АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ
Инженерлік кибернетика кафедрасы
АВТОМАТИКА ҚҰРЫЛҒЫЛАРЫ МЕН ЭЛЕМЕНТТЕРІ
Курстық жұмысты жасауға арналған әдістемелік
нұсқаулар
( 050702-Автоматтандыру және басқару мамандығы бойынша
оқитын студенттенттер үшін)
Алматы 2006
ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР:
Көпесбаева А.А., Ибрашева А.Т. Автоматика
құрылғылары мен элементтері. Курстық жұмысты
жасауға арналған әдістемелік нұсқаулар ( 050702-Автоматтандыру және басқару
мамандығы бойынша оқитын студенттенттер
үшін).- Алматы: АЭжБИ, 2006. –20б.
Әдістемелік нұсқауда
микропроцессорлық басқару жүйелерін жобалау
сұрақтары қарастырылады,
осындай жүйелерді жобалау мен программалауға әдістемелік
ұсыныстар келтірілген, схемотехникалық шешулер мен тапсырма
нұсқалары бар.
Әдістемелік нұсқауды «Автоматика
құрылғылары мен элементтері», «Микропроцессорлар және
микропроцессорлық жүйелер» пәндерінде қолдануға болады.
Без. 11, кесте 1, библиогр. –6 атау
Пікір беруші:
техн. ғыл. канд., доц. Н.М. Айтжанов
Алматы энергетика және байланыс институтының 2006 ж. жоспары
бойынша басылды.
© Алматы энергетика және
байланыс институты, 2006 ж.
Мазмұны
Кіріспе
................................................................................................................... 4
1 Курстық жұмысты орындау реті
..................................................................... 4
2 Курстық жұмыстың
тапсырмаларының тізімі................................................ 18
Әдебиеттер
тізімі ................................................................................................
20
Кіріспе
Курстық
жұмыстың мақсаты – АРЖ-сін микропроцессорлық элементтер
негізінде жобалау. Бұл мақсатқа жету үшін келесіні
орындау қажет:
-
автоматтандыру
жүйесінің құрылымдық сұлбасын
құру;
-
автоматтандырудың
негізгі шешетін есептерін құру;
-
орындаушы
және мән беруші (задающие) элементтерін таңдау;
-
микропроцессорлық
басқару элементін таңдау қажет және сол таңдауды
дәлелдеу;
-
элементтердің
жүктемелік (нагрузочные) сипаттамаларын есептеу керек;
-
элементтердің
электрлік сұлбасын және
элементтердің көрсеткіштер кестесін құру;
-
басқарудың
алгоритмдік сұлбасын құру;
-
программасын жазу керек.
1 Курстық жұмысты орындау реті
1.1 Автоматтандыру жүйесінің құрылымдық
сұлбасы – басқару есептерін құру және
анықтау мақсатында құрылады. Бұл курстық жұмыста автоматтандыру есептерін шешудің
міндетті көрсеткіші – ол микропроцессорлық басқару элементін
қолдану. Онда құрылымдық сұлбасы (1-сурет)
микропроцессорлық басқару элементінен (микробақылауыш)
-1, кіріс элементтерінен -2 және
орындаушы элементтерден -3 тұруы керек. Кіріс элементтері ретінде датчиктер, басқару кнопкалары,
клавиатура қолданылуы мүмкін, ал орындаушы элементтер ретінде соленоидатар катушкасы, реле
катушкалары, сиреналар, дыбыстық генераторлар, қуаты аз
қозғалтқыштар (двигателдер), жарықдиодтары,
лампалар қолданылуы мүмкін. Құрылымдық
сұлбада сигналдар бағытын және кері байланыстардың
бағытын көрсету қажет.
1-
сурет
1.2 Автоматтандыру есептреін құру келесі үлгі бойынша
жүреді: келесі … кіріс шамалары кезінде … алгоритмге сәйкес (жүйенің жұмыс істеу алгоритмі сөзбен жазылады) келесі шығыс шамаларын орнату (немесе жою -сбросить) қажет…
1.3 Есептерді құруға сәйкес жүйенің мән беруші және
орындаушы элементтері [6] каталогтан таңдалады. Мұнда таңдалатын
құрылғылардың электрлік сипаттамаларын ескеру
қажет (қоректендіру кернеуі, кедергісі және
шығыстағы тізбектер тоғы).
1.4 Микропроцессорлық элементті
таңдау және таңдауды дәлелдеу жоғарыдағы
пункттер негізінде жүруі керек.
Кіріс және шығыс сигналдарының санын санау,
әрбір сигналдың түрін (аналогты, сандық және
кедергілік термометрден), қоректендіру кернеуін, әрбір
қосылатын элементтердің жүктемелік тоғын анықтау
қажет. Мұнда таңдалатын микропроцессорлық
элементтің басқалардан артықшылығы неде екенін,
электрлік сипаттамасын, экономикалық көрсеткіштерін,
программалық мүмкіншіліктері және программалау
ерекшеліктерін, сенімділік көрсеткіштерін көрсету керек.
1.5
Жүргізілген
таңдауды ескере отырып, микробақылауыштың жүктемелік сипаттамасын есептеу
керек.
Бақылауышқа қосылатын әрбір
құрылғы оның порттарында жүктеме (нагрузка) болып
табылады. Шығыстағы
тоқ Iп әрбір порт бойынша бақылауыштың паспорттық мәліметтерінде болады. Қосылатын
құрылғының ішкі кедергісі де көрсетіледі, оны Rн
деп белгілейік.
Бақылауыштың қоректік кернеуі Vdd мен қосылатын
құрылғының кернеуі тең немесе жуықтап
бірдей болуы керек. Онда бақылауыштың шығысы бойынша
жүктемелік тоқты Ом заңы бойынша есептейміз
Бұл кезде есептелген мән рұқсат етілген мәннен аспауы керек:
Мұнда і- шығыс немесе
кіріс каналының нөмірі.
1.6 Электрлік
сұлба және элементтер көрсеткіштерінің кестесін
құру курстық жұмыстың негізгі бөлігі болып
табылады. Алдымызда электрлік
сұлбаны қалай құруға ұсыныстар келтірілген.
Ең негізгісі микробақылауышты тактілеу болып
табылады. РІС микробақылауыштарын тактілеудің үш сұлбасы бар (2-сурет).
Кварцтық немесе керамикалық резонаторы бар версия үшін
2,а-суретінде көрсетілген сұлбаны қолданады. С1 және С2
резисторларының мәні резистор типіне (кварцтық немесе
керамикалық) және жиілігіне (1-кесте) сәйкес таңдалады.
ХТ версиясы үшін R1 резисторы
керек емес, бірақ кей кезде НS
версиясысының микробақылауыштары үшін керек. Кварцтық резонатордың
көрсеткіштерінің мәні ғана R1 резисторының
қажеттілігін және оның мәні қандай болу керек
екенін анықтауға мүмкіндік береді.
2,б-суретіндегі
сұлба RС генераторын іс жүзінде көрсетеді. Бұл жағдайда бақылауыштың ішкі генерациясы үшін
OSC1 «аяғы» (выводы, ножки) қолданылады. OSC2 «аяғы»
микробақылауыштың ішкі жұмысшы жиілігінің
(командалық циклдар жиілігі) шығысы болып табылады. Бұл
жиілік генератор жиілігінен төрт есе кіші.
Кварцтік генератордың тұрақтылығы
(стабильность) RС генераторына қарағанда жоғары. Оған
сыртқы факторлар және микросұлбаның ішкі сипаттамалары
үлкен әсерін тигізбес үшін Microchip фирмасы
кедергісі 5 тен 200КОм дейін резистор
және сыйымдылығы 20пФ конденсатор қолдануды
ұсынады.
2,в-суреті РІС*-ті сыртқы генератормен
тактілеу әдісін көрсетеді. Сыртқы генератор шығаратын
кернеу деңгейлері микробақылауыштың қоректік кернеуіне
сәйкес болуы керек.
1- кесте
Резонатор типі |
Жиілігі, кГц |
С1, пФ |
С2,пФ |
LP –төменгі жиілікті кварцтық резонатор |
32 |
15 |
15 |
100 |
15 |
15 |
|
200 |
0-15 |
0-15 |
|
XT – стандартты кварцтық резонатор максималды жиілігі 4 МГц |
100 |
15-30 |
200-300 |
200 |
15-30 |
100-200 |
|
455 |
15-30 |
15-100 |
|
1000 |
15-30 |
15-30 |
|
2000 |
15 |
15 |
|
4000 |
15 |
15 |
|
HS- жоғарғы жиілікті кварцтық резонатор |
4000 |
15 |
15 |
8000 |
15 |
15 |
|
20000 |
15 |
15 |
Мұнымен қатар бақылауышты қайта жіберуді (сброс) ескеру
керек. Барлық
микробақылауыштарда қайта
жіберу шығысы бар, көбінесе оны
– MCLR деп атайды. Егер
қоректік кернеудің өсу жылдамдығы жоғары болса (0,05B/мs-тен
жоғары) РІС* – бақылауыштарында ішкі қайта жіберу
сұлбасы жұмыс істейді. Егер қоректік кернеу баяу өссе,
онда қолмен қайта жіберу керек (3-сурет). R1 резисторына көңіл аударыңыз, оның мәні 100 Омнан 1кОм аралығында өзгеруі
мүмкін. R1 микробақылауыштың MCLR кірісін С
конденсаторындағы оң(+) кернеуден қорғайды. Ол кернеу
тоқ көзін өшіргенде пайда болуы мүмкін.
Енді бақылауышқа әртүрлі
құрылғыларды қосуды қарастырайық.
Жарық диодтарын қосу сұлбаларын қарастырудан бастаймыз.
Егер микробақылауыш шығыстары үлкен тоқ күшіне
арналған болса, онда жарық диодтарын микробақылауыштың
«аяғына» шектеуші резисторлар арқылы қосуға болады
(4-сурет). Мысалы, бақылауыштың параллель порттарының
әрбір шығысындығы рұқсат етілген тоқ
күші 20мА құрайды, бұл бір жарық диодын жағуға жеткілікті.
Бірақ порттың суммарлық тоғы 50мА ден аспауы керек.
Осыдан аспау үшін 10мА-лік жарық диодын қолданамыз.
4- сурет
Егер индикация жақсы көрініп тұру керек болса
жарықтығы жоғары жарық диодын немесе 5-суретте
көрсетілген сұлбаны қолдану керек. Мұнда
микробақылауыш шығысына транзистор негізінде жасалған
күшейткіш қосылған қосылған. Шектеуші резистор
тоқ күшіне байланысты таңдалынады. Транзистор базасының
тізбегіндегі кедергі мәнін және күшейткіш коэффициентін
ескере отырып, жарық диоды арқылы 100мА және одан да
жоғары тоқ алуға болады, бұл бізге жеткілікті.
Сандық жарық диодық индикаторы (цифровой светодиодный
индикатор) – бұл бір корпусқа біріктірілген жарық диодтарынан
тұрады. Сондықтан сандық жарық диодық индикаторын
және жай жарық диодын басқару принципі бірдей. Индикатор
санына байланысты басқару сұлбасының әртүрлі
нұсқалары қолданылуы мүмкін.
Егер сізге санның бірнеше разрядын индикацияға шығару
керек болса, онда динамикалық басқаруды қолдану керек болады.
Бұл басқару шығарылатын разрядтарды бір-бірімен тез
қосуға негізделген, яғни уақыт бойынша
тығыздалған (временное уплотнение). Динамикалық басқару
микробақылауыш порттарын үнемдейді. Мұндай сұлбаның
жалпы жұмыс істеу принципі 6-суретте келтірілген.
Индикаторлардың сегменттері параллель порттардың сегіз байланыс
каналымен басқарылады (тікелей немесе сәйкес күшейткіштер
арқылы). Ал біріктірілген катодтар (ортақ катодтар) кезекпен
басқа портқа өзінің транзисторы арқылы
қосылады. Егер сұлбада «n-p-n» транзисторы «p-n-p» транзисторына
ауыстырылса және олардың эмиттерлері қоректік
көздің плюс потенциалымен қосылса (нөлдік потенциалмен
емес), жалпы аноды бар сұлбалар да қолданыла береді.
Динамикалық индикацияның уақыттық диаграммасы
7-суреттің блок-сұлбасында келтірілген. «В» порты бұл
жағдайда сегменттерді басқарады, ал сандарды басқару «А»
порты арқылы жүргізіледі. А портының сәйкес
разрядтарының ауысуының арқасында сандар индикациясы
кезекпен жүреді. Индикатор дұрыс жұмыс істеу үшін
микробақылауыш сандардың ауысу жиілігін 40 Гц-тан төмен
қылмауы керек, яғни цикл уақыты 25мс-тан төмен болмауы
керек.
Басқаша бұл есепті
шешу үшін «арнайы» индикация бақылауышын қолдануға
болады (8-сурет). Индикация бақылауышы екілік-ондық кодтарды
жетісегменттік кодқа аударады және де қосу-айыру
(переключение) динамикалық
индикациясына қажет циклограмманы іске асырады. Индикацияны басқару
микробақылауышы әрбір
сегментке енудің матрицалық әдісін ұсынады. Бұл
қажет байланыс каналдарының жалпы санын азайтады және микросұлба
«аяқтарының» санын да азайтады. Микробақылауышты программалау
да жеңілдетіледі: программа міндеті сандарды шығару ғана
болады. Егер есепке төрттен аса индикатор керек болса, онда бірнеше
микросұлбаларды қолдануға болады.
9-суреттегі сұлбада Hitachi
фирмасының сұйық-кристалдық индикаторы
қолданылған, осы типтегі
басқа да индикаторларды қолдануға болады, себебі
әртүрлі маркалардың интерфейстерінің сигналдары
жуықпен тең. Индикаторға мәліметтер PIC–16С54
бақылауышының В (DB0-DB7) портының сегіз байланыс
каналымен беріледі, ал үш
басқару каналының сигналдары А порты арқылы түзіледі:
- Е байланыс каналы (Enable) –
бұл байланыс каналындағы сигналдың деңгейінің
жоғарылығы алмасу операциясына рұқсат береді, ал
индикатор командалар немесе мәліметтер ала алады. Нөлдік деңгей
индикаторға енуге тыйым салады;