Автоматизированная система управления очистки городских сточных вод

Так как цифровая часть модуля является дорогостоящей и критичной к перенапряжению возникающего в линии связи, которое не в состоянии подавить аналоговая часть, то необходимо использовать в качестве защиты блок гальванической развязки (БГР) для развязки сигналов К1..К3, SCK, CONV, DATA.

Для визуального наблюдения за измеренными и вычисленными параметрами воздуха (температура, давление и расход) используется интеллектуальный жидкокристаллический индикатор (ЖКИ). Встроенный в ЖКИ контроллер предназначен для упрощения вывода данных на индикаторы. Наличие двух таблиц в ПЗУ ЖКИ, содержащих латинский, русский алфавит и некоторые специальные символы, а также ряд инструкций позволяют вводить символы с помощью указания кода символа и места вывода. Прием и передача ASCII кодов символов, и инструкций управления индикатором, осуществляется по двунаправленной линии данных (сигналы DB7..DB0). Выбор направления передачи данных от микроконтроллера к ЖКИ и наоборот выполняет сигнал RS, а разрешение работы с ЖКИ задается высоким уровнем сигнала CsLCD.

6.1.2 Описание работы аналого-цифрового преобразователя

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) выполняет двенадцатиразрядное преобразование входного сигнала поступающего с ФНЧ и управляется по последовательной шине SPI. Сигнал инициализация GSI преобразования/готово (пуск АЦП/конец преобразования) поступает на вход CONV c БГР от микроконтроллера. Поток преобразованных данных поступает от АЦП с выхода DATA к микроконтроллеру через БГР по последовательной SPI шине. Преобразование аналогового непрерывного сигнала в цифровой сигнал реализуется в данном АЦП методом последовательного приближения. Зависимость цифрового кода от входного напряжения показана на рисунке 6.3.

Рассмотрим работу АЦП, внутренняя структура которого приведена на рисунке 6.4.

По последовательному интерфейсу SPI приходят два сигнала: сигнал синхронизации SCK и сигнал CONV пуск/конец преобразования АЦП с

Рисунок 6.3 - Зависимость х=f(U) задержкой 5мкс относительно SCK

Внутренний регистр последовательного приближения начинает увеличивать содержимое своего счетчика на единицу и выставляет количество подсчитанных импульсов на входы внутреннего цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) до тех пор пока напряжение на выходе ЦАП не совпадет с измеряемым аналоговым сигналом.

Рисунок 6.4 - Внутренняя структура АЦП

О совпадении сигналов свидетельствует изменение состояния на выходе компаратора, которое подается на регистр последовательного приближения, и приводит к остановке счетчика, и генерации сигнала CONV конец преобразования, передаваемый микроконтроллеру. Подсчитанное количество импульсов эквивалентное аналоговому сигналу передается в последовательный интерфейс, которые будут выданы с выхода DATA по линии SO микроконтроллеру. Временная диаграмма работы АЦП приведены на рисунке 6.5.

Рисунок 6.5 - Временная диаграмма работы АЦП.

6.1.3 Выбор микроконтроллера для ММУПА

Вычислительную и управляющую часть разрабатываемого ММУПА, выполняет однокристальный микроконтроллер.

Микроконтроллеры семейства MCS-51 объединяют все передовые технологии микроконтроллеров: мировое лидерство по гибкой однократно или многократно электрически перепрограммируемой пользователем технологии ППЗУ и минимальное энергопотребление. Эти широкие возможности и низкая стоимость сделали серию микроконтроллеров MCS-51 лучшим выбором для инженерного применения.

По сравнению с другими типами микроконтроллеров семейство MCS-51 обеспечивает достаточную производительность. MCS-51 обладает высоким быстродействием, а операции умножения и деления реализованные на аппаратном уровне по сравнению с большинством наиболее распространённых 8-битовых микроконтроллеров аналогичного класса. Такая производительность позволяет реализовывать различные устройства, работающие в реальном масштабе времени, заменять устройства на жёсткой логике.

Поэтому при разработке дискретного модуля было отдано предпочтение микроконтроллерам семейства MCS-51. Исходя из требований технического задания микроконтроллер должен обладать быстродействием, иметь необходимое число каналов ввода/вывода, последовательный интерфейс SPI, требуемый объем оперативной памяти и памяти программ, таймеры-счетчики. Исходя из этих условий был выбран контроллер фирмы Atmel AT89S8252.

Микроконтроллер AT89S8252 это устройство имеющее 256 байта ОЗУ, 8 Кбайта FLASH памяти программ, 2 Кбайта EEPROM и 32 канала ввода/вывода. В состав микроконтроллера входят и другие устройства:

два таймера-счетчика;

порт последовательной связи (синхронный последовательный порт может поддерживать интерфейс SPI и дополнительно имеется универсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик).

Функциональная схема микроконтроллера приведена на рисунке 6.6. Приведенный контроллер осуществляет выбор входного сигнала выставляя на коммутаторе адрес К1..К3 требуемого сигнала. После преобразования сигналов несущих информацию о температуре и давлении газа с помощью АЦП происходит расчет расхода газа, в соответствии с «Правилами измерения расходов газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами РД50-213-80». Измеренные и вычисленные параметры газа записываются в энергонезависимую память и ЖКИ.

Кратко рассмотрим функции внутренних блоков микроконтроллера:

8-разрядное арифметико-логическое устройство (АЛУ) основа микроконтроллера, позволяющая выполнять арифметические, логические операции и операции сдвига над данными, представленными в двоичном коде, а также обрабатывать данные, представленные в двоично-десятичном коде;

аккумулятор (АСС) 8-разрядный регистр, предназначенный для записи и хранения результата, полученного при выполнении арифметико-логических операций или операций пересылки;

регистр (В) временного хранения представляет собой 8-разрядный регистр, используемый во время операций умножения и деления. Для других инструкций он может рассматривается как дополнительный сверхоперативный регистр;

счетчик команд (РС) предназначен для формирования текущего 16-разрядног адреса памяти программ и 8/16-разрядного адреса внешней памяти данных;

регистр указателя данных (DPTR) предназначен для хранения 16-разрядного адреса внешней памяти данных;

Рисунок 6.6 - Структурная схема контроллера АТ89S825

регистр состояния программ (PSW) предназначен для хранения данных о состоянии микроконтроллера;

память программ (FLASH) предназначена для хранения и считывания команд, которые поступают в процессор и управляют процессом обработки информации;

память данных (RAM) и (EEPROM) предназначены для записи, хранения и считывания данных получаемых в процессе обработки информации;

блок сторожевого таймера (WDT) предназначенный для сброса при внутренних сбоях и “зависании” микроконтроллера;

таймеры-счетчики (TMR1) и (TMR2) предназначены для подсчета внешних событий, для получения программно управляемых временных задержек и выполнения времязадающих функций микроконтроллера;

блок последовательного порта, прерываний и таймера предназначен для организации ввода-вывода последовательных потоков информации и организации системы прерывания программ;

блок синхронизации и управления предназначен для выработки синхронизирующих и управляющих сигналов обеспечивающих координацию совместной работы блоков микроконтроллера во всех допустимых режимах его работы;

порты ввода-вывода (формирователь сигналов порта 0 … формирователь сигналов порта 3 и регистр порта 0 … регистр порта 3) предназначены для приема и выдачи сигналов обеспечивающих обмен информации микроконтроллера с внешними устройствами;

дешифратор команд представляет собой программируемую логическую матрицу, на вход которой поступает код команды с регистра команд, в котором осуществляется запись и хранение кода команды. С выхода дешифратора команд снимаются управляющие сигналы, осуществляющие выполнение этой команды;

порт SPI предназначен для обмена информацией между микроконтроллером и внешними устройствами по последовательному интерфейсу SPI.

Взаимодействие внутренних блоков микроконтроллера между собой осуществляется по внутренней двунаправленной шине.

К основным параметрам, которые требуются для расчета потребления газа относятся:

диаметр сужающего устройства (СУ);

поправляющий множитель на притупление СУ;

поправляющий множитель на шероховатость трубы;

поправляющий множитель на тепловое расширение;

диаметр трубы перед СУ;

и т.д.

Все они хранятся во внутренней энергонезависимой памяти микроконтроллера объемом 2 Кбайта, что исключает стирание данных при временном отключении питающего напряжения.

6.1.4 Описание работы энергонезависимой памяти ММУПА

Измеренные и рассчитанные параметры газа, такие как давление, температура и расход, а также время, заносятся во внешнею энергонезависимую память ММУПА объемом 64 Кбайта. Управление памятью осуществляется микроконтроллером по последовательному интерфейсу SPI сигналами SCK, SI, SO, CsMem. Внутренняя структура энергонезависимой памяти показана на рисунке 6.7. При подаче низкого сигнала CsMem на вход CS происходит активизация последовательного интерфейса памяти. Сигнал SCK необходим для синхронного приема и передачи данных. Во внутреннем последовательном интерфейсе памяти, поступающие данные преобразуются в параллельные и подаются на входы блока управления памятью. Декодер строк представляет собой селектор адреса выбираемой ячейки внутренней энергонезависимой памяти. После выбора ячейки данные выставляется на шине данных представленной как декодер столбцов. Полученные данные с декодера столбцов поступают на микроконтроллер через внутреннею цепочку памяти: блок чтения/записи; блок управления памятью; последовательный интерфейс. Регистр статуса хранит информацию о защите записи одного из четырех сегментов памяти.

Связь ММУПА газа с концентратором организуется по CAN - шине (сигналы CANH и CANL), которая обладает повышенной помехоустойчивостью. Строится такая CAN - шина на следующих элементах CAN - контроллере и CAN - приемопередатчике.

Рисунок 6.7 - Внутренняя структура энергонезависимой памяти

Информация от концентратора приходит к ММУПА на CAN - приемопередатчик, здесь напряжение -20 и 40 вольт преобразуется в 0 и 5 вольт соответственно и поступает на CAN - контроллер, где происходит проверка полученного сигнала на наличие ошибок, и исправление их если они существуют, а при невозможности исправить ошибку генерируется сигнал о повторной передачи полученного байта. Неповрежденные и исправленные байты передаются на контроллер по последовательному интерфейсу SPI. Передача информации от микроконтроллера к концентратору происходит аналогичным образом.

Просмотр интересующих параметров газа в данный момент времени и предшествующие ему возможна с использованием клавиатуры. На линии порта сканирования микроконтроллера формируются сигналы Key3..Key0 в виде “бегущего нуля” поступающие на строки клавиатуры. Информация о состоянии столбцов постоянно считывается микроконтроллером из порта опроса (сигналы KeyIn4..KeyIn0). По полученной информации строк и столбцов матрицы клавиатуры микроконтроллер определяет расположение нажатой клавиши на матрице.

Для питания аналоговой и цифровой части модуля необходимы уровни напряжений 5В и 15 В поступающие по линии связи от концентратора.

Таким образом, разработанная функциональная схема модуля служит основой для создания принципиальной схемы, реализующей все перечисленные блоки и элементы.

6.2 Разработка функциональной схемы ММУДВ

6.2.1 Описание функциональной схемы ММУДВ

Функциональная схема модуля измерения воздуха представлена на чертеже2004.Д02.207.02.00 Э2, а также на рисунке 6.8.

Основной функцией модуля является преобразование данных от шины CAN в уровни интерфейса RS-232. Кроме основной своей функции ММУДВ должен обеспечивать:

вывод информации на индикатор;

отображение требуемых данных по требованию оператора;

хранение состояния частотного привода;

связь с концентратором.

В состав схемы входят следующие функциональные блоки, обеспечивающие ее работу:

а) модуль памяти;

б) блок индикации;

в) блок клавиатуры;

г) ГТИ - генератор тактовых импульсов;

е) БГР - блок гальванической развязки;

ж) модуль связи, состоящий из:

CAN-контроллера;

CAN-приемопередатчика:

з) ОМК - однокристальный микроконтроллер;

и) контроллер RS-232;

к) преобразователи уровней RS-232.

6.2.2 Описание микросхемы для построения контроллера RS232

При построение контроллера RS-232, показанного была решено использовать микросхемы фирмы Altera семейства MAX3000A.

Микросхемы семейства MAX3000A выполнены по КМОП EPROM технологии, при соблюдении технологических норм 0,35 мкм, что позволило существенно удешевить их по сравнению с другими ПЛИС аналогичного назначения.

Микросхемы МАХ3000A имеют следующие отличительные особенности:

напряжение питания ядра 3,3В;

совместимость по входам/выходам с уровнями 5.0В, 3.3В и 2,5В;

все ПЛИС MAX3000A поддерживают технологию программирования в системе (ISP, In-system programmability) и периферийного сканирования (boundary scan) в соответствии со стандартом IEEE Std. 1149.1 JTAG;

усовершенствованный алгоритм внутрисхемного программирования, обеспечивающий высокую скорость программирования, и формирования бита завершения процесса ISP_Done bit;

реализация функции программирования в системе поддерживается с использованием стандартных средств загрузки, таких, как ByteBlasterMV, BitBlaster, MasterBlaster, а также поддерживается формат JAM;

минимальная задержка распространения сигнала от входа до выхода - 4,5 нс;

ПЛИС MAX3000A имеют возможность аппаратной эмуляции выходов с открытым коллектором (open drains pin) и удовлетворяют требованиям стандарта PCI;

возможность горячего включения (hot-socketing);

имеется возможность индивидуального программирования цепей сброса, установки и тактирования триггеров, входящих в макроячейку;

программируемый логический расширитель позволяет реализовать на одной макроячейке функции до 32 переменных;

типы корпусов PLCC, PQFP, TQFP с количеством выводов от 44 до 208;

имеется возможность задания бита секретности (security bit) для защиты от несанкционированного тиражирования разработки;

программируемый «turbo-bit» для каждой макроячейки, позволяющий снизить потребление до 50%;

6 независимых сигналов управления Z-состоянием;

2 глобальных сигнала тактирования (clock);

программная поддержка - САПР MAX+PLUS II.

На рисунке 6.9 представлена функциональная схема ПЛИС семейства MAX3000A. Основными элементами структуры ПЛИС семейства являются:

логические блоки (ЛБ) (LAB - Logic array blocks);

макроячейки (МЯ) (macrocells);

логические расширители (expanders) (параллельный (parallel) и разделяемый (shareble));

программируемая матрица соединений (ПМС) (PIA - Programmable interconnect array);

элементы ввода-вывода (ЭВВ)(I/0 control block).

Рисунок 6.9 - Функциональная схема ПЛИС семейства MAX3000A

ПЛИС семейства MAX3000A имеют четыре вывода, закрепленных за глобальными цепями (dedicated inputs). Это глобальные цепи синхронизации сброса и установки в третье состояние каждой макроячейки. Кроме того, эти выводы можно использовать как входы или выходы пользователя для "быстрых" сигналов, обрабатываемых в ПЛИС.

Как видно в основе архитектуры ПЛИС семейства MAX3000A лежат логические блоки, состоящие из 16 макроячеек каждый. Логические блоки соединяются с помощью программируемой матрицы соединений. Каждый логический блок имеет 36 входов с ПМС.

На рисунке 6.10 приведена структурная схема макроячейки ПЛИС семейства MAX3000A.

МЯ ПЛИС семейства MAX3000A состоит из трех основных узлов:

локальной программируемой матрицы (LAB local array);

матрицы распределения термов (product-term select matrix);

программируемого регистра (Programmable register).

Рисунок 6.10 - Структурная схема макроячейки ПЛИС МАХ3000А

Комбинационные функции реализуются на локальной программируемой матрице и матрице распределения термов, позволяющей объединять логические произведения либо по ИЛИ (OR), либо по исключающему ИЛИ (XOR). Кроме того, матрица распределения термов позволяет коммутировать цепи управления триггером МЯ.

Режим тактирования и конфигурация триггера выбираются автоматически во время синтеза проекта в САПР MAX+PLUS II в зависимости от выбранного разработчиком типа триггера при описании проекта. В ПЛИС семейства MAX3000A доступно 2 глобальных тактовых сигнала, что позволяет проектировать схемы с двухфазной синхронизацией.

Для реализации логических функций большого числа переменных используются логические расширители.

Рисунок 6.11 - Разделяемый логический расширитель

Разделяемый логический расширитель позволяет реализовать логическую функцию с большим числом входов, позволяя объединить МЯ, входящие в состав одного ЛБ. Таким образом, разделяемый расширитель формирует терм, инверсное значение которого передается матрицей распределения термов в локальную программируемую матрицу и может быть использовано в любой МЯ данного ЛБ. Как видно из рисунка 4.4, имеются 36 сигналов локальной ПМС, а также 16 инверсных сигналов с разделяемых логических расширителей, что позволяет в пределах одного ЛБ реализовать функцию до 52 термов ранга 1.

Параллельный логический расширитель, позволяет использовать локальные матрицы смежных МЯ для реализации функций, в которые входят более 5 термов. Одна цепочка параллельных расширителей может включать до 4 МЯ, реализуя функцию 20 термов. Компилятор системы MAX+PLUS II поддерживает размещение до 3-х наборов не более чем по 5 параллельных расширителей.

Рисунок 6.12 - Параллельный логический расширитель

Таким образом, на ПМС выводятся сигналы от всех возможных источников: ЭВВ, сигналов обратной связи ЛБ, специализированных выделенных выводов, однако в процессе программирования только необходимые сигналы «заводятся» на каждый ЛБ. ПЛИС семейства MAX3000A полностью поддерживают возможность программирования в системе в соответствии со стандартом IEEE Std. 1149.1 (JTAG) с использованием соответствующих инструментальных средств. Повышенное напряжение программирования формируется специализированными схемами, входящими в состав ПЛИС семейства MAX3000A, из напряжения питания 3,3В. Во время программирования в системе входы и выходы ПЛИС находятся в третьем состоянии.

ПЛИС семейства MAX3000A имеют предсказуемую задержку распространения сигнала, поэтому результаты временного моделирования в САПР MAX+PLUS II полностью адекватны поведению реальной схемы.

7. Разработка принципиальной схемы ММУПА и ММУДВ и описание их работы

7.1 Разработка принципиальной схемы ММУПА

7.1.1 Общее описание схемы ММУПА

При разработке принципиальной схемы каждый функциональный блок должен быть реализован на конкретной элементной базе.

Принципиальная схема является наиболее полной электрической схемой устройства, на которой изображают все электрические элементы и устройства, необходимые для осуществления и контроля в устройстве заданных электрических процессов, все связи между ними, а также элементы подключения (разъемы, зажимы), которыми заканчиваются входные и выходные цепи. На схеме могут быть изображены соединительные и монтажные элементы, устанавливаемые в изделии по конструктивным соображениям.

Разработанная принципиальная схема изображена в графической части дипломного проекта на чертеже 2004.Д02.188.02.00 Э3.

В силу своих конструктивных особенностей ММУПА включает в себя узлы, выполненные как на основе аналоговых, так и цифровых электронных компонентов. Узлы, построенные из цифровых электронных компонентов, это микропроцессорный блок, блок оперативной памяти, ЖКИ, модуль связи с концентратором. Рассмотрим более подробно особенности их построения.

Основным элементом комплекса является однокристальный микроконтроллер фирмы Atmel семейства MCS-51 - AT89S8252. В качестве элементов памяти выбрана микросхема 25АА640 с информационной емкостью 64 Кбайта. Модуль связи с концентратором построен на следующих микросхемах: CAN - контроллере MCP2510 и CAN - приемопередатчике TLE6250G. Вывод информации обеспечивается жидкокристаллическим индикатором SC1602A фирмы Bolymin, включающим интегрированный контроллер - KS0066.

Модуль работает следующим образом. Входные аналоговые унифицированные сигналы с ПИПов поступают через входные нагрузочные резисторы R1..R31 на коммутаторы напряжений DD1 и DD2. Выбор требуемого сигнала на коммутаторе осуществляется подачей на его адресные входы сигналов G1..G2 (таблица 7.1) поступающие через гальваническую развязку с линий 7..5 порта Р3 микроконтроллера DD6.

Таблица 7.1 - Карта выбора датчика.

G1	G2	G3	Выбираемый датчик
0	0	0	ПИП давления первого канала
0	0	1	ПИП1 разностного давления первого канала
0	1	0	ПИП2 разностного давления первого канала
0	1	1	ПИП температуры первого канала
1	0	0	ПИП давления второго канала
1	0	1	ПИП1 разностного давления второго канала
1	1	0	ПИП2 разностного давления второго канала
1	1	1	ПИП температуры второго канала

После чего запускается АЦП низким уровнем сигнала GSI. Преобразованный сигнал передается в микроконтроллер по последовательному интерфейсу SPI, где происходит его обработка по заданному алгоритму. Ввод и просмотр требуемой информации происходит с клавиатуры На входные линии клавиатуры Key3..Key0 последовательно выводится бегущий нуль и при каждом смещении нуля проверяется наличие низкого сигнала на входных линиях KeyIn4..KeyIn0. Если данный сигнал обнаруживается - это означает нажатую клавишу. Диоды VD4..VD1(КД521А) на входных линиях клавиатуры предотвращают сбои в работе подпрограммы опроса клавиатуры при одновременном нажатии на несколько клавиш.

Для обеспечения автоматического перезапуска ММУПА после кратковременных провалов питающего напряжения микросхема DD3 - детектор снижения питающего напряжения. Низкий логический уровень сигнала на ее выводе 4 сигнализирует о том, что напряжение в цепи питания 5В менее 4,5В. Этот вывод соединен с цепями сброса микроконтроллера и CAN-контроллера.

7.1.2 Выбор датчиков и расчет входных цепей ММУПА

Для измерения температуры газа используется термопреобразователь ТСМУ-103 (ПИП температуры), который обеспечивает непрерывное преобразование температуры в унифицированный токовый сигнал. Основные параметры термопреобразователя приведены ниже:

диапазон измеряемых температур от -50 до 200 С;

класс точности 0,25;

выходной сигнал от 0 до 5 мА.

Термопреобразователь имеет линейно-возрастающую характеристику выходного сигнала. Зависимость между выходным сигналом и измеряемой температурой определяется по ниже приведенной формуле (7.1):

, (7.1)

где t - значение измеряемой температуры, С;

tmin, tmax - нижний и верхний приделы измеряемой

температуры, С;

i - значение выходного сигнала, мА;

imin, imax - нижнее и верхнее придельное значение выходного сигнала, мА.

Измерение давления воздуха происходит датчиком САПФИР -22М -ДД (ПИП давления) предназначенный для непрерывного преобразования давления в унифицированный токовый сигнал. Основные технические данные следующие:

верхний придел измерений 25 кПа;

предельное допустимое рабочее избыточное давление 16 Мпа;

значение выходного сигнала от 0 до 5 мА;

потребляемая мощность не более 0,5 Вт.

Питание термопреобразователя и датчика давления осуществляется от источника постоянного тока напряжением 18..36 В.

Используемые датчики выбраны в соответствии с рекомендацими проекта «Гипроэлектро» и «Правилами измерения расходов газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами РД50-213-80 ».

Входные нагрузочные резисторы (рисунок 7.1) выбираются из следующих соображений. Задавшись напряжением на входе коммутаторов 1,25 В, и так как унифицированный ток с ПИП составляет 5 мА, то эквивалентное сопротивление нагрузочных резисторов будет составлять:

, (7.2)

где U - выходное напряжение на нагрузочных резисторах;

iПИП - ток с выхода ПИП;

RЭ - эквивалентное сопротивление нагрузочных резисторов.

, (7.3)

где R1, R2 - точная настройка;

R18 - грубая настройка.

Рисунок 7.1 - Входные нагрузочные резисторы.

Выбрав номиналы сопротивлений резисторов R18 равное 250 Ом, а R1 равное 1 кОм рассчитаем номинал сопротивления построечного резистора R2, которое обеспечивало бы изменение напряжение на входе коммутатора в приделах от 0 до 1,25 В.

, (7.4)

Соответственно выберем следующие резисторы R1 С2-33Н-0,125-1кОм, R2 С2-33Н-0,125-100 кОм и R18 С2-33Н-0,125-250 Ом.

7.1.3 Расчет нормирующего усилителя

В схеме нормирующего усилителя используется операционный усилитель К140УД17. Основные параметры усилителя приведены ниже:

Напряжение питания U пит= +3..18 В.

Номинальное напряжение питания U пит. ном = 15 В.

Потребляемый ток I пот= 5мА.

Коэффициент усиления напряжения КU=120..200 103.

Напряжение смещения нуля U см=0,1..0,25мВ.

Минимальное сопротивление нагрузки R н.min=2кОм.

Входное сопротивление R вх=30 МОм.

Максимальная амплитуда выходного напряжения U вых. max=12В.

Схема включения ОУ показана на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2 - Нормирующий усилитель.

Выбор данного ОУ основан на том, что напряжение смещение должно быть меньше минимального напряжения воспринимаемого АЦП, т.е.

U см < UAREF / 212, (7.5)

где UAREF - опорное напряжение АЦП 2,5 В.

Так как UAREF / 212 0,6 мВ превосходит напряжение смещения Uсм, то ОУ К140УД17 вполне удовлетворяет вышеуказанному требованию.

Зададимся размахом входного сигнала 0..1,25 В. Так как после усиления амплитуда сигнала должна составлять 2,5 В, т.е. коэффициент усиления НУ:

, (7.6)

, (7.7)

Задавшись номиналом сопротивления резистора R40 = 1 кОм, рассчитаем значение резистора R37 по формуле (3.8):

, (7.8)

В соответствии с расчетами выбираем резисторы R40 и R37 С2-33Н-0,125-1 кОм.

7.1.4 Расчет активного ФНЧ

При проектировании ФНЧ был предъявлен следующий набор требований:

минимальное число пассивных элементов;

минимальное число ОУ и как следствие минимальная потребляемая мощность;

минимальная чувствительность передаточных характеристик к изменению пассивных элементов;

простота настройки.

Все перечисленные требования удовлетворяет фильтр второго порядка с ОУ в режиме повторителя напряжения с коэффициентом передачи равным единице /4/. К достоинству такого фильтра можно отнести:

минимальную потребляемую мощность (т.е. единственный ОУ);

минимальное число пассивных элементов;

минимальные требования к настройке.

Схема такого ФНЧ показана на рисунке 7.3.

Рисунок 7.3 - Активный ФНЧ второго порядка

Передаточная функция приведенного фильтра имеет следующий вид:

, (7.9)

где К - постоянный коэффициент усиления;

qр - добротность фильтра;

р - частота среза.

, (7.10)

R1=R35||R2, (7.11)

, (7.12)

, (7.13)

Амплитудно-частотная характеристика показана на рисунке 7.4.

Рисунок 7.4 - АЧХ активного ФНЧ второго порядка

Задавшись начальными значениями, такими как коэффициент усиления К=1, qp=2 расчетаем активный ФНЧ второго порядка по ниже приведенному алгоритму /4/:

Емкость конденсатора С2 должно как минимум в 16 раз превосходить емкость конденсатора С3, отсюда задавшись С3 равное 10 нФ выберем С2, которое будет иметь значение 200 нФ. Значение резистора R1 рассчитывается по следующей формуле:

, (7.14)

где fcp - частота среза, Гц.

, (7.15)

, (7.16)

, (7.17)

, (7.18)

, (7.19)

По результатам расчета выбираем резисторы R35 С2-33Н-0,125-182 кОм, R38 С2-33Н-0,125-698 кОм; конденсаторы С2 К10-17-3а-М47-220нФ, С7 К10-17-3а-М47-10нФ.

7.1.5 Разработка блока оперативной памяти ММУПА

В качестве модуля памяти была выбрана электрически перепрограммируемая микросхема памяти фирмы MicroChip 25AA640 объемом 64 Кбайта c организацией 65536 слова по 8 бит каждое. Выбор обусловлен тем, что для хранения обработанных данных в течении часа требуется 48600 байт.

Микросхемы данной серии имеют следующие основные характеристики:

напряжение питания от 1,8 до 5,5 В;

время доступа для чтения 120 нс;

потребляемый ток:

а) в режиме обращения 80 мА;

б) в режиме хранения 300 мкА;

совместимость по входу и выходу с ТТЛ- и КМОП-схемами;

время хранения 104..105.

Микросхема представляет собой электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство с произвольной выборкой и организацией, малой потребляемой мощностью в режиме хранения.

Микросхема, тактируется сигналом SCK, с внутренней дешифрацией адреса и имеет 16 адресных входных шин для выбора одного из 65536 хранимых 8 битных слов.

7.1.6 Расчет параметров блока гальванической развязки

Целью расчета блока гальванической развязки является подбор элементной базы. Так как развязка сигналов всех сигналов схемно идентичны между собой, то достаточно провести расчет лишь для одного сигнала. Принципиальная схема гальванической развязки для сигнала К1 показана на рисунке 7.5.

Напряжение на входе оптопары плюс 5 В, а ключевым элементом в этой схеме является микросхема DD4 (AT89S8252). Максимальный выходной ток нуля у этой микросхемы равен 1,6 мА. Следовательно, такой же ток потечет и через светодиод оптопары VT1.

, (7.20)

Рисунок 7.5 - Принципиальная схема гальванической развязки для сигнала К1.

Выходная цепь оптпары питается от источника с напряжением плюс 15 В. Следовательно, коммутируемое напряжение оптопары должно быть не менее 15 В. Исходя из этой величины и входного тока (по формуле 3.20) выбираем тип оптопары. Этим требованиям соответствует транзисторная оптопара АОТ127А (Uком.=30 В > 15 В; IВх.max=15 мА).

Падение напряжения на светодиоде оптопары составляет 0,6 В. Исходя из этой величины, рассчитываем параметры токоограничивающего резистора R1:

, (7.21)

где UВх.пит - напряжение питания цепи светодиода оптопары;

UВх.VT1 - падение напряжения на светодиоде оптопары;

- напряжения нуля микроконтроллера DD4.

Мощность резистора R1, рассчитывается по формуле:

, (7.22)

По результатам расчета выбираем резистор С2-33Н-0,125-2,4 кОм.

Зададимся током перехода коллектор-эмиттер оптотранзистора (IКЭ.VT1), равным 3 мА. Согласно справочным данным, падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер оптотранзистора в VT1 составляет 1,2 В. Исходя из этого значения, рассчитаем сопротивление резистора R7:

, (7.23)

Мощность резистора R7, рассчитывается по формуле:

, (7.24)

По результатам расчета выбираем резистор С2-33Н-0,125-4,7 кОм.

7.1.7 Выбор АЦП

При выборе АЦП основной характеристикой является разрядность. Необходимое число разрядов n выбирается, исходя из заданной относительной погрешности измерения, которая по заданию составляет 0,025%. Разрядность определяется в соответствии с выражением:

, (7.25)

где s -относительная погрешность;

n - разрядность АЦП.

Из выражения (7.25) получаем число разрядов АЦП равное 12. На основании этого была выбрана 12-разрядное АЦП фирмы BURR-BROWN ADS7834. АЦП имеет следующие характеристики:

напряжение питания 5 В;

опорное напряжение 2,5 В;

время преобразования сигнала 350 нс;

входное сопротивление 1 ГОм;

потребляемый ток:

а) в режиме преобразования 2,2 мА;

б) в режиме ожтдания 0,5 мА;

совместимость по входу и выходу с ТТЛ- и КМОП-схемами.

7.1.8 Выбор устройства индикации ММУПА

В качестве устройства вывода в данном дипломном проекте используем жидкокристаллический индикатор SC1602A фирмы Bolymin. Достаточно большое пространство вывода информации (2 строки по 16 символов), поддержка русского шрифта, возможность генерации произвольных символов, а также наличие встроенного контроллера сильно упрощающего работу с выводом информации делает выбор ЖКИ более предпочтительным по сравнения с семисегментными индикаторами, так как обеспечивают хорошую четкость знаков при самом различном наружном освещении.

Основные параметры ЖКИ приведены ниже

напряжение питания контроллера 5 В 5%;

напряжение питания индикаторов 3..11 В;

потребляемый ток 350 мА;

время выполнения команд 40 мкс (команды очистка экрана и возврат курсора выполняются за 1,64 мс).

7.2 Разработка принципиальной схемы ММУДВ

7.2.1 Общее описание схемы ММУДВ

Принципиальная схема является наиболее полной электрической схемой устройства, на которой изображают все электрические элементы и устройства, необходимые для осуществления и контроля в устройстве заданных электрических процессов, все связи между ними, а также элементы подключения (разъемы, зажимы), которыми заканчиваются входные и выходные цепи. На схеме могут быть изображены соединительные и монтажные элементы, устанавливаемые в изделии по конструктивным соображениям.

Разработанная принципиальная схема изображена в графической части дипломного проекта на чертеже 2004.Д02.207.01.00 Э3.

В силу своих конструктивных особенностей ММУДВ включает в себя узлы выполненные только на цифровых электронных компонентах. Это микропроцессорный блок, блок оперативной памяти, ЖКИ, модуль связи с концентратором. В данной главе не описывается работа этих узлов, так как основная задача при построении ММУДВ - разработка программного обеспечения для ПЛИС. Разработка программного обеспечения рассмотрена в следующей главе.

8. Разработка алгоритмов функционирования системы управления воздуходувным хозяйством очистных сооружений

8.1 Алгоритмы работы ММУПА

8.1.1 Обобщенный алгоритм работы ММУПА

Блок-схема обобщенного алгоритма работы ММУПА приведена на рисунке 8.1 и чертеже 2004.Д02.207.00.01 Д. В основной программе задаются основные режимы работы элементов ММУПА, определяются исходные параметры работы системы. Программа, реализующая обобщенный алгоритм контроля расхода воздуха, приведена в приложении Б.В блоке 1 осуществляется инициализация микроконтроллера, которая выполняется каждый раз при включении либо, сбросе микроконтроллера.

В блоке 2 производится инициализация модуля связи и ЖКИ с установкой количества строк, размера шрифта.

В блоке 3 выполняется тест внутренней ОЗУ, ПЗУ и внешней ОЗУ. Тест внутреннего ПЗУ и внешнего энергонезависимого ОЗУ осуществляется с помощью подсчета контрольной суммы содержимого запоминающего устройства и сравнение с заранее известным значением. Метод тестирования ОЗУ производится с помощью алгоритмического функционального теста называемого «шахматный». Суть этого метода заключается в следующем, в ячейку памяти записывается байт «шахматного» кода I (01010101=55Н), затем информация из ячейки считывается и проверяется на равенство 55Н. Если ошибки не обнаружено, в эту же ячейку записывается «шахматный» код II (10101010=AAH), и снова информация считывается из ячейки и проверяется на равенство ААН. Если ошибки нет, то делается вывод, что ячейка исправна. После этого процесс повторяется для всех ячеек проверяемой области ОЗУ.В блоках 6 и 8 происходит проверка о выходе за допустимое значение параметров температуры и давления газа.

Рисунок 8.1 - Блок-схема обобщенного алгоритма ММУПА

После этого, в блоке 7 генерируется сигнал “Авария” и выдача его на индикацию и концентратор.

Расчет расхода газа осуществляется в блоке 9 в соответствии со стандартом «Правилами измерения расходов газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами РД50-213-80 ».

Блок 10 производит опрос клавиатуры и выдачу интересующих параметров первого или второго канала на ЖКИ.

Измеренные и вычисленные значения параметров газа записываются в в энергонезависимую память (блоке 11), что исключает потерю данных при отключении питания.

Передача хранимых значений ММУПА в концентратор, выполняется в блоке 12, где осуществляется проверка на наличие запроса от концентратора, и при его обнаружении передача накопленного часового архива с энергонезависимой памяти ММУПА в концентратор. При возникновении аварийной ситуации независимо был запрос или нет будет передан сигнал “Авария”.

8.1.2 Алгоритм обслуживания клавиатуры

Алгоритм обслуживания клавиатуры выбран стандартным, он заключается в следующем. На входные линии клавиатуры Key3..Key0 последовательно выводится бегущий нуль и при каждом смещении нуля проверяется наличие низкого сигнала на выходных линиях клавиатуры KeyIn4..KeyIn0. Если данный сигнал обнаруживается - это означает нажатую клавишу после чего формируется задержка длительностью 10 мс для устранения дребезгов клавиши и повторна проверяется нажата ли клавиша или нет. Если факт нажатия подтверждается, вычисляется код записывается в память.

Программа, алгоритм которой приведен на чертеже, и рисунке 8.2 представляет собой последовательность блоков.

В блоке 1 выводится нулевое значение в порт P0.5, и обнуление переменной цикла;

В блоке 2 выполняется проверка на наличие опрошены все клавиши или нет. Если опрошены все, то перейти к обработке запрошенной комманде;

В блоке 3 осуществляется чтение значений с линий 0-4 порта P0 и проверка нажатия клавиши.

Если клавиша нажата, выполняется цикл задержки (блок 4) для устранения дребезга контактов клавиши.

В блоке 5 происходит повторная проверка нажатия клавиши. Если клавиша нажата, то вычисляется ее код (блок 6). Иначе выводится нуль на следующую линию порта (блок 7).

Дальше в зависимости от нажатой клавиши выполняются следующие действия:

Если нажата клавиша “1”, то запускается подпрограмма выдачи параметров первого канала, в которой выводится на ЖКИ давление газа (блок2), если нажата клавиша `Д' (блок1), температура газа (блок4) - клавиша ` Т' (блок3), расход газа (блок6)- клавиша 'Р' (блок5). Пи нажатии клавишB “2” выполняются аналогичные действия со вторым каналом.

Рисунок 8.2 - Подпрограмма обслуживания клавиатуры

8.1.3 Функциональное назначение подпрограммы расход воздуха

Подпрограмма предназначена для определения расхода воздуха исходя из рабочих условий измерения действительных параметров потока, действительных геометрических размеров сужающего устройства.

Для расчета расхода должны быть известны значения следующих физико-химических параметров потока: компонентный состав смеси газа или его плотность при нормальных и рабочих условиях, а для нормальных или рабочих условий, абсолютное давление воздуха, температуры воздуха, относительную влажность воздуха при нормальных или рабочих условиях, перепад давления на сужающем устройстве.

Блок-схема алгоритма подпрограммы расхода газа приведена на рисунке 8.3 и на чертеже 2004.Д02.188.00.03 Д. В ней используются следующие переменные:

Tgaza - температура газа;

Pizb - избыточное давление;

Patm - атмосферное давление;

Ronom - плотность газа при нормальных условиях;

Nn2 - концентрация азота;

Nco2 - концентрация CO2;

Kprit - поправляющий множитель притупления сужающего устройства;

Ksher - поправляющий множитель на шероховатость трубопровода;

Beta - поправляющий множитель на тепловое расширение;

Dt20 - диаметр трубы перед сужающим устройством при 20 С;

DeltaP - перепад давления на сужающем устройстве.

В блоке 1 выполняется приведение измеренных значений температуры и давления к расчетным по следующим формулам:

, (8.1)

,(8.2)

,(8.3)

, (8.4)

,(8.5)

,(8.6)

,(8.7)

В блоке 2 и блоке 4 осуществляется проверка принадлежности Pc и Tc к одному из двух диапазонов, чтобы линеаризовать их методом 1 (блок3) или методом 2 (блок5).

Далее в блоке 6 выполняется вычисление поправочных коэффициентов.

После определения относительной шероховатости стенок трубопровода (блок7) и вычисления коэффициента теплового расширения воздуха (блок8), выполняется расчет приближенного значения расхода воздуха (блок9).

На основании полученных данных определяется динамическая вязкость и действительное число Рейнольдса, которые и позволяют окончательно вычислить расход газа.

Рисунок 8.3 Блок схема алгоритма подпрограммы расхода воздуха

8.2 Описание пакета моделирования MAX+PLUS II

Сейчас широко известны САПР схемотехнического моделирования и проектирования такие как: ORCAD 9.0, ACCEL EDA, DESIGNLAB, PCAD, Electronics Workbench, MICRO-CAP V. Все эти пакеты довольно широко известны и не требуют описания, однако при разработке данного дипломного проекта применялся САПР MAX+PLUS II, на котором следует остановиться более подробно.

До последнего времени MAX+PLUS II являлся единственной системой проектирования устройств на ПЛИС фирмы Altera /17/. Только в 1999 году появилась система проектирования нового поколения Quartus, предназначенная для разработки устройств на ПЛИС семейства АРЕХ20К /17/. Программное обеспечение системы MAX+PLUS II, представляющее собой единое целое, обеспечивает управление пользователя средой логического проектирования и помогает достичь максимальной эффективности и производительности. Все пакеты работают как на платформе IBМ PC, так и на платформах SUN, IBM RISC/6000 и НР9ООО.

MAX+PLUS II является бесплатной САПР программой. Его можно «скачать» с сайта (www.altera.com) или получить на CD «Altera Digital Library», на котором содержится также и полный набор документации по архитектуре и применению ПЛИС.

Во время инсталляции системы MAX+PLUS II создаются два каталога: \maxplus2 и \max2work. Каталог \maxplus2 содержит системное ПО и файлы данных и разбит на подкаталоги. Каталог \max2work содержит файлы обучающей программы и примеров.

Название системы MAX+PLUS II является аббревиатурой от Multiple Array Matrix Programmable Logic User System (Пользовательская система программирования логики упорядоченных структур). Система MAX+PLUS II разработана фирмой Altera и обеспечивает многоплатформенную архитектурно независимую среду создания проекта, легко приспосабливаемую для конкретных требований пользователя /17/. Система MAX+PLUS II имеет средства удобного ввода проекта, быстрого прогона и непосредственного программирования устройств.

На рисунке 8.4 представлен полный состав ПО системы MAX+PLUS II, обеспечивающий создание логических проектов для устройств фирмы Altera с программируемой логикой, в том числе семейства устройств Classic, МАХ3000А, MAX5000, МАХ7000, МАХ9000, FLEX6000, FLEX8000 и FLEX10K /17/.

Рисунок 8.4 - Среда проектирования САПР MAX+PLUS II

Система MAX+PLUS II предлагает полный спектр возможностей логического дизайна: разнообразные средства описания проектов с иерархической структурой, мощный логический синтез, компиляцию с заданными временными параметрами, разделение на части, функциональное и временное тестирование (симуляцию), тестирование нескольких связанных устройств, анализ временных параметров системы, автоматическую локализацию ошибок, а также программирование и верификацию устройств. В системе MAX+PLUS II можно как читать, так и записывать файлы на языке AHDL, файлы на языках описания аппаратуры Verilog HDL и VHDL, а также схемные файлы OrCAD.

Возможно описание проекта в виде файла на языке описания аппаратуры, созданного либо во внешнем редакторе, либо в текстовом редакторе MAX+PLUS II Text Editor, в виде схемы электрической принципиальной с помощью графического редактора Graphic Editor, в виде временной диаграммы, созданной а сигнальном редакторе Waveform Editor. Для удобства работы со сложными иерархическими проектами каждому подпроекта может быть сопоставлен символ, редактирование которого производится с помощью графического редактора Symbol Editor. Размещение узлов по ЛБ и выводам ПЛИС выполняют с помощью поуровневого планировщика Floorplan Editor.

Верификация проекта (Project verification) выполняется с помощью симулятора (simulator), результаты работы которого удобно просмотреть в сигнальном редакторе Waveform Editor /17/. Тестовые воздействия создаются также в сигнальном редакторе.

Компиляция проекта, включая извлечение списка соединений (Netlist Extractor), построение базы данных проекта (Data Base Builder), логический синтез (logic synthesis), извлечение временных, функциональных параметров проекта (SNP Extractor), разбиение на части (Partioner), трассировка (Fitter) и формирование файла программирования или загрузки (Assembler) выполняются с помощью компилятора системы (Compiler) /17/.

Непосредственно программирование или загрузка конфигурации устройств с использованием соответствующего аппаратного обеспечения выполняется с использованием модуля программатора (Programmer);

Фирмой Altera поставляется также большая библиотека мега- и макрофункций, в том числе функции из библиотеки параметризованных моделей (LPM), что обеспечивает широкие возможности проектирования.

Основой системы MAX+PLUS II является компилятор, обеспечивающий мощные средства обработки проекта, при этом можно задавать нужные режимы работы компилятора.

Процедуру разработки нового проекта (project) от концепции до завершения можно упрощенно представить следующим образом:

создание нового файла (design file) проекта или иерархической структуры нескольких файлов проекта с использованием различных редакторов разработки проекта в системе MAX+PLUS II, т. е. графического, текстового и сигнального редакторов;

задание имени файла проекта верхнего уровня (Top of hierarchy) в качестве имени проекта (Project name);

назначение семейства ПЛИС для реализации проекта (пользователь может сам назначить конкретное устройство или предоставить это компилятору);

открытие окна компилятора (Compiler) и его запуск;

в случае успешной компиляции возможно тестирование и временной анализ (окно Timing Analyzer);

для проведения тестирования нужно сначала создать тестовый вектор в файле канала тестирования (.scf), пользуясь сигнальным редактором или в файле вектора (.vec), пользуясь текстовым редактором;

программирование или загрузка конфигурации выполняется путем запуска модуля программатора (Programmer) с последующей вставкой устройства в программирующий адаптер программатора MPU (Master Programming Unit) или с помощью подключения устройств MasterBlaster, BitBlaster, ByteBlaster к устройству, программируемому в системе /17/.

8.3 Разработка контроллера RS-232

Этот блок предназначен для связи программируемой логической интегральной схемы с однокристальным микроконтроллером. В его функции входит передача шине SPI состояние работы частотного преобразователя. Выбор того или иного действия интерфейсного блока осуществляется в полной зависимости от управляющих команд микроконтроллера.

Интерфейсный блок реализован в виде конечного автомата Мура, выходной сигнал которого не зависит от входного, а определяется только внутренним состоянием автомата. Все выходы автомата при переходе в новое состояние сбрасываются автоматически в низкий уровень. Исключение составляют регистровые выходы, которые управляются отдельными сигналами.

Интерфейсный блок в начале работы находится в состоянии S0, в котором он на выход Key_oe подает низкий уровень сигнала, тем самым, отключая от шины данных системной магистрали регистр статуса RGST.

На системной магистрали присутствует низкоуровневый сигнал чтения и на ее адресной шине присутствует двадцатиразрядный адрес, 17 младших бит которого соответствуют собственному семнадцатиразрядному адресу регистра статуса RGST в пределах модуля обработки, а старшие 3 бита соответствуют началу адресного пространства модуля, отведенного ему в адресном пространстве, поэтому автомат переходит в состояние S1.

В состоянии S1 на выход Key_oe подается высокий уровень сигнала, тем самым, подключая на шину данных системной магистрали регистр статуса RGST, давая возможность микроконтроллеру прочитать его содержимое.

Если на системной магистрали появляется неактивный высокоуровневый сигнал чтения, сигнализирующий о том, что цикл чтения из регистра статуса RGST закончен, то автомат переходит в состояние S2.

В состоянии S2 на выход Key_oe подается низкий уровень сигнала, тем самым, отключая от шины данных системной магистрали регистр статуса RGST.

На выход Rdrgst подается высокий уровень сигнала, устанавливающий в регистре статуса RGST бит, который сигнализирует о том, что микроконтроллер прочитал данные из него.

Автомат выполняет безусловный переход в состояние S0.

В состоянии S3 автомат ожидает окончания записи.

Если на шине появляется неактивный высокоуровневый сигнал записи, сигнализирующий о том, что цикл записи в регистр управления RGCONTROL закончен, то автомат переходит в состояние S4.

В состоянии S4 автомат считывает содержимое регистра управления RGCONTROL.

Если после цикла записи пятнадцатый бит регистра управления RGCONTROL равен высокому уровню сигнала (это означает, что микроконтроллеру не нужны данные), то автомат переходит в состояние S0.

Если пятнадцатый бит регистра управления RGCONTROL равен низкому уровню сигнала, а также четырнадцатый бит регистра статуса RGST равен низкому уровню сигнала (это означает, что данные для выгрузки еще не готовы), то автомат переходит в состояние S5.

Если пятнадцатый бит регистра управления RGCONTROL равен низкому уровню сигнала (это означает, что микроконтроллеру необходимо передать данные в режиме прямого доступа к его внешней памяти), а также четырнадцатый бит регистра статуса RGST равен высокому уровню сигнала (это означает, что данные для выгрузки готовы), то автомат переходит в состояние S6.

В состоянии S5 автомат подает на выход Set_error высокий уровень сигнала, устанавливающий в регистре статуса RGST бит, который сигнализирует о том, что микроконтроллер подал сигнал управления на передачу данных в режиме прямого доступа к его внешней памяти в тот момент, когда они еще не готовы.

Автомат выполняет безусловный переход в состояние S0.

В состоянии S6 на входы внутреннего D-триггера dholdn (вход бита данных и вход разрешения фиксирования бита на выходе) подаются высокие уровни сигнала. Этот бит по следующему такту сигнала синхронизации появляется на его выходе. Выход триггера управляет инвертором, который в свою очередь управляет выходом с открытым стоком Holdn. В результате при первом же фронте такта синхронизации потенциал на выходе Holdn становится равным низкому активному уровню, инициируя режим прямого доступа к внешней памяти микроконтроллера (до этого момента на выходе D-триггера dholdn был низкий уровень сигнала, поэтому выход Holdn находился в высокоимпедансном состоянии и потенциал на нем с помощью внешнего резистора, подключенного к источнику питания был равен высокому неактивному уровню).

При появлении низкоуровнего сигнала на входе Hldan, информирующего о разрешении прямого доступа к внешней памяти микроконтроллера, автомат переходит в следующее по номеру состояние S7.

В состоянии S7 автомат читает содержимое регистра управления RGCONTROL.

Если тринадцатый и четырнадцатый биты регистра управления RGCONTROL равны низкому уровню сигнала (это означает, что микроконтроллеру нужны отсчеты дискретизированного аналогового сигнала), то автомат переходит в состояние S8.

Если четырнадцатый бит регистра управления RGCONTROL равен низкому уровню сигнала, а тринадцатый бит равен высокому уровню сигнала (это означает, что микроконтроллеру необходима информация о частотном реобразователе), то автомат переходит в состояние S18.

В состоянии S8 подается высокий уровень на вход асинхронного сброса внутреннего счетчика адресов текущего банка памяти count_ram, для которого этот сигнал является активным.

Автомат выполняет безусловный переход в состояние S9.

В состоянии S9 подаются высокие активные уровни сигналов на выходы Start_a и Dir_а, подключенные к автомату, управляющему текущим регистром данных. Совместное действие этих сигналов при первом же фронте сигнала тактов синхронизации переводит этот автомат в режим чтения данных.

Автомат выполняет безусловный переход в состояние S10.

В состоянии S10 автомат ожидает окончания чтения.

При появлении низкоуровнего сигнала на входе Busy_a, информирующего об окончании цикла чтения из текущего регистра, автомат переходит в следующее по номеру состояние S11.

...