Микропроцессорный контроллер электропривода постоянного тока

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра «Автоматизированные станочные системы»

Курсовая работа

по дисциплине

«Общая электротехника и электроника»

Пояснительная записка

Задание № 7-28

Выполнил:

студент гр. 620281 Кураева Ю.И

Проверил:

преподаватель Золотых С.Ф

Тула 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Цель и задачи выполнения курсовой работы

2. Принцип работы ЭП ПТ и общие требования к функционированию контроллера

3. Проектирование блока центрального процессора

4. Проектирование блока запоминающих устройств

5. Проектирование интерфейсного модуля

5.1 Разработка адресного дешифратора

5.2 Разработка регистра вектора прерывания

6. Разработка программного обеспечения

6.1 Разработка подпрограммы пуска ЭД

6.2 Разработка подпрограммы обслуживания прерывания

6.3 Расчет цифрового эквивалента

6.4 Разработка подпрограммы задержки

6.5 Распределение памяти

7. Расчет источника питания

7.1 Расчет стабилизатора

7.2 Расчет выпрямителя

7.3 Расчет трансформатора питания

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Широкое внедрение в промышленность роботов и гибких производств потребовало существенного расширения и повышения эффективности системы подготовки и переподготовки специалистов в этой области. Создание систем управления роботами и гибкими автоматизированными производствами базируется на средствах вычислительной техники, в первую очередь на больших интегральных схемах и микропроцессорных вычислительных машинах микроЭВМ. По этому одним из направлений подготовки специалистов по системам управления роботами является изучение принципов работы и методов проектирования устройств управления, построенных на базе выпускаемых промышленностью микропроцессорных наборов и микро ЭВМ.

Успехи в области микроэлектроники открывают новые возможности для автоматизации производственных процессов, машин, оборудования и приборов на базе микропроцессоров (МП). Микропроцессоры представляют собой устройства обработки цифровой информации, конструктивно выполненные в виде больших интегральных схем (БИС).

В основу курсового проекта положено проектирование систем на базе одной серии БИС - БИС КР580. Этот выбор обусловлен следующими причинами:

1. Микропроцессорный комплект БИС КР580 является комплектом общего назначения и используется в управляющей, информационной, измерительной, связной, медицинской, бытовой и другой аппаратуре самого различного применения.

2. Комплект БИС серии КР580 представляет собой один из первых отечественных микропроцессорных комплектов. К настоящему времени уже накоплен достаточный опыт построения аппаратуры на его основе. Объем производства МП и микроЭВМ постоянно возрастает, улучшаются их технические характеристики и снижается стоимость. Благодаря реализованной в них возможности программного управления они обладают свойствами универсальных устройств цифрового управления. Это способствует массовому применению МП и микроЭВМ в народном хозяйстве для цифровой обработки данных и управления различными объектами и процессами.

1. Цель и задачи выполнения курсовой работы

Курсовая работа выполняется с целью закрепления знаний по курсу «Общая электротехника и электроника» и развития навыков самостоятельной работы студентов при разработке технического задания, проектировании и эксплуатации отдельных узлов микропроцессорных систем ЧПУ и обработки данных. Задачами выполнения курсовой работы являются:

- получение навыков разработки схемотехнических вопросов микро процессорной техники;

- проработка ряда вопросов, связанных с прикладным программным обеспечением микропроцессорных систем;

- приобретение практических навыков составления и расчета принципиальных электрических схем цифровой и аналоговой техники.

2. Принцип работы ЭП ПТ и общие требования к функционированию контроллера

Электродвигатели (ЭД) постоянного тока нашли широкое применение в приводах главного движения и приводах подач металлорежущих станков и промышленных роботов. Причина - простой способ регулирования частоты вращения вала электродвигателя путем изменения величины управляющего постоянного напряжения. Чем больше управляющее напряжение, тем выше частота вращения. Причем изменение полярности управляющего напряжения приводит к изменению направления вращения вала электродвигателя.

В комплект ЭП ПТ входит тахогенератор ТГ, который закреплен на валу ЭД. Выходное напряжение ТГ, которое пропорционально частоте вращения вала ЭД, используется для ее контроля.

Для управления ЭП ПТ применяются МП контроллеры, которые должны в зависимости от требуемой частоты вращения задавать управляющее напряжение Uупр и контролировать фактическую ее величину по уровню постоянного напряжения, снимаемого с тахогенератора Uтг (рис. 1).

Рис. 1 Структура электропривода постоянного тока с микропроцессорным управлением

В состав МП контроллера входят два модуля: процессорный и интерфейсный. Процессорный модуль осуществляет отработку управляющих про грамм для реализации алгоритма управления ЭП ПТ. Интерфейсный модуль обеспечивает связь процессорного модуля с электроприводом: преобразование цифровых сигналов в аналоговые и наоборот, промежуточное хранение данных и фиксацию управляющих сигналов.

Проектируемый МП контроллер обеспечивает следующий алгоритм работы ЭП ПТ.

Перед пуском ЭД, т.е. перед подачей Uупр, МП контроллер проверяет наличие сигнала "Готовность", поступающего с электропривода (наличие пи тающего напряжения, снятие различных блокировок и т.д.). При отсутствии данного сигнала МП контроллер не производит пуск ЭД и выдает сигнал "Сбой" на световой индикатор. Если сигнал "Готовность" присутствует, то процессорный модуль МП контроллера выдает в интерфейсный модуль цифровой эквивалент Uупр, который цифро-аналоговым преобразователем преобразуется в аналоговую величину.

После подачи Uупр на электродвигатель МП контроллер осуществляет программным способом определенную по времени задержку, необходимую для разгона ЭД до заданной частоты вращения, а затем вводит цифровой эквивалент напряжения ТГ. Преобразование аналоговой величины UТГ в цифровую осуществляется в интерфейсном модуле аналого-цифровым преобразователем.

После ввода UТГ МП контроллер приступает к сравниванию ее величины с yровнем Uупр. Если уровень UТГ соответствует Uупр, то пуск произошел в нормальном режиме.

Если соответствия нет, то имеет место нештатная ситуация, например, перегрузка ЭД. В этом случае МП контроллер выдает нулевой уровень Uупр (останов ЭД) и сигнал "Сбой", который индицируется светодиодом в интерфейсном модуле.

При пуске ЭД могут возникнуть различные аварийные ситуации. При наличии сигнала "Авария" МП контроллер должен прервать подпрограмму пуска, остановить ЭД и выдать сигнал "Сбой".

3. Проектирование блока центрального процессора

Структурная схема блока ЦП представлена на рис. 2. В его состав кроме ЦП и системного генератора СГ ( на рис. не показан) входят:

-         однонаправленный буфер шины адреса БШA;

-         системный контроллер СК, объединяющий двунаправленный буфер шины данных, регистр словосостояния и логическую схему формирования шины управления.

Включение БША должно быть таким, чтобы все 16 разрядов ША передавались с его входа на выход.

Так как ШД двунаправленная, то направлением передачи информации через СК необходимо управлять. Это осуществляет сигнал "Прием" (ПМ). При уровне лог. 1 сигналы с ШД через СК должны передаваться в ЦП, а при лог. 0 - из ЦП в ШД.

В начале каждого машинного цикла микропроцессора на ШД выдается восьмиразрядное словосостояние ЦП, отдельные разряды которого используются для формирования сигналов ШУ. Словосостояние ЦП определяет действия, выполняемые микропроцессором в данном машинном цикле (чтение/запись ЗУ, чтение/запись внешних устройств (ВУ) и т.д). Словосостояние фиксируется в СК по сигналу "Строб со стояния" (СС) от системного генератора и хранится в нем до окончания машинного цикла.

СК также служит для формирования следующих управляющих сигналов ШУ:

-          - чтение контроллера прерывания;

-          - запись в память;

-          - запись во внешнее устройство;

-          - чтение с внешнего устройства;

-          - чтение из памяти.

Сигналы ПМ и , ("Выдача") в логической схеме используются для стробирования управляющих сигналов.

Схема подключения СГ к ЦП стандартная. Кварцевый резонатор BQ 1 обеспечивает возбуждение генератора. Интегрирующая цепочка RC служит для первоначального сброса СГ и ЦП при включении питания, а кнопка SB1 - для принудительного сброса. На входе "Готовность" ГT присутствует уровень лог.1, т.к. предполагается, что быстродействие ЗУ и ВУ соизмеримо с быстродействием ЦП.

4. Проектирование блока запоминающих устройств

Согласно заданию блок ЦП состоит из следующих устройств:

-         Центральный процессор КР580 ВМ80

-         Системный генератор КР580 ГФ24

-         Буфер шины адреса КР589 АП16

-         Буфер шины данных КР580 ВК28

Рассмотрим подробно работу блока ЦП.

Главным элементом блока ЦП является микропроцессор. Он подключен по стандартной схеме к системному генератору. Кварцевый резонатор BQ1 обеспечивает возбуждение генератора. Интегрирующая цепочка RC обеспечивает первоначальный сброс системного генератора и микропроцессора при включении питания. Кнопка SB1 предназначена для принудительного сброса. На вход генератора «Готовность» подается лог. 1, так как предполагается, что быстродействие ЗУ и ВУ сопоставимы с быстродействием ЦП. Работа ЦП представляет собой последовательное циклическое выполнение набора инструкций. Во время машинного цикла процессор может производить чтение/запись ЗУ, чтение/запись ВУ (внешних устройств) и др. Действия микропроцессора определяют значение разрядов т.н. восьмиразрядного словосостояния ЦП. По сигналу «Строб состояния» от системного генератора словосостояние ЦП записывается в микросхему системного контролера, выполняющего в данном микроконтроллере функцию буфера шины данных, где и хранится до окончания машинного цикла. Системный контроллер объединяет в себе буфер шины данных и логическую схему управления им. Для нормального функционирования микроконтроллера шина адреса также буферизируется с помощью микросхем буфера шины адреса (БША). Включение БША должно быть таким, чтобы все 16 разрядов шины адреса передавались с его входа на выход, поэтому данный БША состоит из двух микросхем, включенных параллельно.

По заданию требуется спроектировать блок ЗУ со следующими параметрами:

-         объем ОЗУ 4 Кб

-         организация микросхем ОЗУ 4 Кбx1

-         объем ПЗУ 4 Кб

-         организация микросхем ПЗУ 1Кбx4

Это означает, что ОЗУ должно иметь 4 Кб при использовании микросхем, позволяющих хранить 4 Кб одноразрядных слов. Соответственно и для ПЗУ.

Блок ЗУ организуется по страничному принципу. Для хранения в ОЗУ 4 Кбайта необходимо 8 микросхем с организацией 4 Кбx1. Для адресации микросхем ОЗУ используются разряды А0-А11 ША.

Соответственно ПЗУ будет состоять из четырех страниц, которые будут организованы на двух микросхемах. Для адресации микросхем ПЗУ используются разряды А0-А9 ША.

Выбор той или иной страницы памяти производит адресный дешифратор. Для его разработки составим таблицу адресов ЗУ:

Страницы: 1, 2