Введение

Система электроснабжения электрифицированных железных дорог должна надёжно и бесперебойно снабжать электроэнергией устройства электрической тяги. Аппаратура автоматики и телемеханики обеспечивает непрерывный контроль и поддержание заданного режима работы основного оборудования системы электроснабжения и тем самым позволяет повысить надежность его работы.

Последние поколения средств автоматики, телемеханики и релейной защиты основаны на микроэлектронике с использованием интегральных микросхем и микропроцессорной техники.

Микропроцессоры изучаются студентами специальности «Системы обеспечения движения поездов» специализации «Электроснабжение железных дорог» (190901) и направления подготовки «Электроэнергетика и электротехника» (140400.62) и предусматривает изучение теоретических сведений об устройствах микропроцессорной техники, системе команд, составлении алгоритмов, а, также, основах проектирования устройств автоматики с применением микропроцессоров. Для этой цели предусмотрено выполнение курсового проекта "Применение микропроцессоров в устройствах электроснабжения железных дорог". Пособие содержит основные сведения по применению микропроцессора PIC16F873 фирмы Microchip Technology Inc. в устройствах автоматики.

Учебно-методическое пособие предназначено для использования студентами при курсовом и дипломном проектировании на основании задания, выдаваемого преподавателем.

1. Основные понятия и определения

Процессор – программно управляемое устройство, предназначенное для обработки информации. Микропроцессор – это процессор, оформленный обычно в виде одной микросхемы. Основное в определении процессора это то, что он «программно» управляемый. Для изменения алгоритма работы устройства достаточно будет перепрограммировать процессор, изменений в конструкцию устройства вносить не нужно. Противоположностью процессорам являются устройства на жёсткой логике (устройства, построенные на логических микросхемах И-ИЛИ-НЕ и т.д.). В таких устройствах для изменения алгоритма работы необходимо изменить конструкцию устройства, изменить схему соединения логических элементом, заменить сами элементы.

Процессоры можно разделить на 3 основные группы. Деление выполнено по назначению.

• Процессоры – предназначены для обработки больших объёмов информации, произведения вычислений. Отличаются высокой производительностью, развитой системой команд.

• Контроллеры – предназначены для управления устройствами. Производительность у контроллеров меньше, чем у процессоров, набор команд скромнее. Но у контроллеров развита периферия, в контроллер могут быть встроены многофункциональные порты, таймеры, АЦП, сторожевой таймер, память программ и данных, энергонезависимая память и т.д.

• Сигнальные процессоры (DSP) – предназначены для цифровой обработки сигналов.

Рассматриваемый здесь процессор PIC16F873 является типичным представителем микроконтроллеров.

Алгоритм – порядок действий, направленных на достижение поставленной цели. Алгоритм можно излагать словесно, можно изображать графически в виде блок-схемы. Графические элементы для блок-схем регламентируются ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85).

Ассемблер. Можно выделить два значения термина «ассемблер». Во-первых, ассемблер – это машинно-ориентированный язык программирования. Термин «машинно-ориентированный» означает, что для каждого процессора ассемблер свой. Во-вторых, ассемблер – это программа для перевода программы, написанной на ассемблере, в машинные коды.

Микроконтроллер PIC16F873 является 8-ми разрядным, так как у него 8-ми разрядная шина данных, 8-ми разрядное ALU, 8-ми разрядные регистры.

Микроконтроллер PIC16F873 имеет упрощенный набор команд, т.е. является RISC-процессором (Reduced instruction set computer), в отличие от CISC-процессоров (Complex instruction set computer) со сложным (развитым) набором команд.

Микроконтроллер PIC16F873 построен по Гарвардской архитектуре, у него программный код, стек и данные хранятся в разной памяти. У процессоров, построенных по архитектуре фон Неймана и программа и стек и данные находятся в одном адресном пространстве.