Московский Авиационный Институт

(Государственный Технический Университет)

Кафедра №301

Курсовой проект по предмету

“Микропроцессорные средства САУ”

Выполнил: студент группы 03-404

Лазарев О.В.

Принял преподаватель:

Можаев В.А.

Москва, 2011г

СОДЕРЖАНИЕ

Задание……………………………………………………………………………………..………………………………….. 3 стр.

Дополнительные требования к системе……………………………………………………………………. 3 стр.

Электрические характеристики системы…………………………………….……………………………… 3 стр.

Структурная схема системы……………………………………………………….………………………………… 3 стр.

1. Описание функциональных элементов системы……………………………………………………. 4 стр.

1.1 Вычислительное устройство……………………………………………………………………………… 4 стр.

1.2 Цифро-аналоговый преобразователь……………………………………………………………… 4 стр.

1.3 Программируемый операционный усилитель……………………………………………….. 5 стр.

2. Расчёт коэффициентов разностного уравнения объекта управления………………….. 7 стр.

3. Расчёт элементов принципиальной электрической схемы……………….………………….. 9 стр.

3.1 Расчёт RC-фильтра……………………………………………………………………………………………….. 9 стр.

3.2 Расчёт операционных усилителей на входе АЦП………………………………………………. 10 стр.

3.3 Расчёт операционного усилителя на выходе системы……………………………………… 11 стр.

3.4 Расчёт светодиода………………………………………………………..……………………………………… 12 стр.

4. Описание алгоритма работы системы…………………………………………………………………….. 13 стр.

5. Программная реализация передаточной функции.………………………………………………. 16 стр.

6. Моделирование переходного процесса в среде Simulink……………………………………. 19 стр.

Выводы.………………………………………………………………………….……………………………………………. 20 стр.

Список литературы.………………………………………………………………………….…………………………. 21 стр.

Приложение А. Печатная плата.

ЗАДАНИЕ:

1. Разработать программу, реализующую цифровой эквивалент непрерывной передаточной функции:

2. По заданной структурной схеме разработать принципиальную электрическую схему цифровой системы, обрабатывающей сигналы с датчиков по разработанной программе:

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ:

- вычислительное устройство должно усреднять сигналы с датчиков;

- если сигнал с одного из датчиков отличается от других более чем на 10%, то этот датчик должен

быть исключён из процедуры обработки;

- в качестве ЦАП использовать широтно-импульсный модулятор;

- величина пульсации на выходе усилителя не должна превышать 1%

- при отклонении сигнала на выходе ЦАП от ожидаемого более, чем на 10%, необходимо провести

коррекцию коэффициента усиления программируемого усилителя. При невозможности

коррекции, нужно выдать световой сигнал «АВАРИЯ»;

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ:

- сигнал на выходах датчиков изменяется в пределах +10-5 В;

- разрядность ЦАП-а: 10 битов;

- напряжение на выходе ЦАП-а: В;

- выходной ток ЦАП-а: 0.5 А.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ:

1. Описание функциональных элементов структурной схемы:

1.1 Вычислительное устройство:

Вычислительное устройство представляет собой 16-разрядный микроконтроллер MB90F591G, организованный на базе процессорного ядра F²MC-16LX. Он содержит энергонезависимую память (ROM) типа Flash объёмом 384 Кбайт и оперативную память RAM объёмом 8 Кбайт. Максимальное значение внутренней частоты 16 МГц. Напряжение питания – 4.5 – 5.5 В. В рабочем режиме контроллер потребляет ток до 80 мА.

Помимо различных периферийных модулей данный микроконтроллер включает в себя встроенный модуль 8/10-разрядного аналого-цифрового преобразования(АЦП), реализуемого методом последовательных приближений. Восемь аналоговых сигналов могут подаваться на внешние выводы микроконтроллера (P60-P67). Минимальное время преобразования составляет 26.3мкс при частоте машинного цикла 16МГц.

Выводы порта Port 6 используются для подключения аналоговых входных сигналов на входы мультиплексора АЦП. Настройка вывода (P60-P67) на передачу аналогового сигнала выполняется установкой в «1» соответствующего бита регистра разрешения ADER(ADE0-ADE7). Регистр разрешения имеет адрес 0x00001B.

Управление модулем АЦП выполняется через регистры ADCS0(0x000034) и ADCS1(0x00005).

Результат преобразования с 8-ми или 16-разрядными разрешением пересылается в регистр данных(регистровая пара ADCR0 и ADCR1).

1.2 Цифро-аналоговый преобразователь:

В качестве цифро-аналогового преобразователя(ЦАП) (Рис. 1.1) будем использовать согласно заданию широтно-импульсный модулятор(ШИМ), в котором цифровой код задаёт скважность(то есть отношения периода следования импульса к его длительности) последовательности прямоугольных импульсов неизменной частоты и амплитуды.

Для выделения постоянной составляющей воспользуемся аналоговым фильтром нижних частот.

(Рис. 1.1 Структурная схема ЦАП)

Аналоговый ФНЧ можно выполнить с помощью простого пассивного RC-фильтра. Фильтр удаляет несущую высокую частоту ШИМ и, таким образом, формирует аналоговый сигнал. Настроечная частота фильтра должна быть выбрана достаточно высокой, чтобы не исказить форму аналогового сигнала. В то же время настроечная частота должна быть достаточно низкой для минимизации пульсаций от несущей частоты ШИМ. Электрическая реализация фильтра представлена на рис. 1.2:

(Рис. 1.2 Электрическая реализация простейшего RC-фильтра)

1.3 Программируемый усилитель:

В качестве программируемого усилителя возьмём усилитель с цифровым управлением. Усилители данного типа реализуются на основе операционных усилителей. В качестве программируемого элемента используется цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), сопротивление резистивной матрицы которого (RМ) изменяется в зависимости от цифрового кода, поступающего с микроконтроллера. Наиболее широко в схемах с программируемым коэффициентом усиления используется микросхема К572ПА1.

(Рис. 1.3 Программируемый операционный усилитель с цифровым управлением)

На рис. 1.3 ЦАП типа К572ПА1 построенный на основе матрицы R – 2R, включен таким образом, что сопротивление резистивной матрицы R_М находится в цепи обратной связи операционного усилителя, а входной сигнал подается на внешний вывод внутреннего резистора R_ОС ЦАП (вход 16), величина которого равна R_ОСR.

Таким образом, формируется инвертирующий усилитель с переменным сопротивлением в цепи обратной связи. В схеме выходное напряжение усилителя выполняет роль опорного напряжения ЦАП, а ток в цепи обратной связи I_ОС = U_ВЫХ/R_М, где

;

Величины a_i в данном выражении принимают значения 0 или 1 в зависимости от того, какое напряжение (логическая 1 или логический 0) подается на соответствующий цифровой вход ЦАП.

В соответствии с принципом работы инвертирующего усилителя, коэффициент усиления по напряжению схемы:

;

Когда на всех цифровых входах логические единицы (все а_i = 1), коэффициент усиления схемы минимален и равен К_u = 0,999. При наращивании цифрового кода коэффициент усиления возрастает и достигает максимального значения К_u =1024, когда содержится логическая единица только в младшем разряде (а₁₀ = 1), а во всех остальных логические нули. В курсовом проекте ограничимся максимальным коэффициентом усиления равным К_u =256. То есть 9 и 10 разряды не будут использоваться в схеме.