6. Розробка функціональної схеми системи управління

Функціональна схема представлена в додатку 2.

Датчики Д1..Д5 під’єднані до резистивних перетворювачів R1..R5. Сигнал напруги 0..2,7 В подається на аналоговий порт (порт 0) мікроконтролера.

До першого дискретного порта (порт 1) під’єднані входи всіх п’яти ЦАП (ЦАП1..ЦАП5). А порт 2 використовується для організації вибірки потрібного для запису значення ЦАП. Виходи ЦАП під’єднані до виконавчих механізмів

Рідкокристалічний модуль індикації по інтерфейсу SPI під’єднаний до відповідних контактів четвертого порту мікроконтролера.

Для можливості переключення оператором відображуємого на індикаторі значення каналу, під’єднаємо кнопку переключення на вхід зовнішнього переривання контролера. Таке під’єднання спрощує програмну реалізацію відпрацювання зміни відображуємого каналу.

7. Розробка принципової схеми системи управління

Вона складається на основі схеми функціональної та вимог до елементів схеми, перерахованих в розділі 4.

На роз’єм Х1 подаються вчідні сигнали та необхідні напруги живлення. Сигнали з датчиків зі з’єднувача подаються на резистори R2..R6, звідки напруговий сигнал подається на аналогові входи мікроконтролера.

Основним елементом схеми є мікроконтролер. За стандартною схемою до нього під’єднана обв’язка тактового генератора, зібрана на елементах С1, С2, Z1 та схема скидання зібрана на вимикачі К1 і опорі R1.

Також на входи Vcc, Vss подаємо напругу живлення мікроконтролера +5В, а на вхід Vref – опорну напругу для вбудованого АЦП. Штатно вона повинна становити +2,7В. З 12 вихідних розрядів коду вбудованого АЦП використовуємо тільки 8: це задовольняє нашу точність і погодиться з розрядністю мікропроцесорного ядра. що полегшує обробку сигналу всередині процесора. Для ЦАП також використовуємо 8-розрядний вхідний код.

Під’єднання портів вводу-виводу до елементів схеми вказано нижче

Вхід	Підключений елемент
Р0.0-P0.4	Входи АЦП, під’єднані резистори R2-R6
Р1	канал вививоду даних на ЦАП
Р2.0-Р2.4	вибір ЦАП
Р3.2	Кнопка перемикання номеру канала
Р4.1-Р4.3	Інтерфейс SPI, рідкокрисалічний індикатор

Мікросхеми ЦАП DD2-DD6 під’єднані за стандартною схемою включення. В якості опорноі напруги подаємо з блока живлення +7,4В, щоб забезпечити необхідний по технічному завданню діапазон регулювання.

Вихідні сигнали подаються на з’єднувач Х2.

8. Розробка блок-схеми алгоритму і програми реалізації закону управління

Метою функціонування представленої мікропроцесорної системи є прийом даних у вигляді електричних сигналів від датчиків, видача їх числового значення на індикацію та формування і видача сигналів керування виконавчими механізмами у канал керування.

Оскільки процес опитування датчиків та управління виконавчими механізмами носить циклічний характер то у програмі повинно бути реалізовано цикл зчитування даних з датчику, індикації числового еквіваленту електричного сигналу з датчика та формування управляючого сигналу для кожного виконавчого механізму.

З АЦП будемо знімати данні в 7-розрядному розмірі. Це надлишково забезпечує задану точність та не викличе переповнення в процесі обчислення.

Законом регулювання (керуючою програмою) в даному алгоритмі є функція

Для реалізації алгоритму керування застосуємо табличний метод обчислення для функції синуса: , для х = 0..127

0, 0, 0, 0, 1, 1, 2, 2, 3, 4, 5, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 13, 14, 16, 18, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 40, 42, 44, 47, 49, 52, 54, 57, 59, 62, 65, 67, 70, 72, 75, 78, 80, 83, 85, 88, 91, 93, 96, 98, 101, 103, 105, 108, 110, 112, 115, 117, 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 132, 134, 136, 137, 139, 140, 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148, 148, 149, 149, 150, 150, 150, 150, 150, 150, 150, 149, 149, 148, 148, 147, 146, 146, 145, 144, 142, 141, 140, 139, 137, 136, 134, 133, 131, 129, 127, 125, 123, 121, 119, 117, 115, 113, 110, 108, 106, 103, 101, 98.

Для виконання масштабування при виводі на індикацію достатньо отримане за АЦП значення домножити на 3 (127*3=381, що практично являє собою верхню межу вимірювання за датчика (+375..+750 0С)).

9. Розрахунки параметрів системи управління

9.1 Розрахунок споживає мого струму

Струм, який споживає кожен елемент:

Мікроконтролер (DD1) – 150 мА;

Цифро-аналогові перетворювачі (DD2-DD7) – 2*6=12 мА;

РКІ-індикатор – 20 мА;

Сумарний споживаємий струм становить 182 мА.

9.2 Розрахунок потужності

Потужність розрахуємо за формулою

P= U·I = 0,182·5 = 0,95 Вт

9.3 Розподілення адресного простору

Розглянемо розподілення ПЗП у випадку використання написаної програми. Для наглядного зображення створимо карту розподілу пам’яті і зобразимо її в таблиці 9.1.

Таблиця 9.1

Таблиця функціі SIN2	217Fh 2100h
Підпрограма виводу на ЦАП	0175h 0166h
Підпрограма обчислення	0165h 0141h
Підпрограма індикації	0140h 0073h
Основна програма	0072h 003Bh
Вектори переривань	003Ah 0003h
Стартовий вектор переходу на основну програму	0002h 0000h

Вище приведена карта розроблена на основі загальної карти розподілу ПЗП МК51, але з уточненим розміщення фрагментів основної програми та робочої процедури.

Межі адресних областей були визначені на основі підрахунку об’єму програмного коду.

Підсумувавши кількість комірок необхідних дя збереження коду отримуємо об’єм коду програми в байтах. Так об’єм основного коду програми - 421 байт, а об’єм таблиць функцій - 256 байт.

Для розміщення користувальних прогарам використовується пам’ять, починаючи з адреси 003Bh. Починаючи з цієї адреси і розміщуються керуючі коди.