шкідливі тривалі повторювані рухи, які він виробляє, перебуваючи за конвеєрною стрічкою. При цьому людину замінюють промислові роботи-маніпулятори.
Мета курсової роботи: Розробка управляючого мікропроцесорного пристрою реалізує заданий взаємодію з об'єктом управління та розробка програмних засобів системи, які забезпечують виконання заданого алгоритму управління.
Завдання на курсову роботу
Вихідні дані:
Функція:
Y1 = f1 (X1; X2; X3; X4)
t1 = 60 мкс.
__
Y1 = X1 & X2 & X3 v X4
Функція:
NU = f2 (NU1, NU2, K)
NU = (NU1-NU2 * K)
t2 = 90 мкс.
t3 = 40 мкс.
1. Структура та опис мікроЕОМ
Загальна структура розроблюваного МПУ:
Виготовлений по КМОП-технології з високощільної структурою восьмирозрядний мікроконтроллер MC68HC11E9 призначається для виконання широкого кола прикладних задач. Для досягнення номінальної частоти шини 2 МГц були використані нові технології. Крім того, повністю статична схемотехніка дозволяє працювати на дуже низьких частотах, що дозволяє при необхідності зменшувати споживання енергії.
ОЕВМ має ряд особливостей в апаратному та програмному забезпеченні, які перераховані нижче:
Особливості апаратного забезпечення:
· 12 Кбайт ПЗУ;
· 512 байт ЕСППЗУ;
· 512 байт ОЗУ;
· 16-розрядний таймер з розширеними функціями:
à 4-розрядний визначник частоти.
à Три функції вхідний фіксації і п'ять - вихідного порівняння або
à Чотири функції вхідний фіксації і чотири - вихідного порівняння.
· Восьмирозрядний лічильник зовнішніх імпульсів;
· Послідовний асинхронний інтерфейс зв'язку розширеного формату NRZ (SCI);
· Послідовний периферійний інтерфейс (SPI);
· Восьмиканальний, восьмирозрядний АЦП;
· Система переривань реального часу;
· Система стеження за правильністю роботи ОЕВМ (COP-Watchdog);
· 52-вивідний квадратний пластиковий корпус.
Особливості програмного забезпечення:
· Система команд представляє собою надмножество системи команд сімейства M6800;
· Операції дробового і цілочисельного 16x16 поділу;
· Операції маніпуляцією окремими бітами даних;
· Режими малого споживання енергії (WAIT і STOP);
Внутрішній генератор може працювати як в режимі автогенерації (при підключенні кварцового резонатора), так і від зовнішнього генератора.
Призначення ліній портів A, D і E не залежить від режиму роботи. Порт B є портом виведення загального призначення в однокристальним режимі роботи і є джерелом старшого байта адреси в розширеному. Порт C є портом вводу / виводу загального призначення в однокристальним режимі роботи. У розширеному режимі роботи порт C використовується як мультиплексована шина адреси / даних.
Ріс.5.27. Внутрішня структура ОЕВМ МС68НС11Е9
Пульт керування оператора:
Пульт керування забезпечує введення в МПУ наступних значень:
ü 8-розрядної двійковій константи K;
ü введення двійкового сигналу «СТОП»;
ü формування сигналу початкової установки системи (RESET)
ü Пульт керування забезпечує виведення з МПУ наступних значень:
ü на світлову індикацію значень x1, x2, x3, x4, y1, y2, y3, NU1, y4.
Необхідно передбачити світлодіод зумер аварійної сигналізації
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Рис. 3. Пульт керування оператора.
Призначення управляючих клавіш:
На малюнку представлена принципова схема мікроЕОМ:
Ріс.4Прінціпіальная схема мікроЕОМ
2. Алгоритм 1:
Для формування керуючого впливу y1 знімається інформація з цифрових датчиків x1, x2, x3 x4 і обчислюється значення булевої функції (тобто логічної) f1 (x1, x2, x3 x4):
При одиничному значенні f1 виробляється керуючий сигнал y1 тривалістю t1. Це означає, що через певний час t1 після видачі y1 необхідно виробити y1 = 0.
Блок-схема програми
SHAPE \ * MERGEFORMAT
3. Алгоритм 2
При обробці інформації з аналогових датчиків МПУ приймає коди NU1 і NU2 з виходів АЦП і код константи k з тумблерного регістру пульта управління. Далі обчислюються значення функції NU = f2 (NU1, NU2, k) і порівнюється з константою Q1, що зберігається в ПЗУ. У залежності від результатів порівняння виробляється один з двох керуючих сигналів Y2 або Y3 заданої тривалості за наступним правилом. Якщо NU <Q, то видати Y2 тривалістю t2, інакше видати Y3 тривалістю t3. Далі формується керуючий вплив Y4, для чого з АЦП вводиться значення NU3 і проводиться обчислення за формулою:
і значення Y4 у вигляді 8-розрядного коду видається на вхід АЦП.
Всі виконавчі константи і змінні, що беруть участь в обчисленнях NU1, NU2, k, Q, Y4 розглядаються як цілі без знака.
Блок-схема програми
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Висновок
В ході даної курсової роботи, нами були складена принципова схема мікроЕОМ на базі мікропроцесора MC68HC11E9, два алгоритми управління ім. У цілому нами при розробці отримані ті знання, які в майбутньому допоможуть у професійній діяльності.
Список використаної літератури:
1. Руппель А.А. Лекції з МПУ Автоматики. 2007р.
2. А.П. Жмакіна. Мікропроцесорні системи для автоматизації технологічних процесів.
Сибірська державна автомобільно-дорожня академія
(СібАДІ)
Кафедра: "АТП і Е"
Курсова робота
на тему:
"Проектування керуючого мікропроцесорного пристрою (МПУ)".
Варіант № 20
Виконав: студент гр.АП04Т1:
Сергєєв Є.І.
Перевірив к. т. н.:
Руппель А.А.
Омськ 2007
Зміст:
Введення
Завдання на курсову роботу
1. Структура та опис мікроЕОМ
2. Алгоритм управління № 1
3. Алгоритм управління № 2
Висновок
Список використаної літератури
Введення
У зв'язку з ускладненням виробничих процесів останнім часом процес контролю над ходом виробництва, а також саме виробництво, стає все більш складним. Багато виробничі процеси, до того ж, є занадто трудомісткими або складними для участі в них людини.
У наші дні все більше застосування отримує автоматизація виробництва, тобто введення у виробничі процеси автоматів, що допомагають, або зовсім замінюють людини. У першу чергу, це застосовується при небезпечних виробництвах, участь в яких людину небажано, або зовсім неможливо. Також часто автоматизуються процеси, надто швидкоплинні для візуального контролю людини. Там все частіше встановлюються автоматичні датчики, свідчення з яких надходять на накопичувачі, або в пам'ять комп'ютера, де вони зберігаються для подальшого вивчення. Контроль швидкоплинних процесів також здійснюється автоматами.
Крім того, перспективним є автоматизація конвеєрних виробництв, так як для людини шкідливі тривалі повторювані рухи, які він виробляє, перебуваючи за конвеєрною стрічкою. При цьому людину замінюють промислові роботи-маніпулятори.
Мета курсової роботи: Розробка управляючого мікропроцесорного пристрою реалізує заданий взаємодію з об'єктом управління та розробка програмних засобів системи, які забезпечують виконання заданого алгоритму управління.
Завдання на курсову роботу
Вихідні дані:
| БІСМП (МЕВМ) | f1, t1 | f2, t2, t3 | ОЗУ | ПЗУ |
| МС68НС11Е9 | 10 | 6 | К537РУ8 | К541РЕ1 |
Y1 = f1 (X1; X2; X3; X4)
t1 = 60 мкс.
__
Y1 = X1 & X2 & X3 v X4
Функція:
NU = f2 (NU1, NU2, K)
NU = (NU1-NU2 * K)
t2 = 90 мкс.
t3 = 40 мкс.
1. Структура та опис мікроЕОМ
Загальна структура розроблюваного МПУ:
Виготовлений по КМОП-технології з високощільної структурою восьмирозрядний мікроконтроллер MC68HC11E9 призначається для виконання широкого кола прикладних задач. Для досягнення номінальної частоти шини 2 МГц були використані нові технології. Крім того, повністю статична схемотехніка дозволяє працювати на дуже низьких частотах, що дозволяє при необхідності зменшувати споживання енергії.
ОЕВМ має ряд особливостей в апаратному та програмному забезпеченні, які перераховані нижче:
Особливості апаратного забезпечення:
· 12 Кбайт ПЗУ;
· 512 байт ЕСППЗУ;
· 512 байт ОЗУ;
· 16-розрядний таймер з розширеними функціями:
à 4-розрядний визначник частоти.
à Три функції вхідний фіксації і п'ять - вихідного порівняння або
à Чотири функції вхідний фіксації і чотири - вихідного порівняння.
· Восьмирозрядний лічильник зовнішніх імпульсів;
· Послідовний асинхронний інтерфейс зв'язку розширеного формату NRZ (SCI);
· Послідовний периферійний інтерфейс (SPI);
· Восьмиканальний, восьмирозрядний АЦП;
· Система переривань реального часу;
· Система стеження за правильністю роботи ОЕВМ (COP-Watchdog);
· 52-вивідний квадратний пластиковий корпус.
Особливості програмного забезпечення:
· Система команд представляє собою надмножество системи команд сімейства M6800;
· Операції дробового і цілочисельного 16x16 поділу;
· Операції маніпуляцією окремими бітами даних;
· Режими малого споживання енергії (WAIT і STOP);
Внутрішня структура і призначення висновків
Внутрішня структура мікроконтролера MC68HC11E9 показана на рис 5.27. На кристалі мікроЕОМ розташовується 8-розрядний центральний процесор CPU11, 12 Кбайт одноразово програмованого ПЗУ, 512 байт ППЗУ з електричним стиранням, статичне ОЗУ об'ємом 512 байт, два пристрої послідовних інтерфейсів, п'ять паралельних портів вводу / виводу, 8-розрядний 8-канальний АЦП із вхідним мультиплексором, блок таймерів та переривань, тактовий генератор і блок управління режимами роботи.Внутрішній генератор може працювати як в режимі автогенерації (при підключенні кварцового резонатора), так і від зовнішнього генератора.
Призначення ліній портів A, D і E не залежить від режиму роботи. Порт B є портом виведення загального призначення в однокристальним режимі роботи і є джерелом старшого байта адреси в розширеному. Порт C є портом вводу / виводу загального призначення в однокристальним режимі роботи. У розширеному режимі роботи порт C використовується як мультиплексована шина адреси / даних.
Тактовий генератор |
Управління перериваннями |
ПЗУ 12 Кбайт (Одноразово програмована або з УФ-стиранням) |
Таймер Переривання реального часу Лічильник зовнішніх імпульсів Вимірювання тимчасових параметрів Генерація імпульсних сигналів Система спостереження за програмними збоями |
Порт А |
Порт B |
Порт C |
Управління роботою портів B і C |
Центральний процесор |
Акумулятор А Акумулятор У |
Індексний регістр IX |
Індексний регістр IY |
Покажчик стека SP |
Програмний лічильник PC IX |
Прапори |
OC1 |
15 |
8 |
7 |
0 |
Електрично стирані ПЗУ (EEPROM) 512 байт |
Статичне ОЗП 512 байт |
OC2 |
OC3 |
IC1 |
IC2 |
IC3 |
OC / IC |
PACC |
8 |
8 |
Порт E |
8 |
Порт D |
SS |
SCK |
MOSI |
MISO |
TxD |
RxD |
STBA (R / W) |
STBB (AS) |
MODA (LIR) |
MODB (V STBY) |
XTAL |
ETAL |
E |
IRQ |
XIRQ |
RESET |
АЦП |
Синхронний послідовний інтерфейс SPI |
Асинхронний послідовний інтерфейс SСI |
Ріс.5.27. Внутрішня структура ОЕВМ МС68НС11Е9
Пульт керування оператора:
Пульт керування забезпечує введення в МПУ наступних значень:
ü 8-розрядної двійковій константи K;
ü введення двійкового сигналу «СТОП»;
ü формування сигналу початкової установки системи (RESET)
ü Пульт керування забезпечує виведення з МПУ наступних значень:
ü на світлову індикацію значень x1, x2, x3, x4, y1, y2, y3, NU1, y4.
Необхідно передбачити світлодіод зумер аварійної сигналізації
SHAPE \ * MERGEFORMAT
X4 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
ВВЕДЕННЯ |
код константи K |
X 1 |
X 2 |
X 3 |
Y 1 |
код константи Q |
АВАРІЯ |
NU 1 |
NU 2 |
NU |
K |
Q |
СКИДАННЯ |
ПУСК |
СТОП |
Рис. 3. Пульт керування оператора.
Призначення управляючих клавіш:
| Клавіша | Функції |
| Пуск | Переводить систему в режим виконання алгоритму управління. У цьому режимі на індикатори виводиться поточне значення прийнятих з висновків АЦП 8-розрядних двійкових кодів NU1, NU2, NU3 |
| K | Переклад в режим введення коду 8-розрядної двійковій константи K, за замовчуванням на всі індикатори виводиться 000. Набирається довільне число цифр (зі зрушенням вліво). Набір фіксується по натисненню Enter. Якщо код константи дорівнює нулю просто натискається клавіша Enter. |
| Q | Перекладає в режим введення коду 8-розрядної двійковій константи Q. |
| Скидання | RESET - початкова установка і перехід в режим набору K і Q |
| Стоп | Режим переривання програми |
| Введення | Фіксує поточний набір і переходить до наступного набору. |
| Аварія | Сигнал червоного кольору - відмова системи, сигнал не горить - система в працездатному стані. |
| NU1 NU2 NU3 | Дисплей виведення 8-розрядних двійкових кодів NU1, NU2, NU3, які вживаються з АЦП |
Ріс.4Прінціпіальная схема мікроЕОМ
2. Алгоритм 1:
Для формування керуючого впливу y1 знімається інформація з цифрових датчиків x1, x2, x3 x4 і обчислюється значення булевої функції (тобто логічної) f1 (x1, x2, x3 x4):
При одиничному значенні f1 виробляється керуючий сигнал y1 тривалістю t1. Це означає, що через певний час t1 після видачі y1 необхідно виробити y1 = 0.
Блок-схема програми
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Початок |
Обнулення бітів |
Обчислення функції |
Y 1 (t 1) = 1 |
ТАК |
НІ |
Установка Y 1 = 0 |
Зупинка |
3. Алгоритм 2
При обробці інформації з аналогових датчиків МПУ приймає коди NU1 і NU2 з виходів АЦП і код константи k з тумблерного регістру пульта управління. Далі обчислюються значення функції NU = f2 (NU1, NU2, k) і порівнюється з константою Q1, що зберігається в ПЗУ. У залежності від результатів порівняння виробляється один з двох керуючих сигналів Y2 або Y3 заданої тривалості за наступним правилом. Якщо NU <Q, то видати Y2 тривалістю t2, інакше видати Y3 тривалістю t3. Далі формується керуючий вплив Y4, для чого з АЦП вводиться значення NU3 і проводиться обчислення за формулою:
і значення Y4 у вигляді 8-розрядного коду видається на вхід АЦП.
Всі виконавчі константи і змінні, що беруть участь в обчисленнях NU1, NU2, k, Q, Y4 розглядаються як цілі без знака.
Блок-схема програми
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Початок |
Ініціалізація системи |
Введення кодів NU 1 і NU 2 |
Введення констант k і Q |
Знаходження функції NU 1 - NU 2 + k |
НІ |
ТАК |
Введення з АЦП NU 2 |
Обчислення Y 4 |
Висновок Y 4 на АЦП |
Зупинка |
Сигнал у 2 (t 2) |
Сигнал y 3 (t 3) |
NU> Q |
Висновок
В ході даної курсової роботи, нами були складена принципова схема мікроЕОМ на базі мікропроцесора MC68HC11E9, два алгоритми управління ім. У цілому нами при розробці отримані ті знання, які в майбутньому допоможуть у професійній діяльності.
Список використаної літератури:
1. Руппель А.А. Лекції з МПУ Автоматики. 2007р.
2. А.П. Жмакіна. Мікропроцесорні системи для автоматизації технологічних процесів.