Файл: Проектирование микропроцессорных.pdf

22 поддержки работы в реальном времени. Они выполняются часто с макетным полем или большим числом разъемов расширения. Важным их отличием от промышленных контроллеров является необходимость программирования пользовательской задачи на уровне реальной аппаратуры (а не на уровне вирту- альной машины или операционной системы)независимо от используемого язы- ка программирования (ассемблер, Си, Бейсик).
Контроллеры-конструкторы являются «открытыми системами», что оп- ределяет состав сопроводительной документации (принципиальные электриче- ские схемы и описание архитектуры)и инструментального программного обес- печения (загрузчики, программаторы, мониторы-отладчики, библиотеки драй- веров устройств и специальных вычислительных функций).
Учебные микропроцессорные стенды на базе микроконтроллеров предна- значены для изучения принципов организации и работы микропроцессорной элементной базы, вспомогательных элементов (память, контроллеры ввода- вывода и др.), получения навыков проектирования и программирования микро- процессорных систем различного назначения.
Внимания заслуживает опыт ООО «ЛМТ» (Санкт-Петербург), которое разработало и последовательно развивает семейство микропроцессорных стен- дов инструментального и учебного назначения - SDK. Стенд SDK-1.1 может использоваться в следующих целях:
- макетирование микропроцессорных систем, отладка программного обеспечения для систем на базе широко распространенного ядра
Intel MCS-51;
- автоматизация простых технологических процессов и лаборатор- ных исследований;
- обучение;
- радиолюбительство, управление бытовой техникой.
В основу архитектуры стенда легли разработки систем промышленной автоматики. Предусмотрены стабилизатор и супервизор питания, схема сброса, сторожевой таймер, энергонезависимая память на базе EEPROM и CMOS
(RTC). Интерфейс RS-232 имеет гальваническую изоляцию, что позволяет под- ключать и отключать стенд «на ходу», не опасаясь повреждения приемопере- датчиков. Спектр периферии в составе стенда достаточно широк: несколько ка- налов ЦАП и АЦП, ЖКИ, клавиатура, часы реального времени, светодиоды, звуковой излучатель, битовые порты ввода-вывода. Количество битовых вхо- дов-выходов увеличено за счет использования расширителя портов на базе
ПЛИС фирмы Altera. В комплект поставки стенда входит CD с документацией, комплектом инструментальных программ (компилятор языков Си и ассемблер, симулятор, программатор Flash), тестов и примеров.
Для программирования стенда может использоваться любой транслятор ассемблера или Си для ядра 8051, например, пакет

Vision (Keil Software). До начала программирования на языке Си рекомендуется внимательно ознако- миться с документацией по используемому компилятору, так как компиляторы для микроконтроллеров имеют нестандартные расширения [Интернет ресурс http://www.intel.com/design/mcs51/docs_mcs51.htm].

23
Основные этапы программирования стенда следующие:
- подготовка программы в текстовом редакторе или среде програм- мирования;
- транслирование исходного текста и получение загрузочного НЕХ- модуля программы;
- подготовка и загрузка НЕХ-модуля в стенд через интерфейс
RS232C с помощью поставляемых инструментальных систем;
- прием и обработка НЕХ-модуля резидентным загрузчиком НЕХ202, передача управления загруженной программе.
Стенд успешно используется рядом университетов в лабораторном прак- тикуме по направлениям «Организация ЭВМ и вычислительных систем»,
«Прикладная теория цифровых автоматов», «Системы ввода-вывода», «Микро- процессорные системы», «Информационно-управляющие системы».
Стенды комплектуются сетевыми блоками питания, инструментальными кабелями, пользовательской, учебно-методической и технической документа- цией, демонстрационными и инструментальными программами. Стенды произ- водятся небольшими сериями в течение ряда лет и успешно применяются в обучении, автоматизации и разработке контроллеров. Рассмотрим подробнее некоторые модели семейства.
SDK-1.1 может эффективно использоваться в системах сбора информа- ции и управления. Например, стенд обеспечивает гальваническую изоляцию
ПК от объекта управления, исключая воздействие помех или наводок.SDK-1.1 может работать автономно, без использования ПК, что обеспечивается наличи- ем Flash-памяти программ (программируется посредством интерфейса RS-232 и входящей в поставку программы), ЖКИ и клавиатуры.
SDK 1.1 успешно используется в качестве контроллера в сложных усло- виях эксплуатации, например, при резком изменении температур, скачках и пропадании питающего напряжения, при воздействии мощных электромагнит- ных помех.
К недостаткам стенда SDK-1.1 можно отнести отсутствие защиты от за- мыкания линий параллельного порта и ЦАП на корпус при установлении на них ненулевого напряжения.
9 Работа с литературой
В учебнике Ю.В. Новикова и П.К. Скоробогатова «Основы микропроцес- сорной техники» приведены элементарные основы архитектуры микроконтрол- леров, объяснены принципы их построения и функционирования. Книга М.
Предко «Руководство по микроконтроллерам» дает достаточно полную инфор- мацию об архитектуре, программировании и средствах поддержки разработчи- ков устройств на базе микроконтроллеров семейств 8051, Motorola, Picmicro,
Avr. В ней приведены конкретные примеры реализации приложений на базе различных микроконтроллеров. Книги «Электронные промышленные устрой-

24 ства» В.Н. Васильева, «Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики» Б.Н. Кагана, а также «Искусство схемотехники» П. Хоровица и У.
Хилла необходимо использовать при выборе схемотехнических решений для реализации разнообразных приложений на базе микропроцессорной техники.
Для выбора конкретных типов микроконтроллеров при известных функцио- нальных требованиях к микропроцессорной системе необходимо пользоваться такими справочниками, как Ремизевич Т.В. «Микроконтроллеры для встраи- ваемых приложений. От общих подходов – к семействам HC 05 и HC 08 фирмы
MOTOROLA»; Тавернье К. PIC- микроконтроллеры. Практика применения».
Книга Г.И. Пухальского понадобится для разработки устройств на базе микро- процессора К580, здесь приведены полные сведения об организации подсистем памяти, параллельного и последовательного интерфейса, прерываний и прямо- го доступа к памяти. В книге В.В. Корнеева и А.В. Киселева «Современные микропроцессоры» представлены основные идеи построения суперскалярных и мультискалярных микропроцессоров, приведены описания универсальных микропроцессоров ведущих зарубежных компаний Motorola, Texas Instruments,
Analog Devices, рассмотрены основы транспьютерной технологии, представле- ны нейросетевые алгоритмы и нейропроцессоры, приводятся конкретные при- меры существующих микропроцессоров.
10 Варианты заданий для разработки курсового проекта
Общая постановка задачи:
- привести описание алгоритма работы разрабатываемой микропро- цессорной системы;
- разработать функциональную спецификацию;
- осуществить системно-алгоритмическое разбиение микропроцес- сорной системы на аппаратную и программную части;
- определить входы и выходы аппаратных и программных блоков;
- провести анализ и выбор аппаратных модулей;
- разработать схемы: структурную, функциональную, электрическую принципиальную;
- разработать программное обеспечение МПС;
- провести отладку программы с использованием учебного стенда
SDK-1.1.
Вариант №1 Разработка микропроцессорной системы управления
стиральной машиной
Требования к микропроцессорной системе:
1. задание (с помощью устройства ввода) времени процесса стирки;

25 2. задание (с помощью устройства ввода) температуры воды;
3. задание (с помощью устройства ввода) скорости отжима;
4. слежение за уровнем воды, температурой воды, скоростью вращения барабана;
5. автоматическая (программная реализация) подача сигналов управле- ния: заливом/сливом воды, нагреванием воды, вращением барабана при стирке, отжимом;
6. отображение текущего времени;
7. сигнал оповещения о завершении процесса.
Отсчет времени осуществлять аппаратно, посредством встроенного мо- дуля 8-битного таймера.
Вариант №2
Разработка микропроцессорной системы управления
бытовой хлебопечкой
Требования к микропроцессорной системе:
1. сигнал на включение и отключение двигателя, используемого для за- мешивания теста (время замешивания - 10 минут);
2. задание (с помощью устройства ввода) и индикация времени начала и окончания брожения теста;
3. слежение за температурой брожения, при отклонениях, превышающих норму на 2 % подача сигнала на включение/отключение нагревателя;
4. задание времени окончания выпечки (с помощью устройства ввода);
5. слежение за температурой выпечки;
6. оповещение об окончании выпечки;
Вариант №3 Разработка микропроцессорной системы управления
кондиционированием помещений офиса
Требования к микропроцессорной системе:
1. Количество помещений офиса – 3;
2. переключение режимов: режим «Зима» - нагрев воздуха, режим «Ле- то» - охлаждение воздуха;
3. задание значений температуры с помощью устройства ввода;
4. измерение температуры в трех помещениях;
5. отображение текущих значений температуры;
6. обеспечение частоты опроса датчика температуры каждые 30 минут;
7. формирование команд на включение и отключение кондиционеров;
8. оповещение о превышении и снижении температуры более чем на
20%.

26
Вариант №4 Разработка микропроцессорной системы управления
холодильником
Требования к микропроцессорной системе:
1. задание температурных режимов производить переключателем;
2. предусмотреть 3 режима основной камеры: -3 0
С, 0 0
С, +1 0
С;
3. предусмотреть 2 режима морозильной камеры: -5 0
С, -7 0
С;
4. измерение температуры;
5. оповещение о превышении и снижении температуры более чем на 5%.
6. фиксирование и оповещение наличия льда в основной и морозильной камерах.
Вариант №5 Разработка микропроцессорной системы управления
лифтом
Алгоритм работы контроллера управления лифта.
Лифт обслуживает 16-ти этажный дом. Код первого этажа 00h, код по- следнего 0Fh. Начальное состояние лифта – стоит на любом этаже без пассажи- ров, двери закрыты. При поступлении вызова с какого-либо этажа включается свет в лифте и запускается вращение двигателя в нужном направлении. Если этаж, с которого поступил вызов и этаж на котором находится лифт совпадают, то сразу происходит открывание дверей. После остановки лифта включается привод открывания дверей. После срабатывания датчика «Двери открыты» осуществляется выдержка 20 секунд, в течение которых пассажиры могут вой- ти в лифт. Если этого не произошло (отсутствует давление на пол), то включа- ется привод закрывания дверей. При срабатывании датчика «Двери закрыты» привод закрывания дверей выключается, свет гасится, лифт готов принять сле- дующий вызов. Если при закрывании дверей на их пути встречается препятст- вие, то снова включается привод открывания дверей и после срабатывания дат- чика «Двери открыты» снова осуществляется выдержка 20 секунд.
При наличии давления на пол, лифт с открытыми дверями ожидает нажа- тия кнопки какого-либо этажа внутри кабины. При нажатии кнопки и отсутст- вии перегрузки лифта включается привод закрывания дверей. При срабатыва- нии датчика «Двери закрыты» включается двигатель, перемещающий лифт в нужном направлении. Если при закрывании дверей встречается препятствие, то выключается привод закрывания дверей, включается привод открывания две- рей и после срабатывания датчика «Двери открыты» выключается привод от- крывания дверей и снова осуществляется выдержка 20 секунд.
Если внутри кабины лифта нажимается кнопка того этажа, на котором находится лифт, то начинается процедура открывания дверей. Движение лифта с пассажирами аналогично движению пустого лифта. По достижению места на- значения двери лифта открываются и остаются открытыми 20 секунд. Затем включается привод закрывания дверей. При срабатывании датчика «Двери за- крыты» привод закрывания дверей выключается, свет гасится, лифт готов при-

27 нять следующий вызов. Если при закрывании дверей встречается препятствие, то привод закрывания дверей отключается, начинается процедура открывания дверей, после выдержки 20 секунд двери закрываются.