Материал: Разработка микроконтроллерной системы управления

Разработка микроконтроллерной системы управления

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский Государственный Технологический Университет Растительных Полимеров

Курсовая работа

по дисциплине “Программирование и наладка контроллеров”

Тема работы: Разработка микроконтроллерной системы управления

Выполнил: Егоров. Е.А.

Проверил:  Петров Г.А.

Санкт-Петербург 2014 г.

Содержание

Введение

. Обобщенный алгоритм функционирования МКС

.1 Обработка информации поступающей с дискретных датчиков

.2 Управление пуском/остановом электродвигателя

.3 Управление технологическим параметром в заданных пределах

.4 Обработка информации поступающей с аналоговых датчиков

.5 Обработка запроса прерывания

Заключение

Введение

Целью курсовой работы является разработка и отладка алгоритмов и программ для реализации заданного набора функций микроконтроллерной системы управления некоторым объектом управления (ОУ) , представленной на. рис.1.

Микроконтроллерная система (МКС) принимает множество информационных сигналов {X} об объекте управления от аналоговых и цифровых датчиков (Д), вырабатывает множество управляющих сигналов {Y} в соответствии с законом управления и подает их на исполнительные механизмы (ИМ). Закон управления реализуется в МКС, состоящей из микроконтроллера (МК) - управляющей микроЭВМ и пульта управления (ПУ). МК содержит основные модули, обеспечивающие выполнение и хранение данных и программ управления объектом, а также периферийные модули для подключения датчиков и исполнительных механизмов.

С помощью ПУ оператор получает возможность управлять работой МКС: запускать и останавливать ее, загружать в контроллер значения некоторых устaвок (констант), выводить на индикаторы информацию о состоянии объекта и т.п. С помощью последовательного канала связи (ПсК) МКС может передавать обработанную информацию персональному компьютеру (ПК) более высокого уровня по запросу от него, обеспечивать интерфейс в мультиконтроллерных системах (локальные сети контроллеров).

В работе разрабатывается структурная схема МКС, включая устройства ввода с дискретных датчиков (ДД), аналоговых датчиков (АД) , исполнительные механизмы (ИМ), алгоритмы и программы, обеспечивающие выполнение заданных функций, осуществляется отладка разработанных программ на модели контроллера и выполняется оценка характеристик МКС: время выполнения программ и емкость памяти программ в байтах.

1. Обобщенный алгоритм функционирования МКС

МКС реализует алгоритм, представленный на рис.2, сбор и обработку данных с датчиков. Блок 1 выполняет начальную установку системы и загрузку в выходные каналы начальных значений управляющих воздействий и настраивает модули контроллера на выбранные режимы работы.

Блок 2 реализует задачу логического управления: принимает информацию от дискретных датчиков Х1, …, Хn, вычисляет значение булевой функцииY1= f(Х1, …, Хn) в соответствии с заданным выражением и выдает это значение в качестве управляющего сигнала (УС) Y1 по соответствующему выходному каналу контроллера на ИМ.

Блок 3 обеспечивает прием информации от аналоговых датчиков V1, …, Vm, ее преобразование в цифровую форму, вычисление значений управляющих воздействий Y2 и Y3 и выдает их на ИМ, .При этом сигналы Y2 и Y3 являются двоичными сигналами, поступающими по выбранным каналам контроллера. При выполнении этой функции оператор задает значения уставок регулируемого параметра с пульта управления (ПУ) контроллера.

Блок 4 обеспечивает циклический режим управления или останов МКС в соответствии с командой, поступающей от оператора. с ПУ.

Кроме того, в системе имеется также двоичный датчик аварийной ситуации INT, поступающий в контроллер в режиме прерывания выполняемой программы. Сигнал прерывания INT от аварийного датчика включает на пульте управления аварийную световую или звуковую сигнализацию путем запуска зуммера.

.1 Обработка информации, поступающей с дискретных датчиков

МКС опрашивает двоичные датчики Х1, Х2, Х3 и Х4 и вычисляет логическую (булеву ) функцию Y1= f(Х1, Х2, Х3, Х4) в соответствии с заданием. При единичном значении функции МКС вырабатывает в ИМ выходной сигнал Y1 = 1.

Задание (Вариант № 1 ):

Разработка структурной схемы подключения входных и выходных сигналов к контроллеру для заданной функции:

Рис.3. Структурная схема входных и выходных сигналов к контролеру

·        Построение таблицы истинности:

Разработка алгоритма реализации:

Рис.4. Алгоритм реализации логической функции

Разработка программы:

Программа функции

$Mod812

M3:CLR P2.5 ;у=0

JB P1.0,M1;проверка х1

JB P1.1,M1;проверка х2:SETB P2.5; y =1

JMP M3; вернуться в начало

M1:JB P1.2, M3 ;проверка х3

JB P1.3, M3 ; проверка х4 M2

END

·        Модель симулятора

Рис.5. Модель симулятора

Максимальное время реализации одного цикла: 12мкс

Занимаемая память: байт

.2 Управление пуском-остановом электродвигателя

На рис 6. показана упрощенная схема подключения кнопок к МКС для управления, контроля напряжения силовой сети и выдачи сигнала для включения или выключения двигателя.

Для проверки и отладки программы на модели будем предполагать, что кнопка «Пуск» имитируется разрядом D1 выбранного порта контроллера , кнопка останова - «Ост» имитируется разрядом D0 , датчик наличия напряжения сети имитируется разрядом D2, а сигнал управления на включение электродвигателя отображается светодиодом разряда D3. Алгоритм работы пускателя электродвигателя представим в описательной форме и в виде блок-схемы, а программу на ассемблере требуется разработать и отладить.

Если напряжение в силовой сети отсутствует (Дн=0), то двигатель останавливается. Если напряжение есть(Дн=1), то проверяется состояние управляющих кнопок «Ост» и «Пуск». Кнопка «Ост» имеет более высокий приоритет и поэтому проверяется раньше.

микроконтроллерный дискретный сигнал датчик

Если кнопка «Ост» нажата («Ост»=1) , то двигатель останавливается, иначе переходим к проверке кнопки «Пуск».

Если кнопка «Пуск» нажата («Пуск=1» , то двигатель включается. Иначе состояние двигателя не изменяется. Пуск двигателя имитируется установкой разряда D3. Блок -схема алгоритма приведена на рис.7.

·        Разработка структурной схемы подключения входных и выходных сигналов к контроллеру для заданной функции:

Рис.8. Структурная схема входных и выходных сигналов к контролеру

·        Построение таблицы истинности:

·        Разработка алгоритма реализации:

Рис.9. Алгоритм реализации логической функции

Разработка программы.

$mod812

M1:CLR P2.1

M2:JNB P1.1 , M1; проверка датчика напряжения

JB P1.2 , M1 ; проверка кнопки останов

JNB P1.3 , M1; проверка кнопки пуск

SETB P2.1 ; пуск двигателя

JMP M2

END

Модель симулятора.

Рис.10. Модель симулятора (пуск/останов двигателя)

Максимальное время реализации одного цикла: 7 мкс

Занимаемая память: байт

.3 Управление технологическим параметром в заданных пределах

Необходимо обеспечить поддержание значения параметра, например, температуры окружающей среды в заданных пределах Тmin - Тmax. Значения Tmin и Tmax при моделировании хранятся в ячейках памяти данных контроллера или в регистрах ЦПУ и их значения определяются студентом при моделировании самостоятельно, как и значения текущих значений температуры с датчиков (загружаются параметры температур при моделировании в симулятор контроллера с клавиатуры персонального компьютера).

Вариант 1

Обработка данных заключается в следующем. Введенные с датчиков m значений параметров (m выбирается по таблице) запоминаются в ячейках области ввода памяти данных и регистрах контроллера ( область памяти и регистры выбираются самостоятельно).

Далее требуется вычислить среднее значение температуры:

ср.=∑Ti/m ,

где m - количество температур Ti. После определения Tср необходимо ее сравнить с Tmin и Tmax и сформировать на линиях выбранного выходного порта контроллера соответствующие УС, например Y4 или Y5, поступающие в ИМ «Охладитель среды» или «Нагреватель среды» соответственно, подключенные к данным линиям выходного порта. Также требуется в индикатор, подключенный к выходному порту, вывести среднее значение Тср текущей температуры, минимальное или максимальное в соответствии с вариантом .

Алгоритм сравнения температур приведен на рис.11

Рис.11. Алгоритм сравнения температур.

Рис. 12. Структурная схема подключения входных и выходных сигналов к контролеру

Карта памяти:

40H - 41H - значения Ti- значение максимума (Тмакс=8)- значение минимума ( Тмин=2)- среднее значение- минимальная температура

Разработка программы:$Mod812

R0,#40H ;Начальный адрес в ПД значений Тi(i=1-2)R1,#02H ; Счетчик числа TiR3,#8H ; Значение TmaxR4,#02H ; Значение Tmin

MOV B,#02H ; Количество TiAP2.3

CLR P2.4

; Вычисление суммы Ti и Тср

M1:ADD A,@R0 ; складываем аккумулятор с косвенной адресом R0

INC R0 ; инкремент адресаR1,M1; декремент если не 0 то переход в м1 иначе след шаг.AB ; Нахождение значения Тср

; Сравнение температурR5, A ; Сохраняем результат Тср в регистре R5A, R4 ; Сравнение значения Тср со значением Тmin

JC M2 ; анализ значения Тср, если Тср<Tmin, то осуществляется ;переход к метке М2, иначе выполняется следующая команда

MOV A,R5 ; записываем в аккумулятор значение ТсрA,R3 ; Сравнение значения Тср со значением Тmax

JNC M4 ; анализ значения Тср, если Тср >Tmax, то осуществляется

;переход к метке М4, иначе выполняется следующая команда

JMP M3 ;переход к м3

M2:SETB P2.3 ; у=1; включить нагреватель

JMP M3 ; переход к м3

M4:SETB P2.4 ; у=1; включить охладитель

; Поиск минимума температуры:MOV R0, #40H ;Начальный адрес в ПД значений Тi(i=1-2)

MOV R1, #02H; Счетчик числа Ti

MOV A, @R0 ; записываем в аккумулятор первую T1. :INC R0 ; инкремент адреса

MOV R6, A ; сохраняем результат T1 в R6

SUBB A, @R0 ; сравниваем T1с T2

JNC M7 ; анализ значения , если T1<T2, то осуществляется переход ;к метке М7, иначе выполняется следующая команда

MOV A,R6 ; записываем в аккумулятор

JMP M10

M7:MOV A,@ R0 ; записываем в аккумулятор T2.

M10:DJNZ R1,M9

MOV P3 , R6; вывод минимума на P3

M11:JMP M11

END

·        Модель симулятора

Рис.13.модель симулятора (пределы T)

Максимальное время реализации одного цикла: 54 мкс

Занимаемая память: байт

.4 Обработка информации, поступающей с аналоговых датчиков (V1, …,Vm)

Сигналы с аналоговых датчиков V1 и V2 преобразуются в АЦП в 8-разрядные коды.

Рис.14. Алгоритм обработки аналоговых сигналов

Данные коды представляют целые числа без знака и поступают на обработку в МП контроллера. Величина K - 8-разрядный код, поступающий в контроллер с клавиатуры пульта управления (уставка).

Полученное значение функции Nv = f(Nv1, Nv2, K) сравнивается с константой Q, хранящейся в РПД и в зависимости от результатов сравнения (рис. 14) МКС вырабатывает двоичные управляющие воздействия y2 или y3 длительностью t2 или t3 соответственно(см . рис 15).

Рис. 15.обработка аналоговых сигналов.

Задание (Вариант № 1)

Функция Nu = f(Nu1+Nu2+, K):

Время t2: 20 мкс

Время t3: 20 мкс

Разработка алгоритма реализации:

Рис16. Алгоритм обработки аналоговых сигналов

Текст программы:

$MOD812

MOV R0,10H; ввод сигнала Nu1 из памяти

MOV R1,11H; ввод сигнала Nu2 из памяти

MOV R2, P3; ввод К

MOV R3, 13H; ввод константы Q

CLR P1.0 ; обнулить выход Р1.0

CLR P1.1; обнулить выход Р1.1

MOV A,R0; записать в аккумулятор значение Nu1

ADD A,R1; прибавить Nu1+Nu2

MOV R4, A; сохранение результата (Nu1+Nu2) из аккумулятора в R4