2 Структурная схема микропроцессорной системы

Функциональная схема системы управления представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Функциональная схема системы управления

Входными сигналами являются сигналы с цифровых датчиков X1, X2, X3, X4, X5, X6 и аналоговых датчиков V1-V2.

Выходными сигналами являются цифровые сигналы Y1-Y3, Y5 и аналоговый сигнал Y4.

В качестве микроконтроллера выбрана микросхема PIC16F877А. Он является центральным блоком системы управления. МК обрабатывает входные сигналы с цифровых датчиков, сигналы прерывания, вырабатывает двоичные управляющие сигналы, сигналы управления периферийными устройствами.

Блоки вывода цифровых и аналоговых сигналов предназначены для вывода сигналов на исполняемые механизмы.

Блок расширения ввода вывода служит для увеличения количества линий ввода-вывода. В состав данного блока входят буферные регистры.

Блок канала связи состоит из микросхемы приема – передатчика согласующего МК с интерфейсом CAN.

Микроконтроллеры семейства PIC имеют очень эффективную систему команд, состоящую всего из 35 инструкций. Все инструкции выполняются за один цикл, за исключением условных переходов и команд, изменяющих программный счетчик, которые выполняются за 2 цикла. Один цикл выполнения инструкции состоит из 4 периодов тактовой частоты. Каждая инструкция состоит из 14 бит, делящихся на код операции и операнд (возможна манипуляция с регистрами, ячейками памяти и непосредственными данными).

Высокая скорость выполнения команд в PIC-контроллерах достигается за счет использования двухшинной гарвардской архитектуры вместо традиционной одношинной Фон-Неймановской. Гарвардская архитектура основывается на наборе регистров с разделенными шинами и адресным пространством для команд и для данных. Набор регистров означает, что все программные объекты, такие как порты ввода/вывода, ячейки памяти и таймер, представляют собой физически реализованные аппаратные регистры.

3 Принципиальные схемы чтения информации с датчиков микропроцессорной системы управления объектом

3.1 Разработка схемы сопряжения для подключения цифровых датчиков мк

Схема сопряжения обеспечивает гальваническую развязку цифровых датчиков и микроконтроллера. Схема сопряжения представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема сопряжения для подключения цифрового датчика

Используется транзисторный оптрон с подключенным последовательно его светодиоду гасящим резистором и защитным диодом, включенным встречно параллельно светодиоду. Оптрон выполняет функцию гальванической развязки и ключевого элемента. Защитный диод исключает пробой светодиода оптрона обратным напряжением. Критерий выбора защитного диода оптрона следующий:

(1)

где U_прд – прямое падение напряжения на диоде;

–максимально допустимый прямой ток диода.

Для кремниевых диодов U_прд = 0,7–1 В. Используем диод KД518А, которого равна 0,1 А .

Рассчитаем сопротивление резистора R1:

(2)

где U_вх – максимальное входное напряжение;

U_пр – прямое падение напряжения на светодиоде оптрона;

I_н – номинальный ток через светодиод;

В данной схеме используется оптрон АОТ101АС для которого U_пр = 1,6В и I_н = =5мА. Таким образом: R1 = (66-1.6)/0.005 = 13,0 кОм