3 Обоснование выбора мк

Требование к микроконтроллеру (МК) как элементу проектируемой системы, определяют его функциональным назначением, которое зависит от назначения всей системы. При этом необходимо учитывать, что от правильного выбора МП зависит такие важнейшие параметры, как быстродействие, сложность, а, следовательно, и стоимость разрабатываемой системы.

Проектируемое устройство обладает следующими характеристиками, определяющими основные требования к выбору МК:

1) Устройство должно иметь микросхему, рассчитанную на управление 4-цилиндровым и 8-цилиндровым ДВС

2) Контроллер должен организовывать независимую работу различных узлов, таких как аналогово-цифровой преобразователь, блок вычисления угла опережения зажигания, блок вычисления угла опережения коленчатого вала двигателя, регулятор времени катушки зажигания.

3) Необходимо найти разумный компромисс по сочетанию стоимости ОЭВМ и ее быстродействия.

На основе приведенных характеристик разрабатываемой системы, выделим критерии, по которым проводится выбор МК:

• число каналов ввода и их разрядность;

• напряжение питания;

• потребляемый ток;

• разрядность обрабатываемых данных и выполняемых команд;

• тактовая частота;

• технология изготовления.

Основные параметры некоторых популярных микроконтроллеров сведены в таблицу 2.

Таблица 2 – Основные характеристики микросхем

Тип микросхемы	Тим программной памяти	Объем внутренней программной памяти, байт	Объем ОЗУ, байт	Максим. Тактовая частота, МГц	Наличие энергосбер. режима работы
КМ 1823	ППЗУ	1К	64	4,2	нет
КМ1816ВЕ48	ППЗУ	500	64	3,5	нет
PIC16F84	EEPROM	500	64	3,5	Да
AT90S	FLASH	500	32	3,5	Да
PIC18C83	EEPROM	500	64	3,5	Да

Таким образом, всем поставленным требованиям удовлетворяет микроконтроллер КМ1823ВГ1, который обладает достаточным быстродействием, встроенной перепрограммируемой памятью для программ, наличие независимой работы микроконтроллер различных узлов.

4 ОПИСАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА КМ 1823

4.1 Основные технические характеристики и условно графическое обозначение

Все команды выполняются за один цикл, время цикла обращения к запоминающему устройству составляет 1,9 мкс.

Рабочая частота 0 Гц … 4,2 Гц

Постоянно запоминающее устройство емкостью 2К на 8 бит.

Контроллер программируется посредством 13 констант, хранимых во внешнем постоянно запоминающем устройстве.

Напряжение источника питания составляет 5 В.

Тип памяти: программируемое постоянное запоминающее устройство.

Объем оперативно запоминающего устройства составляет 64 байта.

Объем внутренней программной памяти составляет 1К.

Автоматическое регулирование времени накопления энергии.

Устройство временной селекции сигнала и триггер Шмитта на входе, обеспечивающий повышение помехоустойчивости контроллера.

Микросхема выполнена на основе КМОП технологии с самосовмещенным поликремниевым затвором в 40-выводном металлокерамическом корпусе.

Условно графическое отображение микроконтроллера КМ1823ВГ1 по порядку расположения (а) и функциональному назначению (б) выводов показано на рисунке 4.

Рисунок 4 – УГО микроконтроллера КМ1823ВГ1

Назначение выводов представлено в таблице 3.

Таблица 3 – Назначение выводов микроконтроллера КМ1823ВГ1.

Номер вывода	Обозначение	Назначение	Тип
1	SA	Состояние концевого выключателя	Вход
2	BG	Импульсы начала отсчета	»
3	SYN	Угловые импульсы синхронизации	»
4,5	K2, K1	Компараторы инвертированный и неинвертированный	»
6	RC	Подключение корректирующей цепи	»
7	MD	Модулятор АЦП	»
8	+1	Увеличения угла опережения зажигания	Выход
9	FL3	Флаг детонационной зоны	Вход, Выход
10,11	CO2, CO1	Управление ЭПХХ2, ЭПХХ1	»
12,13	COSW2, COSW1	Управления ключами каналов 2,1	»
14	DE	Блокировка регулятора накопления энергии	Вход
15	SR	Начальная установка	»
16…19	D7…D4	Шина данных	»
20	OB	Общий	–
21…24	D3…D0	Шина данных	»
25…35	A0…A10	Шина адреса	Выход
36	GN2	Внутренний генератор	»
37	GN1	Внутренний генератор	Вход
38,39	FL2, FL1	Флаги температурной коррекции	»
40	Ucc	Напряжение источника питания	–

4.2 Архитектура микроконтроллера

Архитектура основана на концепции раздельных шин и областей памяти для данных и для команд.

Структурная схема микроконтроллера приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Структурная схема БИС контроллера КМ1823ВГ1

БИС содержит на кристалле следующие функциональные блоки:

- генератор тактовых импульсов (G) – формирует сигналы синхронизации работы узлов и блоков контроллера;

- аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – преобразует аналоговый сигнал на входе К1 в код, составляющий старшую часть (А5…А10) кода адреса внешнего ПЗУ;

- счетчик адреса (СА) – устанавливает младшую часть (А0…А4) кода адреса при выполнении вычислительных операций;

- мультиплексор (МТ) – обеспечивает коммутацию на адресную шину контроллера кода адреса, поступающего с выходов АЦП и счетчика адреса или из блока управления;

- блок управления (БУ) экономайзером принудительного холостого хода (ЭПХХ) – формирует сигналы управления одним или двумя электромагнитными клапанами и сигнал FL3, указывающий режим работы двигателя, при котором возможно детонационное сгорание топлива;

- блок температурной коррекции (БТК) – обрабатывает три пороговых входных сигнала и формирует сигналы модификации двух старших разрядов адреса;

- блок внешней коррекции (БВК) УОЗ – принимает внешние сигналы коррекции величины УОЗ.

Микросхема рассчитана на управление 4- и 8- цилиндровыми двигателями внутреннего сгорания и выполняет следующие функции:

- вычисление величины угла опережения зажигания как функции частоты вращения коленчатого вала двигателя, величины напряжения на входе АЦП и состояния пороговых сигналов на входах БТК;

- автоматическое регулирование времени накопления энергии в КЗ и формирование сигналов управления коммутатором первичной цепи КЗ;

- управление одним или двумя электроклапанами ЭПХХ;

- формирование сигнала для электронного тахометра;

Под различные типы двигателей и режимы работы контроллеров программируется посредством 13 констант, хранимых во внешнем ПЗУ и выбираемых контроллером по мере необходимости в соответствие с алгоритмом работы. В этом же ПЗУ хранится информация, определяющая зависимость изменения угла опережения зажигания от упоминавшихся выше переменных, а также данные, описывающие закон управления ЭПХХ.

В контроллере организована независимая работа таких основных узлов, как АЦП, БВУОЗ, БКВД, РВКЗ.

Величина напряжения на входе АЦП измеряется автоматически, результат переписывается в буферный регистр по сигналу блока управления в начале каждого цикла вычисления УОЗ. Начало вычисления УОЗ синхронизировано с сигналом начала отсчета BG. Этим же сигналом синхронизируется работа БКВД, который постоянно отслеживает угловое положение КВД.

Благодаря тому, что процессы вычисления УОЗ и угла поворота КВД протекают одновременно, значительно повышается динамика работы контроллера. Для повышения точности вычисления УОЗ и угла поворота КВД удваивается частота угловых импульсов SYN. Точность вычисления УОЗ и плавность его изменения в зависимости от изменения частоты вращения КВД повышается благодаря введению линейной интерполяции. Время накопления энергии в КЗ регулируется под управлением сигнала DE, подаваемого на вход контроллера при нарастании тока в первичной цепи КЗ до заданного значения, которое обычно выбирается равным или несколько большим половины требуемого тока разрыва.

БУЭПХХ может работать в двух режимах: раздельного управления двумя клапанами ЭПХХ, управления одним клапаном ЭПХХ и формирования по выходу СО2 сигнала управления электронным тахометром (ТАХ).

Алгоритм работы контроллера построен таким образом, что при случайных сбоях нормальный режим восстанавливается автоматически в течение не более одного оборота КВД. Для повышения помехоустойчивости контроллер снабжен устройством временной селекции сигнала BG и триггером Шмитта на входе DE. При отсутствии (в ре­зультате неисправности) сигнала DE, когда невозможно управлять временем накопления энергии в КЗ, контроллер автоматически переходит в аварийный режим и накопление энергии регули­руется по жесткому алгоритму, предусмотренному специально для этого случая.

4.3 Система связи КМ1823ВГ1 в устройстве

Выводы с 25 по 35 соединены с выводами микросхемы КМ1823РЕ1 (рис.1), являющиеся постоянным запоминающим устройством.

Выводы с 16 по 24 соединены последовательно с выводами резистивной матрицы К1034НР2А и ПЗУ КМ1823РЕ1.

Выводы 36, 37 соединены с генератором тактовых импульсов. Питание подается на выводы 40 (+5В), 20 (Земля).

Вывод 1 соединен с ключом состояния концевого выключателя SA, а выводы 38 и 39 с блоком температурной коррекции.

Выводы с 4 по 7 соединены с модулятором АЦП.

Выводы 2,3,15 соединены с блоком управления.

Выводы с 12 по 14 соединены с регулятором времени катушки зажигания.

Выводы с 9 по 11 соединены с БУЭХХ.

5 БЛОК СХЕМЫ АЛГОРИТМА РАБОТЫ

Блок-схема алгоритма работы программы показана на рисунке 6.

Рисунок 6 – Блок схема алгоритма работы программы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате курсового проектирования было разработано устройство контроллера системы зажигания двигателя внутреннего сгорания на базе микропроцессора КМ1823ВГ1, наиболее соответствующего требованиям разрабатываемого устройства, приведен алгоритм работы данного устройства.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника: Учебное пособие для вузов/ Под ред. И.П. Степаненко. – М.: Радио и связь, 1982.

2. Балашов Е.П., Пузанков Д.В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы: Учебное пособие для вузов/ Под ред. В.Б. Смолова. – М.: Радио и связь, 1981.

3. Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов: Учебное пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1988.

4. Лангуев В.В., Гаврилюк С.Ю., Пономаренко И.Н., Болотов С.А. Микропроцессорные средства и системы/ Журнал №5, 1990, с.6

5. Стрыкин В.В., Щарев Л.С. Основы вычислительной, микропроцессорной техники и программирования: Учебник для учащихся техникумов. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1989.

6. Фрунзе А., Хоркин С. Однокристальные микроЭВМ// Радио, №6, 1994, с.17.

7. Фрунзе А., Хоркин С. Однокристальные микроЭВМ КМ1816ВЕ35, КМ1616ВЕ48, КМ1816ВЕ49. Структурная организация// Радио, №2, 1994.

8. Хвощ С.Т. Микропроцессоры и микроЭВМ в САУ: Справочник/ С.Т. Хвощ, Н.Н. Варлинский, Е.А. Попов; Под ред. С.Т. Хвоща. – Л: Машиностроение, 1987.

9. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/ С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И.Кулешова и др.; Под ред. С.В. Якубовского. – М: Радио и связь, 1989.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

Графическая часть

1 Структурная схема устройства 23

2 Цоколевка корпуса и наименование выводов 24

3 Структурная схема БИС 26

4 Блок-схема алгоритма работы устройства 27

22

Лист