Проектирование управляющего микропроцессорного устройства

Министерство по образованию Российской Федерации

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

Кафедра: "АТП и Э"

Курсовая работа

на тему:

"Проектирование управляющего микропроцессорного устройства (МПУ)".

Вариант №20

Выполнил: студент гр.АП04Т1:

Сергеев Е.И.

Проверил к. т. н.:

Руппель А.А.

Омск 2007 г.

• Оглавление:
• Введение
• Задание на курсовую работу
• 1. Структура и описание микроЭВМ
• 2. Алгоритм управления №1
• 3. Алгоритм управления №2
• Заключение
• Список используемой литературы
• Введение
• В связи с усложнением производственных процессов в последнее время процесс контроля над ходом производства, а также само производство, становится все более сложным. Многие производственные процессы, к тому же, являются слишком трудоемкими или сложными для участия в них человека.
• В наши дни все большее применение получает автоматизация производства, т.е. введение в производственные процессы автоматов, помогающих, или вовсе заменяющих человека. В первую очередь, это применяется при опасных производствах, участие в которых человека нежелательно, или вовсе невозможно. Также часто автоматизируются процессы, слишком скоротечные для визуального контроля человека. Там все чаще устанавливаются автоматические датчики, показания с которых поступают на накопители, или в память компьютера, где они хранятся для дальнейшего изучения. Контроль скоротечных процессов также осуществляется автоматами.
• Кроме того, перспективным является автоматизация конвейерных производств, так как для человека вредны длительные повторяющиеся движения, которые он производит, находясь за конвейерной лентой. При этом человека заменяют промышленные роботы-манипуляторы.
• Цель курсовой работы: Разработка управляющего микропроцессорного устройства реализующего заданное взаимодействие с объектом управления и разработка программных средств системы, обеспечивающих выполнение заданного алгоритма управления.
• Задание на курсовую работу
• Исходные данные:

БИСМП (МЭВМ)	f1 ,t1	f2,t2,t3	ОЗУ	ПЗУ
МС68НС11Е9	10	6	К537РУ8	К541РЕ1

• Функция:
• Y1=f1(X1; X2; X3;X4)
• t1=60 мкс.
• __
• Y1=X1 & X2 & X3 v X4
• Функция:
• NU= f2(NU1, NU2, K)
• NU= (NU1- NU2*K)
• t2=90 мкс.
• t3=40 мкс.
• 1. Структура и описание микроЭВМ
• Общая структура разрабатываемого МПУ:
• Изготовленный по КМОП-технологии с высокоплотной структурой восьмиразрядный микроконтроллер MC68HC11E9 предназначается для выполнения широкого круга прикладных задач. Для достижения номинальной частоты шины 2 МГц были использованы новые технологии. Кроме того, полностью статическая схемотехника позволяет работать на очень низких частотах, что позволяет при необходимости уменьшать потребление энергии.
• ОЭВМ имеет ряд особенностей в аппаратном и программном обеспечении, которые перечислены ниже:
• Особенности аппаратного обеспечения:
• 12 Кбайт ПЗУ;
• 512 байт ЭСППЗУ;
• 512 байт ОЗУ;
• 16-разрядный таймер с расширенными функциями:
• 4-разрядный определитель частоты.
• Три функции входной фиксации и пять - выходного сравнения или
• Четыре функции входной фиксации и четыре - выходного сравнения.
• восьмиразрядный счетчик внешних импульсов;
• последовательный асинхронный интерфейс связи расширенного формата NRZ (SCI);
• последовательный периферийный интерфейс (SPI);
• восьмиканальный, восьмиразрядный АЦП;
• система прерываний реального времени;
• система слежения за правильностью работы ОЭВМ (COP-Watchdog);
• 52-выводной квадратный пластиковый корпус.
• Особенности программного обеспечения:
• система команд представляет собой надмножество системы команд семейства M6800;
• операции дробного и целочисленного 16x16 деления;
• операции манипуляцией отдельными битами данных;
• режимы малого потребления энергии (WAIT и STOP);

Внутренняя структура и назначение выводов

Внутренняя структура микроконтроллера MC68HC11E9 показана на рис 5.27. На кристалле микроЭВМ располагается 8-разрядный центральный процессор CPU11, 12 Кбайт однократно программируемого ПЗУ, 512 байт ППЗУ с электрическим стиранием, статическое ОЗУ объемом 512 байт, два устройства последовательных интерфейсов, пять параллельных портов ввода/вывода, 8-разрядный 8-канальный АЦП с входным мультиплексором, блок таймеров и прерываний, тактовый генератор и блок управления режимами работы.

Внутренний генератор может работать как в режиме автогенерации (при подключении кварцевого резонатора), так и от внешнего генератора.

Назначение линий портов A, D и E не зависит от режима работы. Порт B является портом вывода общего назначения в однокристальном режиме работы и является источником старшего байта адреса в расширенном. Порт C является портом ввода/вывода общего назначения в однокристальном режиме работы. В расширенном режиме работы порт C используется как мультиплексированная шина адреса/данных.



Рис.5.27. Внутренняя структура ОЭВМ МС68НС11Е9

Пульт управления оператора:

Пульт управления обеспечивает ввод в МПУ следующих значений:

ь 8-разрядной двоичной константы K;

ь ввод двоичного сигнала «СТОП»;

ь формирование сигнала начальной установки системы (RESET)

ь Пульт управления обеспечивает вывод из МПУ следующих значений:

ь на световую индикацию значений x1, x2, x3, x4, y1, y2, y3, NU1, y4.

Необходимо предусмотреть светодиод зуммер аварийной сигнализации

Рис. 3. Пульт управления оператора.

Назначение управляющих клавиш:

Клавиша	Функции
Пуск	Переводит систему в режим выполнения алгоритма управления. В этом режиме на индикаторы выводится текущее значение принимаемых с выводов АЦП 8-разрядных двоичных кодов NU1, NU2, NU3
K	Перевод в режим ввода кода 8-разрядной двоичной константы K; по умолчанию на все индикаторы выводится 000. Набирается произвольное число цифр (со сдвигом влево). Набор фиксируется по нажатию Ввод. Если код константы равен нулю просто нажимается клавиша Ввод.
Q	Переводит в режим ввода кода 8-разрядной двоичной константы Q.
Сброс	RESET - начальная установка и переход в режим набора K и Q
Стоп	Режим прерывания программы
Ввод	Фиксирует текущий набор и переходит к следующему набору.
Авария	Сигнал красного цвета - отказ системы, сигнал не горит - система в работоспособном состоянии.
NU1 NU2 NU3	Дисплей вывода 8-разрядных двоичных кодов NU1, NU2, NU3, принимаемых с АЦП

На рисунке представлена принципиальная схема микроЭВМ:

Рис.4Принципиальная схема микроЭВМ

2. Алгоритм 1:

Для формирования управляющего воздействия y1 снимается информация с цифровых датчиков x1, x2, x3 x4 и вычисляется значение булевой функции (т.е. логической) f1(x1, x2, x3 x4 ):

v x4

При единичном значении f1 вырабатывается управляющий сигнал y1 длительностью t1. Это означает, что через время t1 после выдачи y1 необходимо выработать y1=0.

Блок-схема программы

3. Алгоритм 2

При обработке информации с аналоговых датчиков МПУ принимает коды NU1 и NU2 с выходов АЦП и код константы k с тумблерного регистра пульта управления. Далее вычисляются значения функции NU = f2 (NU1, NU2, k) и сравнивается с константой Q1, хранящейся в ПЗУ. В зависимости от результатов сравнения вырабатывается один из двух управляющих сигналов Y2 или Y3 заданной длительности по следующему правилу. Если NU < Q, то выдать Y2 длительностью t2, иначе выдать Y3 длительностью t3. Далее формируется управляющее воздействие Y4, для чего с АЦП вводится значение NU3 и производится вычисление по формуле:

,

и значение Y4 в виде 8-разрядного кода выдается на вход АЦП.

Все двоичные константы и переменные, участвующие в вычислениях NU1, NU2, k, Q, Y4 рассматриваются как целые без знака.

Блок-схема программы

Заключение

В ходе данной курсовой работы, нами были составлена принципиальная схема микроЭВМ на базе микропроцессора MC68HC11E9, два алгоритма управления им. В целом нами при разработке получены те знания, которые в будущем помогут в профессиональной деятельности.

Список использованной литературы:

1. Руппель А.А. Лекции по МПУ Автоматики. 2007г.

2. А.П. Жмакин. Микропроцессорные системы для автоматизации технологических процессов.