Реферат: Проектирование микроконтроллера на базе МК51
💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
3. Разработка программного обеспечения
В данном курсовом проекте поставлена задача разработать некий промышленный контроллер для работы в условиях производства. Задача может быть выполнена на микропроцессоре с гибкой программируемой логикой, а также на дискретных элементах с жесткой логикой.
Реализация на микропроцессоре обладает весомыми преимуществами. Гибкая логика, возможность легкой модернизации контроллера, перспективность.
Программируемая логика реализована на микропроцессоре типа МК-51 фирмы ATMEL – AT89C51, который благодаря встроенной FLASH памяти, обладает возможностью электрического перепрограммирования, а значит быстрой модернизации управляющей программы.
Наличие микропроцессора в современных контроллерах позволяет создавать сложные, гибкие, компактные и надежные системы управления с централизованным управлением и диагностикой.
Структурный синтез цифрового автомата
Обозначим структуру проектируемого микроконтроллера.
Управляющий логический блок на основе микропроцессора.
Блок сбора информации и преобразования ее в вид, требуемый для обработки микропроцессором.
Блок гальванической развязки входных сигналов и сигналов, поступающих на микропроцессор.
Блок связи с исполнительными устройствами (включающий гальваническую развязку) для преобразования выходных сигналов микропроцессора в мощные сигналы управления.
Блок начального сброса микропроцессора.
Блок индикации входных и выходных сигналов.
2. Разработка принципиальной схемы.
В качестве основы для контроллера выбран популярный микропроцессор типа MK-51 от фирмы Atmel – AT89C51.
Его основные преимущества перед подобными процессорами иных фирм:
Полностью совместим с семейством МК-51.
4 кб встроенной перепрограммируемой Flash памяти (включая перепрограммирование непосредственно на плате по протоколу SPI) при не менее 103 циклов перезаписи.
32 программируемых линии портов ввода/вывода.
Программируемый последовательный канал совместимый с RS-232-S.
2. Блок сбора информации и преобразования ее в вид, пригодный для обработки микропроцессором.
Входная информация и выходная информация проходит через внешний разъем типа РШ2Н-2-16.
В таблице 1 приведен список и условное обозначение входных и выходных сигналов из задания.
С игнал с датчика освещенности (фоторезистора СФ2-1) снимаем по такой схеме:
Далее сигнал поступает на делительный мост из резисторов, формирующий нужный уровень сигнала, подаваемый на схему из двух компараторов. На не инвертирующий вход компаратора подается измеряемая величина напряжения, а на инвертирующий – величина опорного напряжения, при достижении которой значение логического сигнала на выходе компаратора меняется на противоположное. Срабатывание при нужном значении освещенности регулируется подстроечными резисторы марки РП1 – 48 10КОм10%.
Максимальный потребляемый ток 2 мА.
Для организации высокостабильного опорного напряжения выбраны специализированная микросхема LM4130 фирмы National Semiconductor.
Выходное опорное напряжение 4.096 В
Погрешность выходного напряжения 0.05%
Температурный коэффициент нестабильности 3*10-6/оС
Минимальное входное напряжение 5 В
Максимальный выходной ток 30-50 мА
Изменение выходного напряжения (при Iвых=30..50 мА) 0.05%
По такой же схеме организован прием и формирование логических сигналов UA на микропроцессор.
3. Блок гальванической развязки входных сигналов и сигналов, поступающих на микропроцессор.
Входные величины поступают из внешней (для контроллера) среды, что говорит о возможном наличии помех различных типов. Так же необходимо предусмотреть возможность неправильной полярности подключения датчиков. Поэтому возникла необходимость в гальванической развязке сигналов.
Для того, чтобы развязать входные уровни микропроцессора и входных сигналов от датчиков применены три оптопары К249КН4П. Характеристики, по которым они были выбраны:
Р езисторы R1 и R2 рассчитываются из условий максимального входного и коммутируемого токов. Диод обеспечивает защиту от неправильной полярности включения.
Uпр=1В, Uобр=75В, Iпр.ср=50мА, Iобр=1мкА.
В данной работе автомат генерирует выходной сигнал управления электромагнитом (=24В, 10Вт). Данная мощность явно не позволяет подключать электромагнит непосредственно к выходу микропроцессора, поэтому здесь целесообразно применить мощные твердотельные оптоэлектронные реле. Мощность на выходе которых может достигать достаточно больших значений. В оптопаре одновременно реализуется гальваническая развязка силовой и управляющей цепей, а также усиление по мощности сигнала.
С хема подключений оптоэлектронного реле:
Твердотельное реле для цепей постоянного тока 5П19А1:
Входное напряжение в выключенном состоянии -3.5..0.8 В
Транзисторный модуль М2ТКИ-50-12 управляется специализированным драйвером - драйвер транзисторных модулей такого типа - IR2112 фирмы International Rectifier . Драйвер способен выдерживать напряжения до 600 вольт. Схема включения приведена ниже:
HIN Logic input for high side gate driver output (HO), in phase
LIN Logic input for low side gate driver output (LO), in phase
V S High side floating supply return
Диод VD должен выдержать обратное напряжение 600В.
Для системы, построенной на базе микропроцессора необходима схема начального сброса и система предохранения от зависания. Так как из-за сильной электромагнитной помехи может исказиться часть информации, обрабатываемой микропроцессором в данный момент, что чревато сбоем в алгоритме управляющей программы, а так же зацикливанием работы процессора или его «зависанием». Все это приводит к отказу в работе контроллера.
Как правило, такие сильные и фатальные помехи случаются очень редко, но если контроллер выполняет часть операций в отлаженном техническом процессе, то такой его отказ приводит к возникновению незапланированного простоя в работе и большими экономическими убытками.
Работоспособность контроллера можно восстановить, подав на процессор команду сброса (reset). Такие функции выполняет WatchDog Taimer. В данной работе эта система не реализована. Сброс микроконтроллера можно будет произвести кратковременным сбросом питающего напряжения или кнопкой Reset, расположенной на передней панели.
Возможны несколько способов реализации индикации:
на цифровых или символьных индикаторах и др.
Для обеспечения визуального 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 микропроцессора МК51.
Непосредственно на эти выходы подключены светодиоды, которые визуально отображают состояние входов и выходов.
Для того, чтобы светодиоды можно было подключить напрямую к порту, они должны потреблять как можно меньше тока, но при этом обеспечивать достаточную яркость свечения.
Этим запросам полностью удовлетворяют выбранные светодиоды КИПД02Б-1К. Ниже в таблице приведены их основные параметры.
При напряжении питания и токе светодиода 5 мА токоограничивающий резистор принимаем равным R=1кОм
На вход контроллера поступает питающее напряжение 24В, а в состав контроллера входят устройства, питающиеся от 5В, а также 15В. Проблема питания может быть решена с помощью специализированной интегральной схемы импульсного преобразователя постоянного напряжения. Примером такого преобразователя может служить интегральный преобразователь DCP. На вход этого преобразователя поступает постоянное напряжение, и на выходе тоже имеется постоянное напряжение, но другого уровня. При этом осуществляется полная гальваническая развязка между входом и выходом с помощью встроенного трансформатора. Микросхема заключена в корпус DIP14, компактна и удобна в использовании. В данной работе будет использоваться микросхема (DCP022405P(на выходе 5В)). Выходная мощность микросхем составляет 2Вт.
Т ЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ DC/DC серии DCP02
На входе имеются две емкости: керамический конденсатор для устранения кратковременных пиков тока, возникающих при переключениях транзисторов и электролитический - для поддержания входного напряжения постоянным при его медленных колебаниях.
На выходе также имеются керамические конденсаторы, емкость которых будет рассчитана ниже.
Схема подключения интегральных импульсного преобразователя:
Конденсатор на входе преобразователя имеет емкость 470мкФ.
DA1 Импульсный преобразователь DCP022405P
DA1 Импульсный преобразователь DCP022415DP
Конструкция контроллера представляет собой плату печатную, вдвижную. Для выполнения основной печатной платы рекомендуется использовать двусторонний фольгированный стеклотекстолит марки ФТС2-35 ТУ 16-503.161-83. Двустороннее фольгирование выбрано из соображений уменьшения плотности расположения проводников и уменьшения размеров основной печатной платы устройства. Плату изготовить фотохимическим способом. Дорожки на плате травление по «позитиву». Размеры печатной платы определяются в соответствии с ГОСТ 2.109-73.
Для увеличения жесткости печатной платы монтировать на специальную рамку, отлитую с лицевой панелью из легкого алюминиевого сплава АЛ9. Толщина рамки и панели - 3 мм. Плата крепить к рамке при помощи стяжных винтов М3.
На лицевой панели расположены отверстия под светодиоды, кнопка сброса.
Крепление кнопки сброса производится «под гайку» на передней панели.
Внешний разъем типа РШ2Н-2-16. Разъем - электрический соединитель для печатного монтажа, расположение штырьков линейное. Предназначен для работы в электрических цепях постоянного и переменного тока с частотами до 3 МГц и цепях импульсного тока.
Рекомендуемый тип припоя – ПОС 60 ГОСТ 21930-76.
Конструкция блока представляет из себя алюминиевое шасси, на котором закреплена печатная плата. Шасси блока одновременно является и направляющей при установке блока в основное (либо управляемое) устройство. На передней панели закреплены кнопка сброса и индикаторы. Плата соединена с кнопкой сброса гибкими проводами.
Разработка программного обеспечения
При выборе микропроцессорной системы управления существенно уменьшается количество дискретных элементов. Что упрощает систему, и, следовательно, повышает ее надежность. С другой стороны отказ самого микропроцессора (само по себе это явление редкое, чаще сказываются ошибки проектирования) ведет к выходу абсолютно всей системы. В то же время появляется необходимость в управляющей программе. Каждый тип микропроцессора обладает рядом только ему присущих особенностей: архитектурой, набором команд, функциональными возможностями и так далее. Все это было принято к сведению при написании программы для спроектированной системы управления.
Программа была написана на языке ассемблера для МК-51 с использованием системы отладки AVSIM51. Далее приводится алгоритм работы программы, листинг программы и hex файл, представляющий собой образ ПЗУ предназначенный непосредственно для прошивки в микросхему.
Используя особенность микропроцессора МК-51 работать с отдельными битами (булев процессор) данное задание можно выполнить напрямую запрограммировав все состояния и условия переходов.
2500 A.D. 8051 Macro Assembler - Version 4.02a
------------------------------------------------
7 ;Для удобства именуем переменные состояния
14 0040 R_N: EQU 55h ;задержка для антидребезговой подпрограммы
15 0001 R_C: REG R1 ;именуем регистр для антидребезговой подпрограммы
17 0025 PER: EQU 25h ;временная переменная для сравнения
19 0000 BSECT ;переход к битовой секции
21 ;Задаем имена переменных для обозначения входных параметров
31 00B2 INDL50:REG P3.2 ;
33 ;Задание имен переменных для индикации выходных величин
35 0080 IND:REG P0.0 ;имя переменной для обозначения порта индикации
37 ;Начало программы располагаем по адресу 30h
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 ;иначе переход на метку x1
51 ;Обработка состояния X1
53 0042 75 A0 F6 MOV P2, #11110110b ;записываем в P2 значения выходов и индикации
60 ;Обработка состояния X2
62 0050 75 A0 DB MOV P2, #11011011b
69 ;Обработка состояния X3
71 0061 75 A0 ED MOV P2, #11101101b
79 ;Обработка состояния X4
81 0072 75 A0 E4 MOV P2, #11100100b
83 0078 12 00 C8 CALL xx4
89 ;Обработка состояния X5
91 0082 75 A0 D2 MOV P2, #11010010b
93 0088 12 00 CF CALL xx5
99 ;Подпрограмма обработки дребезга, индикации
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 аккум. 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 ;сравнение аккум. с портом и переход
106 009C D9 F5 DJNZ R_C, st ;отсчет времени для распознавания 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
111 00A4 A2 B1 MOV C,L50
113 00A7 92 B2 MOV INDL50,C ;
114 00A9 22 RET ;возврат из подпрограммы
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
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
128 00B9 B0 90 ANL C,/S1
129 00BB 72 25 ORL C,PER
134 ;Подпрограмма обработки условия X3
135 00C1 A2 92 xx3: MOV C,S3 ;
136 00C3 B0 B1 ANL C,/L50
141 ;Подпрограмма обработки условия X4
142 00C8 A2 91 xx4: MOV C,S2 ;
143 00CA B0 94 ANL C,/U3
148 ;Подпрограмма обработки условия X5
149 00CF A2 97 xx5: MOV C,L100 ;
Lines Assembled : 153 Assembly Errors : 0
:10003000C375A0FF1200911200AAA2204043020043
:1000400041C375A0F6120091A29640E4020071C36C
:1000500075A0DB1200911200B1A2214003020071D1
:10006000C375A0ED1200911200C1A22240D302007C
:1000700071C375A0E41200911200C8A223400201CE
:100080004FC375A0D21200911200CFA22440C0012C
:10009000717940E5907B0ADBFEB590F5D9F5E590E6
:1000A000F4F580C3A2B1B392B222A290B09592208F
:1000B00022A290B0919225A291B090722582939243
:1000C00021A292B0B1922222A291B094922322A2B4
Электронные 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.
Название: Проектирование микроконтроллера на базе МК51
Раздел: Рефераты по информатике
Тип: реферат
Добавлен 11:33:20 11 мая 2011 Похожие работы
Просмотров: 167
Комментариев: 22
Оценило: 2 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно Скачать
Наименование сигнала по заданию
Ua - Аналоговый сигнал напряжения в диапазоне 0..10В
Ev – датчик освещенности 0..200лк
Срочная помощь учащимся в написании различных работ. Бесплатные корректировки! Круглосуточная поддержка! Узнай стоимость твоей работы на сайте 64362.ru
Если Вам нужна помощь с учебными работами, ну или будет нужна в будущем (курсовая, дипломная, отчет по практике, контрольная, РГР, решение задач, онлайн-помощь на экзамене или "любая другая" учебная работа...) - обращайтесь: https://clck.ru/P8YFs - (просто скопируйте этот адрес и вставьте в браузер) Сделаем все качественно и в самые короткие сроки + бесплатные доработки до самой сдачи/защиты! Предоставим все необходимые гарантии.
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.
Реферат: Проектирование микроконтроллера на базе МК51
Дипломная работа по теме Анализ формирования и использования прибыли предприятия
Реферат: Anywhere You Dare Essay Research Paper Anywhere
Реферат На Тему Гражданский Процесс В Системе Юридического
Реферат Методы Стерилизации Используемые В Аптечной Практике
Дипломная Работа На Тему Социально-Психологические Факторы И Их Влияние На Прфессиональную Деятельность Муниципальных Служащих
Курсовая работа по теме Транспортная инфраструктура Соединенных Штатов Америки
Эрготерапия В Физической Реабилитации Реферат
Реферат: Правительство в Российской Федерации и зарубежных странах. Сравнительный анализ. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Основания возникновения, изменения и прекращения права собственности на землю в Республике Беларусь
Аттестационная Работа 3 Класс
Реферат по теме Особенности труда женщин и подростков
Учебное пособие: Анестезиологическое пособие у онкологических больных
Контрольная Работа По Информатике Коммуникационные Технологии
Сочинение Мой 1 День В Школе
Экономика Должна Быть Экономной Эссе Примеры
Лекция На Тему Постійні Запам’Ятовувальні Пристрої
Дипломная работа: Налогообложение и учет расчетов по налогам и сборам в ОАО "Акр-Агро" Свислочского района Гродненской области
Курсовая работа по теме Тypes of word meaning
Целую Руки Матерей Сочинение
Контрольная работа: Характеристика Шотландії
Контрольная работа: по Концепции современного естествознания 3
Курсовая работа: Трьох- і чотирьох хвильове розсіяння світла на поляритонах в кристалах ніобіту літію з домішками
Курсовая работа: Технико-экономическое обоснование создания рекламного агентства в г. Киров