Система управления стабилизатором переменного напряжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Брянский государственный технический университет

КАФЕДРА «ЭРЭ и ЭС»

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Отладочные средства микропроцессорных систем»

на тему «Система управления стабилизатором переменного напряжения»

Брянск 2015



ВВЕДЕНИЕ

Микроконтроллер - функционально законченное устройство обработки информации, управляемое хранимой в памяти программой. Появление микроконтроллеров стало возможным благодаря развитию интегральной электронике. Это позволило перейти от схем малой и средней степени интеграции к большим и сверхбольшим интегральным микросхемам (БИС и СБИС).

Микроконтроллеры и микроЭВМ, вследствие малой материалоемкости и стоимости, низкого энергопотребления и высокой надежности находят всё большее применение в промышленности. Эти устройства позволяют создавать миниатюрные, дешёвые и экономичные, но в то же время достаточно «умные» и сложные приборы, способные управлять силовыми преобразователями, коммутирующими большие токи и напряжения.

Область применения микроконтроллеров не ограничивается только силовой электроникой, с каждым годом значительно расширяясь.

1. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Необходимо разработать систему управления стабилизатором переменного напряжения, в котором используется регулирующий орган с вольтодобавкой на основе ячейки с ОРМ (однополярной реверсивной модуляцией) однократного преобразования. Схема такой ячейки и режимы её работы приведены в табл.1.1.

Таблица 1.1

Схема регулирующего органа С ОРМ с однократным преобразованием	Режим	Цикл замыкания ключей
	РД	1,4-3,4
	НП	2,3-1,4
	РО	2,3-1,2

РД - регулируемая добавка; НП - неискаженная (прямая передача); РО - регулируемая отбавка.

Выходное напряжение с регулирующего органа проходит через LC фильтр, который подавляет лишние гармоники и на нагрузке формируется синусоидальное напряжение.

Напряжение сети изменяется в пределах 220В ±%, т.е. 187…242В.

Напряжение на выходе регулируется в пределах 50…200В.

Частоту квантования выберем в q=10 раз больше частоты сети:

.

Выходное напряжение регулируется в соответствии с формулой:

,

где “-“ - отбавка, “+“ - добавка;

Диапазон изменения , обеспечивающий заданную регулировку напряжения:

Отбавка:

Добавка:

Основная задача системы управления - контролировать выходное напряжение (по действующему, либо по мгновенному значению) и в случае его отклонения от заданного изменять сдвиг открытых состояний ключей определённым образом, осуществляя при этом добавку либо отбавку.

Второстепенная задача - обеспечить взаимодействие пользователя с устройством. Должна быть возможность задавать необходимую величину выходного напряжения с помощью клавиатуры, а также возможность отображения текущего выходного напряжения.

Стабилизация будет осуществляться по действующему значению выходного напряжения следующим образом: к выходу стабилизатора подключаем RMS-DC-конвертер. Он формирует постоянное напряжение, соответствующее действующему значению напряжения сети. Микроконтроллер в определении действующего значения не участвует, а только получает результат в аналоговом виде.

Преимущество такого способа - довольно высокая точность определения действующего значения выходного напряжения.

Недостаток в том, такие устройства обладают задержкой определения действующего значения около 100мс и дорого стоят.

Определять действующее значение можно проще - опрашивать выход и находить максимальное, т.е. амплитудное. Но форма напряжения сети может отклоняться от синусоидальной, а значит определённое таким способом действующее значение может отличаться от реального.

Можно также использовать способ получения мгновенных значений в течение полупериода через определённые интервалы времени с последующим вычислением действующего значения в конце полупериода и поправкой. Но в данном случае информация о выходном напряжении поступает лишь через половину периода и система управления только тогда реагирует на изменения.

2. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ

Рис. 2.1 - Функциональная схема стабилизатора

Описание функциональной схемы:

Изолирующий усилитель производит гальваническую развязку выходной цепи и микроконтроллера.

Конвертер RMS-DC выполняет функцию получения величины действующего значения выходного напряжения и преобразует текущее его значение в соответствующее постоянное.

Драйвер АЦП осуществляет опрос выходного напряжения выпрямителя и обновляет значение сигнала обратной связи XОС .

Драйвер клавиатуры опрашивает порт клавитуры и обновляет значение сигнала задания XЗ.

ПИ-регулятор нужен для задания скорости изменения управляющего воздействия при отклонении XОС от XЗ.

Драйвер индикатора осуществляет индикацию вводимых с клавиатуры цифр и текущего действующего значения напряжения на выходе преобразователя.

3. ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЛОКОВ СИСТЕМЫ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

Выбор микроконтроллера.

Исходя из предложенного задания на курсовую работу, выбираем микроконтроллер AT89C51RB2-SLSCM фирмы Atmel.

Описание:

Рис. 3.1 -- Расположение выводов ИС AT89C51RB2-SLSCM

Особенностями используемого микроконтроллера являются:

* Совместимость с серией MCS-51

* 16 кБ флэш-памяти с внутрисхемным программированием (ISP)

* Износостойкость: 100000 циклов записи/стирания

* Рабочий диапазон питания 3/5 В

* Полностью статическое функционирование : 0 …60 МГц

* Три уровня защиты памяти программ

* Внутреннее ОЗУ размером 1280x8

* 32 программируемые линии ввода-вывода

* Три 16-разрядных таймера-счетчика

* PCA матрица

* Десять источников прерываний

* Четыре уровня прерываний

* Полнодуплексный канал последовательной связи на УАПП

* SPI

* Режимы снижения потребления: холостой ход и экономичный

* Восстановление прерываний при выходе из экономичного режима

* Сторожевой таймер

* Двойной указатель данных

* Флаг выключения питания

Порты 1, 2 и 3 являются 8-разрядным двунаправленными портами ввода/вывода. Линии этих портов имеют внутренние нагрузочные резисторы, а линии порта Р0 требуют внешних.

В режиме холостого хода (Idle) останавливается ЦПУ, но ОЗУ, таймеры-счетчики, последовательный порт и система прерываний продолжают функционировать. В экономичном режиме (Power-down) сохраняется информация в ОЗУ, но остановлен генератор, выключены все остальные функциональные блоки до внешнего запроса на прерывание или аппаратного сброса.

Выбор ключей.

Выбраны транзисторы со встроенными обратными диодами фирмы International Rectifier IRG4PH50UD со следующими параметрами:

Для управления ключами выбран драйвер фирмы Avago Technologies ACNW3130. Канал драйвера гальванически развязан от входной цепи.

Максимальный пиковый выходной ток драйвера : 2,5А.

Минимальный пиковый выходной ток драйвера : 2А.

Максимум низкого уровня выходного напряжения: 0,5В.

Максимальный ток питания: 5мА.

Диапазон напряжения питания: 15-30В.

Максимальное время переключения: 500нс.

Температурный диапазон: -40-100?С.

Рис. 3.2 - Блок-диаграмма драйвера

При рекомендуемых производителем параметрах , выбираем внешний резистор . Пиковый ток затвора транзистора составляет:

.

Подключаем по два транзистора к каждому драйверу. На 8 транзисторов нужно 4 штуки.

Резистивный делитель обеспечивает понижение уровня выходного напряжения стабилизатора до уровня изоляционного усилителя (±200мВ). Пусть R12=100 кОм, а R13=40,2 Ом, тогда максимальное напряжение на входе изоляционного усилителя составит 480/(100000/40,4)=0,193В, что входит в допустимые пределы.

RMS-to-DC конвертер обеспечивает определение действующего значения напряжения. Выбираем микросхему AD736А фирмы Analog Devices. Параметры конвертера:

- Напряжение питания: +2,8В, -3,2В…±16,5В;

- Максимальное входное напряжение: 200мВ;

- Входное сопротивление 1012 Ом

- Температурный диапазон: -40…+85?С

Рис. 3.3 - Схема конвертера

Изолирующий усилитель обеспечивает гальваническую развязку выходного напряжения. Выбираем изолирующий усилитель HCPL-7850 фирмы Avago Technologies. Параметры усилителя:

- Напряжение питания: +5В;

- Входное напряжение: -200…+200мВ;

- Выходное напряжение: +5,5В;

- Температурный диапазон: -55…+125?С

- погрешность нелинейности: 0,1%

Рис. 3.4 - Схема изоляционного усилителя

Операционный усилитель обеспечивает повышение напряжения обратной связи до уровня АЦП (5В). Так как изолирующий усилитель усиливает напряжение в 8 раз, то максимально возможное напряжение на его выходе составит 0,193•8=1,544В. Выберем схему неинвертирующего усилителя на LM324. При усилении напряжения в 3 раза 1+R19/R18=3, принимаем значения сопротивлений R7=2,05 кОм и R3=1 кОм.

Выбор АЦП

Выбран АЦП ADC0831:

- Разрешение: 8бит

- Напряжение питания: 5В

- Время конвертации: 32мкс

- Температурный диапазон: 0…+70?С

Ввод и отображение информации

Для ввода требуемого на выходе напряжения используется клавиатура с 12-ю клавишами:

10 цифровых (0-9) и 2 сервисных (Ввод, Сброс). Клавиатуру набираем из отдельных тактовых кнопок TS-A3PS-130.

Для отображения введённого с клавиатуры и текущего значения выходного напряжения выбран жидкокристаллический индикатор

МТ-16S2D от фирмы МЭЛТ.

Рис. 3.5 - Внешний вид индикатора

4. СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ

Рис. 4.1 - Схема принципиальная микропроцессорного устройства

Рис. 4.2 - Схема принципиальная силовой части

5. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ

Программа для микроконтроллера была написана на языке Си в среде uVision.

Программа осуществляет управление стабилизатором переменного напряжения. С RMS-DC датчика считывается действующее значение напряжение на выходе устройства. Циклически вычисляется статическая ошибка.

Суммарная ошибка за все время работы системы:

Новое значение напряжения на выходе системы:

Действующее значение сетевого напряжения:

Коэффициент заполнения импульсами для следующего цикла работы:

Таймерами формируется управляющий сигнал для силовых ключей.

В программе предусмотрен ввод с клавиатуры действующего значения напряжения на выходе стабилизатора. А также отображение введенного значения на индикаторе.

6. АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРОГРАММЫ

Рис. 6.1 - Алгоритм основной программы

Подключается библиотека с регистрами микроконтроллера и библиотека работы со строками.

1 #include <REG52.H>

2 #include <string.h>

Объявляются константы.

4 #define DataInd P0

5 #define klav P2

6 #define Kp 0.2

7 #define Ki 0.015

8 #define Ktr 1.5

9 #define T ((60/12)*1000000/500)

10 #define Tic (0-T)

Линиям портов присваиваются символьные имена.

12 sbit RS = P3^7;

13 sbit RW = P3^6;

14 sbit E = P3^5;

15 sbit CS = P1^7;

16 sbit CLK = P1^6;

17 sbit DO = P1^5;

18 sbit K1 = P1^1;

19 sbit K3 = P1^2;

20 sbit K2 = P1^3;

21 sbit K4 = P1^4;

Объявляются переменные.

23 unsigned char data i=0;

24 unsigned char data nop;

25 unsigned short data DataKlav=0x200;

26 unsigned short data Uout=200;

27 unsigned char data buf;

28 unsigned short data buf2;

29 unsigned char code str1[]="Uout= V";

30 unsigned char code str2[]="Uizm= V";

31 unsigned char code strZero[]=" ";

32 unsigned char data str[10];

33 unsigned short data rms;

34 unsigned short data rmsBCD;

35 unsigned short data Uin = 200;

36 float data gamma;

37 signed short data oh;

38 signed short data oh_do = 0;

39 signed short data S;

40 unsigned short data Ui;

41 unsigned short data Tic2;

42 signed short data Upr;

43 signed short data Uint;

И флаг.

45 bit regim;

Объявляются функции.

47 void WeitBW(void);

48 void PutCom(unsigned char data OutByte);

49 void PutStrobe(void);

50 void PutData(unsigned char data OutByte);

51 void PutString(unsigned char Str[]);

52 unsigned char ADC(void);

53 void DecodSts(unsigned short Uxxx);

Начинается основная программа. Сразу после включения устройства происходит инициализация. Все силовые ключи отключаются. Определяется режим работы таймеров. Таймеры Т0 и Т1 работают в режиме шестнадцатибитных таймеров-счетчиков. Для таймера Т1 задается начальное значение.

55 void main(void)

56 {

57 1 //Инициализация

58 1 K1 = K2 = K3 = K4 = 0;

59 1 TMOD = 0x11;

60 1 TH0 = (Tic >> 8);

61 1 TL0 = Tic;

Разрешаются прерывания (глобально). Также разрешаются прерывания от Таймеров Т0 и Т1, а также внешние прерывания по INT0 и INT1.

62 1 EA = 1;

63 1 ET0 = ET1 = 1;

64 1 EX0 = EX1 =1;

Вычисляется начальный коэффициент заполнения импульсами.

65 1 gamma = (1-((float)Uout/Uin))*Ktr;

Производится инициализация индикатора. Команда 0х38 устанавливает режим отображения с матрицей 5х8 точек и работу с 8-ми разрядной шиной данных; 0х0C включает отображение на экране ЖКИ-модуля, без отображения курсоров; 0х06 устанавливает режим автоматического перемещения курсора слева направо после вывода каждого символа; 0х01 очищает содержимое экрана и переводит курсор в первое положение.

67 1 PutCom(0x38);

68 1 PutCom(0x0c);

69 1 PutCom(0x06);

70 1 PutCom(0x01);

Таймер Т0 запускается.

72 1 TR0 = 1;

Далее идет бесконечный цикл основной программы.

73 1 while(1)

74 1 {

Который начинается с опроса клавиатуры. В строки записываются лог. 0, а в столбцы лог. 1. Состояние клавиатуры считывается в буфер.

76 2 klav = 0x0f;

77 2 buf = klav;

Далее в строки записываются лог. 1, а в столбцы лог. 0. Производится операция побитного ИЛИ предыдущего и нынешнего состояния клавиатуры. Результат также сохраняется в буфере.

78 2 klav = 0xf0;

79 2 buf = buf | klav;

Полученный код сравнивается с числом 0хff. Если ни одна кнопка нажата не была то будет возвращено занчение 0xff. Иначе в каждой тетраде будет по одному нулю, соответствующему нажатой кнопке (строка и столбец).

80 2 if(buf != 0xff)

81 2 {

Если какая-либо кнопка была нажата, то проверяется состояние флага "режим" и кнопки "режим" (код "0xb7"). Если одно из условий выполнено, то будет произведено определение, какая именно кнопка была нажата.

82 3 if(regim == 1||buf == 0xb7)

83 3 {

Значение переменной, в которой хранится введенное число, сдивигается на 4 бита влево. К текущему значению переменной прибавляется число, соответствующее нажатой кнопке.

84 4 DataKlav = DataKlav << 4;

85 4 switch(buf)

86 4 {

87 5 case(0x7d): DataKlav += 0; break;

88 5 case(0xee): DataKlav += 1; break;

89 5 case(0xde): DataKlav += 2; break;

90 5 case(0xbe): DataKlav += 3; break;

91 5 case(0xed): DataKlav += 4; break;

92 5 case(0xdd): DataKlav += 5; break;

93 5 case(0xbd): DataKlav += 6; break;

94 5 case(0xeb): DataKlav += 7; break;

95 5 case(0xdb): DataKlav += 8; break;

96 5 case(0xbb): DataKlav += 9; break;

Если была нажата кнопка "сброс", то значение переменной обнуляется.

97 5 case(0xe7): DataKlav = 0; break;//Сброс

Если была нажата кнопка "режим", то значение переменной сдвигается на 4 позиции вправо (компенсируется сдвиг данных).

98 5 case(0xb7): //Режим

99 5 {

100 6 DataKlav = DataKlav >> 4;

Проверяется состояние флага "режим", если он установлен, то введенное с клавиатуры значение пересчитывается в бинарный код.

101 6 if(regim == 1)

102 6 {

103 7 Uout = ((DataKlav & 0x0f00) >> 8)*100 + ((DataKlav & 0x00f0) >>4)*10 + (DataKlav & 0x000f);

Далее проверяются границы введенного значения. Если введено число меньше 50, то устанавливается 50.

104 7 if (Uout < 50)

105 7 {

106 8 Uout = 50;

107 8 DataKlav = 0x50;

108 8 }

Если введено число больше 200, то устанавливается 200.

109 7 if (Uout > 200)

110 7 {

111 8 Uout = 200;

112 8 DataKlav = 0x200;

113 8 }

114 7 }

Значение флага "режим" инвертируется.

115 6 regim = !regim;

116 6 break;

117 6 }

118 5 }

119 4 }

Далее ожидается, когда кнопка будет отпущена, после этого на все линии клавиатуры подается лог. 1.

120 3 while(klav!=0xf0);

121 3 klav = 0xff;

122 3 }

Введенные данные, а также данные, полученные с АЦП по прерываниям от Таймера Т0 выводятся на индикатор.

Курсор устанавливается в начало первой строки (команда "0x80"). Надпись первой строки из ПЗУ копируется в переменную в ОЗУ.

124 2 PutCom(0x80);

125 2 strcpy(str,str1);

Вызывается фунуция "DecodSts", которая добавляет числовые данные в строку текста. В качестве параметра функции передается введенное значение с клавиатуры в BCD коде.

126 2 DecodSts(DataKlav);

Вызывается фунуция "PutString", которая выводит строку текста на индикатор.

127 2 PutString(str);

Далее отображается вторая строка аналогичным образом. Только теперь курсор переводится в начало второй строки (команда "0xc0").

129 2 PutCom(0xc0);

Проверяется флаг "режим", если он не установлен, то в строковую переменную копируется из ПЗУ вторая строка. И вызывается функция "DecodStr", теперь в качестве параметра ей передаются данные, полученные с АЦП и перевеленные в BCD формат.

130 2 if(regim ==0)

131 2 {

132 3 strcpy(str,str2);

133 3 DecodSts(rmsBCD);

134 3 }

Иначе выводится пустая строка.

135 2 else strcpy(str,strZero);

136 2 PutString(str);

Далее цикл фоновой задачи повторится заново.

137 2 }//while

138 1 }//main

Теперь рассмотрим обработку прерываний от таймера Т0 (рис6.2).

141 void Timer0(void) interrupt 1 using 0

142 {

Рис. 6.2 - Алгоритм прерываний от таймера Т0

Таймер останавливается, значения в его регистрах обновляются для следующего цикла работы. Таймер запускается.

143 1 TR0 = 0;

144 1 TH0 = (Tic >> 8);

145 1 TL0 = Tic;

146 1 TR0 = 1;

Вызывается функция "ADC", которая опрашивает АЦП и возвращает принятое значение. Полученные данные приводятся к шкале (умножаются на 2,5).

148 1 rms = ADC();

149 1 rms = rms * 2.5;

Создается копия в BCD формате для отображения на индикаторе. Для этого в двухбайтный буфер помещается число сотен (результат целочисленного деления на 100), сдвинутое на 8 позиций влево. В буфер (однобайтный) - остаток от деления. Далее к значению в двухбайтном буфере прибавляется количество десятков (результат целочисленного деления на 10), сдвинутый на 4 позиции влево и остаток от деления.

150 1 buf2 = (rms/100) << 8;

151 1 buf = rms%100;

152 1 rmsBCD = buf2 + ((buf/10) << 4) + buf%10;

Далее реализован ПИ-регулятор. Вычисляется ошибка, как разность заданного действующего значения выходного напряжения и измеренного.

154 1 oh = Uout - rms;

Суммарная ошибка вычисляется как сумма всех ошибок с запуска устройства. К предыдущему значению суммарной ошибки прибавляется текущая ошибка.

155 1 S = S + oh;

Вычисляется пропорциональная и интегральная составляющие действующего значения выходного напряжения, А также действующее значение выходного напряжения.

156 1 Upr = Kp*oh;

157 1 Uint = Ki*S;

158 1 Ui = rms + Upr + Uint;

По предыдущему значению гаммы и измеренному значению напряжения вычисляется входное напряжение.

159 1 Uin = rms / (1-(gamma/Ktr));

Вычисляется новое значение гаммы.

160 1 gamma = ((1-((float)Ui/Uin))*Ktr);

Далее проверяется режим работы. Если гамма равна нуля, значит режим прямой передачи. В этом случае таймер Т1 сработает через половину периода. Ключи К2 и К3 выключаются, а ключи К1 и К4 включаются.

162 1 if (gamma == 0)

163 1 {

164 2 Tic2 = (0 - T/2);

165 2 TH1 = (Tic2 >> 8);

166 2 TL1 = Tic2;

167 2 K2 = K3 = 0;

168 2 K1 = K4 = 1;

169 2}

Если гамма положительная, значит режим вольтодобавки. Таймер Т1 сработает через время, равное произведению гаммы на период. Ключи К2 и К3 включаются, а ключи К1 и К4 выключаются.

172 1 else if (gamma > 0)

173 1 {

174 2 Tic2 = (0 - gamma*T);

175 2 TH1 = (Tic2 >> 8);

176 2 TL1 = Tic2;

177 2 K2 = 1;

178 2 K4 = 0;

179 2 K3 = 1;

180 2 K1 = 0;

181 2}

Если же предыдущие условия выполнены не были, значит режим вольтоотбавки. Таймер Т1 также сработает через время, равное произведению гаммы на период. Ключи К2 и К3 выключаются, а ключи К1 и К4 включаются.

183 1 else

184 1 {

185 2 Tic2 = (0 + gamma*T);

186 2 TH1 = (Tic2 >> 8);

187 2 TL1 = Tic2;

188 2 K2 = 0;

189 2 K4 = 1;

190 2 K3 = 0;

191 2 K1 = 1;

192 2}

Запускается таймер Т1. На этом прерывания от таймера Т0 завершаются.

193 1 TR1 = 1;

194 1}

Рис. 6.3 - Алгоритм прерываний от таймера Т1

Прерываний от таймера Т1 (рис.6.3). Состояние ключей К1 и К3 инвертируется.

196 void Timer1(void) interrupt 3 using 0

197 {

198 1 K3 = !K3;

199 1 K1 = !K1;

Если режим прямой передачи (гамма равна нулю), то состояние ключей К2 и К4 также инвертируется.

200 1 if (gamma == 0)

201 1 {

202 2 K2 = !K2;

203 2 K4 = !K4;

204 2 }

Останавливается таймер Т1. На этом прерывания от таймера Т1 завершаются.

205 1 TR1 = 0;

206 1}

При обнаружении прерываний от INT0 и INT1 все ключи выключаются. Эти прерывания формируют узлы защиты по мощности и напряжению.

208 //Прерывания Int0

209 void Inn0(void) interrupt 0 using 0

210 {

211 1 K1 = K2 = K3 = K4 = 0;

212 1 }

213 //Прерывания Int1

214 void Inn1(void) interrupt 2 using 0

215 {

216 1 K1 = K2 = K3 = K4 = 0;

217 1 }

Далее рассмотрим функции.

Функция "Wait_BW" ожидает сброса флага занятости индикатора. Все линии шины данных индикатора устанавливаются в лог. 1. Линия RS сбрасывается, что соответствует выбору регистра команд. Линия RW устанавливает в состояние лог. 1, что соответствует чтению данных из индикатора. Индикатор в ответ должен установить старший бит в ноль по отрицательному перепаду сигнала Е. Далее в цикле линию Е сбрасываем и с задержкой устанавливаем заново. После задержки проверяем старший бит линии данных. Если он сброшен, то происходит выход из цикла, в противном случае цикл повторяется. Количество попыток чтения принято равным 250. После 250-й неудаче попытки будут прекращены.

219 void WeitBW(void)

220 {

221 1 DataInd = 0xff;

222 1 RS = 0;

223 1 RW = 1;

224 1 for(i=0;i<250;i++)

225 1 {

226 2 E = 0;

227 2 nop++;

228 2 E = 1;

229 2 nop++;

230 2 if((DataInd & 0x80) == 0) break;

231 2 }

232 1 }

Функция "PutStrobe" формирует строб записи данных в индикатор. Она сбрасывает линию тактирования Е и после задержки устанавливает ее снова, что соответствует фиксации данных в индикаторе.

234 void PutStrobe(void)

235 {

236 1 E = 0;

237 1 nop++;

238 1 nop++;

239 1 nop++;

240 1 nop++;

241 1 E = 1;

242 1 }

Функция "PutCom" выдает команды на индикатор. Она вызывает функцию ожидания сброса флага занятости "Wait_BW". Затем сигнал RW сбрасывается, что соответствует записи данных в индикатор. В шину данных индикатора копируется выдаваемая команда. Далее вызывается функция выдачи строба "PutStrobe".

244 void PutCom(unsigned char data OutByte)

245 {

246 1 WeitBW();

247 1 RW = 0;

248 1 DataInd = OutByte;

249 1 nop++;

250 1 nop++;

251 1 PutStrobe();

252 1}

Функция "PutData" запускает уже рассмотренную функцию ожидания готовности индикатора "Wait_BW". Устанавливает сигнал RS, выбирая тем самым регистр данных и сбрасывает сигнал RW, определяя работу на запись. Данные помещаются на линию данных индикатора. Вызывается функция выдачи строба "PutStrobe".

254 void PutData(unsigned char data OutByte)

255 {

256 1 WeitBW();

257 1 RS = 1;

258 1 RW = 0;

259 1 DataInd = OutByte;

260 1 nop++;

261 1 nop++;

262 1 PutStrobe();

263 1}

Функция "PutString" выводит текстовую строку на индикатор. Определяются локальные переменные.

265 void PutString(unsigned char Str[])

266 {

267 1 data char i;

268 1 data unsigned char C;

269 1 i = 0;

В цикле символ из строки копируется в переменную "С" и выводится на индикатор функцией "PutData". При достижении нуля (последний символ строки) цикл прекращается.

270 1 do

271 1 {

272 2 C = Str[i++];

273 2 PutData(C);

274 2 } while (Str[i]!= 0);

275 1 }

Функция "ADC" получает данные с АЦП. Здесь также определяются локальные переменные.

277 unsigned char ADC(void)

278 {

279 1 unsigned char data byte;

280 1 unsigned char i;

Все линии АЦП устанавливаются в состояние лог. 1. Данные в переменной АЦП обнуляются.

281 1 CS = 1;

282 1 CLK = 1;

283 1 DO = 1;

284 1 byte = 0;

Линия "CS" устанавливается в лог. 0, после чего АЦП начинает преобразование данных. Ожидается готовность данных. Линия "DO" будет установлена в лог. 1.

285 1 CS = 0;

286 1 while (~DO);

Далее начинает тактироваться линия "CLK".

287 1 CLK = 1;

288 1 CLK = 0;

289 1 nop++;

Начиная со второго такта биты данных в цикле принимаются в младший бит переменной.

290 1 for (i = 1; i < 9; i++)

291 1 {

292 2 CLK = 1;

293 2 CLK = 0;

294 2 nop++;

295 2 byte = byte << 1;

296 2 byte = byte | DO;

297 2 }

Функция возвращает принятое значение напряжения с АЦП.

298 1 return byte;

299 1 }

Функция "DecodStr" добавляют в строку с текстом числовые значения. Она к качестве параметра получает трехзначное число в BCD коде. Функция переводит в кодировку ASCII младший символ переданного ей числа. Затем этот символ помещается в строку на i-тую позицию. Данные в переменной сдвигаются на 4 позиции влево. Операции производятся в цикле начиная с символа в строке с индексом 7. При обработке всех трех цифр цикл прекращается. Цифры преобразуются начиная с младшего разряда.

300 void DecodSts(unsigned short Uxxx)

301 {

302 1 for(i = 7;i > (5-1);i--)

303 1 {

304 2 str[i] = (0x30+(Uxxx & 0x000f));

305 2 Uxxx = Uxxx >> 4;

306 2 }

307 1 }

7. ПРОВЕРКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ

Для проверки работоспособности написанной программы используем ПК, на котором установлена программа ISIS программного комплекса Proteus. На рисунке 4 изображена модель для тестирования программы.

Рис. 7.1 - Модель в среде Proteus



Моделирование произведено в режиме прямой передачи.

Рис. 7.2 - Старт с питания 242 В, скачек питания до 187 В, Uвых = 200 В

Рис. 7.3 - Старт с питания 187 В, скачек питания до 242 В, Uвых = 200 В

Рис. 7.4 - Старт с питания 242 В, Uвых = 50 В, изменение Uвых = 200 В

Рис. 7.5 - Старт с питания 187 В, Uвых = 200 В, изменение Uвых = 50 В

8. ЛИСТИНГ

C51 COMPILER V8.05a, COMPILATION OF MODULE STABILIZATOR

OBJECT MODULE PLACED IN stabilizator.OBJ

COMPILER INVOKED BY: C:\Keil\C51\BIN\C51.EXE stabilizator.c BROWSE DEBUG OBJECTEXTEND

line level source

1 #include <REG52.H>

2 #include <string.h>

3

4 #define DataInd P0

5 #define klav P2

6 #define Kp 0.2

7 #define Ki 0.015

8 #define Ktr 1

9 #define T ((60/12)*1000000/500)

10 #define Tic (0-T)

11

12 sbit RS = P3^7;

13 sbit RW = P3^6;

14 sbit E = P3^5;

15 sbit CS = P1^7;

16 sbit CLK = P1^6;

17 sbit DO = P1^5;

18 sbit K1 = P1^1;

19 sbit K3 = P1^2;

20 sbit K2 = P1^3;

21 sbit K4 = P1^4;

22

23 unsigned char data i=0;

24 unsigned char data nop;

25 unsigned short data DataKlav=0x220;

26 unsigned short data Uout=200;

27 unsigned char data buf;

28 unsigned short data buf2;

29 unsigned char code str1[]="Uout= V";

30 unsigned char code str2[]="Uizm= V";

31 unsigned char code strZero[]=" ";

32 unsigned char data str[10];

33 unsigned short data rms;

34 unsigned short data rmsBCD;

35 unsigned short data Uin = 220;

36 float data gamma;

37 signed short data oh;

38 signed short data oh_do = 0;

39 signed short data S;

40 unsigned short data Ui = (160*2.5);//

41 unsigned short data Tic2;

42 signed short data Upr;//

43 signed short data Uint;//

44

45 bit regim;

46

47 void WeitBW(void);

48 void PutCom(unsigned char data OutByte);

49 void PutStrobe(void);

50 void PutData(unsigned char data OutByte);

51 void PutString(unsigned char Str[]);

52 unsigned char ADC(void);

53 void DecodSts(unsigned short Uxxx);

54

55 void main(void)

56 {

57 1 //Инициализация

58 1 K1 = K2 = K3 = K4 = 0;

59 1 TMOD = 0x11;

60 1 TH0 = (Tic >> 8);

61 1 TL0 = Tic;

62 1 EA = 1;

63 1 ET0 = ET1 = 1;

64 1 EX0 = EX1 = 1;

65 1 gamma = (1-((float)Uout/Uin))*Ktr;

66 1 //Инициализация индикатора

67 1 PutCom(0x38);

68 1 PutCom(0x0c);

69 1 PutCom(0x06);

70 1 PutCom(0x01);

71 1

72 1 TR0 = 1;

73 1 while(1)

74 1 {

75 2 //Опрос клавиатуры

76 2 klav = 0x0f;

77 2 buf = klav;

78 2 klav = 0xf0;

79 2 buf = buf | klav;

80 2 if(buf != 0xff)

81 2 {

82 3 if(regim == 1||buf == 0xb7)

83 3 {

84 4 DataKlav = DataKlav << 4;

85 4 switch(buf)

86 4 {

87 5 case(0x7d): DataKlav += 0; break;

88 5 case(0xee): DataKlav += 1; break;

89 5 case(0xde): DataKlav += 2; break;

90 5 case(0xbe): DataKlav += 3; break;

91 5 case(0xed): DataKlav += 4; break;

92 5 case(0xdd): DataKlav += 5; break;

93 5 case(0xbd): DataKlav += 6; break;

94 5 case(0xeb): DataKlav += 7; break;

95 5 case(0xdb): DataKlav += 8; break;

96 5 case(0xbb): DataKlav += 9; break;

97 5 case(0xe7): DataKlav = 0; break;//Сброс

98 5 case(0xb7): //Режим

99 5 {

100 6 DataKlav = DataKlav >> 4;

101 6 if(regim == 1)

102 6 {

103 7 Uout = ((DataKlav & 0x0f00) >> 8)*100 + ((DataKlav & 0x00f0) >>4)*10 + (DataKlav & 0x000f);

104 7 if (Uout < 50)

105 7 {

106 8 Uout = 50;

107 8 DataKlav = 0x50;

108 8 }

109 7 if (Uout > 200)

110 7 {

111 8 Uout = 200;

112 8 DataKlav = 0x200;

113 8 }

114 7 }

115 6 regim = !regim;

116 6 break;

117 6 }

118 5 }

119 4 }

120 3 while(klav!=0xf0);

121 3 klav = 0xff;

122 3 }

123 2 //Индикация

124 2 PutCom(0x80);

125 2 strcpy(str,str1);

126 2 DecodSts(DataKlav);

127 2 PutString(str);

128 2

129 2 PutCom(0xc0);

130 2 if(regim ==0)

131 2 {

132 3 strcpy(str,str2);

133 3 DecodSts(rmsBCD);

134 3 }

135 2 else strcpy(str,strZero);

136 2 PutString(str);

137 2 }//while

138 1 }//main

139

140 //Прерывания Таймера Т0

141 void Timer0(void) interrupt 1 using 0

142 {

143 1 TR0 = 0;

144 1 TH0 = (Tic >> 8);

145 1 TL0 = Tic;

146 1 TR0 = 1;

147 1 //Получаем данные с RMS-DC датчика

148 1 rms = ADC();

149 1 rms = rms * 2.5;

150 1 buf2 = (rms/100) << 8;

151 1 buf = rms%100;

152 1 rmsBCD = buf2 + ((buf/10) << 4) + buf%10;

153 1 //ПИ-регулятор

154 1 oh = Uout - rms;

155 1 S = S + oh;

156 1 Upr = Kp*oh;

157 1 Uint = Ki*S;

158 1 Ui = rms + Upr + Uint;

159 1 Uin = rms / (1-(gamma/Ktr));

160 1 gamma = ((1-((float)Ui/Uin))*Ktr);

161 1 //Прямая передача

162 1 if (gamma == 0)

163 1 {

164 2 Tic2 = (0 - T/2);

165 2 TH1 = (Tic2 >> 8);

166 2 TL1 = Tic2;

167 2 K2 = K3 = 0;

168 2 K1 = K4 = 1;

169 2 }

170 1

171 1 //Отбавка

172 1 else if (gamma > 0)

173 1 {

174 2 Tic2 = (0 - gamma*T);

175 2 TH1 = (Tic2 >> 8);

176 2 TL1 = Tic2;

177 2 K2 = 1;

178 2 K4 = 0;

179 2 K3 = 1;

180 2 K1 = 0;

181 2 }

182 1 //Добавка

183 1 else

184 1 {

185 2 Tic2 = (0 + gamma*T);

186 2 TH1 = (Tic2 >> 8);

187 2 TL1 = Tic2;

188 2 K2 = 0;

189 2 K4 = 1;

190 2 K3 = 0;

191 2 K1 = 1;

192 2 }

193 1 TR1 = 1;

194 1 }

195 //Прерывания Таймера Т1

196 void Timer1(void) interrupt 3 using 0

197 {

198 1 K3 = !K3;

199 1 K1 = !K1;

200 1 if (gamma == 0)

201 1 {

202 2 K2 = !K2;

203 2 K4 = !K4;

204 2 }

205 1 TR1 = 0;

206 1 }

207

208 //Прерывания Int0

209 void Inn0(void) interrupt 0 using 0

210 {

211 1 K1 = K2 = K3 = K4 = 0;

212 1 }

213 //Прерывания Int1

214 void Inn1(void) interrupt 2 using 0

215 {

216 1 K1 = K2 = K3 = K4 = 0;

217 1 }

218 //Функции работы с индикатором

219 void WeitBW(void)

220 {

221 1 DataInd = 0xff;

222 1 RS = 0;

223 1 RW = 1;

224 1 for(i=0;i<250;i++)

225 1 {

226 2 E = 0;

227 2 nop++;

228 2 E = 1;

229 2 nop++;

230 2 if((DataInd & 0x80) == 0) break;

231 2 }

232 1 }

233

234 void PutStrobe(void)

235 {

236 1 E = 0;

237 1 nop++;

238 1 nop++;

239 1 nop++;

240 1 nop++;

241 1 E = 1;

242 1 }

243

244 void PutCom(unsigned char data OutByte)

245 {

246 1 WeitBW();

247 1 RW = 0;

248 1 DataInd = OutByte;

249 1 nop++;

250 1 nop++;

251 1 PutStrobe();

252 1 }

253

254 void PutData(unsigned char data OutByte)

255 {

256 1 WeitBW();

257 1 RS = 1;

258 1 RW = 0;

259 1 DataInd = OutByte;

260 1 nop++;

261 1 nop++;

262 1 PutStrobe();

263 1 }

264

265 void PutString(unsigned char Str[])

266 {

267 1 data char i;

268 1 data unsigned char C;

269 1 i = 0; // Счетчик символов

270 1 do

271 1 { // Цикл вывода строки

272 2 C = Str[i++];

273 2 PutData(C);

274 2 } while (Str[i]!= 0); // Признак конца - 0

275 1 }

276

277 unsigned char ADC(void)

278 {

279 1 unsigned char data byte;

280 1 unsigned char i;

281 1 CS = 1;

282 1 CLK = 1;

283 1 DO = 1;

284 1 byte = 0;

285 1 CS = 0;

286 1 while (~DO);

287 1 CLK = 1;

288 1 CLK = 0;

289 1 nop++;

290 1 for (i = 1; i < 9; i++)

291 1 {

292 2 CLK = 1;

293 2 CLK = 0;

294 2 nop++;

295 2 byte = byte << 1;

296 2 byte = byte | DO;

297 2 }

298 1 return byte;

299 1 }

300 void DecodSts(unsigned short Uxxx)

301 {

302 1 for(i = 7;i > (5-1);i--)

303 1 {

304 2 str[i] = (0x30+(Uxxx & 0x000f));

305 2 Uxxx = Uxxx >> 4;

306 2 }

307 1 }

308

309

310

311

312

313

314

MODULE INFORMATION: STATIC OVERLAYABLE

CODE SIZE = 1250 ----

CONSTANT SIZE = 30 ----

XDATA SIZE = ---- ----

PDATA SIZE = ---- ----

DATA SIZE = 43 3

IDATA SIZE = ---- ----

BIT SIZE = 1 ----

END OF MODULE INFORMATION.

C51 COMPILATION COMPLETE. 0 WARNING(S), 0 ERROR(S)

ЛИТЕРАТУРА

программа листинг моделирование индикатор

1. Магда Ю. С. Микроконтроллеры серии 8051: практический подход. -- М.: ДМК Пресс, 2008. -- 228 с.

2. Керниган, Брайан У., Ритчи, Деннис М. Язык программирования С, 2-е издание. : Пер. с англ. -- М. : Издательский дом "Вильяме", 2009. -- 304 с.: ил.

3. Стабилизаторы переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным регулированием/ А.В. Кобзев, Ю.М. Лебедев, Г.Я. Михальченко и др. - М.: Энегроатомиздат. 1986.

4. Александров, К.К. Электротехнические чертежи и схемы / К.К. Александров, Е.Г. Кузьмина. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.

5. www.gaw.ru

6. www.alldatasheet.com

Размещено на Allbest.ru