Микропроцессорные и информационно-управляющие системы
Структурная схема микропроцессорной системы управления. Принципиальные схемы блоков вывода управляющих сигналов микропроцессорной системы управления объектом. Разработка алгоритма работы блока обмена информацией по последовательному каналу связи.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.05.2014 |
| Размер файла | 1,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
КУРСОВАЯ РАБОТА
МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ
Содержание
Введение
1. Техническое задание на разработку микропроцессорной системы управления объектом
2. Структурная схема микропроцессорной системы управления
3. Принципиальные схемы чтения информации с датчиков микропроцессорной системы управления объектом
3.1 Разработка схемы сопряжения для подключения цифровых датчиков МК
3.2 Разработка схемы сопряжения для подключения аналоговых датчиков МК
3.3 Разработка схемы сопряжения контроля наличия напряжения питания
4. Принципиальные схемы блоков вывода управляющих сигналов микропроцессорной системы управления объектом
4.1 Блок вывода аналогового управляющего сигнала
4.2 Схема подключения МК с исполнительными механизмами
5. Принципиальная схема блока последовательного канала связи
6. Принципиальная схема пульта управления
7. Разработка структуры программного обеспечения и общего алгоритма управления
8. Разработка алгоритма работы блока чтения информации с цифровых датчиков
9. Разработка алгоритма работы блока чтения информации с аналоговых датчиков
10. Разработка алгоритма работы блока обмена информацией по последовательному каналу связи
11. Разработка алгоритма работы блока взаимодействия с оператором
12. Разработка алгоритма работы обработки аварийных ситуаций
13. Расчет электрических параметров МПС
14. Разработка блока питания
Заключение
Введение
Микропроцессорные и информационно-управляющие системы, в настоящее время, стали одним из наиболее дешевых и быстрых способов обработки информации. Практически ни одна область современной науки и техники не обходиться без использования их.
В настоящее время всё острее встают проблемы безопасности. Практика показывает, что наибольшее число аварийных ситуаций возникает из-за ошибочных действий человека. В связи с этим большое значение имеет применение в системах управления технических средств позволяющих полностью автоматизировать этот процесс. Развитие микропроцессорных и информационно-управляющих систем позволило перейти на качественно новую элементную базу, которая в свою очередь повысила скорость и качество выполнения операций.
В течении четырех лет, начиная с 1976г., фирмой INTEL разрабатывалось получившее широкое распространение семейство 8-и разрядных однокристальных микроконтроллеров с программным управлением MCS-48.
Вычислительные возможности первых однокристальных микроЭВМ были исчерпаны уже к началу 80-х гг. Встала задача разработки новых микроконтроллеров, обладающих расширенными функциональными ресурсами. Среди предложенных новых архитектур однокристальных микро ЭВМ следует выделить 8-и разрядную архитектуру семейства микроконтроллеров MCS-51, предложенного фирмой INTEL в 1981г. Она удовлетворяет всем требованиям, представляемым к однокристальным микроконтроллерам, и является наиболее применяемой.
Однако к настоящему времени значительную часть мирового рынка микропроцессорных средств составляет другой вид однокристальных контроллеров - это т.н. периферийные интерфейсные контроллеры или PIC. Они представляют собой высокопроизводительные БИС, в которые интегрированы помимо цифровых устройств (собственно микроконтроллера) также и аналоговые - это различные АЦП, компараторы, модули сравнения ШИМ и т.д. Это делает данные устройства чрезвычайно популярными у производителей «интеллектуальных» устройств.
1. Техническое задание на разработку микропроцессорной системы управления объектом
В курсовой работе разрабатывается микропроцессорная система управления некоторым объектом (Рисунок 1).
Рисунок 1. Структурная схема управления объектом
Микропроцессорная система принимает информацию об объекте управления от аналоговых и цифровых датчиков (Д), вырабатывает управляющие воздействия (Y) в соответствии с законами управления и подает их на исполнительные механизмы (ИМ). Микропроцессорная система состоит из микроконтроллера (МК) - управляющей микро ЭВМ, пульта управления (ПУ) и последовательного канала связи (ПКС).
Обработка цифровой информации
Микропроцессорная система опрашивает двоичные датчики X1, X3, X4, X8 и вычисляет булеву функцию в соответствии заданием на курсовую работу. При единичном значении функции система вырабатывает выходной сигнал Y1=1 длительностью T1= 806 мкс. Это означает, что через T1 после выдачи единичного сигнала Y1 необходимо выработать нулевой сигнал Y1. В системе имеется также двоичный датчик аварийной ситуации Х0, единичный сигнал с которого должен вызвать аварийный останов системы в любой момент выполнения рабочего цикла программы.
Обработка аналоговой информации
Сигналы с аналоговых датчиков V1, V2 преобразуются в цифровую форму в АЦП. Далее сформированные коды N1 и N2, представляющее собой целые числа без знака, поступают на обработку. Величина К - 8-разрядный код уставки, поступающий с тумблерного регистра пульта управления. Далее система вычисляет функцию N3 =min( N1 + K; N2 ). Полученное значение сравнивается с константой Q, хранящейся во внутренней памяти. В зависимости от результатов сравнения система вырабатывает двоичные управляющие воздействия Y2 (если N < Q) или Y3 (если N > Q) длительностью T2= 624 мкс или T3= 107 мкс соответственно. Управляющее воздействие Y4 формируется в виде аналогового сигнала V4 с ЦАП и поступает на ИМ. Для всех вариантов значение Y4 определяется как восьмиразрядное двоичное число по формуле:
где и - восьмиразрядные коэффициенты, хранящиеся во внутренней памяти микроконтроллера;
- восьмиразрядный код, поступающий с выхода АЦП. Предполагается, что исходные величины, поступающие с АЦП меньше единицы и представляются двоичным числом с фиксированной запятой. Если после умножения значение Y4 превышает восемь разрядов, то необходимо принимать значение Y4 равное младшему байту.
Обработка запросов на прерывания
Система обрабатывает запросы на прерывание пяти уровней:
1) запрос на прерывание по сигналу отказа источника питания IRQ0;
2) запрос на прерывание по сигналу аварийного датчика IRQ1;
3) запрос на прерывание от терминала внешней ЭВМ IRQ2;
4) запрос на прерывание от таймера IRQ3;
5) запрос на прерывание от пульта управления IRQ4.
Прерывание работы системы при отказе источника питания имеет высший приоритет. Система при этом переходит на резервный источник питания (батарейка) вырабатывает сигнал Y5 установки внешних устройств в исходное состояние (например, отвод головок от диска, останов дисковода и т. д.) и передает в последовательный канал связи (если он был активен) код символа «!». Сигнал Y5 представит собой два прямоугольных импульса длительностью 30 мкс, следующие с интервалом в 30 мкс. После выполнении указанных действий микроконтроллер необходимо перевести в режим пониженного энергопотребления.
Прерывание от сигнала аварийного датчика включает на пульте управления аварийную сигнализации (звуковая с частотой 500 Гц) и обеспечивают выдачу на индикацию сигналов двоичных датчиков X1, X3, X4, X8 и цифровой код N1, поступающий с АЦП. После этого микроконтроллер необходимо перевести в режим пониженного энергопотребления.
Прерывания от терминала внешней ЭВМ осуществляются при приеме последовательным каналом связи символа управления обменом. Приемник последовательного адаптера выставляет при этом запрос на прерывание работы основной программы с целью передачи в последовательный канал связи запрашиваемой информации. Запрашиваемая информация формируется в зависимости от принятого из канала символа. При приеме символа «D» в канал передается значение Y1, при приеме символа А - значение Y4. После загрузки в буфер передатчика БИС последовательного адаптера запрашиваемой информации управление передается в прерванную программу. блок микропроцессорная сигнал
Прерывания от пульта управления влекут за собой выполнение следующих действия:
1. Считать информацию с тумблерного регистра.
2. Запись информации по заранее заданному адресу.
3. Организовать выход из прерывания на начало программы обработки.
Пульт управления
Пульт управления должен содержать следующие элементы:
1) устройство индикации;
2) входной 8-разрядный регистр для приема с тумблеров пульта значение константы К;
3) зуммер, на который подается меандр частотой 500 Гц;
4) кнопку «Сброс», при нажатии на которую производится начальная установка элементов системы;
5) тумблер «Останов», опрашиваемый в конце каждого цикла выполнения программы.
Устройство индикации может быть со светодиодами.
2. Структурная схема микропроцессорной системы управления
Функциональная схема системы управления представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Функциональная схема системы управления
Входными сигналами являются сигналы с цифровых датчиков X1, X3, X4, X8, аналоговых датчиков V1-V2.
Выходными сигналами являются цифровые сигналы Y1-Y3, Y5 и аналоговый сигнал Y4.
В качестве микроконтроллера выбрана микросхема PIC16F877А. Он является центральным блоком системы управления. МК обрабатывает входные сигналы с цифровых датчиков, сигналы прерывания, вырабатывает двоичные управляющие сигналы, сигналы управления периферийными устройствами.
Блоки вывода цифровых и аналоговых сигналов предназначены для вывода сигналов на исполняемые механизмы.
Блок расширения ввода вывода служит для увеличения количества линий ввода-вывода. В состав данного блока входят буферные регистры.
Блок канала связи состоит из микросхемы приема - передатчика согласующего МК с интерфейсом LVDS.
Микроконтроллеры семейства PIC имеют очень эффективную систему команд, состоящую всего из 35 инструкций. Все инструкции выполняются за один цикл, за исключением условных переходов и команд, изменяющих программный счетчик, которые выполняются за 2 цикла. Один цикл выполнения инструкции состоит из 4 периодов тактовой частоты. Каждая инструкция состоит из 14 бит, делящихся на код операции и операнд (возможна манипуляция с регистрами, ячейками памяти и непосредственными данными).
Высокая скорость выполнения команд в PIC-контроллерах достигается за счет использования двухшинной гарвардской архитектуры вместо традиционной одношинной Фон-Неймановской. Гарвардская архитектура основывается на наборе регистров с разделенными шинами и адресным пространством для команд и для данных. Набор регистров означает, что все программные объекты, такие как порты ввода/вывода, ячейки памяти и таймер, представляют собой физически реализованные аппаратные регистры.
Обоснуем выбор микроконтроллера PIC16F877А, для этого составим и проанализируем таблицу 1.
Таблица 1. Наименование линий ввода/вывода микроконтроллера
|
Датчики |
Исполнительный механизм |
Прочее |
Тип линии |
|
|
2(N1-N2) |
- |
- |
Аналоговая |
|
|
4 (X1, X3, X4, X8) |
- |
- |
Цифровая |
|
|
1(Аварийный датчик) |
- |
- |
Цифровая |
|
|
1(Контроль наличия напряжения питания) |
- |
- |
Цифровая |
|
|
- |
- |
8 (блок расширенного ввода/вывода) |
Цифровая |
|
|
- |
- |
1 (кнопка «прерывание от оператора») |
Цифровая |
|
|
- |
- |
1 (кнопка «Останов») |
Цифровая |
|
|
- |
- |
1 (звуковая сигнализация) |
Цифровая |
|
|
- |
- |
6 (разрешение преобразования) |
Цифровая |
|
|
- |
- |
1(Y1) |
Цифровая |
|
|
- |
- |
1(Y2/Y3) |
Цифровая |
|
|
1(Y5) |
Цифровая |
|||
|
- |
- |
2 (задающий генератор) |
Цифровая |
|
|
- |
- |
2 (USART) |
Цифровая |
Для обработки информации со всех датчиков и для управления всеми устройствами необходимо 33 линий ввода/вывода.
В данной МПС используется микроконтроллер PIC16F877А. Этот контроллер содержит все необходимые периферийные модули и имеет 33 линии ввода/вывода.
3. Принципиальные схемы чтения информации с датчиков микропроцессорной системы управления объектом
3.1 Разработка схемы сопряжения для подключения цифровых датчиков МК
Схема сопряжения обеспечивает гальваническую развязку цифровых датчиков и микроконтроллера. Схема сопряжения представлена на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема сопряжения для подключения цифровых датчика
Используется транзисторный оптрон с подключенным последовательно его светодиоду гасящим резистором. Оптрон выполняет функцию гальванической развязки и ключевого элемента. Защитный диод исключает пробой светодиода оптрона обратным напряжением. Формула для расчета резистора R1 следующая:
(1)
где Uпр - прямое падение напряжения на светодиоде оптрона при прямом токе Iпр.
В данной схеме используется оптрон АОТ101АС для которого Uпр = 1,6 В и Iпр = 5 мА. Таким образом:
кОм, кОм.
Максимально допустимый прямой ток диода должен быть не менее прямого тока через диод при «0» на входе:
(2)
где Uпрд - прямое падение напряжения на диоде;
- максимально допустимый прямой ток диода.
Для кремниевых диодов Uпрд = 0,7-1 В.
В качестве защитного диода выберем диод малой мощности КД102Б с
На выходе схемы формируется инверсный по отношению ко входному сигнал.
3.2 Разработка схемы сопряжения для подключения аналоговых датчиков МК
Схема сопряжения обеспечивает гальваническую развязку аналогового датчика и линии ввода AN0 контроллера, а также преобразует входной аналоговый сигнал с уровнями -35…+65 В в выходной сигнал с уровнями 0…5В. Схема сопряжения представлена на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема сопряжения для подключения аналогового датчика
На ОУ DA1 типа AD202 собран аналоговый неинвертирующий сумматор напряжений, который преобразует входной сигнал с уровнями -35…+65 В в сигнал с уровнями 0…5В.
; (3)
; (4)
где Uпит - напряжение источника питания, подключаемого к резистору R17.
Это напряжение выбирается следующим образом:
Так как Uвхmin < 0 В, то Uпит = +7,5 В (резистор R17 соединяется с выводом 6 ОУ (+Viss)). Выберем сопротивление резистора R13 = 10 кОм.
Решая совместно уравнения (3) и (4), получим
R17 = 2,15 кОм, R15 = 243 Ом.
3.3 Разработка схемы сопряжения контроля наличия напряжения питания
Светодиод оптрона питается через однополупериодный выпрямитель с фильтрующим конденсатором. Оптрон выполняет функцию гальванической развязки и ключевого элемента.
Рисунок 5. Схема контроля наличия напряжения питания
Uвх = ~220 В.
Емкость конденсатора C1 лежит в пределах 47-100 мкФ, а рабочее напряжение не менее 6 В. Максимальное обратное напряжение диода VD6 должно быть не менее 400 В, в нашем случае мы выбираем диод КД209Г. Сопротивление резистора R12 рассчитывается по формуле:
; (3)
где - действующее значение входного напряжения.
Ом, R12=28kОм
С3=47 мкФ
R11=1kОм
Используем оптрон VU5 марки AOT101AС и диод КД209Г.
4. Принципиальные схемы блоков вывода управляющих сигналов микропроцессорной системы управления объектом
4.1 Блок вывода аналогового управляющего сигнала
Для получения аналогового управляющего сигнала Y4 необходимо использовать ЦАП. В качестве ЦАП используем микросхему AD557.
Схема блока вывода аналогового управляющего сигнала представлена на рисунке 6.
Рисунок 6. Схема блока вывода аналогового управляющего сигнала
4.2 Схема подключения МК с исполнительными механизмами
Для согласования диапазонов напряжений микроконтроллера и исполнительных механизмов используем следующие схемы сопряжения.
Диапазон напряжения сигналов с микроконтроллера на исполнительные механизмы (ИМ): 0 .. 5В. В схеме сопряжения производится оптронная развязка (рисунок 7).
Рисунок 7. Схема сопряжения с выходами Y1, Y2/Y3, Y5
Рассчитаем значения резисторов:
Ом
5. Принципиальная схема блока последовательного канала связи
В проектируемой системе управления подсистема ввода-вывода будет реализована по стандарту LVDS. В роли ресивера-трансмиттера в микроконтроллере будет выступать USART. Рассмотрим LVDS адаптер, собранный на базе ресивера-трансмиттера SN65LVDM179D. Принципиальная схема подсистемы ввода-вывода представлена на рисунке 8.
Рисунок 8. Принципиальная схема подсистемы ввода-вывода по интерфейсу LVDS
После включения питания можно установить связь с любым устройством, оборудованным ИК-портом.
6. Принципиальная схема пульта управления
Пульт управления содержит восемь тумблеров для ввода 8-разрядного кода установки, кнопку «Enter» (служит для занесения в МК значения константы), тумблер «Останов» (служит для остановки программы), тумблер «Прерывание от оператора» (служит для выдачи на индикацию значений). Выводы пульта управления подключены к портам МК.
Для обеспечения выдачи на индикацию сигналов двоичных датчиков, Y1-Y3, и цифрового кода N1, поступающего с АЦП, а также константы Q, хранящейся во внутренней памяти МК и значения Y4, применяются регистры DD5 - DD9 соответственно, марки КР1553ИP22, которые обеспечивают хранение информации, поступающей для вывода на индикацию (рисунок 9). Также на схеме изображено подключение аварийного зуммера.
Работа регистра марки КР1553ИР22 представлена в виде таблицы 2.
Таблица 2. Режимы работы регистра КР1553ИР22
|
Входы |
ВыходыQ0-Q7 |
Режимы работы |
|||
|
Z |
C |
Dn |
|||
|
L |
H |
H |
H |
защелкивание и считывание из регистра |
|
|
L |
H |
L |
L |
защелкивание и считывание из регистра |
|
|
L |
L |
x |
Q0 |
хранение |
|
|
H |
x |
x |
Z |
защелкивание в регистр, разрыв выходов |
Схема пульта управления представлена на рисунке 9.
Рисунок 9. Схема подключения пульта управления
7. Разработка структуры программного обеспечения и общего алгоритма управления
Рисунок 10. Структурная схема управления объектом
Блок «инициализация» выполняет начальную установку системы: настройку периферийных модулей, посылку в выходные каналы начальных значений управляющих воздействий и т. д.
Блок «обработка полученной информации и формирование выходных сигналов» реализует задачу логического управления: принимает информацию от двоичных датчиков X1, X3, X4, X8 вычисляет значение булевой функции и выдает это значение в качестве управляющего сигнала Y1 по соответствующему выходному каналу на исполнительный механизм. А также обеспечивает прием информации с аналоговых датчиков V1, V2 ее преобразование в цифровую форму, вычисление значений управляющих воздействий Y2, YЗ, Y4 и выдачу их на исполнительные механизмы. При выполнении этого блока учитывается значение уставки, заданное оператором с пульта.
8. Разработка алгоритма работы блока чтения информации с цифровых датчиков
Рисунок 11. Алгоритм работы блока чтения информации с цифровых датчиков
В данном блоке происходит побитное считывание значений бинарных датчиков Х1, Х3, Х4, Х8.
9. Разработка алгоритма работы блока чтения информации с аналоговых датчиков
В данном пункте рассматриваются методы считывания информации с аналоговых датчиков.
Рисунок 12. Алгоритм работы блока чтения информации с аналоговых датчиков
В блоке 1 происходит вычисление логической функции задания и в зависимости от результата (если результат равен 1) вырабатывается сигнал Y1 длительностью Т1 (806 мкс).
А также вычисляется значение функции N3 = min(N1+K; N2).
В зависимости от результата сравнения значения функции N и константы Q вырабатывается сигнал длительностью Y2 (624 мкс) или Y3 (107 мкс).
Для формирования сигналов Y1-Y3 будем использовать таймер TMR1. Предделитель выбираем 1:1. На таймер приходит частота 4МГц/4=1МГц=1мкс.
НАСТРОЙКА TMR1
(СЛУЖИТ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ Т1,Т2,Т3,Т5)
BANKSEL T1CON
MOVLW B'00001000' ;ПРЕДДЕЛИТЕЛЬ 1:1, ВНУТРЕННИЙ ТАКТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР
MOVWF T1CON ;ТАЙМЕР ВЫКЛЮЧЕН
Рассчитаем константы: Т1=806 мкс (806 импульсов по 1мкс). Переведем 806 в шестнадцатеричную систему (408d=326h). Так как таймер 16-ти разрядный, то FFFF-0326=FCD9, полученное значение записываем в регистр TMR1.
MOVLW 0xD9
MOVWF TMR1L
MOVLW 0xFC
MOVWF TMR1H
Для сигналов Y2, Y3 и Y5 поступаем аналогичным образом.
T2 = 624 мкс (624 импульса по 1мкс). Переведем 624 в шестнадцатеричную систему (624d = 270h). Так как таймер 16-ти разрядный, то FFFF-270=FВ8F, полученное значение записываем в регистр TMR1.
MOVLW 0x8F
MOVWF TMR1L
MOVLW 0xFB
MOVWF TMR1H
T3 = 107 мкс (107 импульсов по 1мкс). Переведем 107 в шестнадцатеричную систему (107d = 6Bh). Так как таймер 16-ти разрядный, то FFFF-6B=FF94, полученное значение записываем в регистр TMR1.
MOVLW 0x94
MOVWF TMR1L
MOVLW 0xFF
MOVWF TMR1H
10. Разработка алгоритма работы блока обмена информацией по последовательному каналу связи
В блоке 1 осуществляется прием информации по последовательному каналу связи символа.
В блоке 2 проверяется является ли принятый символ символом D. Для этого из кода принятого символа вычитается код символа D и анализируется флаг переноса. Если принятый символ является символом D, то управление передается на блок 4, иначе на блок 3.
В блоке 4 в линию связи передается значение переменной в которой хранится Y1.
В блоке 3 проверяется, является ли принятый символ символом А. Для этого из кода принятого символа вычитается код символа А и анализируется флаг переноса.
Если принятый символ является символом А, то в блоке 5 в линию связи передается значение переменной, в которой хранится Y4.
Расчёт константы для установки требуемой скорости обмена.
Выберем асинхронный режим обмена, т.к. для организации связи требуются только две линии связи, в отличие от синхронного режима, в котором требуется линия синхронизации.
Для асинхронного режима отсюда
Произведем инициализацию USART
BANKSEL TXSTA
MOVLW B'00100000'
MOVWF TXSTA
MOVLW 0x02
MOVWF SPBRG
BANKSEL RCSTA
MOVLW B'10000000'
MOVWF RCSTA
11. Разработка алгоритма работы блока взаимодействия с оператором
Рисунок 14. Алгоритм работы блока взаимодействия с оператором
В блоке 1 опрашивается тумблерный регистр пульта управления и формируется код установки К.
В блоке 2 сформированный код записывается по заранее заданному в программе адресу.
В блоке 3 проверяется наличие прерывания от аварийного датчика.
В блоке 4 на пульте управления включается аварийная сигнализация.
В блоке 5 обеспечивается выдача на индикацию сигналов двоичных датчиков.
В блоке 6 обеспечивается выдача на индикацию цифрового кода N1, поступающего с АЦП.
В блоке 7 микроконтроллер переводится в режим пониженного энергопотребления.
В блоке 8 проверяется наличие прерывания от ПУ.
В блоке 9 обеспечивается выдача на индикацию значения Y1.
В блоке 10 обеспечивается выдача на индикацию результат сравнения N>Q.
В блоке 11 обеспечивается выдача на индикацию сигналов двоичных датчиков X3-X7.
В блоке 12 обеспечивается выдача на индикацию константы Q.
В блоке 13 выход из прерывания на начало программы обработки.
12. Разработка алгоритма работы обработки аварийных ситуаций
Рисунок 15. Алгоритм обработки прерывания от блока питания
В блоке 1 вырабатывается сигнал Y5 установки внешних устройств в исходное состояние.
В блоке 2 вырабатывается сигнал для отображения аварийной световой индикации на ПУ.
В блоке 3 в последовательный канал связи передается код символа «!»
В блоке 4 микроконтроллер переводится в режим пониженного энергопотребления.
13. Расчет электрических параметров мпс
Рассчитаем мощность, потребляемую микроконтроллером:
; (4)
где - напряжение относительно ;
- максимальный ток вывода ;
- выходное напряжение высокого уровня;
- ток I/O канала;
- выходное напряжение низкого уровня;
- ток I/O канала.
Рассчитаем мощность, рассеиваемую всеми резисторами схемы:
; (5)
где - напряжение на i-м резисторе;
- сопротивление i-го резистора.
Рассчитаем мощность, рассеиваемую индикаторами:
; (6)
где - напряжение на i-м светодиоде;
- ток в i-м светодиоде.
;
Произведем расчет потребляемой мощности системы, для чего необходимо просуммировать максимальный токи, потребляемые каждым из устройств системы и полученную сумму умножить на напряжение питания.
Расчет потребляемого тока приведен в таблице 3.
В приведенном расчете не учитывается потребление или рассеяние энергии резисторами, конденсаторами, диодами, операционными усилителями и источниками опорного напряжения, т.к. оно будет незначительным -- порядка сотых долей ватта. Однако при проектировании блока питания его мощность необходимо увеличить минимум в 2 раза, чтобы учесть это потребление.
Таблица 1. Расчет тока потребления
|
Наименование |
Потребляемый ток, мА |
Количество, шт |
Общий ток, мА |
Общая потребляемая мощность, мВт |
|
|
15 B |
|||||
|
AD202 |
5 |
2 |
10 |
150 |
|
|
5 B |
|||||
|
К155ЛН1 |
33 |
1 |
33 |
165 |
|
|
К155ЛЕ3 |
19 |
1 |
19 |
95 |
|
|
AD557 |
100 |
1 |
100 |
500 |
|
|
KР1553ИP22 |
80 |
5 |
400 |
2000 |
|
|
SN65LVDM179D |
50 |
1 |
50 |
250 |
|
|
Итого: 5В 15В |
600 10 |
3010 150 |
Потребляемая мощность составит
14. Разработка блока питания
Наиболее подходящим является трансформатор питания ТПП 261-127/220-50 мощностью 31 В·А. Особенностью данного трансформатора является то, что у него низкое напряжение вторичных обмоток, поэтому он применяется в основном для питания устройств в радиоэлектронике.
Таблица 2. Электрические параметры трансформатора ТПП261-127/220-50
|
Выводы обмоток |
Напряжение, В |
Допустимый ток, А |
|
|
11-12 |
10 |
0,475 |
|
|
13-14 |
10 |
0,475 |
|
|
15-16 |
20 |
0,475 |
|
|
17-18 |
20 |
0,475 |
|
|
19-20 |
2,6 |
0,475 |
|
|
21-22 |
2,6 |
0,475 |
Напряжение на отводах первичных обмоток трансформаторов ТПП261 на 127/220 В:
· между выводами 1 и 2, 6 и 7 - 7 В;
· между выводами 2 и 3, 7 и 8 - 100 В;
· между выводами 3 и 4, 8 и 9 - 20 В;
· между выводами 4 и 5, 9 и 10 - 11 В.
При использовании трансформаторов ТПП261-127/220 на 127 В необходимо:
· соединить выводы 1 и 6, 4 и 9, при этом первичные обмотки 1-6 и 4-9 соединяются последовательно;
· подать напряжение 127 В на выводы 1 и 4 (6 и 9).
При использовании трансформаторов ТПП261-127/220 на 220 В необходимо:
· соединить выводы 3 и 7;
· подать напряжение 220 В на выводы 2 и 9.
· или соединить выводы 4 и 7;
· подать напряжение 220 В на выводы 2 и 8.
В виду того, что по цепи +5В ток составляет 600 А, то необходимо соединить обмотки 11-12 и 13-14 параллельно.
Кроме трансформатора в состав блока питания входят схемы выпрямителей и схемы стабилизации.
Схемы выпрямителей переменного напряжения представляют собой диодные мосты КЦ407А.
В качестве схемы стабилизации по каналу плюс 5В применим интегральный стабилизатор напряжения LM7805, по каналу плюс 15В -- LM78M15.
Т.к. выходные токи и мощность блока питания больше расчетной, то блок питания удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям.
Схема блока питания представлена на рисунке 16.
Рисунок 16. Схема блока питания
Заключение
В данной курсовой работе разработана микропроцессорная система управления объектом, включающая микроконтроллер (PIC16F877), аналого-цифровой преобразователь, схемы сопряжения и логические микросхемы. В систему входит пульт управления, с помощью которого оператор может управлять работой системы. Также была составлена программа, обеспечивающая выполнение алгоритма управления. Были получены навыки в проектировании микропроцессорных управляющих систем.
Список использованных источников
1. Сташин, В.В. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах / В.В. Сташин, А.В. Уросов, О.Ф.Мологонцева - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 224 с.
2. Бродин, В.Б. Системы на микроконтроллерах и БИС программируемой логики / В.Б. Бродин, А.В.Калинин - М.: Издательство ЭКОМ, 2002. - 400 c.
3. Яценков, В.С. Микроконтроллеры Microchip. Практическое руководство / В.С. Яценков - М.: Горячая линии - Телеком, 2002. - 296 с.
4. Тавернье, К. PIC-микроконтроллеры. Практика применения: Пер. с фр. /К. Тавернье - М.: ДМК Пресс., 2004. - 272 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Структурная схема микропроцессорной системы управления. Разработка принципиальной схемы блока чтения информации с датчиков. Алгоритм работы блока обмена данными по последовательному каналу связи. Электрические параметры системы, листинг программы.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 21.11.2013Изучение устройства связи с датчиком и исполнительными механизмами, разработка блока памяти объёмом 80 кб. Характеристика программ, обеспечивающих выполнение заданного алгоритма и алгоритма обмена. Оценка микропроцессорной системы по аппаратным затратам.
практическая работа [154,1 K], добавлен 14.11.2011Структурная и принципиальная электрические схемы микропроцессорной системы (МПС) для управления объектом. Программные модули, обеспечивающие выполнение алгоритма управления объектом, оценка параметров МПС. Расчет аппаратных затрат, потребляемой мощности.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 28.12.2012Проект структурной схемы микропроцессорной системы управления. Блок-схема алгоритма работы МПС; создание программы, обеспечивающей его выполнение. Распределение области памяти под оперативное и постоянное запоминающие устройства. Оценка ёмкости ПЗУ и ОЗУ.
курсовая работа [467,9 K], добавлен 21.05.2015Описание алгоритма работы и разработка структурной схемы микропроцессорной системы управления. Разработка принципиальной схемы. Подключение микроконтроллера, ввод цифровых и аналоговых сигналов. Разработка блок-схемы алгоритма главной программы.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 26.06.2016Разработка микропроцессорной системы управления объектом, который задан видом и количеством данных поступающих с объекта, потребным ресурсом для обработки данных, видом и количеством управляющих сигналов. Алгоритм передачи через последовательный порт.
курсовая работа [978,9 K], добавлен 31.05.2019Структурная схема микропроцессорной системы. Арифметико-логическое устройство обработки информации. Системные и управляющие регистры процессора, их категории. Схема внутреннего управления. Типовые значения ключевых параметров для кэш-памяти; чипсет.
презентация [2,9 M], добавлен 29.08.2015Разработка схемы блока чтения информации с датчиков, устройства сопряжения с аналоговым датчиком. Расчет электрических параметров микропроцессорной системы управления. Алгоритмы работы блока взаимодействия с оператором и обработки аварийных ситуаций.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 06.03.2016Разработка микропроцессорной системы управления технологическим объектом. Выбор и расчет элементов системы, разработка ее программного обеспечения. Составление структурных, функциональных и принципиальных схем микроконтроллеров семейства MCS-51.
курсовая работа [579,0 K], добавлен 20.09.2012Исходные данные для разработки цикловой системы управления и проектирования усилителей управляющих сигналов. Блок-схема алгоритма работы системы управления пятью гидроцилиндрами промышленного робота. Принцип работы схемы и расчет силовых ключей.
курсовая работа [136,0 K], добавлен 08.06.2014Изобретение и развитие микропроцессоров. Микроконтроллеры различных типов. Принципиальная схема микропроцессорной системы. Выбор датчиков Расчет основных элементов МПС. Составление алгоритма работы схемы, программы для нее. Сборка МПС в программе Proteus.
курсовая работа [387,3 K], добавлен 25.04.2016Разработка принципиальных схем блоков чтения информации с датчиков. Сопряжение с цифровыми и аналоговыми датчиками. Алгоритм работы блока чтения информации с цифровых датчиков. Расчет электрических параметров микропроцессорной системы управления.
дипломная работа [760,0 K], добавлен 27.06.2016Принципиальные схемы вычислительного канала, устройств сравнения и контроля, безопасного ввода информации. Разработка алгоритма управления состоянием переезда, передачи и программного обеспечения. Расчет показателей безотказности и безопасности системы.
курсовая работа [822,8 K], добавлен 08.02.2014Создание микропроцессорной системы на базе микроконтроллера, предназначенного для функциональной диагностики цифровых и интегральных микросхем. Разработка и расчёт блоков микроконтроллера, сопряжения, управления, питания, цифровой и диодной индикации.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 28.01.2016Аппаратные принципы построения устройств микропроцессорной техники и приобретение практических навыков по разработке микропроцессорных систем. Техническая характеристика микропроцессора ATmega и анализ микросхемы памяти. Схема микропроцессорной системы.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 19.11.2011Разработка микропроцессорной системы для контроля и индикации параметров изменяющегося по случайному закону 8-ми разрядного двоичного кода. Проектирование принципиальной схемы микроконтроллера, описание работы схемы. Разработка блок-схемы программы.
курсовая работа [752,4 K], добавлен 10.01.2013Электронный замок: общая характеристика и принцип действия. Анализ вариантов реализации устройства. Разработка алгоритма функционирования, структурной и электрической принципиальной схемы электронного замка. Блок-схема алгоритма работы программы.
курсовая работа [363,3 K], добавлен 10.05.2015Математическая модель технологического процесса. Структурная схема микропроцессорной системы. Алгоритм работы цифровой вычислительной машины. Расчет параметров устройства управления. Моделирование динамики системы с применением ППП "MatLab/Simulink".
курсовая работа [1016,6 K], добавлен 21.11.2012Основные функции конструктивных элементов пассажирского лифта, принцип и структурная схема его работы. Характеристика релейной и микропроцессорной станций управления. Преимущества разрабатываемого устройства, реализация его режимов управления лифтом.
дипломная работа [1014,2 K], добавлен 25.04.2013Структурная схема системы связи. Временные и спектральные диаграммы на выходах функциональных блоков системы связи. Структурная схема приёмника. Вероятность ошибки на выходе приемника. Использование сложных сигналов и согласованного фильтра.
курсовая работа [425,4 K], добавлен 03.05.2007
