ЗМІСТ
"1-3" ЗМІСТ ............................................ .................................................. ..... 5ВСТУП ................................................. .................................................. ...... 6
1. синтез функціональної схеми ............................................... ..... 7
1.1 Загальна будова функціональної схеми ............................................. ........ 7
1.2 Опис роботи функціональної схеми ............................................. ..... 8
2. Вибір елементної бази ТА РЕАЛІЗАЦІЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ БЛОКІВ СХЕМИ .......................................... .................................................. ................... 9
2.1 Масштабний підсилювач ............................................... ......................... 9
2.2 Пристрій вибірки-зберігання ............................................. .............. 10
2.3 Комутатор ................................................ ........................................ 11
2.4 Аналого-цифровий перетворювач ............................................. ..... 11
2.5 Цифро-аналоговий перетворювач ............................................. .... 11
2.6 Дешифратор ................................................ ........................................ 12
2.7 Мікроконтролер ................................................ ................................ 12
2.8 Блок світлоіндикатор ............................................... ............................. 12
3. ПРИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ СИГНАЛІВ СХЕМИ ................................. 13
4. ОПИС РОБОТИ ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ ........................... 13
5. Усунення перешкод у ланцюгах живлення ........................................ 14
6. Оцінка споживаної потужності .............................................. 14
7. Опис алгоритмів керування та індикації ............. 15
8. Опис програми ................................................ ....................... 17
9. розрахунок тимчасових характеристик пристрою .................. 18
ВИСНОВОК ................................................. ................................................ 19
Список використаної літератури .......................................... 20
ДОДАТОК 1 ................................................ .............................................. 21
ДОДАТОК 2 ................................................ .............................................. 24
ВСТУП
Підставою для виконання проекту є: 1) навчальний план кафедри ІУ6
2) технічне завдання на курсовий проект
Метою курсового проекту є розробка системи автоматичного підстроювання частоти (далі САПЧ). Дана система призначена для порівняння значень про поточну частоті, отриманих з датчиків зі значеннями, заданими з пульта оператора, аналізу й обробки відхилення і видачі відповідного сигналу управління та інформаційних сигналів. САПЧ розроблена на основі мікроконтролера (МК) КР1816ВЕ51 (аналог 8051AH фірми Intel), архітектура якого стала стандартом на світовому ринку 8-розрядних мікроконтролерів. У розробленому пристрої обробляються 4 канали.
Розроблений пристрій може застосовуватися в різних системах, наприклад в генераторах сигналів, радіоприймальної апаратури. Розроблена САПЧ є універсальною і може застосовуватися не тільки для підстроювання частоти, але і для регулювання інших сигналів (наприклад, температури, тиску), для яких вимірювачі видають інформацію про поточний значенні у вигляді постійної напруги.
Керуючий сигнал залежить від вхідних сигналів системи відповідно до програми обробки, яку нескладно змінити і ввести в мікроконтроллер. Це також додає системі універсальність.
1. синтез функціональної схеми
1.1 Загальна будова функціональної схеми.
У технічному завданні на курсовий проект задано спроектувати систему автоматичного підстроювання частоти.Взаємозв'язок САПЧ і об'єкта управління показана на рис.1.1. Сигнал з датчиків частоти надходить в САПЧ, куди попередньо заноситься значення, яке необхідно підтримувати. Залежно від цих даних виробляється керуючий сигнал, який надходить на об'єкт управління і значення частоти змінюється. Також САПЧ видає інформаційні сигнали, якщо відхилення поточної частоти від заданої перевищує певне значення (10%).
Рис. 1.1. Взаємозв'язок об'єкта управління і САПЧ.
Функціональна схема розроблювального пристрою, може бути реалізована кількома способами.
Може бути використана схема з паралельного або послідовною обробкою аналогових сигналів. У схемі з паралельною обробкою використовується окремий аналого-цифровий перетворювач (АЦП) на кожен канал, а також цифровий мультиплексор. У схемі з послідовною обробкою використовується аналоговий мультиплексор і один АЦП на його виході. У розробляється пристрої використано варіант з послідовною обробкою, так як при його використанні спрощується схема.
Функціональна схема пристрою показана на рис.1.2.
Рис.1.2. Функціональна схема пристрою.
Схема складається з наступних блоків:
· Масштабний підсилювач, необхідний для узгодження рівнів напруг датчиків, пульта оператора і мультиплексора;
· Аналоговий мультиплексор, що вибирає певний канал і комутуючих його на свій вихід;
· Пристрій вибірки-зберігання (ПВЗ), що фіксує значення сигналу, на час перетворення в АЦП;
· АЦП, що перетворює аналоговий сигнал в 7-розрядний двійковий код;
· Мікроконтроллер, що виконує основні операції управління і обчислення;
· Цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП), що перетворить значення сигналу в цифровому вигляді в аналоговий;
· Дешифратор;
· Чотири ПВЗ, що фіксують вихідний керуючий сигнал;
· Блок світлоіндикатор.
1.2 Опис роботи функціональної схеми.
Сигнали з датчиків і з пульта оператора для кожного каналу подаються через масштабний підсилювач на аналоговий мультиплексор, який в залежності від стану адресних входів вибирає необхідний. Номер сигналу задається в МК. Далі сигнал запам'ятовується в ПВЗ, переводиться в двійковий код і заноситься в мікроконтроллер. Після виконання всіх необхідних дій, мікроконтролер видає вихідний сигнал у двійковому вигляді. Цей сигнал перетвориться в аналоговий вигляд і подається на входи чотирьох ПВЗ. На керуючі входи ПВЗ подається сигнал з дешифратора. Дешифратор перетворює адресу, який видає МК і видає активний сигнал на одну з вихідних ліній, таким чином вибираючи одне з ПВЗ. При відхиленні поточної частоти від заданої більш ніж на 10% видається сигнал на блок світлоіндикатор.2. Вибір елементної бази ТА РЕАЛІЗАЦІЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ БЛОКІВ СХЕМИ.
Лінії портів введення-виведення мікроконтролера КР1816ВЕ51 мають рівні логічних одиниці і нуля відповідні ТТЛ рівня. Тому для цифрових елементів схеми була обрана ТТЛ серія КР1533. Малопотужні швидкодіючі мікросхеми цієї серії задовольняє вимогам по швидкодії і споживаної потужності.Для інших елементів схеми при виборі елементів використовувалися такі критерії як можливість узгодження з МК, низька споживана потужність, функціональна завершеність мікросхем.
Розглянемо реалізацію кожного з блоків.
2.1 Масштабний підсилювач
Масштабний підсилювач (МУ) побудований на основі операційного підсилювача К140УД6. Схема його включення показана на малюнку 2.1.Рис. 2.1. Масштабний підсилювач.
Використовується схема з негативним зворотним зв'язком з подачею вхідного напруги на инвертирующий вхід. При цій схемі включення коефіцієнт посилення дорівнює К = Rос/R1, опір R2 = Rос | | R1.
Для МУ, перетворюючих сигнал, з датчиків частот: К = 5 / 25 = 0.2.
Roc = 5.1 кОм. R1 = 25,5 кОм, згідно рядах стандартних опорів R1 = 24 кОм, R2 = 4,5 кОм, згідно рядах стандартних опорів R2 = 4,3 кОм.
Для МУ, перетворюючих сигнал, з пультів оператора: К = 5 / 15 = 0.333.
Rос = 5.1 кОм. R1 = 15,3 кОм, згідно рядах стандартних опорів R1 = 15 кОм, R2 = 3,8 кОм, згідно рядах стандартних опорів R2 = 3,9 кОм.
Резистор R3 є подстроечним і використовується для регулювання зміщення нуля.
Як R3 використовується резистор СП0-1.
Напруга живлення: Uп = ± 15 в.
2.2 Пристрій вибірки-зберігання
Для пристрою вибірки й зберігання була обрана мікросхема КР1100СК3. Схема включення показана на рис.2.2.Рис.2.2. Пристрій вибірки та зберігання.
Мікросхема має в своєму складі 4-х ключовою комутатор і парафазного підсилювач. При застосуванні як ПВЗ використовується повний набір функціональних елементів.
Елементи мають наступні параметри: С1 = С2 = 50 пФ, R1 = R2 = R3 = 5 кОм.
Керуючі сигнали подаються на висновки 14 і 2 і повинні бути взаємодоповнюючими. Режиму вибірка відповідає ТТЛ-рівень логічної одиниці на виводі 2 і нуля на виведенні 14. На вивід 14 подається напруга з дешифратора, на висновок 2 подається напруга з дешифратора через інвертор (використовуваний дешифратор має інверсні виходи).
Вхідна напруга подається на вхід 2-го ключа (висновок 13). Вихідна напруга знімається з виходу операційного підсилювача (висновок 9).
Напруга живлення: Uп = ± 15 в.
Час вибірки 3,5 мкс.
2.3 Комутатор
В якості аналогового комутатора використовується мікросхема КР590КН1. Цей комутатор має 8 входів (4 входи - сигнали з датчиків, 4 входи - сигнали з пультів оператора). Граничне напруга, що комутується - 5 ст. Напруга живлення: UП1 = - 15 ст., Uп2 = + 5в.2.4 Аналого-цифровий перетворювач
Для аналого-цифрового перетворення використана мікросхема К1113ПВ1А. Вона являє собою десятирозрядний АЦП послідовного наближення. Використовуються 7 старших розрядів. Мікросхема характеризується функціональною повнотою. Необхідні лише два джерела живлення UП1 = 5 В., Uп2 =- 15 В. Перетворення починається при подачі низького рівня напруги на висновок 11. Після закінчення перетворення на виведенні 17 з'являється напруга високого рівня. Цей сигнал надходить в мікроконтроллер і використовується для перевірки готовності даних. Вихідні буферні пристрої мають три стани, що дозволяє їх використовувати для зв'язку з шиною даних мікроконтролера. Рівні вхідних і вихідних сигналів відповідають рівням ТТЛ. Час перетворення не більше 30 мкс.2.5 Цифро-аналоговий перетворювач
Для цифро-аналогового перетворення використовувалася мікросхема К1108ПА2, яка є функціонально закінченим пристроєм і сполучається з мікропроцесорами. Використовується однополярний режим перетворення вхідних даних без зберігання. У цьому режимі висновки 6, 1, 18 заземлюються. Напруга харчування UП1 = 5 В., Uп2 =- 6 В. Час перетворення 1.5 мкс.2.6 Дешифратор
У схемі використаний дешифратор КР1533ІД4. Це здвоєний дешифратор 2-4 з окремими вирішуючими входами. Використовується один з двох дешифраторів. Дозволяючий вхід є інверсним. Виходи дешифратора також інверсні. Так як управляючі сигнали для ПВЗ повинні бути взаємодоповнюючими, до виходів дешифратора підключені інвертори. Для них є мікросхема КР1533ЛН1, що має в своєму складі 6 інверторів. Час затримки поширення сигналу 15 нс.2.7 Мікроконтролер
У системі мікроконтроллер КР1816ВЕ51 (зарубіжний аналог 8051АН серії MCS-51 фірми Intel).Він має ПЗУ ємністю 4кБ, ОЗУ місткістю 128 байт, 4 універсальних порту введення-виведення, 8-розрядне АЛП з апаратною реалізацією операцій типу множення, послідовний порт, два 16-розрядних програмованих лічильника таймера.
Кожна лінія порту 0 при роботі в якості виходів забезпечує навантажувальну здатність, рівним 8 входів малопотужної серії LS TTL, кожна лінія портів 1-3 - 4 входів.
Синхронізація мікроконтролера здійснюється з використанням внутрішнього инвертирующего підсилювача, який може бути перетворений на синхрогенератор за допомогою підключення до висновків X1 і X2 зовнішнього кварцового резонатора. Схема підключення резонатора і схема скидання при включенні електроживлення показана на рис.2.3.
Ріс.2.3.Схема підключення резонатора і скидання.
Резистор R1 має опір 8,2 кОм, конденсатор С3 має ємність 10 мкФ.
Кварцовий генератор має частоту 4 МГц.
2.8 Блок світлоіндикатор
2.9Для індикації можна використовувати чотири світлодіода типу АЛ310Д.
3. ПРИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ СИГНАЛІВ СХЕМИ.
У схемі використовуються наступні сигнали:вхідні сигнали:
· D1 - D4 - напруга з датчиків частоти;
· PU1 - PU4 - напруга установки з пульта оператора;
вихідні сигнали:
· Uout1 - Uout1 - керуючі сигнали, вироблені САПЧ.
4. ОПИС РОБОТИ ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ.
При включенні живлення схеми на вхід RST МК через дифференцирующую ланцюжок подається сигнал високого рівня і запускається процес ініціалізації мікроконтролера.Після цього починається опитування датчиків та сигналів з пультів оператора. Масштабний підсилювач призводить діапазон напруг до значення 0 - 5 В. У біти 0-2 порту Р0 виводиться номер входу мультиплексора. Біт 3 порти Р0 управляє ПВЗ, що стоять перед АЦП, біт 4 управляє АЦП, біт 5 управляє дешифратором. У біти 4,5 спочатку заноситься 1, в біт 3 - 0. Після перемикання мультиплексора в біт 3 заноситься одиниця і починає працювати ПВЗ в режимі вибірки. Після закінчення вибірки в біти 3,4 заноситься 0. Починається аналого-цифрове перетворення сигналу. Далі двійковий код заноситься в сім молодших розрядів порту Р1 МК. У старший розряд порту заноситься сигнал готовності з АЦП. У біт 4 порти Р0 заноситься одиниця, яка переводить вихідні буферні пристрої АЦП в високоімпендансное стан і відключає його від шини даних.
Після введення необхідних значень і їх обробки відбувається висновок керуючого сигналу. При цьому в порт Р1 виводиться двійковий код сигналу, який перетворюється в ЦАП в аналогове напругу. Після перетворення в порт Р0 виводиться номер каналу, для якого призначений керуючий сигнал. Цей номер надходить на дешифратор, який вибере ПВЗ відповідного каналу. ПВЗ запам'ятає значення і буде зберігати його до наступної видачі керуючого сигналу в даний канал. У біт 5 порту Р0 записується одиниця, яка відключає дешифратор.
При відхиленні поточної частоти більш ніж на 10% від заданої, в біт порту Р2 з номером каналу, в якому відбулося відхилення записується одиниця і спалахує один з чотирьох світлодіодів, підключених до цього порту.
Крім того, для компенсації кидків струму в системі живлення безпосередньо біля роз'єму подачі живлення встановлені електролітичні конденсатори, по одному на кожну лінію живлення.
Р = 8 Р К140УД6 + Р К590КН1 + Р КР1816ВЕ51 + Р КР1533ЛН1 +5 * Р КР1100СК3 + Р К1113ПВ1А + Р К1108ПА2 +8 * Р КР1533ІД14,
Де Р - сумарна споживана потужність, Р тип мікросхеми - потужність, споживана певним типом мікросхеми.
Максимальні споживані потужності для мікросхем, використовуваних в САПЧ:
Р К140УД6 = 84 мВт;
Р К590КН1 = 70 мВт;
Р КР1816ВЕ51 = 2 Вт;
Р КР1533ЛН1 = 20 мВт;
Р КР1100СК3 = 75 мВт;
Р К1113ПВ1А = 320 мВт;
Р К1108ПА2 = 500 мВт;
Р КР1533ІД14 = 65 мВт.
Сумарна споживана потужність, не більше 3,1 Вт
Розглянемо основний алгоритм роботи системи (рис.1 додатка 1). При включенні пристрою починається ініціалізація необхідних змінних. Номеру входу мультиплексора, з якого зчитується значення, присвоюється значення N дорівнює кількості каналів (N = 4 - пульт оператора 1-го каналу). Далі починається опитування датчиків частоти і пульта оператора. У системі реалізований циклічний режим опитування. При цьому режимі опитування здійснюється за заздалегідь встановленою програмою, яка визначає послідовність комутації. Для кожного каналу опитується спочатку пульт оператора, потім датчик частоти. Обробляється 1-й канал, потім 2-й і т.д. Після опитування всіх каналів, знову починає опитуватися 1-й канал, і т.д.
Робота системи здійснюється наступним чином: встановлюється адреса пам'яті R0, за яким буде заноситься 1-е значення, опитується вхід I мультиплексора (пульт оператора), адресу пам'яті R0 збільшується на 1, номер входу I зменшується на N, опитується вхід I мультиплексора (датчик частоти ), відбувається обробка даних, виведення результату, номер входу I збільшується на N +1, відбувається перевірка: чи рівне I значенням 2 * N +1, тобто чи всі канали опитані, якщо ця умова виконується, то I = N і все починається спочатку з першого каналу, якщо не виконується, то I залишається незмінним і все повторюється для наступного каналу.
Введення значень з датчиків здійснюється процедурою INPUT.
Розглянемо докладніше алгоритм цієї процедури (рис.2 додатка 1).
Спочатку необхідно підготувати керуюче слово, яке буде містити адресу опитуваного входу мультиплексора і сигнали, що починають або забороняють роботу відповідних мікросхем. Для цього в молодші розряди слова поміщається номер входу мультиплексора, 4-й біт і 5-й біти встановлюються в 1, 3-й біт обнуляється. Тим самим забороняється робота ПВЗ з АЦП і дешифратора. Далі це слово виводиться в порт 0. Після закінчення перехідних процесів в мультиплексорі в 3-біт записується одиниця, що починає вибірку сигналу на ПВЗ. Після вибірки в 3-й і 4-й біти записується логічний нуль, закінчується вибірка і починається аналого-цифрове перетворення. Після цього дані з АЦП зчитуються МК і перевіряється старший біт зчитаного слова, який є прапором закінчення перетворення. Якщо цей біт дорівнює 0, то дані зчитуються знову, і так до тих пір, поки цей біт не буде дорівнює 1. Після цього необхідно відключити АЦП (обнуліть4-й біт керуючого слова), тим самим відключити його від шини даних. В кінці лічені дані заносяться в оперативну пам'ять.
Висновок керуючих сигналів здійснюється процедурою OUTPUT.
Розглянемо алгоритм цієї процедури.
Спочатку формується керуюче слово. У молодші біти заноситься номер обслуговується каналу. Третій біт дорівнює 0 (ПВЗ перед АЦП вимкнено), 4-й біт дорівнює 1 (АЦП відключений), 5-й біт дорівнює 0 (дозволена робота дешифратора). Потім виводиться двійковий код керуючого сигналу в порт 1 і починається перетворення його в двійковий вигляд. Після перетворення виводиться керуюче слово в порт 0, номер каналу дешифрує і вибирається відповідне ПВЗ, що запам "ятовує значення керуючого сигналу і зберігає його до наступного циклу обробки цього каналу.
Обробка лічених значень частоти, поточної і заданої, обчислення відхилення і вироблення керуючих сигналів здійснюється процедурою OBRAB.
Розглянемо алгоритм цієї процедури (рис.3 додатка 1).
Спочатку обчислюється відхилення, однакову різниці між заданою і поточною частотою. Після цього виконується процедура ANALIZ. Потім відхилення ділиться на задану частоту і множиться на 100 і виходить похибка. У випадку, якщо похибка більше 0, то від неї віднімається 10. Якщо результат більше нуля, то у відповідний біт порту 2 заноситься одиниця і запалюється відповідний світлодіод. Якщо похибка негативна, то до неї додається 10. І якщо результат менше нуля, то також до відповідного біт порту 2 заноситься одиниця.
Обчислення значення управляючого сигналу здійснюється процедурою ANALIZ. У даній роботі реалізований простий випадок, коли керуючий сигнал пропорційний обмірюваному відхиленням. Алгоритм цієї процедури зображений на рис. 3 додатка 1.
Тут відхилення множиться на коефіцієнт пропорційності та додається значення, відповідне нульового відхилення. У даному випадку це значення дорівнює 127. Одержаний результат заносимо в регістр R5.
В асемблері 51 використовуються різні методи адресації, тобто набори механізмів доступу до операндів. У цій розробці використовувалися такі методи адресації:
· Реєстрова адресація;
· Побічно-реєстрова адресація;
· Безпосередня адресація.
Для адресації портів, регістрів спеціальних функцій використовуються зарезервовані символічні імена (Р0, Р1, Р2, Р3 - порти, А чи АСС - акумулятор).
Текст програми приведений у додатку 2.
На початку програми оголошуються константи, вибирається банк регістрів загального призначення, номер якого визначається розрядами RS0, RS1 регістру PSW. У даному випадку вибирається нульової банк (SEL RB0).
У регістр R2 заноситься число каналів N. Регістр R2 далі використовується для збереження номеру входу мультиплексора, з якого береться значення. Регістр R0 використовується як покажчик на клітинку внутрішньої пам'яті даних, що зберігає операнд. На початку в R0 заноситься значення 20H. За цією адресою буде зберігається значення з пульта оператора. За адресою 21Н буде зберігається значення поточної частоти. У регістрі R5 зберігається значення керуючого сигналу. Відхилення заноситься в регістр R4.
Велике значення в системі команд приділено операціям з битами. У програмі використовуються наступні команди: SETB bit, CLR bit, які встановлюють біт відповідно в 1 або в 0. Для адресації біт використовуються зарезервовані символічні імена виду <ім'я РСФ або порту>. <Номер біта>.
Для передачі управління використовувалися такі команди як АSJMP - короткий перехід, JNB - перехід, якщо біт дорівнює 0, JB - перехід, якщо біт дорівнює 1, JZ - перехід, якщо акумулятор дорівнює 0.
Час виконання команд одно одному, двох або чотирьох машинним циклом. Цикл дорівнює 12 періодам зовнішнього синхросигналу (при зовнішній частоті 4МГц тривалість циклу становить 3 мкс). Це дозволяє не вводити додаткові затримки при введенні даних між видачею адреси на мультиплексор, запуском ПВЗ і запуском АЦП і при виведенні даних між видачею даних в порт 1 і видачею адреси на дешифратор.
Система арифметичних команд включає в себе операції додавання, віднімання, інкремент, декремент, а також множення і ділення.
Програма написана у відповідності з алгоритмами, представленими в додатку 1 і описаними в попередньому розділі. Вона включає в себе основну програму, підпрограми INPUT, OUTPUT, OBRAB, ANALIZ. Виклик підпрограм здійснюється командою АCALL.
При зовнішній частоті в 4 МГц отримаємо не більше 672 мкс.
Для всіх чотирьох каналів отримаємо не більше 2.7 мс.
Частота опитування каналів не менш 0,37 кГц.
Розробка системи була проведена з урахуванням вимог, зазначених у технічному завданні.
Система забезпечує індикацію каналу, в якому відхилення поточної частоти від заданої перевищує певне значення.
Була розроблена принципова схема пристрою, алгоритм управління і програма на мові асемблер для мікроконтролерів серії MCS-51.
Розроблена система може застосовуватися регулювання частоти в різних пристроях і приладах.
1999 р . - 400 с.
2. Є.В. Веніамінов - Мікросхеми і їх застосування. Справ. Посібник. / М.; Радіо і зв'язок, 1989р. - 240 с.
3. В.Г. Гусєв, Ю.М. Гусєв - Електроніка. Навчальний посібник / М.; Вища школа, 1990 р . - 622 с.
4. Ф.В. Шульгін - Довідник з аналоговим мікросхем / М., 1997 р .
Рис.1. Головний алгоритм роботи системи.
Рис.2. Алгоритми процедури введення INPUT і процедури виведення OUTPUT.
Рис.3. Алгоритм обробки вхідних сигналів і підготовки результатів.
N EQU 4
K EQU 31
INIT: SEL RB0; вибір банку регістрів
L1: MOV R2, N; занести номер каналу
L2: MOV R0, # 20H; занести в РПД адресу пам'яті для даних
АCALL INPUT; читання даних
MOV A, R2;
SUBB A, N;
MOV R2, A; R2 = R2-N
INC R0; збільшити адресу на 1
АCALL INPUT; читання даних
АCALL OBRAB; обробка даних
АCALL OUTPUT; висновок результату
MOV A, R2;
INC;
ADD A, N;
MOV R2, A; R2 = R2 +1 + N
MOV A, N;
MOV B, # 2;
MUL AB; A = 2 * N
SUBB A, R2;
JZ L1; порівняння A і R2
АJMP L2; перехід на L2
RET
INPUT: MOV A, R2; процедура читання даних з порту
SETB ACC.5
SETB ACC.4
OUT P0, A; висновок в Р0 адреси
SETB PO.3; запуск ПВЗ
CLR P0.3;
CLR P0.4; запуск АЦП
L3: IN A, P1; читання з Р1
JNB ACC.7 L3; перевірка готовності АЦП
CLR ACC.7; ст. біт акумулятора дорівнює 0
SETB PO.4
MOV @ R0, A; занести лічені дані в пам'ять
RET
OUTPUT: MOV A, R2; процедура виведення результатів
SETB ACC.4
OUT P1, R5; висновок в Р1
OUT P0, A; висновок в Р0 адреси
SETB P0.5
RET
OBRAB: DEC RO; адресу значення пульта оператора
MOV A, @ R0; значення пульта оператора в акк.
INC R0; адресу значення датчика
SUBB A, @ R0; відхилення між пультом оператора і датчиком
MOV R4, A; відхилення в регістр 4
АCALL ANALIZ; процедура обробки та отримання сигналу управління
MOV A, R4; значення відхилення в акк.
MOV B, # 100;
MUL AB; помножити відхилення на 100%
DEC R0; адресу значення пульта оператора
MOV B, @ R0; значення пульта оператора в У
DIV AB; розділити відхилення на значення пульта оператора
JB ACC.7 NEG; перехід коли похибка <0
SUB A, # 10; відняти 10% з похибки
JNB ACC.7 INDIK1; якщо похибка> 10% індикація
АSJMP INDIK2
NEG: ADD A, # 10
JB ACC.7 INDIK1; якщо похибка> 10% індикація
АJMP INDIK2
INDIK1: SETB P2.R2
АJMP KON
INDIK2: CRL P2.R2
KON: RET
ANALIZ: MOV B, K; в регістр B значення коефіцієнта пропорційності
MUL AB; помножити відхилення на коефіцієнт
ADD A, # 127; додати макс. зн-е результату поділене на 2 = 127
MOV R5, A; занести результат в регістр 5
RET
5. Усунення перешкод у ланцюгах живлення
Для зменшення наведень і падінь напруг, пов'язаних з перехідними процесами в шинах харчування і землі застосовані індивідуальні згладжують конденсатори. Ємність та кількість розподілених за схемою згладжуючих імпульсні перешкоди конденсаторів обрані таким чином: по одному керамічному конденсатору ємністю 0.1 мкФ на один корпус. Конденсатори підключаються між шинами харчування і землі і встановлюються в безпосередній близькості від обслуговуються корпусів.Крім того, для компенсації кидків струму в системі живлення безпосередньо біля роз'єму подачі живлення встановлені електролітичні конденсатори, по одному на кожну лінію живлення.
6. Оцінка споживаної потужності
Для проектованої системи споживана потужність розраховується за такою формулою:Р = 8 Р К140УД6 + Р К590КН1 + Р КР1816ВЕ51 + Р КР1533ЛН1 +5 * Р КР1100СК3 + Р К1113ПВ1А + Р К1108ПА2 +8 * Р КР1533ІД14,
Де Р - сумарна споживана потужність, Р тип мікросхеми - потужність, споживана певним типом мікросхеми.
Максимальні споживані потужності для мікросхем, використовуваних в САПЧ:
Р К140УД6 = 84 мВт;
Р К590КН1 = 70 мВт;
Р КР1816ВЕ51 = 2 Вт;
Р КР1533ЛН1 = 20 мВт;
Р КР1100СК3 = 75 мВт;
Р К1113ПВ1А = 320 мВт;
Р К1108ПА2 = 500 мВт;
Р КР1533ІД14 = 65 мВт.
Сумарна споживана потужність, не більше 3,1 Вт
7. Опис алгоритмів керування та індикації
Алгоритми управління системою та індикації показані в додатку 1.Розглянемо основний алгоритм роботи системи (рис.1 додатка 1). При включенні пристрою починається ініціалізація необхідних змінних. Номеру входу мультиплексора, з якого зчитується значення, присвоюється значення N дорівнює кількості каналів (N = 4 - пульт оператора 1-го каналу). Далі починається опитування датчиків частоти і пульта оператора. У системі реалізований циклічний режим опитування. При цьому режимі опитування здійснюється за заздалегідь встановленою програмою, яка визначає послідовність комутації. Для кожного каналу опитується спочатку пульт оператора, потім датчик частоти. Обробляється 1-й канал, потім 2-й і т.д. Після опитування всіх каналів, знову починає опитуватися 1-й канал, і т.д.
Робота системи здійснюється наступним чином: встановлюється адреса пам'яті R0, за яким буде заноситься 1-е значення, опитується вхід I мультиплексора (пульт оператора), адресу пам'яті R0 збільшується на 1, номер входу I зменшується на N, опитується вхід I мультиплексора (датчик частоти ), відбувається обробка даних, виведення результату, номер входу I збільшується на N +1, відбувається перевірка: чи рівне I значенням 2 * N +1, тобто чи всі канали опитані, якщо ця умова виконується, то I = N і все починається спочатку з першого каналу, якщо не виконується, то I залишається незмінним і все повторюється для наступного каналу.
Введення значень з датчиків здійснюється процедурою INPUT.
Розглянемо докладніше алгоритм цієї процедури (рис.2 додатка 1).
Спочатку необхідно підготувати керуюче слово, яке буде містити адресу опитуваного входу мультиплексора і сигнали, що починають або забороняють роботу відповідних мікросхем. Для цього в молодші розряди слова поміщається номер входу мультиплексора, 4-й біт і 5-й біти встановлюються в 1, 3-й біт обнуляється. Тим самим забороняється робота ПВЗ з АЦП і дешифратора. Далі це слово виводиться в порт 0. Після закінчення перехідних процесів в мультиплексорі в 3-біт записується одиниця, що починає вибірку сигналу на ПВЗ. Після вибірки в 3-й і 4-й біти записується логічний нуль, закінчується вибірка і починається аналого-цифрове перетворення. Після цього дані з АЦП зчитуються МК і перевіряється старший біт зчитаного слова, який є прапором закінчення перетворення. Якщо цей біт дорівнює 0, то дані зчитуються знову, і так до тих пір, поки цей біт не буде дорівнює 1. Після цього необхідно відключити АЦП (обнуліть4-й біт керуючого слова), тим самим відключити його від шини даних. В кінці лічені дані заносяться в оперативну пам'ять.
Висновок керуючих сигналів здійснюється процедурою OUTPUT.
Розглянемо алгоритм цієї процедури.
Спочатку формується керуюче слово. У молодші біти заноситься номер обслуговується каналу. Третій біт дорівнює 0 (ПВЗ перед АЦП вимкнено), 4-й біт дорівнює 1 (АЦП відключений), 5-й біт дорівнює 0 (дозволена робота дешифратора). Потім виводиться двійковий код керуючого сигналу в порт 1 і починається перетворення його в двійковий вигляд. Після перетворення виводиться керуюче слово в порт 0, номер каналу дешифрує і вибирається відповідне ПВЗ, що запам "ятовує значення керуючого сигналу і зберігає його до наступного циклу обробки цього каналу.
Обробка лічених значень частоти, поточної і заданої, обчислення відхилення і вироблення керуючих сигналів здійснюється процедурою OBRAB.
Розглянемо алгоритм цієї процедури (рис.3 додатка 1).
Спочатку обчислюється відхилення, однакову різниці між заданою і поточною частотою. Після цього виконується процедура ANALIZ. Потім відхилення ділиться на задану частоту і множиться на 100 і виходить похибка. У випадку, якщо похибка більше 0, то від неї віднімається 10. Якщо результат більше нуля, то у відповідний біт порту 2 заноситься одиниця і запалюється відповідний світлодіод. Якщо похибка негативна, то до неї додається 10. І якщо результат менше нуля, то також до відповідного біт порту 2 заноситься одиниця.
Обчислення значення управляючого сигналу здійснюється процедурою ANALIZ. У даній роботі реалізований простий випадок, коли керуючий сигнал пропорційний обмірюваному відхиленням. Алгоритм цієї процедури зображений на рис. 3 додатка 1.
Тут відхилення множиться на коефіцієнт пропорційності та додається значення, відповідне нульового відхилення. У даному випадку це значення дорівнює 127. Одержаний результат заносимо в регістр R5.
8. Опис програми
Система команд МК КР1816ВЕ51 орієнтована на організацію гнучкого введення-виведення даних і первинну обробку інформації. Особливу увагу приділено операціям з бітами і передачу управління по їхньому значенню.В асемблері 51 використовуються різні методи адресації, тобто набори механізмів доступу до операндів. У цій розробці використовувалися такі методи адресації:
· Реєстрова адресація;
· Побічно-реєстрова адресація;
· Безпосередня адресація.
Для адресації портів, регістрів спеціальних функцій використовуються зарезервовані символічні імена (Р0, Р1, Р2, Р3 - порти, А чи АСС - акумулятор).
Текст програми приведений у додатку 2.
На початку програми оголошуються константи, вибирається банк регістрів загального призначення, номер якого визначається розрядами RS0, RS1 регістру PSW. У даному випадку вибирається нульової банк (SEL RB0).
У регістр R2 заноситься число каналів N. Регістр R2 далі використовується для збереження номеру входу мультиплексора, з якого береться значення. Регістр R0 використовується як покажчик на клітинку внутрішньої пам'яті даних, що зберігає операнд. На початку в R0 заноситься значення 20H. За цією адресою буде зберігається значення з пульта оператора. За адресою 21Н буде зберігається значення поточної частоти. У регістрі R5 зберігається значення керуючого сигналу. Відхилення заноситься в регістр R4.
Велике значення в системі команд приділено операціям з битами. У програмі використовуються наступні команди: SETB bit, CLR bit, які встановлюють біт відповідно в 1 або в 0. Для адресації біт використовуються зарезервовані символічні імена виду <ім'я РСФ або порту>. <Номер біта>.
Для передачі управління використовувалися такі команди як АSJMP - короткий перехід, JNB - перехід, якщо біт дорівнює 0, JB - перехід, якщо біт дорівнює 1, JZ - перехід, якщо акумулятор дорівнює 0.
Час виконання команд одно одному, двох або чотирьох машинним циклом. Цикл дорівнює 12 періодам зовнішнього синхросигналу (при зовнішній частоті 4МГц тривалість циклу становить 3 мкс). Це дозволяє не вводити додаткові затримки при введенні даних між видачею адреси на мультиплексор, запуском ПВЗ і запуском АЦП і при виведенні даних між видачею даних в порт 1 і видачею адреси на дешифратор.
Система арифметичних команд включає в себе операції додавання, віднімання, інкремент, декремент, а також множення і ділення.
Програма написана у відповідності з алгоритмами, представленими в додатку 1 і описаними в попередньому розділі. Вона включає в себе основну програму, підпрограми INPUT, OUTPUT, OBRAB, ANALIZ. Виклик підпрограм здійснюється командою АCALL.
9. розрахунок часових характеристик пристрою.
Розрахуємо час введення даних, їх обробки та видачі керуючого сигналу для одного каналу. Для цього складемо час виконання всіх команд і врахуємо час перетворення на АЦП.При зовнішній частоті в 4 МГц отримаємо не більше 672 мкс.
Для всіх чотирьох каналів отримаємо не більше 2.7 мс.
Частота опитування каналів не менш 0,37 кГц.
ВИСНОВОК
У результаті курсового проектування була розроблена система автоматичного підстроювання частоти на основі однокристальної ЕОМ КР1816ВЕ51 з наступними параметрами: споживана потужність: 3,1 Вт, число обслуговує каналів - 4, частота опитування не менш 0,37 кГц.Розробка системи була проведена з урахуванням вимог, зазначених у технічному завданні.
Система забезпечує індикацію каналу, в якому відхилення поточної частоти від заданої перевищує певне значення.
Була розроблена принципова схема пристрою, алгоритм управління і програма на мові асемблер для мікроконтролерів серії MCS-51.
Розроблена система може застосовуватися регулювання частоти в різних пристроях і приладах.
Список використаної літератури
1. В.Б. Бродин, М.І. Шагурін - Мікроконтролери. Довідник. / М.; Видавництво ЕКОМ,2. Є.В. Веніамінов - Мікросхеми і їх застосування. Справ. Посібник. / М.; Радіо і зв'язок, 1989р. - 240 с.
3. В.Г. Гусєв, Ю.М. Гусєв - Електроніка. Навчальний посібник / М.; Вища школа,
4. Ф.В. Шульгін - Довідник з аналоговим мікросхем / М.,
ДОДАТОК 1.
Алгоритми управління САПЧ.Рис.1. Головний алгоритм роботи системи.
Рис.2. Алгоритми процедури введення INPUT і процедури виведення OUTPUT.
Рис.3. Алгоритм обробки вхідних сигналів і підготовки результатів.
ДОДАТОК 2.
Програма роботи мікроконтролера.N EQU 4
K EQU 31
INIT: SEL RB0; вибір банку регістрів
L1: MOV R2, N; занести номер каналу
L2: MOV R0, # 20H; занести в РПД адресу пам'яті для даних
АCALL INPUT; читання даних
MOV A, R2;
SUBB A, N;
MOV R2, A; R2 = R2-N
INC R0; збільшити адресу на 1
АCALL INPUT; читання даних
АCALL OBRAB; обробка даних
АCALL OUTPUT; висновок результату
MOV A, R2;
INC;
ADD A, N;
MOV R2, A; R2 = R2 +1 + N
MOV A, N;
MOV B, # 2;
MUL AB; A = 2 * N
SUBB A, R2;
JZ L1; порівняння A і R2
АJMP L2; перехід на L2
RET
INPUT: MOV A, R2; процедура читання даних з порту
SETB ACC.5
SETB ACC.4
OUT P0, A; висновок в Р0 адреси
SETB PO.3; запуск ПВЗ
CLR P0.3;
CLR P0.4; запуск АЦП
L3: IN A, P1; читання з Р1
JNB ACC.7 L3; перевірка готовності АЦП
CLR ACC.7; ст. біт акумулятора дорівнює 0
SETB PO.4
MOV @ R0, A; занести лічені дані в пам'ять
RET
OUTPUT: MOV A, R2; процедура виведення результатів
SETB ACC.4
OUT P1, R5; висновок в Р1
OUT P0, A; висновок в Р0 адреси
SETB P0.5
RET
OBRAB: DEC RO; адресу значення пульта оператора
MOV A, @ R0; значення пульта оператора в акк.
INC R0; адресу значення датчика
SUBB A, @ R0; відхилення між пультом оператора і датчиком
MOV R4, A; відхилення в регістр 4
АCALL ANALIZ; процедура обробки та отримання сигналу управління
MOV A, R4; значення відхилення в акк.
MOV B, # 100;
MUL AB; помножити відхилення на 100%
DEC R0; адресу значення пульта оператора
MOV B, @ R0; значення пульта оператора в У
DIV AB; розділити відхилення на значення пульта оператора
JB ACC.7 NEG; перехід коли похибка <0
SUB A, # 10; відняти 10% з похибки
JNB ACC.7 INDIK1; якщо похибка> 10% індикація
АSJMP INDIK2
NEG: ADD A, # 10
JB ACC.7 INDIK1; якщо похибка> 10% індикація
АJMP INDIK2
INDIK1: SETB P2.R2
АJMP KON
INDIK2: CRL P2.R2
KON: RET
ANALIZ: MOV B, K; в регістр B значення коефіцієнта пропорційності
MUL AB; помножити відхилення на коефіцієнт
ADD A, # 127; додати макс. зн-е результату поділене на 2 = 127
MOV R5, A; занести результат в регістр 5
RET