СОДЕРЖАНИЕ
Лист
1. Введение. 3
2. Анализ
исходных данных, выбор параметра контроля. 6
2.1. Отладочный
комплекс. 6
2.2. Выбор параметра
контроля. 10
3. Описание
схемы электрической принципиальной. 11
3.1. Плата
микроконтроллера. 11
3.2. Плата
макета. 13
4. Описание алгоритма
программы. 15
5. Описание
программы. 17
6. Методика
выполнения лабораторной работы. 21
6.1. Цель работы. 21
6.2. Описание
лабораторной установки. 21
6.3. Исходные
данные. 23
6.4. Домашние
задание. 24
6.5. Рекомендации
по выполнению. 24
6.6. Последовательность
выполнения работы. 26
7. Заключение. 27
Литература. 29
Приложение. Текст программы 30
Графическая часть
Лист №1 Схема электрическая принципиальная
Лист №2 Блок схема алгоритма
1.
Введение.
В настоящее время практически невозможно указать какую-то отрасль
науки и производства, в которой бы не использовались микропроцессоры (МП) и
микроЭВМ.
Универсальность и гибкость МП как устройств с программным
управлением наряду с высокой надежностью и дешевизной позволяют широко
применять их в самых различных системах управления для замены аппаратной
реализации функций управления, контроля, измерения и обработки данных.
Применение МП и микроЭВМ в системах управления промышленным оборудованием
предполагает, в частности, использование их для управления станками,
транспортировочными механизмами, сварочными автоматами, прокатными станами,
атомными реакторами, производственными линиями, электростанциями, а также создание
на их основе робототехнических комплексов, гибких автоматизированных
производств, систем контроля и диагностики. Микропроцессорные средства
позволяют создавать разнообразные по сложности выполняемых функций устройства
управления — от простейших микроконтроллеров несложных приборов и механизмов до
сложнейших специализированных и универсальных систем распределенного управления
в реальном времени.
Среди различных форм организации современных микропроцессорных
средств можно условно выделить следующие группы:
-
встраиваемые МП и простейшие микроконтроллеры;
-
универсальные микроконтроллеры и
специализированные микроЭВМ;
-
микроЭВМ общего назначения;
-
мультимикропроцессорные системы;
-
аппаратные средства поддержки микропроцессорных
систем (расширители).
Встраиваемые в приборы и аппаратуру МП и простейшие микроконтроллеры
жестко запрограммированы на реализацию узкоспециализированных задач, их
программное обеспечение проходит отладку на специальных стендах или
универсальных ЭВМ, затем записывается в ПЗУ и редко изменяется в процессе
эксплуатации. Встраиваемые средства используют и простейшие внешние устройства
(тумблеры/клавишные переключатели, индикаторы).
Специализированные микроЭВМ
реализуются чаще всего на основе секционных микро программируемых МП,
позволяющих адаптировать структуру, разрядность, систему команд микроЭВМ под
определенный класс задач. Однако такой подход организации систем требует
трудоемкой и дорогой разработки «Собственного» программного обеспечения.
В последнее время широкое распространение получают также
программируемые микроконтроллеры, представляющие собой специализированные
микроЭВМ, ориентированные на решение многочисленных задач в системах
управления, регулирования и контроля. Особую группу составляют программируемые
контроллеры для систем автоматического регулирования. Важнейшим устройством
любой системы автоматического регулирования является регулятор, задающий
основной закон управления исполнительным механизмом. Замена классических
аналоговых регуляторов универсальными программируемыми микроконтроллерами,
способными программно перестраиваться на реализацию любых законов
регулирования, записанных в память микроконтроллеров, обеспечивает повышение
точности, надежности, гибкости, производительности и снижение стоимости систем
управления. Большим достоинством универсальных микроконтроллеров является их
способность выполнять ряд дополнительных системных функций: автоматическое
обнаружение ошибок, контроль предельных значений параметров, оперативное
отображение состояния систем и т. п.
В системах автоматического регулирования особое место выделяется для
систем управления двигателями, в таких системах основной регулируемой величиной
является частота вращения якоря двигателя, которая изменяется при изменении
нагрузки. Использование взамен аналогового регулятора микроконтроллера позволит
существенно улучшить процесс регулирования. Применение цифрового индикатора и
клавиатуры упростит работу по установке параметров автоматического
регулирования и контроля регулируемого значения.
В дипломном проекте рассматривается автоматизированная система
управления двигателем. В качестве регулятора используется микроконтроллер,
который должен поддерживать, определенную пользователем, частоту вращения и
выдавать текущие обороты якоря двигателя.
2.
Анализ исходных данных, выбор параметра
контроля.
Исходными данными определена разработка платы и программного
обеспечения с режимами установки частоты вращения якоря двигателя, стабилизации
частоты вращения и ее индикации.
Область применения макета – лабораторные и практические работы в
ККЭП.
2.1. Отладочный
комплекс.
Базой исходных данных является отладочный комплекс МК51. Комплекс
состоит из платы микроконтроллера и программного обеспечения и предназначен для
отладки и тестирования аппаратуры и программного обеспечения управляющих систем,
выполнен на базе микроконтроллера (МК) семейства Intel imcs51.
Плата МК51 состоит из следующих блоков:
-
МК SAB80C535 предназначенный для выполнения программы МОНИТОР и для
выполнения пользовательской программы (управления);
-
постоянное запоминающее устройство,
предназначенное для хранения программы МОНИТОР; емкость ПЗУ 32К байт;
-
оперативное запоминающее устройство,
предназначено для хранения программы пользователя (программа работы управляющей
системы);
-
дисплей, предназначен для контроля значений
вводимых параметров, вывода значений параметров системы управления, вывода
символов;
-
клавиатура, предназначена для ввода значений
параметра программы управляющей системы, запуска программы управления, вызова
процедур и сброса МК;
-
буфер интерфейса связи платы ПМК с компьютером;
-
блок коммутации адресов ОЗУ и ПЗУ.
Программное обеспечение состоит из программы FDSAB полноэкранный отладчик программ на
ассемблере микроконтроллеров семейства МК51, ориентированный на использование
совместно с платой для отладки программ на базе микроконтроллера Siemens SAB80C535
предназначена для отображения и полноэкранного редактирования ресурсов
микроконтроллера, загрузки программного кода для микроконтроллера, исполнения
его в ПМК полностью, блоками или по шагам.
В программе предусмотрен режим терминала с возможностью выбора
номера коммуникационного канала (1 или 2) и скорости передачи и приема данных.
Меню программы содержит следующие пункты:
1.
Загрузить файл с программой... <F3>
2.
Выполнить программу ПМК <F9>
3.
Перечитать ОЗУ и регистры ИЗ ПМК <F5>
4.
Загрузить ОЗУ и регистры В ПМК <Alt+F5>
5.
Прочитать ПЗУ или ОЗУ команд ПМК… <F6>
6.
Загрузить ПЗУ или ОЗУ команд ПМК… <Alt+F6>
7.
Перегрузить программу В ПМК <Alt+S>
8.
Дизассемблировать команды в диапазоне… <Alt+D>
9.
Сохранить текст программы в файл… <F10>
10.
Включить / выключить
символьные метки <Alt+V>
11.
Параметры связи… <Alt+L>
12.
Режим терминала > <Alt+T>
13.
Краткая информация о системе <Alt+I>
14.
Выход <Alt+X>
Назначение пунктов меню:
1. Выбор
на дисках компьютера двоичного файла (.BIN) с программой,
загрузка в отладчик и память команд макета и дизассемблирование загруженного
кода на экран в область отображения дизассемблированных инструкций.
2. Передача
управления от монитора ПМК программе пользователя в памяти команд макета.
3. Считывание
содержимого внутренней ОЗУ макета и специальных функциональных регистров из
ПМК.
4. Загрузка
в ПМК содержимого внутренней ОЗУ из отладчика и специальных регистров.
5. Считывание
содержимого памяти команд ПМК в отладчик (диапазон запрашивается).
6. Загрузка
содержимого памяти команд ПМК из отладчика в ПМК (диапазон запрашивается).
7. Перезагрузка
кода программы в память команд ПМК из памяти отладчика.
8.
Дизассемблирование программного кода из памяти
команд отладчика в запрашиваемом диапазоне адресов. По выбору пользователя
инструкции дописываются за уже имеющимися либо заменяют их.
9.
Сохраняет в файл, имя которого запрашивается,
дизассемблированный фрагмент программы пользователя с мнемоническими
обозначениями регистров процессора Siemens SAB80C535 и символьными метками (если включен режим
отображения символьных меток).
10. Переключает
режим представления дизассемблированного кода на экране: с выделенными
символьными метками или только с адресами переходов.
11. Изменение
номера последовательного порта компьютера, к которому подключена ПМК и скорости
передачи через порт посредством изменения делителя частоты.
12. Перевод
программы в режим терминала. В этом режиме пользователь может принимать и
передавать данные по последовательному порту в ПМК.
13. Отображение
краткой информации о системе (объем свободной ОП, место на текущем диске,
параметры соединения, загруженный файл).
14. Выход
из программы.
2.2. Выбор
параметра контроля.
Очевидным параметром контроля является частота вращения ротора
электродвигателя. Датчиком для установления числа оборотов может служить
оптопара. Однако в этом случае из-за малой частоты импульсов, поступающих от
датчика, будет невысокой стабильность частоты вращения, из-за большой
длительности измерения и быстрого характера изменения нагрузки.
Для увеличения стабильности предусматривается диск на котором
расположено максимальное число прорезей. В этом случае одному обороту вала
двигателя будет соответствовать большое количество импульсов от датчика. Но и в
этом случае для точного измерения частоты вращения требуется значительное
время. Проведенные опыты действительно показали значительное отклонение частоты
вращения от установленной.
Высшую стабильность удержания частоты вращения обеспечивает способ
измерения периода импульсов от датчика. МК имеет в своей архитектуре
соответствующую аппаратную и программную поддержку.
3.
Описание схемы электрической принципиальной.
Схема электрическая принципиальная представлена в графической части
лист1.
3.1. Плата
микроконтроллера.
Порты Р0 и Р2 МК используются в режиме внешней памяти. Младшие
разряды адреса ячейки памяти запоминаются в регистре адреса (DD9) импульсом ALE.
Блок переадресовки выполнен на элементах DD6 и DD7 и выполняет функцию переключения адресов в соответствии с
таблицей 3.1.
Таблица 3.1
|
Исходный адрес
|
Рабочий адрес
|
|
ПЗУ
|
ОЗУ
|
ПЗУ
|
ОЗУ
|
|
0000Н
|
8000Н
|
8000Н
|
0000Н
|
По сигналу RESET=0
RS – триггер на
элементах DD7.3 – DD7.4
установлен в единичное состояние (на выводе 13 DD7.4 уровень логического нуля) и
производится выбор ПЗУ (DD12).
После отпускания кнопки сброса (SA1)
триггер сохраняет свое состояние и импульсом PSEN считывается 1-й байт команды перехода из ПЗУ. Триггер
удерживается в единичном состоянии сигналом с выхода DD6.1 (А15=0 => А15=1), несмотря на наличие
импульса PSEN на входе
1 элемента DD7.2.
В следующих двух обращениях считывается из ПЗУ адрес перехода 8000Н
и выполняется команда SJMP
8000H.
При чтении из ячейки 8000Н первого байта команды МК выдает адрес, в
котором А15=0, следовательно на выходе DD6.1 формируется низкий уровень. Импульсом PSEN формируется положительный импульс
на выходе DD7.2 и
триггер переключается. Так как А15=1, то на выходе DD6.1 присутствует низкий уровень,
следовательно на выходе DD6.2
– высокий и несмотря на то, что триггер переключился выбор ОЗУ не производится.
Выбор ОЗУ будет производится если А15=0 и считывание команд производится
импульсом PSEN.
Порты Р4 и Р5 используются для подключения клавиатуры и дисплея. В
плате используется клавиатура формата 4х4 и четырех разрядный дисплей
динамического типа. Разряды Р4.3 – Р4.0 являются разрядами сканирования
клавиатуры и одновременно разрядами выбора индикатора. Сигналы выбора
индикатора («бегущий ноль») подаются на входы усилителей (DD10). Низкий уровень с выхода DD10 производит выключение
транзистора, через который подается на общий анод выбранного индикатора
напряжение +5В.
Сигналы сегментов с выходов порта Р5 через токовые усилители DD4 поступают на шину
сегментов С0 – С7 индикаторов. Резисторы R17 – R24 определяют значения амплитуды импульса тока,
протекающего через сегменты.
Разряды Р4.7 – Р4.4 являются входами сигналов опроса клавиатуры.
С помощью элементов DD11.1
– DD11.2 формируется сигнал запроса прерывания от клавиатуры,
поступающий на вход INT0
МК.
ИМС DD5
является преобразователем уровней для последовательного канала.
Элементы источника питания:
VD3 – диод
выпрямителя;
С5 – С8 –
сглаживающий фильтр;
DD3 –
стабилизатор напряжения.
Трансформатор блока питания вынесен в отдельный блок, совмещенный
вилкой питания.
Соединение с «внешним миром» производится с помощью разъемов.
Разъем Х7
предназначен для соединения с СОМ – портами компьютера.
На контакты разъемов Х1 выведены входы порта Р6 и входы эталонных питания и земли.
На контакты разъема Х5
выведены линии от порта Р3.
На контакты разъема Х4
выведены линии от порта Р1.
Разъем Х8
используется для подключения блока трансформатора.
3.2. Плата
макета.
Оптопара VD1 VD2
является датчиком частоты вращения якоря двигателя. Фотодиод VD1 формирует токовые импульсы при
прохождении шторки освещением от светодиода VD2. Импульс с VD1
открывает транзистор VT1
тем самым формируя импульс на его коллекторе.
Управление двигателем происходит при помощи DD1 (ИМС управления реверсивными
коллекторными двигателями). Режимы работы представлены в таблице 3.2.
Таблица 3.2
|
Режим
работы
|
IN1
|
IN2
|
OUT1
|
OUT2
|
|
Тормоз
|
1
|
1
|
L
|
L
|
|
Движ/Рев
|
0
|
1
|
L
|
H
|
|
Рев/Движ
|
1
|
0
|
H
|
L
|
|
Стоп
|
0
|
0
|
¥
|
¥
|
На входы DD1 поступают
логические уровни «0» «1», что выбирает режим работы двигателя, подключенного к
выходам DD1. С1 – С4 –
сглаживающие фильтры.
Переменным резистором R8, соединенным последовательно с генератором, подается нагрузка
на двигатель. Резисторы R5 R9
(R5=R9) соединены общим проводом, а с других концов снимается аналоговое
значение напряжения для определения нагрузки. В зависимости от направления
вращения генератора ток в цепи будет протекать в двух направлениях,
следовательно, значение потенциалов напряжения на R5 R9 будут противоположны, но равны по
значению. Это обеспечивает измерение напряжения в реверсном режиме работы
двигателя.
4.
Описание алгоритма программы.
Блок схема алгоритма представлена в графической части лист 2.
Главная программа зациклена и представляет собой блок процедуры
индикации. Программы измерения частоты вращения двигателя и обработки нажатия
клавиш выполняются прерывая основную программу индикации прерываниями от
измерителя частоты и клавиатуры соответственно. После выполнения программ
обработки прерываний программа индикации продолжает работу с места ее
прерывания.
Подпрограмма (ПП) обработки прерывания от измерителя (INT1) вначале выполнения
проверяет повторное вхождение в ПП. При первом вхождении осуществляется запуск
измерителя и выход. При повторном вхождении измеренное значение длительности
периода импульса от датчика запоминается, сравнивается с заданным значением.
Если измеренное значение меньше заданного тогда значит частота вращения
снизилась и происходит включение двигателя, иначе двигатель отключается. После
чего анализируется режим индикации: обороты двигателя или индикация нагрузки
приложенной к двигателю с помощью генератора. В зависимости от сделанного
выбора измеренное значение частоты вращения или нагрузки преобразовывается в
позиционно-десятичное значение и выдается в индикатор. Затем происходит выход
из ПП.
В ПП обработки прерывания от клавиатуры (KLAV) определяется нажатие
функциональной клавиши. Если клавиша не функциональная то выполняется сдвиг
индикационных ячеек влево и запись кода нажатой клавиши в последнею
индикационную ячейку, далее выход. Если же клавиша функциональная производится
определение какая именно нажата для этого служат четыре блока решения, если
функциональность клавиши не определится то значит нажата клавиша «реверса» при
нажатии которой осуществляется реверс направления вращения якоря двигателя и
выход. Далее перечислены действия по нажатию функциональных клавиш, после
выполнения которых ПП завершается:
-
клавиша «удалить» - сдвиг индикационных ячеек в
право и запись в старшую ячейку нуля;
-
клавиша «старт» - преобразования введенного
числа оборотов в секунду в длительность периода импульсов с датчика;
-
клавиша «стоп» - остановка двигателя;
-
клавиша «режим» - переключение режима индикации
частоты вращения / подаваемой нагрузки.
5.
Описание программы.
В программе используются символические имена присвоенные ячейкам
ОЗУ:
st1 data 52h
номер сдвига индикационной ячейки n_sd data 53h
введенная частота вращения якоря
двигателя obor data 54h
делимое 1-й байт chi_3
data 55h
делимое 2-й байт chi_2
data 56h
делимое 3-й байт chi_1
data 57h
делитель 1-й байт zn_h
data 59h
делитель 2-й байт zn_l
data 5ah
частное 1-й байт rez_h
data 5bh
частное 2-й байт rez_l
data 5ch
результат деления 16/8 rezul
data 5dh
измеренная длительность импульса мл.
байт dli_i_l data 5eh
измеренная длительность импульса ст.
байт dli_i_h data 5fh
заданная длительность импульса мл.
байт dli_l data 60h
заданная длительность импульса ст.
байт dli_h data 61h
временная ячейка temp
data 62h
счетчик паузы выдачи измеренного
значения indik data 63h
Используемые биты флагов перечислены
ниже:
повторный вход в п.п. измерения
периода импульса flag bit 00h
индикация нажатия функциональной
клавиши f_ind bit 01h
функциональная клавиша «реверс» f_rev bit 02h
направление вращения f_nap
bit 03h
вкл./выкл. двигатель f_rab
bit 04h
индикация обороты/нагрузка f_rez
bit 05h
функциональная клавиша «режим» f_rezind bit 06h
Деление 24-х битного числа на 16-и битное результат 16 бит,
реализовано в подпрограмме div24.
Деление многобайтного числа на многобайтное реализуется по принципу вычитания
делителя из делимого со сдвигом последнего влево, с возможностью восстановления
делимого. Перед процедурой деления в ячейки делителя записывается число в
диапазоне 0-0fffh. В
начале деления происходит: сдвиг делителя на четыре разряда влево это
необходимо для деления 24/16, запись в частное 10h для определения окончания деления,
запись в ячейки делимого число 1000000. В начале цикла деления производится
сдвиг делимого влево на один разряд, а так же сдвиг влево частного и запись в
стек значений флагов переносов. Далее из старшей части делимого вычитаем
делитель, в зависимости от знака переноса в частное записывается «0» или «1» и
сохранение делимого. Проверка переноса при сдвиге делимого и запись в частное
«1» если перенос был. Проверка окончания деления путем проверки
восстановленного значения флага переноса при сдвиге частного. После окончания
деления результат деления находится в ячейках результата.
После нажатия клавиши «Старт» происходит преобразования значения
индикационных ячеек в двоичный код (1 байт), после чего это значение умножается
на 24, что соответствует 24 прорезям диска оптопары (результат 2 байта) и делим
1000000 на это число в результате получается длительность периода импульсов от
оптопары для введенного числа оборотов в секунду. После преобразования
выполняется функция запуска двигателя которая дает толчок и разрешается
прерывание INT1 с
оптопары.
В подпрограмме обработки прерывания INT1 проверяется повторное вхождение для
этого используется флаг flag.
При первом вхождении запускается таймер и происходит выход из подпрограммы
обработки прерывания. Во втором вхождении таймер останавливается, запрещается
прерывание INT1 и
значение таймера (что соответствует периоду импульса) записывается в ячейки
dli_i_l и dli_i_h.
После чего производится регулирование частоты вращения двигателя, для этого из
ячеек dli_l dli_h (введенное
значение) вычитается измеренное dli_i_l dli_i_h, если возник перенос значит частота
вращения меньше необходимой и двигатель включается (отключается, если переноса
нет) установкой кода на портах Р3.4 Р3.5. Комбинация выбирается в зависимости
от направления вращения которая определяется битом f_nap. Индикация измеренной частоты
вращения происходит через 47 (2f)
раз измерения импульсов, это нужно для того чтобы убрать мелькание цифр на
индикаторе. Преобразование измеренного значения в частоту вращения двигателя в
обр/сек происходит следующим образом: деление 1000000 на измеренное значение,
деление на 24, преобразование bin->dec->индикатор.
Перед завершением подпрограммы обработки прерывания INT1 производится инициализация
регистров и ячеек перед следующим запуском процедуры и разрешается прерывание INT1.
Для настройки таймера и прерывания INT1 используются следующие управляющие
слова:
-
TMOD=01H
– режим работы таймера;
-
TCON=04H
-
Tr
– разряд запуска таймера;
-
IEN0
– разрешения прерываний
-
8 разряд – запрет всех прерываний;
-
3 разряд – INT1;
-
1
разряд – INT0
(клавиатура);
6.
Методика выполнения лабораторной работы.
6.1. Цель
работы.
Приобретение практических навыков в технологии разработки и отладки
элементов управляющих систем.
6.2. Описание лабораторной установки.
Лабораторная установка состоит из следующих частей: платы управления
ПМК, платы двигателя и блока питания.
Плата двигателя рис.6.1 состоит из трех блоков: блок датчика
скорости вращения, блок управления, блок датчика нагрузки. Плата двигателя
подключается к разъемам портов ПМК при помощи разъемов. X2 подключается к порту Р3 и служит для
соединения: оптопары («Датчик») со входом прерывания INT1, портов Р3.4 Р3.5 с входами блока
управления (Упр1 и Упр2). X6
подключается к порту Р6 используя две линии AI6 и AI7
для измерения нагрузки прелагаемой к двигателю с помощью генератора (измерение
нагрузки прелагаемой из вне при помощи этой схемы невозможно). Использование
двух каналов предусматривается для измерения напряжения двигателя с возможным
реверсом когда при вращении в одну сторону измерение происходит с первого
канала, а при вращении в другую со второго. Такое распределение получается
путем использования делителя напряжения общий конец которого соединен с нулевым
проводом и при протекании тока в разных направлениях меняет знак напряжения на
концах делителя относительно общего провода на противоположный. Опорное
напряжение Uref подается
соединением +5В, а нижняя граница (Ugnd) задается соединением с
общим.
Рис.
6.1.Схема платы двигателя.
Разъем X3
соединяет схему с блоком питания.
Датчик числа оборотов представляет собой диск, с 24-ю прорезями,
жестко закрепленный навалу вращения двигателя. Во время прохождения прорези
между оптопарой светодиод VD2
освещает инфракрасным излучением фотоприемник представляющий собой фотодиод VD1. Полупроводниковый
фотоприемник уменьшив за счет этого свое сопротивление начинает пропускать ток
открывая тем самым транзистор VT1
с коллектора которого снимаются прямоугольные импульсы.
Обороты двигателя прямо пропорциональны приложенному к нему
напряжению. В связи с этим предлагается удерживать частоту вращения в
определенных границах с помощью изменения напряжения подаваемого на двигатель.
Использование цифровых систем управления которые позволяют быстро обрабатывать
данные делает возможным применения в качестве меняющегося напряжения
шим-генератор. Длительность импульсов и пауз формируется динамически в
зависимости от характера приложенной нагрузки. Подержание оборотов при
увеличении нагрузки будет длится до тех пор пока длительность паузы не будет
равной нулю и дальнейшее увеличение нагрузки будет снижать обороты двигателя.
Для улучшения поддержания частоты вращения предлагается максимально возможно
увеличить напряжение источника питания.
6.3. Исходные
данные.
1. Комплекс
отладочный: плата, ПО FDSAB;
2. Установка
управления двигателем;
3. Возможность
установки частоты вращения с клавиатуры;
4. Стабилизация
частоты;
5. Импульсы
с датчика поступают на вход прерывания INT1;
6. Управление
двигателем осуществляется выдачей кода на порты Р3.4 и Р3.5 в соответствии с
таблицей 6.1;
7. Максимальная
скорость вращения двигателя 110 обр1/сек.;
8. Число
прорезей диска вращения датчика составляет 24 шт.
9. Мощность
двигателя 10 Вт;
10. Входы
для измерения нагрузки поступают на АЦП каналы AI6 и AI7. VAREF=5B.
Таблица
6.1
|
Режим
работы
|
IN1
|
IN2
|
OUT1
|
OUT2
|
|
Тормоз
|
1
|
1
|
L
|
L
|
|
Движ/Рев
|
0
|
1
|
L
|
H
|
|
Рев/Движ
|
1
|
0
|
H
|
L
|
|
Стоп
|
0
|
0
|
¥
|
¥
|
6.4. Домашние
задание.
Составить алгоритм и программу стабилизации частоты вращения
электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением в соответствии с
исходными данными.
6.5. Рекомендации
по выполнению.
В качестве параметра регулирования взять длительность периодов импульсов
от оптопары. Выбор этого параметра взамен измерению частоты вращения диска,
перекрепленного на двигатель, позволяет производить быстрый контроль
стабильности системы управления за счет значительного уменьшения длительности
измерения. Для такого регулирования необходимо преобразовывать введенную
частоту вращения в длительность периода импульсов, формируемых прорезями на
диске датчика, и обратно – длительность периода в частоту вращения.
Рекомендуется осуществлять преобразование следующим образом:
1) Введенную
частоту вращения (обр/сек) умножить на число прорезей в диске (24);
2) 1000000
разделить на полученное число, в результате чего получится длительность одного
периода в мкс.
Для обратного преобразования:
1) 1000000
разделить на длительность периода;
2) разделить
на 24.
При делении 1000000 (3 байта) на 2 байта возможно использование
стандартной процедуры деления 4-х байтного числа на 2-й байтное. Но для более
быстрого деления (а значит и увеличения скорости измерения) рекомендуется
уменьшить длительность деления, производя деление 6-ти тетрад (1000000) на 3-и
тетрады (максимально возможное число 4095), для этого необходимо:
1) перед
процедурой деления сдвинуть делитель на четыре разряда влево;
2) продолжать
деление с учетом сдвинутого делителя, т. е. деление должно длится на четыре
цикла меньше;
3) после
процедуры деления сдвинуть частное на четыре разряда влево.
Для измерения длительности периода импульсов необходимо в качестве
счетчика использовать один из таймеров в режиме таймера. Подача на вход
прерывания INT1 импульсов
вызывает ПП обработки прерывания в которой необходимо следить за первым и
вторым входом в ПП. При первом вхождении включить таймер, а при втором
вхождении считать состояние таймера, что и будет являться длительностью периода
импульса.
6.6. Последовательность
выполнения работы.
1. Набрать
текст программы;
2. Откомпилировать
программу;
3. Запустить
отладчик FDSAB;
4. Загрузить
в память bin файл,
запустить программу на выполнение;
5. Снять
зависимость изменения частоты вращения от подаваемой нагрузки;
6. Сделать
вывод о проделанной работе;
7. Составить
отчет.
Внимание! При приложении больших усилий торможения двигателя он
может остановится что приведет к резкому увеличению тока в выходной цепи ИМС
управления и возможно выход ее из строя.
7. Заключение.
В результате
проделанной дипломной работы была разработана плата макета и программное
обеспечение блока управления реверсивным двигателем. С режимами работы:
установки частоты вращения якоря двигателя, стабилизации и индикации частоты. В
качестве нагрузки используется генератор, соединенный с двигателем, на выходы
которого подсоединен переменный резистор, которым задается нагрузка. В цепь
генератора включен делитель напряжения для измерения напряжения и его
индикации.
При разработке дипломного проекта было опробовано два способа
автоматического регулирования частоты вращения двигателя: измерение частоты (за
определенное время подсчитывалось количество импульсов от датчика), измерение
периода (измерялась длительность периода импульсов поступающих от датчика).
Первый способ измерения частоты показал плохую стабильность частоты вращения
регулирующей системы, т. к. из-за большой длительности измерения (при
уменьшении длительности измерения увеличивалась погрешность) и быстрого
изменения характера нагрузки система не успевала отслеживать это изменение, а
следовательно и регулировать входную величину. Второй способ регулирования с
измерением длительности периода показал хорошую стабильность автоматической
системы управления. Это достигается увеличение числа прорезей на вращающемся
диске оптопары, измерение длится короткое время, за которое система
автоматического регулирования не успевает отклониться от установленного
значения. Небольшое отклонение частоты вращения за короткий промежуток времени
(времени измерения одного периода) сразу контролируется и происходит
модификация выходного параметра.
Литература.
1. Григорьев
В. Л. Программное обеспечение микропроцессорных систем. – М.: Энергоатомиздат,
1983.
2. Щелкунов
Н. Н., Дианов А. П. Микропроцессорные средства и системы. – М.: Радио и связь,
1989.
3. Сташин
В. В. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. –
М.: Энергоатомиздат, 1990.
4. Иванов
В. И. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник – 2-е изд.,
перераб. И доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989
5. Хвощ
С. Т. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления.
Справочник. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987.
Приложение.
Текст программы.
; присваивание имен
p4
data 0e8h
p5
data 0f8h
ip0
data 0a9h
ip1
data 0b9h
ien0
data 0a8h
ien1
data 0b8h
adcon
data 0d8h
addat
data 0d9h
darp
data 0dah
st1
data 52h
n_sd
data 53h
obor
data 54h
chi_3
data 55h
chi_2
data 56h
chi_1
data 57h
chi_t
data 58h
zn_h
data 59h
zn_l
data 5ah
rez_h
data 5bh
rez_l
data 5ch
rezul
data 5dh
dli_i_l
data 5eh
dli_i_h
data 5fh
dli_l
data 60h
dli_h
data 61h
temp
data 62h
indik
data 63h
flag
bit 00h
f_ind
bit 01h
f_rev
bit 02h
f_nap
bit 03h
f_sta
bit 04h
f_rab
bit 05h
f_rez
bit 06h
f_rezind
bit 07h
; определение векторов прерываний
org
0000h
sjmp
start
org
0003h
ljmp
klav
org
013h
ljmp
int_1
; начальная инициализация
start: mov
darp,#00h
mov
adcon,#0fh
clr
f_rezind
clr
f_rab
clr
f_rev
clr
f_sta
setb
f_nap
setb
f_rez
mov
n_sd,#0bh
mov
st1,#3fh
mov
ip0,#04h
mov
ip1,#04h
mov
sp,#65h
mov
ien0,#81h
inizial:mov
r0,#47h
mov
r1,#03h
; начальное обнуление
индикатора
numb: mov
@r0,#00h
inc
r0
djnz
r1,numb
; определение режима работы и его
индикация
jnb
f_sta,re1
jb
f_rez,re1
mov
4ah,#19h
sjmp
re2
re1: mov
4ah,#10h
re2: clr
f_ind
beg: jb
f_ind,beg2
; определение режима работы
jnb
f_rezind,na2
clr f_rezind
jb f_nap,na1
mov 4ah,#0fh
sjmp na2
na1: mov 4ah,#0ah
; запуск двигателя с
проверкой направления вращения
na2: jnb f_rev,beg2
jb f_nap,napr1
clr p3.5
mov 4ah,#0fh
jb f_rez,napr
mov 4ah,#19h
sjmp napr
napr1: clr p3.4
mov 4ah,#0ah
jb f_rez,napr
mov 4ah,#19h
napr: clr f_rev
clr flag
setb f_rab
mov ien0,#85h
; остановка двигателя
beg2: jnb f_ind,beg1
djnz st1,beg1
mov st1,#05fh
; сдвиг индикационных ячеек вправо
mov r0,#0ahov r1,#49h
mov 40h,#10h
sdvig: mov a,@r1
inc r1
mov @r1,a
mov a,r1
subb a,#02h
mov r1,a
djnz r0,sdvig
djnz n_sd,beg1
mov n_sd,#0bh
ljmp inizial
; процедура индикации
beg1: mov r4,#0feh
mov dptr,#tabcod
mov r0,#47h
cycl: mov p4,#0ffh
mov a,@r0
movc a,@a+dptr
mov p5,a
mov a,r4
mov p4,a
rl a
mov r4,a
inc r0
lcall del
cjne r0,#4bh,cycl
ljmp beg
del: mov r1,#10
st_2: mov r2,#10
st_1: nop
nop
nop
djnz r2,st_1
djnz r1,st_2
ret
tabcod: db
0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h
db 0feh,0fdh,0fbh,0f7h,0efh,0dfh,0ffh
db
0c6h,0f8h,0c0h,0c8h,88h,8ch,86h,80h,89h,0ceh,91h,0b0h,82h
; клавиатура
klav: push acc
push p4
push psw
setb psw.3
mov r4,#00h
mov r7,#04h
mov r6,#0feh
loop: mov a,r6
mov p4,a
rl a
mov r6,a
mov a,p4
mov r5,#04h
swap a
rotate: rrc a
jnc dbnc
inc r4
djnz r5,rotate
djnz r7,loop
ljmp quit
dbnc: mov r2,#0ah
m1: mov r3,#55h
m2: djnz r3,m2
djnz r2,m1
mov a,#0f0h
wait: mov p4,#0f0h
cjne a,p4,wait
mov r2,#0ah
m3: mov r3,#55h
m4: djnz r3,m4
djnz r2,m3
mov a,#09h
subb a,r4
jc func
rel: mov r0,#03h
mov r1,#48h
new: mov a,@r1
inc r1
mov @r1,a
mov a,r1
subb a,#02h
mov r1,a
djnz r0,new
mov r1,#47h
mov 47h,r4
ljmp quit
; определение режима по
функциональной клавише
func: jb f_ind,quit
cjne r4,#0ah,g2
ljmp bakesp
g2: cjne r4,#0bh,g3
ljmp sta
g3: cjne r4,#0ch,g4
ljmp stop
g4: cjne r4,#0dh,g5
ljmp rezim
g5: cjne r4,#0eh,g6
ljmp rezim
g6: ljmp revers
quit: clr psw.3
pop psw
pop p4
pop acc
reti
; удаление символа
bakesp: jb f_rab,quit
mov 47h,48h
mov 48h,49h
mov 49h,#00h
ljmp quit
; старт. DEC->BIN
sta: jb f_rab,quit
mov 4ah,#0ah
mov b,#0ah
mov a,49h
mul ab
add a,48h
mov b,#0ah
mul ab
add a,47h
mov obor,a
; BIN*24
mov b,#18h
mov a,obor
mul ab
mov zn_l,a
mov zn_h,b
; деление1000000 на полученное значение
lcall div24
mov dli_l,rez_l
mov dli_h,rez_h
; старт измерение
mov tl0,#00h
mov th0,#00h
clr flag
mov indik,#00h
mov tmod,#10h
mov tcon,#04h
mov 4ah,#10h
mov 49h,#10h
mov 48h,#10h
mov 47h,#10h
mov 46h,#11h
mov 45h,#12h
mov 44h,#15h
mov 43h,#16h
mov 42h,#12h
mov 41h,#10h
setb f_ind
setb f_rev
setb f_sta
ljmp quit
; стоп
stop: jnb f_rab,quit
mov ien0,#81h
setb p3.4
setb p3.5
clr f_rab
mov 4ah,#10h
mov 49h,#10h
mov 48h,#10h
mov 47h,#10h
mov 46h,#10h
mov 45h,#11h
mov 44h,#12h
mov 43h,#13h
mov 42h,#14h
mov 41h,#10h
setb f_ind
clr f_sta
ljmp quit
; реверс
revers: jnb f_rab,out2
mov ien0,#81h
setb p3.4
setb p3.5
mov 4ah,#10h
mov 49h,#10h
mov 48h,#10h
mov 47h,#10h
mov 46h,#16h
mov 45h,#17h
mov 44h,#18h
mov 43h,#17h
mov 42h,#16h
mov 41h,#11h
jb f_nap,n1
mov adcon,#0eh
sjmp n2
n1: mov adcon,#0fh
n2: setb f_rev
cpl f_nap
setb f_ind
out2: ljmp quit
; режим обороты двигателя/нагрузка
rezim: jnb f_rab,out
cpl f_rez
jb f_rez,rez1
mov 4ah,#10h
mov 49h,#10h
mov 48h,#10h
mov 47h,#10h
mov 46h,#19h
mov 45h,#15h
mov 44h,#1ah
mov 43h,#16h
mov 42h,#1bh
mov 41h,#1ch
setb f_ind
out: ljmp quit
rez1: mov 4ah,#10h
mov 49h,#10h
mov 48h,#10h
mov 47h,#10h
mov 46h,#13h
mov 45h,#1dh
mov 44h,#13h
mov 43h,#16h
mov 42h,#13h
mov 41h,#12h
setb f_rezind
setb f_ind
ljmp quit
; процедура деления 3-х байт на 2-ва
div24: push psw
push acc
mov chi_3,#0fh
mov chi_2,#42h
mov chi_1,#40h
mov rez_h,#00
mov rez_l,#10h
mov a,zn_h
mov b,#10h
mul ab
mov zn_h,a
mov a,zn_l
mov b,#10h
mul ab
mov zn_l,a
mov a,b
add a,zn_h
mov zn_h,a
lp24: mov a,rez_l
rlc a
mov rez_l,a
mov a,rez_h
rlc a
mov rez_h,a
push psw
clr c
mov a,chi_1
rlc a
mov chi_1,a
mov a,chi_2
rlc a
mov chi_2,a
mov a,chi_3
rlc a
mov chi_3,a
push psw
clr c
mov a,chi_2
subb a,zn_l
mov chi_t,a
mov a,chi_3
subb a,zn_h
jc nosav
pop psw
sav: mov chi_3,a
mov chi_2,chi_t
inc rez_l
sjmp qsav
nosav: pop psw
jc sav
qsav: pop psw
jnc lp24
pop acc
pop psw
ret
; прерывание от датчика
int_1: jb flag,iz2
setb flag
setb tr1 ; первое вхождение. запустить таймер
reti
iz2: push psw ;
второе вхождение
push acc
clr tr1
mov ien0,#80h
mov dli_i_l,tl1 ; сохранить измеренное значение
mov dli_i_h,th1 ;
; регулировка
clr c
mov a,dli_i_l
subb a,dli_l
mov a,dli_i_h
subb a,dli_h
jc mot_1
jb f_nap,nap11
setb p3.4
sjmp mot_0
nap11: setb p3.5
sjmp mot_0
mot_1: jb f_nap,nap01
clr p3.4
sjmp mot_0
nap01: clr p3.5
mot_0:
; индикация
jb f_ind,inizdp
djnz indik,inizdp
mov indik,#2fh
jb f_rez,chas
; индикация нагрузки
azp0: jnb adcon.4,azp0
mov a,addat
mov b,#0ah
div ab
mov 47h,b
mov b,#0ah
div ab
mov 48h,b
mov 49h,a
inizdp: ljmp iniz
; индикация частоты вращения
chas: jb f_nap,i_nap1
mov a,4ah
cjne a,#0ah,in_ob2
mov 4ah,#10h
in_ob2: dec 4ah
sjmp i_nap2
i_nap1: mov a,4ah
cjne a,#0fh,in_ob1
mov 4ah,#09h
in_ob1:inc 4ah
i_nap2: mov zn_l,dli_i_l
mov zn_h,dli_i_h
lcall div24 ; деление 3 байт на 2 байт
mov rezul,#01h ; деление 2 байт на 24
lp16: clr c
mov a,rezul
rlc a
mov rezul,a
push psw
clr c
mov a,rez_l
rlc a
mov rez_l,a
mov a,rez_h
rlc a
mov rez_h,a
push psw
clr c
mov a,rez_h
subb a,#18h
jc nosav16
pop psw
sav16: mov rez_h,a
inc rezul
sjmp qsav16
nosav16: pop psw
jc sav16
qsav16: pop psw
jnc lp16
; BIN->DEC
mov a,rezul
mov b,#0ah
div ab
mov 47h,b
mov b,#0ah
div ab
mov 48h,b
mov 49h,a
; инициализация нового
запуска программы измерения
iniz: mov tl1,#00h
mov th1,#00h
clr flag
port_0: jb p3.3,port_0
port_1: jnb p3.3,port_1
mov ien0,#85h;84
pop acc
pop psw
reti
end