Загрузка...
Учебная работа. Реферат: Проектирование микроконтроллера на базе МК51
Введение
1. Структурный синтез контроллера
2. Разработка принципной схемы
Обработка входных сигналов:
Контактные датчики
Аналоговый сигнал — напряжение
Датчик освещенности
Обработка выходных сигналов:
Электромагнит
Транзисторный модуль
Гальваническая развязка сигналов
Исходный сброс процессора
Питание схемы
3. Разработка программного обеспечения
4. Конструирование контроллера
Список частей принципной схемы
6. Перечень литературы …
Введение.
В данном курсовом проекте поставлена задачка создать некоторый промышленный контроллер для работы в критериях производства. Задачка быть может выполнена на процессоре с гибкой программируемой логикой, также на дискретных элементах с твердой логикой.
Реализация на процессоре владеет значимыми преимуществами. Эластичная Flashпамяти, владеет возможностью электронного перепрограммирования, а означает резвой модернизации управляющей программки.
наличие процессора в современных контроллерах дозволяет создавать сложные, гибкие, малогабаритные и надежные системы управления с централизованным управлением и диагностикой .
Структурный синтез цифрового автомата
Обозначим структуру проектируемого микроконтроллера.
Управляющий логический блок на базе процессора.
Блок сбора инфы и преобразования ее в вид, требуемый для обработки процессором.
Блок гальванической развязки входных сигналов и сигналов, поступающих на Flashпамяти (включая перепрограммирование конкретно на плате по протоколу SPI) при не наименее 103 циклов перезаписи.
Работа на частотах от 0 до 40 МГц.
128х8 бит ОЗУ.
32 программируемых полосы портов ввода/вывода.
Два 16-битных таймера счетчика
6 источников прерываний
Программируемый поочередный канал совместимый с RS-232-S.
2. Блок сбора инфы и преобразования ее в вид, подходящий для обработки процессором.
Входная информация и выходная информация проходит через наружный разъем типа РШ2Н-2-16.
В таблице 1 приведен перечень и условное обозначение входных и выходных сигналов из задания.
Табл. 1.
Наименование сигнала по заданию Присвоенное заглавие Входные сигналы S1 — контактный датчик S1 S2 – контактный датчик S2 S3 – контактный датчик S3 Ua — Аналоговый сигнал напряжения в спектре 0..10В UA Ev – датчик освещенности 0..200лк EV
Выходные сигналы
Электромагнит Y1 Y1 Электромагнит Y2 Y2 Тр. Модуль – VT1 Y3 Тр. Модуль – VT2 Y4 Условия переходов автомата S1 U < 7 B X1 EV < 40 лк X2 (S1 S2) U > 1 B X3 S3 ^ EV < 50 лк X4 S2 ^ U < 3 B X5 EV > 100 лк X6
С
игнал с датчика освещенности (фоторезистора СФ2-1) снимаем по таковой схеме:
Дальше сигнал поступает на делительный мост из резисторов, формирующий подходящий уровень сигнала, подаваемый на схему из 2-ух компараторов. На не инвертирующий вход компаратора подается измеряемая величина напряжения, а на инвертирующий – величина опорного напряжения, при достижении которой
Компаратор LM29000.
Его электронные свойства:
Наибольший потребляемый ток 2 мА.
Напряжение смещения 1 мВ.
Корпус DIP-14.
Для организации высокостабильного опорного напряжения выбраны спец микросхема LM4130 конторы National Semiconductor.
Выходное опорное напряжение 4.096 В
Погрешность выходного напряжения 0.05%
Температурный коэффициент непостоянности 3*10-6/оС
Малое входное напряжение 5 В
Потребляемый ток 1 мА
Наибольший выходной ток 30-50 мА
Изменение выходного напряжения (при Iвых=30..50 мА) 0.05%
По таковой же схеме организован прием и формирование логических сигналов UA на гласит о вероятном наличии помех разных типов. Так же нужно предугадать возможность неверной полярности подключения датчиков. Потому появилась необходимость в гальванической развязке сигналов.
Для того, чтоб развязать входные уровни процессора и входных сигналов от датчиков использованы три оптопары К249КН4П. свойства, по которым они были выбраны:
Uмахком=60 В;
Iвхmin=10 мА;
Iвхmax=25 мА;
Iком=8 мА.
Р
езисторы R1 и R2 рассчитываются из критерий наибольшего входного и коммутируемого токов. Диодик обеспечивает защиту от неверной полярности включения.
Резисторы:
R1 C2 – 23 0.25Вт 1600 Ом0.25%
R2 C2 – 23 0.125Вт 270 Ком0.1%
Диодик КД521А(Д220А):
Uпр=1В, Uобр=75В, Iпр.ср=50мА, Iобр=1мкА.
Обработка выходных величин:
Электромагнит.
В данной работе автомат генерирует выходной сигнал управления электромагнитом (=24В, 10Вт). Данная мощность очевидно не дозволяет подключать электромагнит конкретно к выходу процессора, потому тут целенаправлено применить массивные твердотельные оптоэлектронные реле. Мощность на выходе которых может достигать довольно огромных значений. В оптопаре сразу реализуется гальваническая развязка силовой и управляющей цепей, также усиление по мощности сигнала.
С
хема подключений оптоэлектронного реле:
Твердотельное реле для цепей неизменного тока 5П19А1:
Напряжение коммутации -60..+60В
Ток коммутации -3..3А
Входной ток 10 – 25мА
Входное напряжение в выключенном состоянии -3.5..0.8 В
Рассеиваемая мощность 1000мВт
температура окр. среды -45..+85
Корпус SIP12
Резистор:
R C2 – 23 0.125Вт 360 Ом0.1%
Транзисторный модуль
Транзисторный модуль М2ТКИ-50-12 управляется спец драйвером — драйвер транзисторных модулей такового типа — IR2112 конторы International Rectifier. драйвер способен выдерживать напряжения до 600 вольт. Схема включения приведена ниже:
Symbol Description
VDD Logic supply
HIN Logic input for high side gate driver output (HO), in phase
SD Logic input for shutdown
LIN Logic input for low side gate driver output (LO), in phase
V SS Logic ground
VB High side floating supply
HO High side gate drive output
V S High side floating supply return
VCC Low side supply
LO Low side gate drive output
COM Low side return
Диодик VD должен выдержать оборотное напряжение 600В.
Диодик КД105Г(КД209В):
Uпр=1В
Iср.пр=300мА
Iср.обр=0.1мА
Uобр=800В
драйвер IR2112:
Характеристики драйвера:
VOFFSET 600V max.
IO+/- 200 mA / 420 mA
VOUT 10 — 20V
ton/off (typ.) 125 & 105 ns
Delay Matching 30 ns
Корпус DIP14.
Резисторы:
R C2 – 29 0.5 10 Ом0.25%
Конденсатор:
C К73 – 17 630В 0.1мкФ10%
Исходный сброс процессора
Для системы, построенной на базе процессора нужна схема исходного сброса и система предохранения от зависания. Потому что из-за мощной электромагнитной помехи может исказиться часть инфы, обрабатываемой процессором на этот момент, что чревато сбоем в методе управляющей программки, а так же зацикливанием работы микропроцессора либо его «зависанием». Все это приводит к отказу в работе контроллера.
Как правило, такие мощные и фатальные помехи случаются весьма изредка, но если контроллер делает часть операций в отлаженном техническом процессе, то таковой его отказ приводит к появлению незапланированного простоя в работе и большенными экономическими убытками.
Работоспособность контроллера можно вернуть, подав на машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор команду сброса (reset). Такие функции делает WatchDog Taimer. В данной работе эта система не реализована. Сброс микроконтроллера можно будет произвести краткосрочным сбросом питающего напряжения либо клавишей Reset, расположенной на фронтальной панели.
Конденсатор:
C К50-16-50В-1 мкФ
Индикация
Вероятны несколько методов реализации индикации:
на светодиодах,
на ЖК элементах,
на цифровых либо символьных индикаторах и др.
Для обеспечения зрительного наблюдения за функционированием контроллера введен блок индикации сигналов. Его реализация является программной.
Подпрограмма опрашивает состояния входов и выходов и выводит эти значения в порт P0 процессора МК51.
Конкретно на эти выходы подключены светодиоды, которые зрительно показывают состояние входов и выходов.
Для того, чтоб светодиоды можно было подключить впрямую к порту, они должны потреблять как можно меньше тока, но при всем этом обеспечивать достаточную яркость свечения.
Сиим запросам на сто процентов удовлетворяют избранные светодиоды КИПД02Б-1К. Ниже в таблице приведены их главные характеристики.
Тип
устройства
цвет
свечения
Значения характеристик при Т=25°С
Iпр.мах.
mA
Uобр
(Uобр.и)
B
Iv. мккд
(L, кд/м2)
Uпр.
B
Iпр.ном.
mA
мах.
mkM
КИПД02Б-1К Красноватый 900 1,8 5 0,7 20 3.0
При напряжении питания и токе светодиода 5 мА токоограничивающий резистор принимаем равным R=1кОм
Резисторы:
R C2 – 23 0.125Вт 1КОм0.1%
Питание частей схемы
На вход контроллера поступает питающее напряжение 24В, а в состав контроллера входят устройства, питающиеся от 5В, также 15В. неувязка питания быть может решена при помощи спец интегральной схемы импульсного преобразователя неизменного напряжения. Примером такового преобразователя может служить интегральный преобразователь DCP. На вход этого преобразователя поступает неизменное напряжение, и на выходе тоже имеется неизменное напряжение, но другого уровня. При всем этом осуществляется полная гальваническая развязка меж входом и выходом при помощи встроенного трансформатора. Микросхема заключена в корпус DIP14, малогабаритна и комфортна в использовании. В данной работе будет употребляться микросхема (DCP022405P(на выходе 5В)). Выходная мощность микросхем составляет 2Вт.
Т
ЕХНИЧЕСКИЕ свойства DC/DC серии DCP02
На входе имеются две емкости: глиняний конденсатор для устранения краткосрочных пиков тока, возникающих при переключениях транзисторов и электролитический — для поддержания входного напряжения неизменным при его неспешных колебаниях.
На выходе также имеются глиняние конденсаторы, емкость которых будет рассчитана ниже.
Схема подключения интегральных импульсного преобразователя:
Конденсатор на входе преобразователя имеет емкость 470мкФ.
DA1 Импульсный преобразователь DCP022405P
Выходная мощность 2Вт
Выходное напряжение 5В
Входное напряжение 24В
DA1 Импульсный преобразователь DCP022415DP
Выходная мощность 2Вт
Выходное напряжение 15В
Входное напряжение 24В
Конденсаторы:
C1 К50 – 16 50В 470мкФ +50 -20%
C2, C3 К50 – 16 50В 10мкФ +50 -20%
C4 К50 – 16 50В 10мкФ +50 -20%
4. Конструирование контроллера
Система контроллера представляет собой плату печатную, вдвижную. Для выполнения главный печатной платы рекомендуется применять двухсторонний фольгированный стеклотекстолит марки ФТС2-35 ТУ 16-503.161-83. Двухстороннее фольгирование выбрано из суждений уменьшения плотности расположения проводников и уменьшения размеров главный печатной платы устройства. Плату сделать фотохимическим методом. Дорожки на плате травление по «позитиву». размеры печатной платы определяются в согласовании с ГОСТ 2.109-73.
Для роста жесткости печатной платы монтировать на специальную рамку, отлитую с лицевой панелью из легкого дюралевого сплава АЛ9. Толщина рамки и панели — 3 мм. Плата укреплять к рамке с помощью стяжных винтов М3.
На лицевой панели размещены отверстия под светодиоды, клавиша сброса.
Крепление клавиши сброса делается «под гайку» на фронтальной панели.
Наружный разъем типа РШ2Н-2-16. Разъем — электронный соединитель для печатного монтажа, размещение штырьков линейное. Предназначен для работы в электронных цепях неизменного и переменного тока с частотами до 3 МГц и цепях импульсного тока.
Рекомендуемый тип припоя – ПОС 60 ГОСТ 21930-76.
Система блока представляет из себя алюминиевое шасси, на котором закреплена печатная плата. Шасси блока сразу является и направляющей при установке блока в основное (или управляемое) устройство. На фронтальной панели закреплены клавиша сброса и индикаторы. Плата соединена с клавишей сброса гибкими проводами.
Разработка программного обеспечения
При выбирании микропроцессорной системы управления значительно миниатюризируется количество дискретных частей. Что упрощает систему, и, как следует, увеличивает ее надежность. С иной стороны отказ самого процессора ({само по себе} это явление редчайшее, почаще сказываются ошибки проектирования) ведет к выходу полностью всей системы. В то же время возникает необходимость в управляющей программке. Любой тип процессора владеет лишь ему присущих особенностей: архитектурой, набором установок, многофункциональными способностями и так дальше. Все это было принято к сведению при написании программки для спроектированной системы управления.
Программка была написана на языке ассемблера для МК-51 с внедрением системы отладки AVSIM51. Дальше приводится метод работы программки, листинг программки и hex файл, представляющий из себя образ ПЗУ предназначенный конкретно для прошивки в микросхему.
метод работы программки.
Используя изюминка процессора МК-51 работать с отдельными битами (булев микропроцессор) данное задание можно выполнить впрямую запрограммировав все состояния и условия переходов.
Л
истинг программки:
2500 A.D. 8051 Macro Assembler — Version 4.02a
————————————————
Input Filename : kurs.asm
Output Filename : kurs.obj
1 ;
2 ;
3 ;
4 ;
5 ;
6
7 ;Для удобства именуем переменные состояния
8 0020 X0: EQU 20h
9 0021 X2: EQU 21h
10 0022 X3: EQU 22h
11 0023 X4: EQU 23h
12 0024 X5: EQU 24h
13
14 0040 R_N: EQU 55h ;задержка для антидребезговой подпрограммы
15 0001 R_C: REG R1 ;именуем регистр для антидребезговой подпрограммы
16 0000
17 0025 PER: EQU 25h ;временная переменная для сопоставления
18 0000
19 0000 BSECT ;переход к битовой секции
20
21 ;Задаем имена переменных для обозначения входных характеристик
22 0090 S1:REG P1.0 ;
23 0091 S2:REG P1.1 ;
24 0092 S3:REG P1.2 ;
25 0093 U1:REG P1.3 ;
26 0094 U3:REG P1.4 ;
27 0095 U7:REG P1.5 ;
28 0096 L40:REG P1.6 ;
29 0097 L100:REG P1.7 ;
30 00B1 L50:REG P3.1 ;
31 00B2 INDL50:REG P3.2 ;
32 0000
33 ;Задание имен переменных для индикации выходных величин
34 0000
35 0080 IND:REG P0.0 ;имя переменной для обозначения порта индикации
36 0000
37 ;Начало программки располагаем по адресу 30h
38 0000 02 00 30 JMP x0
39 0030 ORG 30H
40
41 ;Обработка состояния X0
42 0030 C3 x0: CLR C ;сбрасываем флаг переноса C
43 0031 75 A0 FF MOV P2, #11111111b ;обнуляем выходы порта P2 (Q2,Q1,Q0)
44 0034 12 00 91 CALL drbzg ;вызов подпрограммы обработки дребезга
45 0037 12 00 AA CALL xx0 ;вызов подпрограммы обработки условия X0
46 003A A2 20 MOV C,X0 ;записываем в C 1, если X0=1
47 003C 40 43 JC x5 ;переход на метку x5, если перенос C=1
48 003E 02 00 41 JMP x1 ;по другому переход на метку x1
49
50
51 ;Обработка состояния X1
52 0041 C3 x1: CLR C
53 0042 75 A0 F6 MOV P2, #11110110b ;записываем в P2 значения выходов и индикации
54 0045 12 00 91 CALL drbzg
55 0048 A2 96 MOV C,L40
56 004A 40 E4 JC x0
57 004C 02 00 71 JMP x4
58
59
60 ;Обработка состояния X2
61 004F C3 x2: CLR C
62 0050 75 A0 DB MOV P2, #11011011b
63 0053 12 00 91 CALL drbzg
64 0056 12 00 B1 CALL xx2
65 0059 A2 21 MOV C,X2
66 005B 40 03 JC x3
67 005D 02 00 71 JMP x4
68
69 ;Обработка состояния X3
70 0060 C3 x3: CLR C
71 0061 75 A0 ED MOV P2, #11101101b
72 0064 12 00 91 CALL drbzg
73 0067 12 00 C1 CALL xx3
74 006A A2 22 MOV C,X3
75 006C 40 D3 JC x1
76 006E 02 00 71 JMP x4
77
78
79 ;Обработка состояния X4
80 0071 C3 x4: CLR C
81 0072 75 A0 E4 MOV P2, #11100100b
82 0075 12 00 91 CALL drbzg
83 0078 12 00 C8 CALL xx4
84 007B A2 23 MOV C,X4
85 007D 40 02 JC x5
86 007F 01 4F JMP x2
87
88
89 ;Обработка состояния X5
90 0081 C3 x5: CLR C
91 0082 75 A0 D2 MOV P2, #11010010b
92 0085 12 00 91 CALL drbzg
93 0088 12 00 CF CALL xx5
94 008B A2 24 MOV C,X5
95 008D 40 C0 JC x2
96 008F 01 71 JMP x4
97
98
99 ;Подпрограмма обработки дребезга, индикации
100 0091 drbzg:
101 0091 79 40 MOV R_C, #R_N ;загрузка в регистр константы для антидребезга
102 0093 E5 90 st: MOV A, P1 ;загрузка в аккумулятор. значение порта P1
103 0095 7B 0A MOV R3, #10 ;задержка для опред. дребезга
104 0097 DB FE DJNZ R3, $ ;
105 0099 B5 90 F5 CJNE A, P1, drbzg ;сопоставление аккумулятор. с портом и переход
106 009C D9 F5 DJNZ R_C, st ;отсчет времени для определения дребезга
107 009E E5 90 MOV A,S1 ;секция индикации входных сигналов
108 00A0 F4 CPL A ;инверсия значений, т.к. управление идет по 0
109 00A1 F5 80 MOV IND,A ;запись в порт для индикации
110 00A3 C3 CLR C
111 00A4 A2 B1 MOV C,L50
112 00A6 B3 CPL C
113 00A7 92 B2 MOV INDL50,C ;
114 00A9 22 RET ;возврат из подпрограммы
115
116 ;Подпрограмма обработки условия X0
117 00AA A2 90 xx0: MOV C,S1 ;
118 00AC B0 95 ANL C,/U7 ;логическое И бита и переноса
119 00AE 92 20 MOV X0,C
120 00B0 22 RET
121
122
123 ;Подпрограмма обработки условия X2
124 00B1 A2 90 xx2: MOV C,S1 ;
125 00B3 B0 91 ANL C,/S2
126 00B5 92 25 MOV PER,C
127 00B7 A2 91 MOV C,S2
128 00B9 B0 90 ANL C,/S1
129 00BB 72 25 ORL C,PER
130 00BD 82 93 ANL C,U1
131 00BF 92 21 MOV X2,C
132
133
134 ;Подпрограмма обработки условия X3
135 00C1 A2 92 xx3: MOV C,S3 ;
136 00C3 B0 B1 ANL C,/L50
137 00C5 92 22 MOV X3,C
138 00C7 22 RET
139
140
141 ;Подпрограмма обработки условия X4
142 00C8 A2 91 xx4: MOV C,S2 ;
143 00CA B0 94 ANL C,/U3
144 00CC 92 23 MOV X4,C
145 00CE 22 RET
146
147
148 ;Подпрограмма обработки условия X5
149 00CF A2 97 xx5: MOV C,L100 ;
150 00D1 92 24 MOV X5,C
151 00D3 22 RET
152 00D4
153 00D4 END
Lines Assembled : 153 Assembly Errors : 0
Образ ПЗУ для прошивки
:03000000020030CB
:10003000C375A0FF1200911200AAA2204043020043
:1000400041C375A0F6120091A29640E4020071C36C
:1000500075A0DB1200911200B1A2214003020071D1
:10006000C375A0ED1200911200C1A22240D302007C
:1000700071C375A0E41200911200C8A223400201CE
:100080004FC375A0D21200911200CFA22440C0012C
:10009000717940E5907B0ADBFEB590F5D9F5E590E6
:1000A000F4F580C3A2B1B392B222A290B09592208F
:1000B00022A290B0919225A291B090722582939243
:1000C00021A292B0B1922222A291B094922322A2B4
:0400D00097922422BD
:00000001FF
ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ
Поз.
обознач.
Наименование Кол. XP1 Вилка РШ2Н-2-16 1 SB1 Клавиша КН1-I 1
Диоды
VD1,VD2 КД521А 2 VD3 КД105ГЕОГРАФИЯ 1 VD4-VD9 КИПД02Б-1К 6
Конденсаторы
С1 К50-16-50В-470 мкФ +50 –20% 1 С2-C4 К50-16-50В-10 мкФ +50 –20% 3 С5,C6 К73-17-630В-0.1 мкФ 10% 2 С7,C8 КМ-1-63В-4700пФ 2% 2
Микросхемы
DA1 КР249КН2А 1 DA2 1401УД2А 1 DA3 КР142ЕН8В 1 DA4 DCP022405P 1 DA5 LM339 1 DA6 REF-01A 1 DA7 REF-02A 1 DA8 IR2112 1 DA9,DA10 5П19А1 2 DD1 К555ЛН1 1 DD2-DD4 К555КП7 3 DD5 К555ЛА3 1 DD6-DD8 К555ЛИ1 3 DD9 К155ТМ5 1 DD10 К555ИД7 1 DD11 К555ЛЛ1 1 DA12 DCP022415DP 1
Резисторы
R1-R4 С2-29С -0.25-2.2 кОм 0.25% 4 R5-R7 С2-29С -0.125-100 кОм 0.1% 3 R8-R11 РП1-48-0.25-10 кОм 10% 4 R12,R13 С2-29С -0.125-270 кОм 0.1% 2 R14,R15 С2-29С -0.125-10 кОм 0.1% 2 R16,R17 С2-29С -0.125-360 Ом 0.1% 2 R18,R19 С2-29С -0.5-10 Ом 0.25% 2 R20-R25 С2-29С -0.125-1 кОм 0.1% 6 R26,R27 С2-29С -0.125-200 кОм 0.1% 2
Перечень литературы
электрические промышленные устройства В.И. Васильев, Ю.М. Гусев, В.Н. Миронов М.: Высшая школа, 1988.
Интегральная электроника в измерительных устройствах. В.С. Гутников Л.: Энергоатомиздат, 1988.
Искусство схемотехники П. Хоровиц, У. Хилл М.: мир 1998.
Конструирование радиоэлектронных средств. под ред. А.С. Назарова М.: Издательство МАИ 1996.
М
инистерство образования РФ
Кафедра
«Автоматический электропривод»
Курсовой проект “Разработка устройства логического управления (контроллера) промышленного предназначения”
Студент группы 96-ПЭ
Панус А. Н.
Педагог
Зотин В. Ф.
Брянск, 2000.]]>