41315

Использование средств ИС РПО для отладки взаимодействия с объектами управления

Практическая работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В качестве схемы сопряжения с линией связи ССЛС в интерфейсе RS232С удобно использовать интегральную схему типа MX232 Перечисленные последовательные интерфейсы реализуют радиальную стру-ктуру подключения. Это означает, что для подключения к каждому МПУ не-обходимо реализовать свой последовательный интерфейс:

Русский

2013-10-23

1.14 MB

8 чел.

                  Дисциплина: « Микропроцессоры и микропроцессорные системы»

Практическая работа № 14

   Тема:    «Использование средств ИС РПО  для отладки   взаимодействия с объектами управления».

     Цель:       Практически исследовать порядок  и особенности отладки   взаимодействия с       объектами управления средствами    ППО МК серии МС68

    Время:              2 часа

   Оборудование:    ПК, ПО.

   Методические материалы и литература:

  •  Методические указания по выполнению практических работ;
    •  Иллюстративный материал: «программирования МК серии  МС68 на языке ASM.

 Методические указания по выполнению практической работы:

  Последовательность выполнения работы:

  1.  Изучить  и законспектировать основные теоретические положения по теме, используя описание работы;
  2.  Выполнить практическую часть лабораторной работы. При этом  использовать описание рабо-ты, лабораторный блок ПК, иллюстративный материал; В практической части отработать следующие подразделы:
  •  Рассмотреть приводимые примеры отладки средствами   ППО МК серии МС68
  •  Выполнить законспектировать в тетради порядок и особенности отладки ППО МК серии  МС68  и отразить в отчёте
  •  Проанализировать порядок и осо-бенности отладки ППО МК серии  МС68   приведённых примерах; сде-лать выводы.

  1.  Ответить на контрольные вопросы.
  2.  Сделать выводы.
  3.  Подготовить отчёт по установленной форме.
  4.  Представить отчёт для защиты преподавателю.

1. Основные теоретические положения

Обеспечение взаимодействия микропроцессорных устройств и     ЭВМ верхнего уровня

Для обеспечения взаимодействия МПУ как между собой так и с ЭВМ ВУ используют:

  •  последовательные интерфейсы (типа RS232, ИРПС «токовая петля»);
  •  промышленные сети, типа FieldBus.(см. Рис.1 а; б)

Перечисленные  последовательные  интерфейсы  реализуют радиальную стру-ктуру подключения. Это означает, что для подключения к  каждому  МПУ  не-обходимо  реализовать  свой  последовательный интерфейс:

  •  КПИ – встроенные контроллеры последовательного интерфейса;
  •  ССЛС – схема согласования с ЛС;
  •  ЛС – линия связи;

Подобные  соединения  устройств  называются  соединениями  типа

   точка-точка (point-point).

В  интерфейсе RS232С  информация  передаётся  побайтно  по  трём провод-ным  линиям  бит  за  битом.  При  этом  используются  две информационные  линии:

  •  ТxD  передаваемых  данных ,
  •   RxD – принимаемых данных,
  •   и общий провод – GND (земля).

Каждый  передаваемый  бит  в  линии  связи  интерфейса RS232С кодируется  уровнем  напряжения

«0» – -12В, «1» – +12В.  

Скорость передачи в RS232С для ЛС типа «витая пара» измеряется в      пределах 100 Кбод. 

Длина линии может достигать 0,5 км.

В интерфейсе ИРПС «токовая петля 20 mA» передача информации существляя-ется  по  четырёхпроводной  линии,  при  этом  каждая  пара проводов образуют свою токовую петлю:

  •    R+,  R –     токовая петля для приёма информации;
  •    Т+,  Т  –     токовая петля для передачи информации

Каждый передаваемый бит кодируется уровнем тока:

 «1» – 18 20мА

  «0» – 0 3 мА.

Использование  тока  для  кодирования  информации повышает  помехозащи-щённость  передаваемой  информации,  но  как правило, снижает скорость пере-дачи.

Длина линии связи ИРПС «токовая петля» может достигать 10км.

     при скорости передачи 100 б - 19,2  Кбод (1бод=1бит в 1с.).

  

      а)

 

      б)

 

Рис.1 (а; б)  Варианты взаимодействия МПУ  и ЭВМ верхнего уровня

Увеличение длины линии связи требует снижения скорости передачи для обеспечения бесперебойного обмена информацией:

Снижение скорости передачи объясняется увеличением переходных процессов в длинных линиях и помехами. В  качестве  схемы  сопряжения  с  линией

связи  ССЛС  в  интерфейсе RS232С  удобно использовать  интегральную  схему  типа MAX232: (Рис.2)

 

  

  Рис.2  схема согласования с ЛС

Для  сопряжения  напряжения  интерфейса  ИРПС «токовая  петля» используют следующую схему: (Рис.3)

 

 Рис.3   Пример  схемы  сопряжения источника  и  приёмника

    сигналов  с  ИРПС «токовая петля»   

  1.  DA1, DA2 – AОТ110А;
  2.  VD1, VD2 – КД522.

 

Диоды VD1, VD2 служат  для  защиты транзистора и диода оптопар от  возможных  обратных напряжений  в  линии  связи.

Интерфейс  ИРПС «токовая  петля»  обязательно  подразумевает гальваниче-скую развязку.

Промышленная  сеть  представляет  собой  последовательную двухпроводную  магистраль,  в  которой  параллельно  может  находиться несколько микропро-цессорных устройств и ЭВМ ВУ:

В настоящее время используются следующие типы промышленных

сетей:

  1.  CAN –  сеть (Control Area Network) –  сеть области  управления.
    •  Это последовательная магистраль  с разрешением коллизий  на  основе  приоритетов.  
    •  Скорость  передачи  10Мбит/сек.,
    •  длина ЛС - до нескольких километров.  
  2.  ProfiBus (RS-485) – маркерная последовательная магистраль,

передача  и  приём  информации  в  которой  каждым  МПУ осуществля-- ется  в  строго  выделенные  интервалы  времени .

  •  Скорость передачи может достигать 12 Мбит/сек.
    •   Длина ЛС –до неск. км.

Для реализации сопряжения с ЛС используют следующие шинные

формирователи:

–  RLE6850 (Infineon) – CAN-сеть.

–  MAX485 (MAXIM) – Pofi Bus.

Средства взаимодействия МПУ с оператором

Для взаимодействия с оператором в МПУ используют:

–  индикаторы для отображения информации

–  клавиатуры для ввода информации.

Если количество кнопок, подключаемой клавиатуры МПУ>5, то при

подключении кнопки организуют в виде матрицы:

Такое  включение  позволяет  экономить  число  требуемых  линий

портов ввода-вывода для подключения кнопок:

Пример: 12 кнопок:

– традиционный способ – 12 линий

– матричный –7 линий.

  

Опрос (сканирование)  матричной  клавиатуры  осуществляют

следующим образом:

   

Рис.4   TKG 016 16 клавишный матричный клавиатурный модуль

TKG 016 16 клавишный (12+4 указательные клавиши) матричный     клавиатурный модуль

Клавиатурная матрица модуля изготовлена из силиконовой резины. Специаль-но предназначена для применения в устройствах типа «информационный тер

минал» или в качестве операторского терминала для устройств, работающих вне помещений. Клавиатура имеет чёткие очертания клавиш и отчетливое сра-батывание.

 Контакты клавиш сделаны из углепластика и имеют позолоченное покрытие. Клавиатурная матрица полностью герметична.

Выпускается в вариантах QUER с расположением клавиш управления курсором справа от цифровых и HOCHK с управлением курсором над цифровыми клавишами.

Контроллер, печатная плата с контактами и передняя панель постав

ляются отдельно от клавиатурного поля.

  •  Количество клавиш 16
  •  Степень защиты IP65 (передняя панель)
  •  Материал изготовления::

 клавиши: силиконовая резина,

 контакты: углепластик,

 панель: алюминий

Интерфейс :матричный выход или AT

Размеры:

клавиатура 127x96,4x6 мм,

панель 142x128x20 мм

Диапазон рабочих температур 0…+50°С

1) На  линии  порта PS  последовательно  выдают  двоичные  коды,

содержащие 0 только в одном разряде:

PS3  PS2    PS1    PS0

                  1       1        1       0

                  1       1        0       1

                  1       0        1       1

                  0       1        1       1

2) Переключение  двоичных  кодов  осуществляют  через  короткие интервалы времени: 20 40 мкс.

После каждого переключения осуществляется считывание порта PO.

Если в строке, в которой была нажата кнопка, был выдан «0» , то нуле-вой уровень будет передан в соответствующий столбец и введён через порт PO   По информации портов PS и PO можно судить о нажатой кнопке. при  вводе  информации  из  порта PO  необходимо  устранить  дребезг контактного датчика.

Диоды VD1, …, VD4 необходимы для защиты линий порта PS от к.з. при

одновременном нажатии кнопок в одном столбце.

Для  индикации  алфавитной  и  цифровой  информации  в  МПУ ,  как

правило  используют  семисегментные (матричные),  светодиодные, газоразряд-ные или ж/к индикаторы.

Светодиодный  семисегментный  индикатор  представляет  собой совокупность  светодиодов,  включённых  по  схеме  с  общим  анодом  или катодом (рис.5)

  

           Рис.5   Светодиодный  семисегментный  индикатор

В матричных индикаторах выводимый  символ  синтезируется  из  отдельных

мелких  сегментов, образованных,  как  правило,  в матрице: (рис.6)

    5x7, 6x8, 9x12,…

   

            Рис.6.  Мелкие сегменты матричного символа.   

Возможны два основных способа подключения индикатора:

–  в режиме статической индикации

–  в режиме динамической индикации.

Для  простоты  рассмотрим  указанные  способы  подключения  на  примере

сегментного индикатора.

В  режиме  статической  индикации  для  подключения  каждого сегмента индикатора используется отдельная линия порта вывода

 Cемисегментным  кодом  символа: называют двоичный код,       который при записи его  в порт вывода обеспечивает     свечение  на  индикаторе данного символа   

  

    Рис.7.  Cемисегментным  кодом  символа

  Рис.8.   Код двойки в порту вывода

Код двойки: 00111011=3ВН, т.о. семисегментный код двойки – 3ВН.

Для сокращения требуемых линий порта вывода при подключении 7-ми  сегментного  индикатора  используют  внешние 7-ми  сегментные дешифра-торы: (рис.9)

Семисегментный  дешифратор DD1 обеспечивает преобразование 16-ричной  цифры  в  её  семисегментный код. 

Недостаток использования DD1:  вывод  на индикацию только HEX цифр.

 

 Рис.9  Схема подключения индикаторов

Для  уменьшения  требуемых линий портов при подключении сразу несколь-ких  индикаторов (индикаторная линейка) используют режим динамической индикации.  

Пример: для подключения пяти семисегментных индикаторов:

–  в статическом режиме потребуется 5x8=40 линий портов;

–  в динамическом режиме : 8+5=13 линий.

 2  Практическая часть

  •  Рассмотреть приводимые примеры  организации и аппаратного обеспечения систем управления

Управление с разомкнутой петлей обратной связи 

Простейший метод управления механизмами — управление с разомкнутой петлей обратной связи (ОС). Термин «разомкнутая петля» подразумевает, что никакого сигнала обратной связи от управляемого устройства не поступает. Нет индикации того, что устройство выполнило именно то, что ему приказали делать.

Примером может служить двигатель виброзвонка в пейджере или сотовом телефоне. Ни пользователь, ни прибор не может гарантировать, что скорость двигателя не изменилась на 10...20% от  номинальной. Микропроцесс-сор посылает только сигнал включения/выключения двигателю, не имея Ника-кой информации о его скорости. Реальная скорость двигателя будет зависеть от трения на валу, напряжения  аккумулятора и состояния щеток. В отличие от приведенного примера, когда  скорость двигателя не так уж и важна, большин-ство микропроцессорных систем управления имеют средства измерения пара-метров управляемых  систем. Для этого необходимо введение цепи ОС от управляемого устройства к микропроцессору.

  Отрицательная обратная связь

На Рис. 10 показана простая система управления — операционный усилитель (ОУ). Операционные усилители обладают очень высоким коэффициентом усиления, и соединением выхода ОУ с инвертирующим входом мы вводим отрицательную обратную связь (ООС). ОУ усиливает разность напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами.

 Скажем, на входе и выходе установлено напряжение 2 В. Разность между входом и выходом составит 0 В, тогда разность между инвертирующим и  

неинвертирующим входами также равна 0 В.

 

  Рис. 10. Простая система управления — ОУ

Тогда появится разница между двумя дифференциальными входами — неин-

вертирующим (2.1 В) и инвертирующим (2 В). Разница в 0.1 В усиливается

ОУ до тех пор, пока напряжение на выходе не достигнет 2.1 В, разница между

входами снова станет 0 В, и выходное напряжение останется на уровне 2.1 В.

Если колебания температуры и дрейф выходных транзисторов ОУ  немного изменят характеристики усилителя, выходное напряжение может несколько сместиться. Однако, как только это произойдет, ОУ усилит разницу между входными напряжениями и снова стабилизирует выходное  напряжение. При этом коэффициент усиления идеального ОУ измеряется обычно очень большой величиной, однако на практике существуют частотные и другие ограничения для коэффициента усиления реального ОУ

 

  Микропроцессорные системы управления

 

Микропроцессорные системы управления могут работать по такому же

принципу, как и ОУ.

 МП-система управляет каким-либо прибором  (например, двигателем или нагревательным элементом), устанавливающим некоторую физическую величину (позицию или температуру объекта).

Секрет, конечно, кроется в функции усиления. В отличие от простого ОУ,

цифровая система управления может воспроизвести на выходе более сложную функцию.

 Микропроцессор может сформировать сигнал, являющийся не только функцией входа и выхода, но и предыдущих состояний входа и выхода, коэффициентов изменений, состояния нагрузки и т. п.

 Микропроцессорная система управления, в отличии от аналоговой,  

всегда является дискретной системой. Это значит, что микропроцессор  

производит измерения сигнала с датчиков через определенные интервалы.  Любые изменения, происходящие между интервалами измерения, теряя-ются.  Частота дискретизации должна быть достаточно высокой для гарантии того, что состояние управляемого прибора не изменится значительно за время  

интервала дискретизации. Интервал дискретизации, естественно, зависит от  

управляемого прибора и может варьироваться от минут до долей микросекунд.

 

На Рис 11. показана простая микропроцессорная система управления.

Микропроцессор включает и выключает МОП-транзистор, управляющий

нагревательным прибором. Для измерения температуры применяется термо-резистор.

 

 Микропроцессор считывает сигнал, пропорциональный температуре, и решает включить или выключить нагревательный элемент.  

 

Величина устанавливаемой температуры подается на «Вход» системы

(Рис. 11).

 

 

     Рис. 11  Простая микропроцессорная система управления

 

       Примеры аппаратного обеспечении систем управления:

  1.   Операторские терминалы VIP 3900

Предназначены для организации операторского интерфейса в различных приложениях.

  Состоят из вакуумно люминесцентного дисплея и клавиатуры, кото

рые собраны в единой конструкции.

Встроенный микроконтроллер обеспечивает функционирование термина-ла и программирование его через последовательный порт.

Общие характеристики

  •  Последовательный порт RS 232 (и RS 422 для модели 3902 04), скорость обмена 1200, 9600, 19200 бод
  •  Вакуумно люминесцентные дисплеи 1x40, 2x20, 2x40 или 4x20 символов со светофильтрами различных цветов
  •  Высоконадежная клавиатура от 20 до 33 клавиш (надпись определяется пользователем)
  •  Память для 127 предустановленных экранных форм и 64/64 сообщений по нажатию/отпусканию клавиш
  •  Программный и аппаратный сброс
  •  Один источник питания 5±0,25 В
  •  Различные варианты монтажа на панель
  •  Влажность до 95% без конденсации влаги

  •  Допустимая вибрация с амплитудой 1 мм, частота 10...50 Гц по любой оси
  •  Допустимый удар 20g по любой оси
  •  Модель 03902 A4 A09 07 поддерживает кириллицу

   

     Рис. 12   Операторский терминал VIP 3900

       Процессорные модули

Встраиваемые устройства зачастую требуют специальных свойств, кото-рые отсутствуют у стандартных материнских плат, а разработка собственной вычислительной платформы сложна и дорога. Простой и эффективный выход в этом случае— применение модулей в формате РС/104.

  Простая компоновка системы (модули вставляются один в другой, образуя «этажерку») обеспечивает одновременно электрический контакт по шине PCI и высокую устойчивость к механическим нагрузкам. Возможность свободного объединения модулей РС/104 в систему придаёт конечному изде-лию высокую гибкость и компактность (один «этаж» занимает не более 1,5см).   Кроме того, модули РС/104 могут устанавливаться на базовую плату собственной разработки, расширяя возможности встраиваемой системы за счёт изделий «из коробки».

 Модули РС/104 полностью IBM РС совместимы, что обеспечивает раз-работчикам переносимость программного обеспечения.

  

         Рис. 13   Процессорный модуль формата РС/104

 3. Ответить на контрольные вопросы

Какую роль играет оптопара AОТ110А в схемах сопряжения с ИРПС «токовая петля»?   

     

Сколько проводов используется в системе «токовая петля»?

     

Почему увеличение длины линии связи требует снижения скорости передачи для обеспечения бесперебойного обмена информацией?

  

Что представляет собой промышленная сеть ?

       

Какие типы промышленных сетей используются в настоящее время?

4. Сделать выводы.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75350. Особенности социально-экономического и политического развития Испании в V-XI веках 51.5 KB
  Особенности социальноэкономического и политического развития Испании в VXI вв. Вандалы переправились далее в Северную Африку вестготы и свевы остались в Испании которая была в конце V в. Оно занимало кроме Испании всю Южную Галлию до Луары на севере Бискайского залива йа западе Средиземного моря и реки Роны на юговостоке. В вестготской Испании начали развиваться феодальные отношения.
75351. Англия в V-XI веках 62 KB
  Завоевание Британии англосаксами После того как римские войска в начале V в. были выведены из Британии населённой бриттами кельтами на её территорию стали массами вторгаться германские племена саксованглов и ютов жившие между Эльбой и Рейном область расселения саксов и на Ютландском полуострове область расселения англов и ютов. Англосаксонское завоевание Британии продолжалось свыше 150 лет и закончилось в основном в начале VII в. Столь длительный характер завоевания объясняется прежде всего тем что кельтское население Британии...
75352. Германия в X-XI веках 42 KB
  В состав Германии входили следующие герцогства из которых каждое было заселено определённым германским племенем так называемые племенные герцогства: Саксония и Тюрингия между притоками Рейна и Эльбой; Франкония по реке Майну и среднему течению Рейна; Швабия по верхнему течению Дуная и Рейна а также его притока Неккара и Бавария по среднему течению Дуная я его притоков к востоку от реки Лех. К...
75353. Крестовые походы. Их причины, предпосылки, социальный состав и цели участников. Первый крестовый поход 61.5 KB
  Папа указал и на земные выгоды ожидающие крестоносцев на Востоке. Не ожидая подхода основных сил рыцарейкрестоносцев бедняки устремились вперед. Путь крестоносцев через византийские владения сопровождался повальным грабежом местного населения. Император Алексей 1 опасаясь нашествия крестоносцев которых утонченная верхушка византийского общества не без основания считала варварами старался воспрепятствовать объединению их ополчений в Константинополе.
75354. Особенности социально-экономического и политического развития Италии в XI-XIII вв. Причины незавершенности политической централизации Италии 44 KB
  Особенности социально-экономического и политического развития Италии в XI-XIII вв. Причины незавершенности политической централизации Италии. Государственная самостоятельность которую получили многие города Северной и Центральной Италии к концу XII в. коммуны с консульским правлением сложились в десятках городов Северной и Центральной Италии в Падуе Ферраре Кремоне Генуе Пизе Сьене Болонье и многих других.
75355. Особенности социально-экономического и политического развития Италии в XIII-XV веках 61 KB
  Завоевание Южной Италии и Сицилии норманнами. многие города Южной Италии и Сицилии добились от феодальных сеньоров вольностей участия представителей горожан в органах судебно-административной власти. Южной Италии и Сицилии норманнами норманнский правитель рожер II образовал Сицилийское королевство объединив в нем Южную Италию и Сицилию При норманнах в Южной Италии и на Сицилии завершился процесс складывания феодальных отношений.
75356. Конкурентоспроможність потенціалу підприємства 312 KB
  Конкурентоспроможність потенціалу підприємства та її рівні. Класифікація методів оцінки конкурентоспроможності потенціалу підприємства. Прикладні моделі оцінки конкурентоспроможності потенціалу підприємства. Методи оцінки конкурентоспроможності потенціалу підприємства в зарубіжній практиці.
75357. Структура і графоаналітична модель потенціалу підприємства 119 KB
  Під структурою системи, якою є потенціал підприємства, розуміють мережу найбільш суттєвих, стійких (інваріантних) звязків між елементами. На думку М.Ф. Овчинникова, структура представляє собою «інваріантний» аспект системи. В.И.Кремянський також звертає увагу на те, що структура виражає не усю сукупність звязків обєкту