ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет"

Кафедра электропривода, автоматики и управления в технических системах

Исследование узлов комплексных систем управления

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Комплексная автоматизация на базе микропроцессорных средств» для студентов направления 140400.68 «Электроэнергетика и электротехника» (магистерская программа подготовки «Электроприводы и системы управления электроприводов») очной формы обучения

Часть 3

Воронеж 2012

Составители: канд. техн. наук М.И. Герасимов

инженер Н.С. Лесных

УДК 681.3-181.48

Исследование узлов комплексных систем управления: методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Комплексная автоматизация на базе микропроцессорных средств» для студентов направления 140400.68 «Электроэнергетика и электротехника» (магистерская программа подготовки «Электроприводы и системы управления электроприводов») очной формы обучения. Ч. 3 / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. М.И. Герасимов, Н.С. Лесных. Воронеж, 2012. 42 с.

Методические указания содержат теоретические сведения об устройстве и принципах работы исследу­емых узлов, способах исследования и соответствующих программных средствах, предварительное и рабочее задания, определяющие порядок исследования, контрольные и итоговые вопросы.

Предназначены для магистрантов 2 курса очной формы обучения.

Методические указания подготовлены в электронном виде в  текстовом редакторе MS Word и содержатся в файле МУ_лаб_КА_3.doc

Табл. 6. Ил. 6. Библиогр.: 7 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. А.В. Романов

Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В.Л. Бурковский

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

©  ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012

Введение

Комплексная автоматизация на базе микропроцессорных средств в промышленности предусматривает применение многоуровневых многопроцессорных системы, в состав которых входят как микропроцессорные устройства (МПУ) – управляющие ЭВМ /1/, так и вспомогательные узлы с фиксированными целевыми функциями. В настоящем цикле работ изучаются как аппаратные средства интерфейсных блоков МПУ – межшинный интерфейс, цифроаналоговый и аналого­цифро­вой преобразователи, так и программные средства управления электроприводами и системами оборудования.

Данные методические указания выполнены в виде электронного документа с использованием аппарата гиперссылок и других средств повышения наглядности и удобства использования. Для совмещения на дисплее текста МУ и программы коммутации схем рекомендуется использовать режим «В окне» + «Веб-документ», при этом размер шрифта выбирать масштабом.

1. Организация цикла лабораторных работ

1.1. Состав и задачи цикла работ

Программа дисциплины "Комплексная автоматизация на базе микропроцессорных средств" пре­ду­сматривает проведение восьми лабораторных работ (36 часов).

Наименование лабораторной работы	Кол-во часов
9. Средства вывода аналоговых сигналов	4
10. Средства ввода аналоговых сигналов	4
8. Исследование узлов систем управления на основе IBM PC с шиной ISA	4

14. Формирование алгоритмов управления микропроцессорной системой	4
15. Формирование алгоритмов управления в реальном времени	4
16. Использование памяти в алгоритмах управления МК	4
17. Изучение интегрированной среды разработки AVR Studio	4
18. Исследование системы управления шаговым приводом на микроконтроллерах	8
ВСЕГО	36

Содержание цикла лабораторных работ – изучение свойств ос­новных функциональных узлов систем управления на базе микроЭВМ, приобретение студентами навыков их практического применения.

Материалы для выполнения работы № 8 приведены в методических указаниях № ХХХ-2012 «Исследование узлов систем управления», ч. 1, работ № 9 и 10 – в МУ № ХХХ-2012 «Исследование узлов систем управления», ч. 2, работ № 14-16 – в настоящих МУ, работ № 17-18 – в следующей части методических указаний. В части 1 приведены также общие сведения об организации цикла лабораторных работ и инструкции по технике безопасности и пользованию приборами, которыми следует неукоснительно руководствоваться.

Проведение каждой лабораторной работы включает этапы подго­товки, выполнения работы, оформления и защиты отчета. Каждая ла­бораторная работа требует ориентировочно 2 часа на подготовку к выполнению и 2 часа на оформление отчета и подготовку к его за­щите. Это время предусмотрено в учебном плане как самостоятель­ная работа.

Лабораторная работа № 14

ФОРМИРОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМОЙ (МК)

Цель работы – изучение возможностей управления процессами через порты ввода-вывода однокристального микроконтроллера.

1. Теоретические сведения

Архитектура МК

В данной работе исследуются МК с архитектурой AVR фирмы ATMEL /2-6/. Этот выбор обусловлен целым рядом факторов, таких как распространенность микроконтроллеров в России, доступность технической информации (в частности, на сайте www.atmel.ru), наличие свободно распространяемых программных и сравнительно недорогих аппаратных средств поддержки проектирования.

В соста­ве данного семейства имеются микроконтроллеры с различным сочетанием периферийных узлов, различными объемами встроенной памяти и различ­ным количеством выводов. Это дает разработчику возможность выбрать именно ту конфигурацию, которая ему нужна. В качестве примера на рис. 14.1 приведено УГО МК AT90S4434.

Микроконтроллеры изготавливаются по малопотребляющей КМОП-технологии, которая в сочетании с усовершенствованной RISC-архитектурой позволяет достичь хорошего соотношения показателей быстродействие/энергопотребле­ние. Благодаря тому, что подавляющее большинство команд выполняется за один такт, быстродействие этих микроконтроллеров может достигать значения 1 MIPS (миллионов операций в секунду) на 1 МГц тактовой частоты.

В соответствии с принципами RISC-архитектуры практически все команды микроконтроллера (исключая те, у кото-

рых одним из операндов является 16-разрядный адрес) занимают только в одну ячейку памяти программ. Но сделать это разработчикам удалось за счет одновременного использования принципов Гарвардской архитектуры и расширения ячейки памяти программ до 16 разрядов. Поэтому в системе команд AVR-микроконтроллеров целых 130 различных команд, что значительно больше, чем у большинства современных RISC- архитектур. Для сравнения, контроллеры фирмы Microchip с ядром PIC12, PIC16, PIC17 имеют всего 33 команды.

Структура ядра микроконтроллеров AVR приведена на рис. 14.2.

Рис. 14.2