Режим 1: 16-ти разрядный счетчик, состоящий из THi и TLi.

Режим 2: В этом режиме СТ представляет собой 8-разрядный счетчик TLi. При каждом переполнении TLi кроме установки флага TFi происходит автоматическая загрузка содержимого THi в TLi. Требуемый коэффициент деления должен записываться одновременно в THi и TLi. В отличие от режимов 0 и 1 после установки флага переполнения коэффициент деления переписывается автоматически.

Режим 3: В этом режиме счетчик 0 функционирует как 2 независимых счетчика, а счетчик 1 заблокирован и просто сохраняет свой код (выполняет функции регистра). При этом можно настроить счетчик 1 на другие режимы. Режим 3 используется, если необходимо увеличить число действующих счетчиков до 3-х.

При работе в этом режиме ТС0 разделяется на два 8-ми разрядных счетчика, сформированных на базе регистров ТН0, ТL0. Счетчик ТН0 управляется битом ТR1 и формирует сигнал переполнения ТF1. Счетчик ТН0 может работать только в режиме таймера. Установка ТС0 в режим 3 лишает ТС1 бита включения TR1. Поэтому ТС1 в режимах 0, 1, 2 при GATE=0 всегда включен и при переполнении в режимах 0 и 1 ТС1 обнуляется, а в режиме 2 перезагружается, не устанавливая флага, если ТС0 находится в режиме 3. ТС1 аппаратно связан с блоком синхронизации последовательного порта. Поэтому в режимах 0,1,2 при переполнении ТС1 всегда вырабатывает импульс синхронизации последовательного порта. Если ТС0 работает в режиме 3, то ТС1 может быть настроен на режим 0,1 или 2, но при этом необходимо учитывать, что в процессе работы не формируется бит переполнения, а режим разрешения счета постоянно включен.

Для настройки счетчика на требуемый режим необходимо:

1. Задать требуемый коэффициент пересчета в регистры ТНi, ТLi.

2. Задать режим работы в слове TMOD.

3. При программном вводе-выводе замаскировать соответствующие прерывания от счетчика, а при использовании прерывания- их разрешить.

4. Установить бит разрешения ТRi в слове TCON.

На базе СТ можно организовать преобразователи частоты, временного интервала, периода в код, генераторы и формирователи сигналов. Однако необходимо учитывать, что TFi аппаратно недоступен, поэтому выходные сигналы следует формировать на выходах параллельных портов. При измерении частоты методом среднего возможны два варианта формирования эталонного временного интервала Тэт. Аппаратная реализация предполагает подачу измеряемой частоты на вход Ti, а Тэт - на INTi. При программной реализации Тэт формируется на одном из счетчиков, работающем в режиме таймера; второй счетчик подсчитывает число внешних импульсов. Начало работы второго счетчика задается битом TRi первого счетчика, а конец счета - битом TF первого счетчика. Особенностью формирования выходных частотно-временных сигналов является отсутствие электрического выхода СТ. Поэтому сигналы формируются на свободных выходах портов Р0-Р2 в момент установки TRi и TFi.

Последовательный порт.

Последовательный обмен используется при передаче информации на большие расстояния, с целью экономии оборудования. Передача через последовательный порт может быть реализована в режимах синхронного или асинхронного обмена (отличается от синхронного и асинхронного способов передачи информации). При асинхронном режиме формат передаваемого сообщения имеет вид:

Обычно длина символов, бит паритета и стоповые биты задаются программно.

Достоинство такого обмена - повышеная достоверность передаваемой информации.

Недостатки:

· пониженное быстродействие, так как на каждый передаваемый символ требуется 3 или 4 бита сопровождения;

· информация передается по байтам.

При асинхронном обмене требуется меньшее количество линий между приемником и передатчиком, так как синхронизация обеспечивается заданием одинаковой частоты генераторов ГТИ на приемном и передающем конце линии связи. При синхронном обмене информация передается посимвольно, с необязательным битом паритета. В некоторых случаях начало сообщения, его конец и адрес приемника кодируются специальными символами (символами синхронизации). Скорость синхронного обмена возрастает в 5-10 раз, по сравнению с асинхронным. Однако требуется дополнительная линия, к которой подключен ГТИ (генератор тактовых импульсов), общий для приемника и передатчика.

Последовательный порт ВЕ51 осуществляет прием/передачу информации в последовательном коде, младшими битами вперед в дуплексном режиме (одновременный прием и передача информации) или полудуплексном режимах. В состав последовательного канала входят принимающие и передающие сдвиговые регистры , специальный программно-доступный буфер SBUF, регистр управления SCON и логика управления каналом. Запись байта в передатчик осуществляется автоматически, после того, как информация записана в SBUF. Чтение иформации выполняется из этого же регистра после установки флага готовности последовательного канала RI.

Последовательный канал может работать в следующих четырех режимах:

Режим "0" - cинхронный обмен в полудуплексном режиме с частотой OSC/12. Формат посылки - 8 бит. Данные принимаются и передаются через вход RxD, а частота синхронизации формируется на выходе TxD. В этом режиме порт работает как восьмиразрядный сдвиговый регистр.

Режим "1" - асинхронный обмен, десятибитовый кадр, состоящий из стартового (ноль), стопового (единица) битов и 8-разрядного символа. Cкорость приема и передачи определяется частотой переполнения счетчика С/ T1. В зависимости от состояния бита SMOD регистра PCON частота, поступающая на вход схемы синхронизации последовательного канала с выхода С/Т1, может изменяться в два раза. Схема синхронизации делит эту частоту на 16 и использует её для приема/передачи последовательного кода. При использовании этого режима следует запретить прерывание от С/Т1. При приеме стоп-бит заносится в бит RB8 регистра SCON.

Режим "2" - асинхронный 11-битовый кадр. По сравнению с режимом 1 добавлен программно устанавливаемый девятый бит. Передаваемый девятый бит данных принимает значение бита TB8 из регистра управления SCON. Этот бит может быть программно установлен в 0 или 1. В частности, ТВ8 можно присвоить значение бита паритета Р из регистра PSW для повышения достоверности передаваемой информации. При приеме девятый бит данных поступает в бит RB8 регистра SCON. Cкорость передачи фиксирована и определяется значением бита SMOD регистра PCON: OSC/32 или OSC/64.

Режим "3" - аналогичен режиму "2", но скорость обмена задается счетчиком С/T1, как в режиме "1".

Основная настройка последовательного канала на требуемый режим работы производится в регистре SCON, в котором задается режим работы, значение 11-го бита, разрешение контроля 11-го бита (в режимах '2' и '3'), флаги готовности приемника и передатчика. Формат регистра управления/статуса универсального асинхронного приемопередатчика (УАПП) SCON имеет вид:

SM0,SM1 - биты управления режимом, устанавливаются/сбрасываются программно: SM0, SM1 = 00 - режим '0', SM0, SM1 = 01 - режим '1', SM0, SM1 = 10 - режим '2', SM0, SM1 = 11 - режим '3', SM2 - запрещение приема кадров с нулевым восьмым битом, в режиме '0' должен быть сброшен, устанавливается программно; RЕN - разрешения приема, устанавливается/сбрасывается программно; TB8 - восьмой бит передатчика в режимах '2' и '3'; RB8 - восьмой бит приемника в режимах '2' и '3', в режиме '1', если SM2=0, то отображает стоповый бит, в режиме '0' не используется; TI - флаг готовности передатчика, устанавливается аппаратно по окончании передачи байта, сбрасывается программно; RI - флаг готовности приемника, принцип работы аналогичен TI.

Скорость последовательного обмена в зависимости от режима работы определяется либо частотой работы ОМК ( режимы 0 и 2) либо частотой переполнения C/T1 (режимы 1 и 3).

В режимах 1-3 изменение частоты передачи информации в 2 раза обеспечивается битом SMOD регистра PCON.

В режиме '2' скорость задается частотой f=(osc/64)*2smod.

В режимах '1' и '3' - частотой f=(2smod)*fC/T1, fC/T1 - частота переполнения С/T1.

Формат регистра управления мощностью PCON:

SMOD - бит управления скоростью передачи УАПП, при SMOD = 1 скорость передачи вдвое больше, чем при SMOD = 0; GF1, GF2 - флаги общего назначения, устанавливаемые пользователем; PD - установка бита переводит ОМК в режим холостого хода.

Hаиболее удобен для использования в последовательном канале режим '2' счетчика/таймера С/Т1, если с его помощью можно обеспечить требуемую скорость передачи, так как в этом режиме не требуется перезагрузка коэффициента пересчета.

Для использования C/T1 в качестве источника скорости обмена необходимо:

· запретить прерывание от C/T1;

· запрограммировать работу C/T1;

· запустить C/T1.

Особые режимы работы.

Сброс.

Сброс осуществляется подачей лог.1 на вход RST и должен удерживаться в этом состоянии не менее 24/OSC. Под действием сброса обнуляются регистры PC, FC, PSW, DPTR, TMOD, TCON, T/C0, T/C1, IE, IP, SCON, в регистре PCON сбрасываеся только только старший бит, в регистр SP загружается код 07h, а порты P0-P3 - коды FFH. Состояние регистра SBUF неопределенное. Сигнал сброс не воздействует на содержимое РПД. Когда включается питание, состояние РПД неопределннное, за исключением операции возврата из режима пониженного энергопотребления.

Режим холостого хода.

ОМК работает в этом режиме, если бит PCON.0 установлен. При этом продолжает работать внутренний генератор, но блокируются функциональные узлы ЦП, что уменьшает энергопотребление на 15 - 30 %. Все регистры и РПД сохраняют свои значения, а на выводах ALE и PSEN формируется уровень единицы. Выйти из этого режима можно по сбросу или по прерыванию. По любому из этих действий бит PCON.0 сбрасывается и продолжится работа ОМК с той команды, перед которой был установлен режим холостого хода.

Режим пониженного энергопотребления.

Переход в этот режим возможен, если установить бит PCON.1. В этом режиме внутренний генератор прекращает работу и сохраняется только содержимое РПД. Поэтому необходимые регистры спецфункций предварительно следует сохранять в РПД. Резервное питание должно поступать через вывод RST/VPD. Напряжение основного источника питания может быть уменьшено до 2 В. Перед выходом из режима оно должно быть восстановлено до номинального значения. Энергопотребление снижается более значительно, чем в режиме холостого хода. В ОМК 1830ВЕ51 при номинальном токе потребления 18 мА это значение снижается в режиме холостого хода до 4,2 мА, а в режиме пониженного энергопотребления - до 50 мкА. Выход из режима возможен только по сигналу сброса, который должен удерживаться в активном состоянии не менее 10 мс (время восстановления работы задающего генератора). При одновременной записи PCON.0 и PCON.1 преимущество имеет PCON.1. Режимы холостого хода и пониженного энергоптребления поддерживаются не всеми ОМК и эту ситуацию необходимо контролировать.

Защита от падения напряжения.

При немгновенных отказах электропитания ОМК можно обеспечить сохранность содержимого РПД с помощью батарейного питания, присоединенного к выводам RST/VPD. Для этого ОМК, получив сообщение о грозящем отключении, должен перезагрузить необходимые параметры в РПД и перейти в режим пониженного энергопотребления. После восстановления номинального напряжения выполняется системный сброс и источник аварийного питания может быть отключен.

Режим загрузки и верификации программ.

Под воздействием внешних электрических сигналов в ОМК может быть записано требуемое программное обеспечение. Для ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием (УФ) информации его необходимо предварительно очистить, поместив ОМК под источник УФ с длиной волны менее 4х10-7 м. Программирование осуществляется на частоте внутреннего генератора 4 -6 МГц. Адрес, по которому осуществляется программирование, задается через порт 1 и выводы Р2.0 - Р2.3, а данные должны быть поданы на вход порта Р0. В процедуре программирования задействованы и другие выводы ОМК. В процессе программирования необходимо формировать определенную временную диаграмму и иметь дополнительный источник импульсных сигналов амплитудой 21+/-0,5 В. В процессе программирования можно установить бит защиты, который запрещает доступ к резидентной памяти программ любыми внешними средствами. Бит защиты можно сбросить только путем полного стирания содержимого памяти под источником УФ. Если бит защиты не установлен, то содержимое резидентной памяти можно прочитать с помощью процедуры аналогичной процедуре программирования.

3.3 Выбор датчика скорости

Для измерения частоты вращения двигателя используем тахогенератор ТМГ-30П («Микротех») с номинальной частотой вращения 4000 об/мин. Выбор данного устройства обусловлен его высокой надежностью, работоспособностью в жестких условиях эксплуатации. Схема устройства приведена на рис. 11.

3.4 Выбор датчика температуры

В процессе эксплуатации двигателя необходимо контролировать температуру корпуса, чтобы фиксировать перегревание корпуса.

Для контроля температуры выберем датчик ТСМ МЕТРАН-243 фирмы «Метран», работающий в диапазоне -50…+120оС, содержащий один чувствительный элемент и предназначенный для измерения температуры поверхности твердых тел. Схема датчика ТСМ МЕТРАН-243 с удлинительными проводами приведена на рис. 12.

3.5 Выбор АЦП

В качестве аналого-цифрового преобразователя будем использовать 8-разрядный АЦП типа К1107ПВ4 («Симметрон»). Микросхема данного типа предназначена для преобразования входного сигнала в параллельный двоичный прямой код. Содержит 6000 интегральных элементов. Масса не более 22 г. Структурная схема АЦП и описание выводов приведены, соответственно, на рис. 13 и в табл. 1.

Предельно допустимые режимы эксплуатации микросхемы допускают: UП1=4.75…5.25 В; UП2= -5.46…-4.94 В; Uвх= -2. 6…2.6 В.

3.6 Выбор ЦАП

Выберем в качестве ЦАП микросхему К572ПА1, которая находит широкое применение в различной аппаратуре благодаря малой потребляемой мощности, высокому быстродействию и небольшим габаритам. Микросхема используется для преобразования прямого параллельного двоичного кода на цифровых входах в ток на аналоговом выходе, который пропорционален значениям кода и опорного напряжения. На рис. 14 числами обозначены: 1 - аналоговый вход 1; 2 - аналоговый вход 2; 5-12 - цифровые входы 2-9; 13, 14 - напряжение источника питания; 15 - опорное напряжение; 16 - вывод резистора обратной связи. Число разрядов К572ПА1 - 8.

3.7 Выбор остальных элементов системы

Будем также использовать операционные усилители типа 553УД2, тиристоры КУ101А отечественного производства, руководствуясь невысокой стоимостью указанных элементов и возможностью применения в условиях поставленной в курсовом проекте задачи. Выбранные составные части элементной базы обладают достаточной производительностью для выполнения требуемых функций.

4 Разработка функциональной схемы

Система управления скоростью вращения асинхронного двигателя построена на базе микроконтроллера КР1816ВЕ51. Функциональная схема системы приведена на рис. 15.

5 Разработка алгоритма работы и программы

Реализация алгоритма работы (рис. 16) предполагает уменьшение скорости вращения двигателя до заданного значения в случае его перегрева и отклонения от заданного значения скорости. Параметры, снимаемые с датчиков, поступают в АЦП, преобразуются в двоичный код и сравниваются с заданными значениями. Если значения не попадают в заданный интервал, выполняется подпрограмма корректировки скорости вращения с целью перехода в нормальный режим работы.

Для реализации выбранного алгоритма регулирования с помощью микроконтроллера была составлена программа на языке Ассемблер. Подобная программа может быть написана в среде ProView фирмы Franklin Software Inc, предназначенной для разработки программного обеспечения для однокристальных микроконтроллеров семейства Intel 8051. Текст программы приведен в Приложении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте была разработана система регулирования скорости вращения асинхронного двигателя на основе однокристального микроконтроллера 51-го семейства. Была разработана структурная схема, где в качестве отдельных блоков были выделены блок управления, асинхронный двигатель, датчик температуры, датчик скорости, а также регулятор скорости. В качестве объекта управления был выбран трехфазный асинхронный двигатель общепромышленного назначения. В качестве метода управления был выбран способ тиристорного регулирования скорости вращения двигателя (управления с помощью тиристорной пары) как наиболее простой и наименее дорогостоящий из применяющихся в подобных системах способов регулирования. В ходе выбора датчиков, АЦП, ЦАП, в основном, ставка делалась на недорогую отечественную продукцию, поскольку реализация любого проекта всегда требует серьезных материальных затрат. При этом выбранная элементная база удовлетворяет техническим концепциям построения системы. Была построена функциональная схема и блок-схема алгоритма функционирования, отображающие принцип работы всей системы в целом. Была написана программа реализации алгоритма на языке Ассемблер.

В настоящее время существуют множество разработок, посвященных решению поставленной в данном проекте задачи. Однако существующие жесткие стандарты требуют следования современным тенденциям, поэтому необходимы наиболее простые и эффективные пути решения при небольших материальных затратах. Спроектированная система представляет одно из многих конструктивных решений, выбранное в силу причин, описанных выше.

Страницы: 1, 2, 3