Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Разработка функциональной схемы устройства

1.2 Описание принципа работы

1.3 Функциональная схема системы

1.4 Структурная схема устройства

2. Разработка аппаратной части системы

2.1 Краткое описание микропроцессорного комплекта

2.2 Выбор элементов памяти

2.3 Расчет и выбор элементов сопряжения

2.4 Выбор элементов интерфейса

2.5 Карта распределения адресов устройств ввода и вывода

3. Разработка программного обеспечения

3.1 Краткое описание систем команд микропроцессора

3.2 Описание алгоритма функционирования устройства

3.3 Описание алгоритма решения функциональной задачи

3.4 Текст программы

Заключение

Введение

Целью данной курсовой работы является разработка микропроцессорной системы управления однофазным мостовым управляемым выпрямителем.

Исходными данными к курсовой работе являются:

- микропроцессорный комплект: 1816;

- память: внешнее ОЗУ - 1Кб, внешнее ПЗУ - 2Кб;

- технические параметры: управление - внешний аналоговый сигнал 0-10В, входной дискретный сигнал - РАБОТА (разрешение выдачи управляющих импульсов), выходной дискретный сигнал - ГОТОВНОСТЬ (подтверждение исправности), клавиатура - 8 клавиш, индикация - 4 цифровых разряда;

- интерфейс: последовательный RS - 232;

- программа: вывод на индикацию числового значения выходного напряжения.

1. Разработка функциональной схемы устройства

1.1 Описание принципа работы

Выпрямитель - устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное.

В данном курсовой работе необходимо разработать микропроцессорное устройство управления однофазным мостовым управляемым выпрямителем. Схема УВ имеет следующий вид:

Рисунок 1 -- Схема однофазного мостового УВ.

Однофазная мостовая схема состоит из двухобмоточного трансформатора и комплекта вентилей VS1-VS4. Переменное напряжение подводится к одной диагонали моста, а нагрузка подключается к другой его диагонали - между точкой соединения катодов двух вентилей, образующих катодную группу вентилей (VS1,VS3), и точкой соединения анодов двух вентилей, образующих анодную группу вентилей (VS2,VS4). Вентили пропускают ток попарно : VS1, VS4 и VS2, VS3. В схеме может пропускать ток та пара вентилей, у которой анод вентиля катодной группы (VS1 или VS3) имеет наиболее высокий потенциал, а катод вентиля анодной группы (VS2 или VS4) имеет наиболее низкий потенциал. Так, например, при положительной полуволне ЭДС е2 анод вентиля VS1 будет иметь наиболее высокий потенциал, а катод вентиля VS4 - наиболее низкий потенциал, т.е. в этом случае при подаче от системы управления отпирающих импульсов вентили VS1 и VS4 пропускают электрический ток. В течение отрицательной полуволны ЭДС е2 катод вентиля VS2 имеет наиболее низкий потенциал, а анод вентиля VS3 будет иметь наиболее высокий потенциал, поэтому ток при наличии отпирающих импульсов пропускают вентили VS2 и VS3.

Временные диаграммы токов и напряжений идеальной мостовой схемы при активной нагрузке для произвольного значения угла регулирования , определённого положением отпирающих импульсов вентилей Uy1,4 и Uy2,3 по отношению к ЭДС е2 вторичной обмотки трансформатора.

Из временных диаграмм видно, что ток по нагрузке протекает в течении обоих полупериодов переменного напряжения, а во вторичной обмотке ток протекает дважды за период.

Расчёт и выбор тиристоров VS1 - VS4

Требуемая величина тока тиристоров рассчитывается по среднему значению

А,

где I_dн--номинальный ток нагрузки;

К_з--коэффициент запаса тока , К_з=1,4;

К_охл--коэффициент, учитывающий условия охлаждения, при естественном охлаждении К_охл=2,5;

m--число питающих фаз, m=3.

Величина расчетного значения напряжения для тиристора:

U_p=Кз^.Uобр_.max= 1,4*242=339 B,

где К_з=1,4--коэффициент, учитывающий возможное перенапряжение;

U_обр.max--максимальное обратное напряжение:

1.1*220=242 B.

Выбираем тиристор по следующим параметрам: I_н.в 175 А; U_н.в 339 B.

В качестве силовых вентилей выбираем тиристоры Т171-200 УХЛ2 со следующими параметрами:

максимально-допустимый средний ток в открытом состоянии: 200 А;

максимально-допустимый действующий ток: 300 А;

ударный неповторяющийся ток: 5000 A ;

импульсное напряжение: 1.75 B;

повторяющееся импульсное напряжение: 300-1800 В;

повторяющейся импульсный ток: 30 мА.

1.2 Функциональная схема системы

Функциональная схема микропроцессорной системы представлена на рисунке 2 и в графической части работы.

Рисунок 2 --Функциональная схема системы

На данной схеме можно выделить следующие блоки:

УВ - преобразователь, преобразует переменное напряжение с постоянной амплитудой в постоянное с переменной амплитудой;

ТР - согласующий трансформатор, осуществляет согласование преобразователя с сетью;

ФИ - формирователь импульсов, предназначен для формирования импульсов управления силовыми тиристорами;

ГР - гальваническая развязка;

УИ - усиление сигнала управления;

СС - блок синхронизации с сетью, изменяет знак при переходе питающего напряжения через ноль;

Кл - блок ввода с клавиатуры, выдает задание напряжения в цифровой форме;

ФСР , ФСГ - блок формирования сигнала "Работа" , блок формирования сигнала

"Готовность";

БРУ, БКУ, БРН - блок расчета угла, блок контроля угла и блок расчета напряжения соответственно ;

И - индикация выходных дискретных сигналов;

АЦП - аналого-цифровой преобразователь, преобразует аналоговый входной сигнал в дискретный выходной сигнал.

1.3 Структурная схема устройства

Структурная схема микропроцессорной системы представлена на рисунке 3 и в графической части курсового проекта.



Рисунок 3 - Структурная схема системы

На данной схеме можно выделить следующие блоки:

СГ - синхронизирующий генератор;

Микроконтроллер - предназначен для выполнения расчета управляющих импульсов для силовых тиристоров на основе величины задания и входных дискретных сигналов, а также для расчета и контроля напряжения на выходе преобразователя;

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство, предназначено для временного хранения данных;

ПЗУ - постоянное запоминающее устройство, предназначено для:

1) хранения программы расчета параметров управляющих импульсов для силовых тиристоров;

2) хранения программы самотестирования при очередном пуске, наладке системы;

3) хранения программы обслуживания работы параллельного и последовательного интерфейсов;

4) хранения таблиц различных зависимостей, тригонометрических функций, констант и управляющих слов

5) хранения программы по обслуживания работы устройства ввода/вывода (вход, выход дискретных сигналов; клавиатура);

РА - регистр адреса или буферный регистр, предназначен для фиксации младших разрядов шины адреса;

ДША - дешифратор адреса, предназначен для расширения адресного пространства и селекции отдельных устройств системы управления;

Последовательный интерфейс RS - 232;

Устройство ввода/вывода предназначено для согласования сигналов микропроцессорного блока с блоками сопряжения входных и выходных дискретных сигналов (ВхДС и ВыхДС;

АЦП - аналого-цифровой преобразователь, преобразует аналоговый входной сигнал в дискретный выходной сигнал;

СС - синхронизации с сетью (с напряжением питающей сети), изменяет знак при переходе питающего напряжения через ноль;

Т/Сч - таймер/счетчик, предназначен для отсчета и формирования управляющих импульсов с требуемыми параметрами;

ГР - гальваническая развязка силовой цепи и цепи управления;

СТ - силовые тиристоры, представляют собой силовую часть управляемого выпрямителя;

`Сброс' - сигнал системного сброса.

2. Разработка аппаратной части системы

2.1 Краткое описание микропроцессорного комплекта

Согласно заданию к курсовой работе необходимо разработать микропроцессорную систему управления однофазным мостовым управляемым выпрямителем на основе микропроцессорного комплекта 1816.

Простейший в серии 1816 микроконтроллер МК48 имеет на кристалле (в корпусе БИС) следующие аппаратурные средства: процессор разрядностью 1 байт; стираемое программируемое ПЗУ программ емкостью 1 Кбайт; ОЗУ данных емкостью 64 байта; программируемый 8-битный таймер/счетчик; программируемые схемы ввода/вывода (27 линий); блок векторного прерывания от двух источников, генератор; схему синхронизации и управления.

Значительно более сложный и развитый МК51 имеет в своем составе такие аппаратурные средства: процессор, в состав которого входят 1 байтное АЛУ и схемы аппаратурной реализации команд умножения и деления; стираемое ПЗУ программ емкостью 4 Кбайта, ОЗУ данных емкостью 128 байт; два 16-битных таймера/счетчика; программируемые схемы ввода/вывода (32 линии); блок двухуровневого векторного прерывания от пяти источников; асинхронный канал дуплексного последовательного ввода/вывода информации со скоростью до 375 кбит/с; генератор, схему синхронизации и управления.

Структуры микроконтроллеров серии 1816 и их системы команд таковы, что в случае необходимости функционально-логические возможности контроллеров могут быть расширены. С использованием внешних дополнительных БИС постоянной и оперативной памяти адресное пространство МК может быть значительно расширено, а путем подключения различных интерфейсных БИС число линий связи МК с объектом управления может быть увеличено практически без ограничений.

Микроконтроллеры серии 1816 требуют одного источника электропитания напряжением +5 В ± 10%, рассеивают мощность около 1,5 Вт и работают в диапазоне температур от 0 до 70 "С. По входам и выходам МК серии 1816 электрически совместимы с интегральными схемами ТТЛ. МК48 и МК51 имеют различные системы команд и, следовательно, не обладают свойством программной совместимости на уровне объектных кодов. При этом они программно совместимы по принципу "снизу вверх" (МК48 МК51) на уровне исходных текстов программ, написанных на языке ассемблера.

Семейство МК серии 1816 имеет в своем составе различные модификации, отличающиеся друг от друга признаками, которые перечислены в таблице 1.

Таблица 1--Модификации комплекта 1816.

Тип МК	Емкость резидентной памяти программ, Кбайт	Емкость резидентной памяти данных, байт	Частота синхронизации, МГц
КМ1816ВЕ48 КМ1816ВЕ49 КМ1816ВЕ35 КМ1816ВЕ51 КМ1816ВЕ31	СППЗУ 1 ПЗУ 2 -- СППЗУ 4 --	64 128 64 128 128	6 11 11/6 12 12

Анализ основных признаков МК серии 1816 показывает, что МК48 и МК51 целесообразно использовать на этапе опытно-конструкторской разработки и отладки систем, а также в малосерийных изделиях. Микроконтроллер МК49 имеет масочное ПЗУ программ, и поэтому его следует применять в крупносерийных изделиях. Микроконтроллеры, в которых нет резидентной памяти программ, используют, как правило, не в конечных изделиях, а в автономных отладочных устройствах и многофункциональных программируемых контроллерах, где в качестве памяти программ и данных используются внешние БИС и имеются средства загрузки программ.

Исходя из того, что это простой учебный проект не требующий большой вычислительной мощности; и он производится в единичном экземпляре, то выбор остановился на МК48.

Микроконтроллер конструктивно выполнен в корпусе БИС с 40 внешними выводами. Все выводы электрически совместимы с элементами ТТЛ: входы представляют собой единичную нагрузку, а выходы могут быть нагружены одной ТТЛ-нагрузкой.

Условное графическое обозначение микропроцессора КМ48 представлено на рисунке 4, а в таблице 2 приводятся имена выводов корпуса.

Рисунок 4 - Условное графическое обозначение микропроцесссора КР1816ВЕ48

Таблица 2 - Назначение выводов микропроцессора КР1816ВЕ48

Вывод	Обозначение	Тип выхода	Функциональное назначение выводов
1	TO	Вход	Входной сигнал, опрашиваемый по командам условного перехода JT0, JNT0; кроме того, используется при программировании резидентной памяти программ (РПП); может использоваться для вывода сигналов синхронизации после выполнения команды ENT0 CLK
2, 3	Х1, Х2	Вход/ выход	Используется для подключения кварцевого резонатора или внешнего источника синхронизации
4	___ ____ RST(СБР)	Вход	Вход сигнала общего сброса при запуске КМ48; сигнал 0 при программировании и проверке РПП
5	__ ____ SS (ШАГ)	Вход	Сигнал, используемый совместно с сигналом ALE для организации пошагового выполнения программы
6	___ ____ INT (ЗПР)	Вход	Сигнал запроса прерывания от внешнего источника; вызывает подпрограмму прерывания, если прерывание разрешено по команде EN I; сигнал RST запрещает прерывание
7	EA(ОРПП)	Вход	Отключение РПП; Сигнал переключения в режим работы с внешней памятью. Используется также в режиме программирования и проверки ППЗУ
8	__ __ RD(ЧТ)	Выход	Стробирующий сигнал при чтении из внешней памяти данных или устройств ввода/вывода (УВВ)
9	____ _____ PSEN(РВПП)	Выход	Разрешение внешней памяти программ; сигнал выдается только при обращении к внешней памяти программ
10	___ ___ WR (ЗП)	Выход	Стробирующий сигнал при записи во внешнюю память данных или УВВ
11	ALE (САВП)	Выход	Стробирующий сигнал адреса внешней памяти. Сигнал используется для приема и фиксации адреса внешней памяти на внешнем регистре. Сигнал является идентификатором машинного цикла, так как всегда выводится из CPU с частотой, в 5 раз меньшей основной частоты синхронизации.
12-19	DB0-DB7	Вход/ выход	Восьмиразрядный двунаправленный порт ввода/вывода информации. Информация может быть записана или считана синхронно с сигналами WR, RD. Порт может быть статически зафиксирован. Он выдает восемь младших разрядов адреса при работе с внешней памятью программ и принимает код команды из внешней памяти программ по сигналу PSEN. Порт выдает адрес и данные при выполнении команд обращения к внешней памяти данных по сигналам ALE, RD, WR, принимает адрес и данные при программировании внутреннего ППЗУ
20	VSS	-	Общий
21-24, 35-38	P2(0)-P2(7)	Вход/ выход	Восьмиразрядный квазидвунаправленный порт P2. Включает в себя четыре старших разряда адреса при обращении к внешней памяти [P2(3)-P2(0) - выход], а также служит в качестве 4-разрядной шины для расширения каналов ввода/вывода совместно с сигналом PROG
25	PROG (ПРОГ)	Вход/ выход	Используется как выход для расширения каналов ввода/вывода и как вход только в КМ1816ВЕ48 в режиме программирования ППЗУ
26	Udd	-	Дополнительное напряжение питания при программировании (+25 В для КМ1816ВЕ48) и при работе +5 В
27-34	P1(0)-P1(7)	Вход/ выход	Восьмиразрядный квазидвунаправленный порт ввода/вывода информации. Каждый разряд порта может быть запрограммирован на ввод или вывод.
39	Т1	Вход	Используется при командах условного перехода JT1, JNT1, а также как вход счетчика внешних событий после выполнения команды STRT CNT
40	Ucc	-	Основное напряжение питания +5В, подается во время работы и при программировании.

Краткое описание микропроцессора КР1816ВЕ48

ОМЭВМ имеет следующие аппаратурные средства:

- 8-разрядную внутреннюю архитектуру;

- программируемый 8-разрядный таймер-счетчик;

- программируемая схемы ввода/вывода - 27 линий;

- блок векторного прерывания от двух источников;

- генератор;

- схему синхронизации и управления.

В ОМЭВМ используется четыре вида адресации:

регистровая;

прямая;

косвенная;

регистровая;

непосредственная.

Три 8-разрядных порта вводa/вывода (Р1, Р2, DB) обеспечивают связь ОМЭВМ с объектом управления по 24 линиям.

Кроме портов ввода/вывода через двунаправленные имеются три линии (INT, T0 и T1), сигналы на которых могут изменять ход программы по командам условного перехода. Порты Р1, Р2 - квазидвухнаправленные, имеющие идентичные характеристики. Квазидвунаправленность портов означает, что при вводе информации происходит поразрядное логическое умножение содержимого порта и вводимых данных. Порты Р1 и Р2 устанавливаются в состояние 1 после подачи сигнала SR=0.

Порт DB - двунаправленный буфер с тремя состояниями предназначен для побайтного ввода, вывода или ввода/вывода информации.

2.2 Выбор элементов памяти

Исходя из того, что МП имеет восьмиразрядную шину данных, то память должна иметь побайтную структуру чтения/записи элементов памяти.

Постоянная внешняя память (ПЗУ) предназначена для хранения управляющих программ.

Поэтому она должно иметь достаточный объем. Для упрощения модернизации системы она должно иметь возможность перезаписи, поэтому выбрана микросхема К573РР2. Это электрически перепрограммируемое ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием. Объем ПЗУ--2 Кбайта.

Рисунок 5 - Условное графическое обозначение БИС ППЗУ К573РР2

Таблица 3 - Назначение выводов БИС ППЗУ К573РР2

Вывод	Обозначение	Наименование
1-8,19,22,23	А	Входные адресные сигналы
9-11, 13-17	DIO	Информационные сигналы (входные/выходные данные)
18	__ СS	Сигнал выбора микросхемы
21	Urp	Сигнал импульса напряжения перепрограммирования
20	___ ОЕ	Сигнал разрешения по выходу (чтение)
24	5V	Напряжение питания
12	0V	Общий вывод

ОЗУ предназначено для хранения исходных данных, промежуточных и конечных результатов расчетов.

Требуемый объем памяти - 1 Кбайт. Выбираем микросхему памяти БИС КР537РУ13

Рисунок 6 - Условное графическое обозначение БИС ОЗУ КР537РУ13

Таблица 4 - Назначение выводов БИС КР537РУ13

Вывод	Обозначение	Наименование
1-7,15-17	А	Входные адресные сигналы
11-14	DIO	Информационные сигналы (входные/выходные данные)
8	__СS	Сигнал выбора микросхемы
10	____W/R	Сигнал запись/считывание
18	5V	Напряжение питания
9	0V	Общий вывод

С учётом рекомендаций к курсовой работе в качестве регистра используем БИС КР580ИР82. Это восьмиразрядный адресный регистр, предназначенный для связи микропроцессора с системной шиной, обладает повышенной нагрузочной способностью. Микросхема- 8- разрядный D- регистр ,, защёлка " без инверсии с тремя состояниями на выходе.



Рисунок 7 - Условное графическое обозначение БИС регистра КР580ИР82

Таблица 5 - Назначение выводов БИС регистра КР580ИР82

Вывод	Обозначение	Наименование
1-8	DI	Информационная шина (вход)
12-19	DO	Информационная шина (выход)
11	___STB	Стробиробирующий сигнал (вход)
9	___ОЕ	Сигнал разрешения передачи (управление 3-им состоянием)
20	GND	Общий вывод
10	Ucc	Напряжение питания +5В 5%

Для адресации к модулям внешней памяти составим карту распределения памяти, которая представлена в виде таблицы 6.

Таблица 6 - Карта распределения памяти

Адресное пространство	Тип памяти
0000Н … 07FFH	ПЗУ - 2Кбайта
0800Н … 0ВFFH	ОЗУ - 1Кбайт

2.3 Расчет и выбор элементов сопряжения

Сопряжение необходимо произвести:

- блока синхронизации с сетью;

- системы управления с силовыми ключами;

- системы управления с аналоговым входным сигналом от АЦП;

- входных/выходных дискретных сигналов с системой управления;

Рассмотрим структуру каждого сопряжения и выберем элементы для их реализации.

Расчет и выбор элементов сопряжения блока синхронизации с сетью

Блок синхронизации имеет следующий вид:

Рисунок 8 - Блок синхронизации с сетью.

Необходимо осуществить гальваническую развязку цепей управления с сетью, которая в данном случае осуществляется при использовании оптоэлектронных переключателей-инверторов на основе транзисторных оптопар.

Выбираем оптотранзистор АОТ110А со следующими параметрами:

- входной ток: 25 мА;

- входное напряжение: 2 В;

- выходной ток: 10 мА;

- выходное остаточное напряжение: 1.5В.

На входе оптопереключателя располагается RC-фильтр, который снижает помехи, и нагрузочный резистор, обеспечивающий ограничение требуемого входного тока через светодиод оптопары в контуре.

Выбираем резисторы по 1КОм.

Для определения емкости конденсатора, зададимся частотой среза RC-фильтра f_СР=300:

На выходе оптопары располагается логический элемент "И-НЕ" типа К555ЛА3, который в данном случае играет роль буферного устройства. Резистор в цепи коллектора оптопары ограничивает выходной ток оптотранзистора, принимаем около 400 Ом. Резистор между эмиттером и базой предназначен для предотвращения самопроизвольного включения транзистора, принимаем 50 КОм.

Расчет и выбор элементов сопряжения системы управления с силовыми ключами

Схема сопряжения с силовыми тиристорами:

Рисунок 9--Сопряжение с силовой частью

микропроцессорный выпрямитель синхронизация тиристор

Параметры выбранных силовых оптотиристоров:

- отпирающий постоянный ток управления не более 150 мА.

- отпирающее постоянное напряжение не более 2,5 В.

Для усиления сигнала с выхода микросхемы необходимо использовать усилитель. В качестве усилителя будем использовать биполярный транзистор включенный по схеме с общим эмиттером. Причем коэффициент усиления выбранного транзистора должен быть равен 150. Выбираем транзистор КТ603Е с параметрами:

- ток коллектора: 150 мА;

- напряжение коллектор-эмиттер: 1В;

- h_21E: 100..200.

Резистор между эмиттером и базой принимаем равным 50 КОм. Резистор в цепи базы, используемый в качестве токовой нагрузки, принимаем 1,5КОм. Резистор в цепи коллектора, используемый для ограничения тока, принимаем 2,5 КОм.

Расчет и выбор элементов сопряжения системы управления с аналоговым входным сигналом от АЦП

Согласно заданию необходимо реализовать входной аналоговый сигнал 0..10 В. Для этого применяем БИС АЦП. Выбираем АЦП типа К572ПВ3 со следующими параметрами:

- число разрядов--8;

- напряжение питания Uпит= +5В;

- максимальное быстродействие--7,5 мкс;

- образцовое напряжение Uобр= -10В;

- подстройка--не требуется;

- R10=250кОм; R9 =1кОм.

Для получения входного напряжения требуемого уровня 0..10 В используем буферный усилитель К140УД14 с параметрами:

- напряжение питание Uпит= 5В;

- входной ток Iвх=5мА;

- Rвх=30Мом;

- C8=3пФ.

На входе усилителя ставим фильтр низких частот с параметрами: R4 = 5кОм, C6 =0.1мкФ



Рисунок 10 - Схема сопряжения системы управления с аналоговым входным сигналом

Таблица 7 - Назначение выводов АЦП типа К572ПВ3

Вывод	Обозначение	Наименование
1-4,15-18	DI	Цифровой выход
5	BUSY	Инверсный выход
6	RD	Инверсный входной сигнал считывания и записи
7	CS	Инверсный входной сигнал адресации
8	CLK	Вход тактовых импульсов
9	OVD	Общая цифровая шина
10	Uпит	Напряжение питания
11	Uобр	Образцовое напряжение
12	BOFS	Вход смещения характеристики преобразования
13	Uвх	Аналоговый вход
14	OVA	Общая аналоговая шина

Расчет и выбор элементов сопряжения входных/выходных дискретных сигналов с системой управления

Схема сопряжения входных дискретных сигналов с системой управления

Рисунок 11 - Схема сопряжения входных дискретных сигналов с системой управления

При вводе сигнала необходимо осуществить гальваническую развязку, которая осуществляется при помощи оптоэлектронных переключателей- инверторов на основе диодных оптопар, т.е. оптоэлектронные интегральные микросхемы. Выбираем модули типа К293ЛП1А, со следующими параметрами:

- напряжения питания ;

- входной постоянный ток 10мА при входном напряжении 1,5В;

- выходное напряжение в состоянии логического 0 при I_вых⁰=16 мА, не более 0,4В;

- выходное напряжение в состоянии логической 1 при I_вых¹=0,8 мА, не менее 2,4В.

На входе оптронных переключателя располагается RC-цепочка, снижающая помехи, и нагрузочный резистор, обеспечивающий ограничение и протекание требуемого входного тока. Выбираем резисторы по 1КОм, а конденсатор на 0,01мкФ. На выходе оптоэлектронной микросхемы располагается логический элемент "И-НЕ" типа К555ЛА3, который в данном случае играет роль буферного устройства.

Схема сопряжения выходных дискретных сигналов с системой управления

При вводе сигнала необходимо обеспечивать гальваническую развязку, которая осуществляется при помощи диодных оптопар. Выбираем модуль типа АОД101А со следующими параметрами:

- входной ток: 10 мА;

- входное напряжение: 1,5 В.

Рисунок 12 - Схема сопряжения выходных дискретных сигналов с системой управления

Для усиления сигнала с выхода микросхемы необходимо использовать усилитель. В качестве усилителя будем использовать биполярный транзистор VT5 включенный по схеме с общим эмиттером. Выбираем транзистор КТ301А .

Резистор между эмиттером и базой принимаем равным 50 КОм. Резистор в цепи базы, используемый в качестве токовой нагрузки, принимаем 1,5КОм. Резистор в цепи коллектора, используемый для ограничения тока, принимаем 200 КОм. На выходе оптопары сигнал усиливается транзисторами VT6 и VT7. Выбираем транзистор КТ603Е с параметрами:

- ток коллектора: 150 мА;

- напряжение коллектор-эмиттер: 1В;

- h_21E: 100..200.

Устройство ввода вывода

Дополнительно к элементам системы управления можно отнести устройство ввода/вывода, реализованное на БИС параллельного интерфейса КР580ВВ55А. Микросхема КР580ВВ55А - программируемое устройство ввода/вывода параллельной информации, применяется в качестве элементов ввода/вывода общего назначения, сопрягающего различные типы периферийных устройств с магистралью данных систем обработки информации.

Обмен информацией между магистралью данных систем и микросхемой КР580ВВ55А осуществляется через 8-разрядный двунаправленный трехстабильный канал данных (D). Для связи с периферийным устройством используются 24 линии ввода/вывода, сгруппированные в три 8-разрядных канала А, В, С, направление передачи информации и режимы работы которых определяются программным способом. В нашем случае 8-разрядный канал А использован для приема цифровой информации от АЦП, канал В используется для приема информации с клавиатуры, канал С используется для индикации четырёх цифровых разряда.

Рисунок 13 - Условное графическое обозначение микросхемы КР580ВВ55А

Таблица 8 - Назначение выводов микросхемы КР580ВВ55А

Вывод	Обозначение	Тип выхода	Функциональное назначение выводов
1-4, 37-40	BA7-BA4 BA3-BA0	Входы/ выходы	Информационный канал А
5	____RD	Вход	Чтение информации
6	____CS	Вход	Выбор микросхемы
7	GND	-	Общий
8,9	A1, A0	Вход	Младшие разряды адреса
10-17	BC7-BC4, BC0-BC3	Входы/выходы	Информационный канал C
18-25	BB7-BB4, BB0-BB3	Входы/ выходы	Информационный канал B
26	Ucc	-	Напряжение питания +5 В 5%
27-34	D7-D0	Входы/ выходы	Канал данных
35	SR	Вход	Установка
36	_____WR	Вход	Запись информации

Дополнительно к элементам системы управления можно отнести схему формирователя импульсов, реализованного на БИС программируемого таймера КР580ВИ53, который предназначен для организации работы микропроцессорных систем в режиме реального времени и позволяет формировать сигналы с различными временными и частотными характеристиками.

Рисунок 14 - Условно-графическое изображение БИС программируемого таймера КР580ВИ53

Таблица 9 - Назначение выводов БИС КР580ВИ53

Вывод	Обозначение	Наименование
19, 20	А	Входные адресные сигналы, выбирающие один из каналов БИС или управляющий регистр
1-8	D(0-7)	Информационные сигналы (канал данных)
21	__СS	Сигнал выбора микросхемы
22	__RD	Сигнал чтение
23	___WR	Сигнал запись
9, 15, 18	CLK(0-2)	Входы синхронизации счетчиков
11, 14, 16	CATE(0-2)	Входы управления счетчиков
10, 13, 17	OUT(0-2)	Выходные сигналы счетчиков
24	5V	Напряжение питания +5 В
12	0V	Общий вывод

2.4 Выбор элементов интерфейса

Согласно заданию к курсовой работы необходимо использовать последовательный интерфейс RS-232. В качестве контроллера порта используем микросхему КР580ВВ51А - Универсальный Асинхронный Приемопередатчик (УАРТ).Микросхема КР580ВВ51А предназначена для аппаратной реализации последовательного протокола обмена между микропроцессором и каналами последовательной передачи дискретной информации.

Микросхема УСАПП преобразует параллельный код, получаемый от центрального процессора, в последовательный поток символов со служебными битами и выдаёт этот поток в последовательный канал связи с различной скоростью, а также выполняет обратное преобразование: последовательный поток символов - в параллельное 8- разрядное число.



Рисунок 15 - Условное графическое обозначение микросхемы КР580ВВ51А

Таблица 8 - Назначение выводов микросхемы КР580ВВ51А

Вывод	Обозначение	Тип выхода	Функциональное назначение выводов
1,2, 5-8, 27,28	D2-D7, D0,D1	Входы/ выходы	Канал данных - обмен информацией между МП и микросхемой
3	RxD	Вход	Приёмник микросхемы
4	GND	-	Общий
9	TxC	Вход	Синхронизация передач
10	WR	Вход	Запись информации
11	CS	Вход	Выбор микросхемы
12	CO/D	Вход	Управление/данные
13	RD	Вход	Чтение информации
14	RxRDY	Выход	Готовность приёмника
15	TxRDY	Выход	Готовность перемдатчика
16	SYNDET/BD	Вход/ выход	Двунаправленный трёхстабильный программируемый вход/выход
17	CTS	Вход	Готовность внешнего устройства принять данные
18	TxEND	Выход	Конец передачи
19	TxD	Выход	Передатчик миктосхемы
20	C	Вход	Синхронизация
21	SR	Вход	Установка исходного состояния
22	DSR*	Вход	Готовность внешнего устройства передавать данные
23	RTS*	Выход	Запрос приёмника внешнего устройства на приём данных
24	DTR*	Выход	Запрос передатчика внешнего устройства на передачу данных
25	RxC	Вход	Синхронизация приёма
26	Ucc	-	Напряжение питания +5В 5%

Микросхема КР580ВВ51А выполняет следующие функции:

- обеспечивает простой интерфейс между шиной PC и другими внешними устройствами;

- автоматически добавляет, удаляет и проверяет форматирующие биты;

- генерирует и проверяет биты паритета под управлением специальной программы;

- выделяет указатели состояния операций передачи и приема, а также состояния линии передачи данных и устройства сопряжения;

- содержит встроенные сдвиговые регистры и регистры хранения для операций передачи и приема данных, что исключает необходимость точной синхронизации работы процессора с потоком последовательных данных.

2.5 Карта распределения адресов устройств ввода и вывода

В данном курсовой работе внешними устройствами ввода/вывода являются: БИС внешнего ОЗУ, программируемого параллельного интерфейса, последовательного интерфейса программируемого таймера, устройства ввода/вывода и аналого-цифрового преобразователя. Для аресации этих устройств используются порт Р2 и применяется дешифратор адреса 530ИД14. Согласно работе данного дешифратора составляем карту устройств ввода/вывода

Таблица 9 - Карта распределения устройств ввода вывода

Адресное пространство	Устройство
0001	АЦП
0010	ОЗУ
01--	КР5800ВВ55А
10--	КР580ВИ53
11--	КР5800ВВ51А

"-" - возможно любое значение сигнала на линии

3. Разработка программного обеспечения

3.1 Краткое описание систем команд микропроцессора

Система команд МК48 включает в себя 96 основных команд и ориентирована на реализацию процедур управления. Все команды имеют формат один или два байта (70% команд однобайтные). Время выполнение команд составляет 2,5 или 5,0 мкс (один или два машинных цикл (МЦ) соответственно) при тактовой частоте 6,0 МГц. Большинство команд выполняется за один машинный цикл. За два машинных цикла выполняются команды с непосредственным операндом, ввода/вывода и передачи управления.

В МК48 используются четыре способа адресации: прямая, непосредственная, косвенная и неявная. Все множество команд можно разбить на пять групп по функциональному признаку: команды пересылки данных, арифметических операций, логических операций, передачи управления и управления режимами работы МК.

Группа команд пересылки данных

Данная группа состоит из 24 команд. Все команды (кроме MOV PSW, А) не оказывают воздействия на флаги. Команды пересылки данных внутри МК выполняются за один машинный цикл, обмен с внешней памятью и портами требует двух машинных циклов.

Операнды, участвующие в операциях пересылки: аккумулятор, регистры общего назначения, ССП, таймер, порты, непосредственный операнд, внешняя и резидентная память данных и память программ (ПП).

Форматы данных. Большинство команд выполняет пересылку 8-битных (1-байтных) операндов. Существуют также несколько команд, оперирующих с 4-битными операндами (тетрадами). Команды пересылки тетрад используются при обращении к 4-битным портам внешней схемы расширителя ввода/вывода (Р4--Р7).

Способы адресации. Для обращения к данным используются четыре способа адресации:

- прямая, когда адрес операнда содержится в теле самой команды. Номер регистра, пересылаемого в аккумулятор, указывается в трех младших битах кода операции (КОП);

- непосредственная, когда сам 8-битный операнд (константа) располагается непосредственно в теле команды (второй байт команды).

- косвенная, при которой адрес операнда располагается в регистре (R0 или R1).

- неявная, при которой в коде операции содержится неявное (по умолчанию) указание на один из операндов. Чаще всего таким операндом является аккумулятор.

Особенности передач через порты. Порты Р1 и Р2 представляют собой управляемые буферные регистры. При выдаче информации выводимый байт данных фиксируется в буферном

регистре порта, а при вводе он не фиксируется и должен быть прочитан контроллером в течение периода присутствия байта на входах порта. Ориентация МК на применение в устройствах управления объектами привела к появлению в его системе команд таких команд, которые позволяют выполнять операции ввода/ вывода информации с использованием маскирования, что предоставляет разработчику удобные средства обмена не только байтами, но отдельными битами и их произвольными комбинациями. Схемотехника портов Р1 и Р2 такова, что ввод данных в некоторую линию возможен только в том случае, если предварительно в данный бит порта программой МК была записана 1.

Порт BUS может выполнять все функции, перечисленные для портов Р1 и Р2, но в отличие от них он не может специфицировать отдельные линии на ввод или вывод. Все восемь линий порта BUS должны одновременно быть либо входными, либо выходными. По командам MOVX порт BUS используется в качестве двунаправленного синхронного канала для доступа к ВПД.

Группа команд арифметических операций

Данная группа состоит из 12 команд и позволяет выполнять следующие операции над 8-битными целыми двоичными числами без знака: двоичное сложение (ADD), двоичное сложение с учетом переноса (ADDC), десятичная коррекция (DA), инкремент (INC) и декремент (DEC).

При сложении используется неявная адресация источника первого операнда и места назначения результата, в качестве которых выступает аккумулятор. Содержимое аккумулятора А можно сложить с регистром, константой и ячейкой РПД. В результате суммирования возможно появление переноса, который фиксируется в специальном триггере переноса (флаг С). Команда сложения с учетом переноса позволяет выполнять суммирование многобайтных чисел.

При необходимости выполнять двоичное вычитание требуется перевести вычитаемое в дополнительный код и произвести сложение с уменьшаемым.

Все более сложные операции (умножение, деление) выполняются по подпрограммам.

Группа команд логических операций

Данная группа состоит из 28 команд и позволяет выполнять следующие операции над байтами: дизъюнкцию, конъюнкцию, исключающее ИЛИ, инверсию, сброс и сдвиг. Две команды (сброс и инверсия) позволяют выполнять операции над битами,

Широко используется неявная адресация аккумулятора в качестве источника операнда и места фиксации результата. Вторым операндом и командах может быть регистр, константа или ячейка РПД. Существуют команды (ANL, ORL), оперирующие с портами, что позволяет эффективно управлять значениями отдельных бит при вводе/выводе информации.

Группа команд передачи управления

Данную группу образуют 19 команд передачи управления, из них две команды безусловного перехода, 14 команд условного перехода, команда вызова подпрограмм и две команды возврата из подпрограмм.

Команды ветвления с прямой адресацией. В большинстве команд прямо указывается адрес перехода. В теле команды при этом содержится 8 (ad) или 11 (ad 11) бит адреса перехода. Команда JMP позволяет передать управление в любое место 2048-байтного банка памяти программ (ПП). Номер банка ПП определяется флагом DBF, значение которого копируется в старший бит счетчика команд (PC 11) при выполнении команды JMP или CALL. Для перехода из нулевого банка ПП в первый недостаточно только установить флаг DBF, необходимо также выполнить команду перехода JMP, которая и изменит значение старшего бита счетчика команд.

Все остальные команды (кроме команд возврата) содержат только восемь младших бит адреса перехода. При этом оказывается возможным осуществить переход только в пределах одной страницы ПП (256 байт).

Если команда короткого перехода расположена на границе двух страниц (т.е. первый байт команды на одной странице, а второй -- на следующей) , то переход будет выполнен в пределах той страницы, где располагается второй байт команды. Для условного перехода с одной страницы на другую можно воспользоваться тандемом из команды условного перехода и длинного безусловного перехода (JMP).

Переход по косвенному адресу. Команда JMPP осуществляет переход по адресу, содержащемуся в ячейке ПП, на которую указывает содержимое аккумулятора. Таким образом, аккумулятор содержит адрес адреса перехода. Ячейка с адресом перехода должна находиться на той же странице ПП, что и команда перехода JMPP. Команда косвенного перехода обеспечивает простой доступ к таблице, содержащей векторы переходов по программе в зависимости от содержимого аккумулятора, что позволяет легко реализовать механизм множественных ветвлений.

Условные переходы. По командам условных переходим могут проверяться не только внутренние флаги, но и некоторые сигналы на внешних входах МК. Это позволяет эффективно выполнять ветвления в программе без использования процедуры предварительного ввода и последующего сравнения. Все команды условных переходов используют прямую короткую адресацию, что накладывает определенные ограничения на размещение программ в памяти. Анализируемые признаки, за исключением С и F0 не фиксируются в специальных триггерах.

Программные циклы. Для организации циклон удобно использовать команду DJNZ. Счетчик циклов организуется в одном из регистров текущего банка, для чего в этот регистр загружается число повторений цикла. При выполнении команды DJNZ производится декремент и последующая проверка на нуль содержимого регистра-счетчика циклов. Если его содержимое оказывается не нулевым, то происходит переход к началу цикла, иначе -- выход из цикла. Следует отметить, что команды должны находиться в пределах одной страницы памяти программ.

Работа с подпрограммами. Дня вызова подпрограмм существует команда CALL, позволяющая обратиться в любое место текущего банка ПП. При вызове подпрограммы в стеке запоминается адрес возврата и часть ССП. Глубина вложений подпрограмм ограничена емкостью банка (16 байт) и не должна превышать восьми.

Для возврата из подпрограммы необходимо выполнить команду RET, которая восстановит в счетчике команд адрес возврата. Для выхода из подпрограммы обработки прерывания служит команда RETR, которая кроме адреса возврата восстанавливает ССП и разрешает прерывание от данного источника.

Группа команд управления режимом работы МК

В эту группу входят команды управления таймером/счетчиком, прерываниями и флагами переключения банков регистров и банков ПП.

Операции с таймером. Команды обмена между таймером и аккумулятором (MOV А,Т и MOV Т,А). Таймер может быть (в зависимости от команды) использован как счетчик тактов или как счетчик событий от внутреннего или внешнего источника сигналов соответственно. Система команд МК располагает средствами разрешения или запрета прерывания от таймера.

Специальной командой ENTO на вывод ТО разрешается передача импульсов с частотой опорного синхросигнала, поделенной на три. Выдачаa этого сигнала может быть отключена только сигналом общего сброса системы. Синхросигнал на выходе ТО используется для общей синхронизации внешних устройств, согласованных с МК по частоте работы.

Переключение банков регистров и ПП. Переключение банка памяти программ (т.е. изменение старшего бита счетчика команд) происходит в| момент выполнения команды длинного перехода или вызова подпрограммы.

Наличие команд переключения банков регистров позволяет при вызове подпрограмм и обработке прерываний эффективно использовать второй банк регистров в качестве рабочего, сохраняя параметры вычислительного процесса не в стеке, а в исходном банке регистров. При программировании процедур обработки прерывания можно переключать или не переключать банки регистров. В том случае, когда банки регистров переключаются, возврат к исходному банку регистров будет выполнен автоматически, если подпрограмма обработки прерывания оканчивается командой возврата с восстановлением ССП (RETR).

3.2 Описание алгоритма функционирования устройства

микропроцессорный выпрямитель синхронизация тиристор

Алгоритм работы устройства представлен в графической части курсовой работы.

Реализация алгоритма управления аппаратно-программная. Аппаратно реализованы алгоритмы, требующие большого объема вычислительных операций:

- синхронизация с сетью;

- формирование управляющих импульсов.

Программной реализации подлежат:

- диагностика и инициализация;

- приём, обработка и выдача дискретной информации;

- расчет кода управляющего воздействия на программируемый счетчик в соответствии с заданным углом управления и выдача его на силовые тиристоры;

- расчет выходного напряжения по углу управления и выдача его на индикацию.

При пуске системы управления выполняется начальная инициализация системы, которая сопровождается тестом памяти программ, тестом памяти данных, программируемого таймера/счетчика, модулей интерфейса. После инициализации системы выдается дискретный сигнал "ГОТОВНОСТЬ". В случае обнаружения ошибки производится аварийный останов системы с выдачей сообщения об ошибке. При этом осуществляется блокировка управляющих сигналов.

При отсутствии ошибок происходит задание режимов работы программируемых контроллеров. После этого осуществляется установка начального значения содержимого регистров и ячеек памяти, а также начального угла управления преобразователем. При этом микропроцессор переходит к подпрограмме обслуживания внешних дискретных датчиков. При получении внешнего дискретного сигнала `РАБОТА' разрешается выдача управляющих импульсов.

После чего микропроцессор переходит к подпрограмме обслуживания клавиатуры. Полученные с АЦП или клавиатуры (в зависимости от режима ввода) данные обрабатываются процессором и в виде двоичного кода поступают на программируемый счетчик, который выдает синхронизированные с сетью импульсы управления тиристорами. Далее программно рассчитывается выходное напряжение по углу управления и выдается на индикацию.

Алгоритм работы системы следующий:

1 При включении происходит самотестирование системы (тестирование микросхем); при наличии ошибок - вывод сообщения об ошибке и аварийный останов системы.

2 Инициализация системы (инициализация портов ввода/вывода, сброс регистра признаков, очищение памяти).

3 Основная программа состоит из следующих этапов:

- ожидание прихода сигнала " Работа" или нажатия кнопки "Пуск ";

- при наличии сигналов " Работа" или нажатой кнопки "Пуск "происходит запуск АЦП;

- чтение АЦП и сохранение младших восьми бит результата;

- чтение АЦП и сохранение старших двух бит результата;

- проверка числа циклов чтения АЦП, если уже произошло чтение сигнала задания

напряжения - то выход из цикла, если нет, то:

- установка сигнала на мультиплексоре в состояние "1" - переключение на прием сигнала с блока расчёта напряжения и повтор цикла - переход на "Запуск АЦП";

- cброс счетчиков цикла и сигнала на мультиплексоре;

- двоично-десятичное преобразование сигнала задания напряжения;

- выдача старшего десятичного разряда на 4-ый индикатор;

- задержка времени 100/4 мс;

- выдача 3-его десятичного разряда на 3-ий индикатор;

- задержка времени 100/4 мс;

- выдача 2-го десятичного разряда на 2-ой индикатор;

- задержка времени 100/4 мс;

- выдача младшего десятичного разряда на 1-ый индикатор;

- задержка времени 100/4 мс;

- повторение цикла - переход на "Запуск АЦП".

Блок-схема алгоритма приведена в графической части проекта.

3.3 Описание алгоритма решения функциональной задачи

Алгоритм вывода значения напряжения на индикаторы следующий:

- выбор микросхемы ОЗУ (сигнал cs);

- вывод сигнала (старших разрядов) на схему расширения памяти;

- чтение ячеек памяти, в которых находятся разряды двоично-десятичного (BCD)-числа - значения сигнала задания напряжения;

- логическая операция "И" между значением...