Федеральное агенство Российской Федерации по высшему образованию

Камский государственный политехнический институт

Кафедра "Автоматизация и информационные технологии"

Методические указания к курсовому проектированию

по дисциплине

"Проектирование системы управления"

для студентов специальности 2102

"Автоматизация технологических процессов и производств"

г. Набережные Челны

2005

УДК 681.3

Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине "Проектирование систем управления" для студентов специальности 2102 "Автоматизация технологических процессов и производств". / Заморский В.В. Набережные челны: КамПИ, 2005, – 9 с., ил.

Печатается по решению научно-методического совета КамПИ.

Рецензент: к.т.н., профессор кафедры автоматизация и информационные технологии Ахмадеев И.А.

В методических указаниях изложены понятия о системе управления, основные принципы нисходящего проектирования. Рассмотрен цикл проектирования системы с вычислителем. Изложены общие требования к оформлению курсового проекта.

Библиогр.1:.

© Камский государственный политехнический институт, 2005.

1. Введение.

1.1 Понятие о микропроцессорной системе управления.

Система - это набор компонентов, выполняющих определенные функции относительно некоторой внешней среды. Поэтому, чтобы эффективно выполнять свои функции, система управления (СУ)

должна иметь возможность воспринимать информацию извне и пере­давать ее во внешнее окружение,т.е. должна иметь входы и выхо­ды.

Искуственные, созданные человеком, системы могут быть раз­личные, в том числе и электронные. Электронные - те, которые содержат электронные компоненты. Широко используется в качест­ве электронного компонента микропроцессор (микрокомпьютер).

Микрокомпьютер, в отличии от других компонентов, не обладает фиксированным набором функциональных характеристик. Его харак­теристики определяются во время проектирования системы с по­мощью процесса, называемого программированием. Практически не­ограниченный диапазон программируемых функциональных возмож­ностей микрокомпьютера придает этому компоненту особое значе­ние.

Для создания систем управления на основе микропроцессора (МП) необходимо исследовать, знать непрограммируемые характеристики микрокомпьютера, а также методы проектирования программ, опре­деляющих его функциональные характеристики. Электронные компо­ненты системы (включая МП), называемые аппаратными средствами, являются сравнительно жесткими и трудно поддающимися изменени­ям после того, как параметры этих компонентов выбраны и систе­ма построена.В противоположность этому программные компоненты, создаваемые в момент проектирования и называемые программным обеспечением, относительно легко могут быть изменены даже после того, как проектирование завершено и система сконструи­рована.

Непосредственной функцией МП и микрокомпьютеров в системах управления является реализация алгоритмов решения задач, сфор­мулированных пользователем, а также сбор и регистрация исход­ных данных - значений параметров управляемого процесса, а так­же их обработка.

Режимы работы управляющих ЭВМ можно подразделить на: режим пакетной обработки и режим реального времени.

Для МП управляющих систем характерна работа в режиме реаль­ного времени, т.е. в режиме обеспечивающем своевременную реак­цию системы на изменения, происходящие во внешней среде.

Время ответа управляющих ЭВМ должно приблизительно соот­ветствовать главной постоянной времени процесса, которая приб­лизительно определяется временем регулирования. Время регули­рования и граничная частота связаны между собой теоремой Ко­тельникова Тр = 1/2 fср.

Конечной целью данных методических указаний является изложе­ние методики эффективного проектирования микропроцессорных систем управления.

Проектирование аппаратуры и программного обеспечения должно проводиться на системной основе с целью минимизации как стои­мости проектирования, так и времени, затрачиваемого на разра­ботку. Рассмотрим понятие цикла проектирования системы.

2. Цикл проектирования системы.

Первый шаг цикла проектирования системы включает определение набора требований пользователей.Требования пользователей опре­деляют, что пользователь хочет от системы и что она должна де­лать (что не должна делать).

После выявления этих требований разрабатывается функциональ­ная спецификация. Она включает описание форматов сигналов как на входе, так и на выходе, а также внешние условия, управляю­щие действиями системы.

Функциональная спецификация и требования пользователей явля­ются критерием оценки функциональных характеристик системы после завершения проектирования.

Следующим шагом является проектирование системы на основе функциональной спецификации.

Для системы, содержащей только аппаратные компоненты, это означает выбор конфигурации системы, определение значений и способа взаимосвязи этих частей. Аппаратура конструируется, тестируется и объединяется в единое целое, после чего оценива­ются ее эксплуатационные характеристики.

Для системы с МП требуется проектирование как аппаратных, так и программных средств. Необходимо определить аппаратную и программную конфигурации, определить из каких частей должна состоять система и как эти части должны быть взаимосвязаны. Аппаратная часть проектируется с использованием стандартной ме-

тодологии проектирования аппаратуры. Программное обеспечение

строится путем преобразования алгоритма (формального описания

функционирования) в язык программирования МП. Оно тестируется

и одновременно с аппаратурой объединяется в единое целое,

после чего оцениваются эксплуатационные характеристики систем.

Цикл проектирования программных и аппаратных средств может ид­ти параллельно.

Применение МП систем дает возможность удешевить аппаратные средства и снизить затраты на их проектирование. Для упрощения проектирования программных средств и снижения затрат программ­ное обеспечение должно проектироваться на системной основе.

Одним из основных средств снижения сложности программного обеспечения до приемлемого уровня является использование мето­дологии системного проектирования, включающего нисходящее и модульное проектирование.