Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
Эффективность проектирования микропроцессорных систем определяется в первую очередь квалификацией разработчика и арсеналом инструментальных средств. При изучении курса «Микропроцессорные системы» используются различные средства, выполняющие следующие функции: ввод/вывод аналоговых и цифровых сигналов, хранение и обработки данных, хранение и выполнения командных кодов, а также консольная индикация выполняемых операций и управление. По своей функциональной законченности различают следующие устройства:
- контроллеры-конструкторы;
- учебные микропроцессорные стенды.
Контроллеры-конструкторы – это средства, наиболее популярные у массового разработчика. Представляют собой полуфабрикат микропроцессорного контроллера, на основании которого легко собрать несложную целевую систему в ограниченном количестве экземпляров.
Контроллеры-конструкторы разнообразны по своей организации и составу периферийных блоков, могут снабжаться схемами защиты, элементами поддержки работы в реальном времени. Они выполняются часто с макетным полем или большим числом разъемов расширения. Важным их отличием от промышленных контроллеров является необходимость программирования пользовательской задачи на уровне реальной аппаратуры (а не на уровне виртуальной машины или операционной системы) независимо от используемого языка программирования (ассемблер, Си, Бейсик).
Контроллеры-конструкторы являются «открытыми системами», что определяет состав сопроводительной документации (принципиальные электрические схемы и описание архитектуры) и инструментального программного обеспечения (загрузчики, программаторы, мониторы-отладчики, библиотеки драйверов устройств и специальных вычислительных функций).
Учебные микропроцессорные стенды на базе микроконтроллеров предназначены для изучения принципов организации и работы микропроцессорной элементной базы, вспомогательных элементов (память, контроллеры ввода/вывода и др.), получения навыков проектирования и программирования микропроцессорных систем различного назначения.
Внимания заслуживает опыт фирмы Microelectronika (Сербия), которое разработало и последовательно развивает семейство микропроцессорных стендов инструментального и учебного назначения – UNI-DS. Стенд UNI-DS3 может использоваться в следующих целях:
- макетирование микропроцессорных систем, отладка программного обеспечения для систем на базе широко распространённых семейств микроконтроллероа AVR, PIC, MCS-51;
- автоматизация простых технологических процессов и лабораторных исследований;
- обучение;
- радиолюбительство, управление бытовой техникой.
В основу архитектуры стенда легли разработки систем промышленной автоматики. Предусмотрены стабилизатор и супервизор питания, схема сброса, сторожевой таймер, энергонезависимая память на базе EEPROM и CMOS (RTC). Широкий выбор коммуникационных нтерфейсов - RS-232, RS-485, Ethernet и др.. Спектр периферии в составе стенда достаточно широк: несколько каналов ЦАП и АЦП, ЖКИ, клавиатура, часы реального времени, светодиоды, битовые порты ввода-вывода. Количество битовых входов-выходов определяется моделью используемого на стенде микроконтроллера. В комплект поставки стенда входит CD с документацией, комплектом инструментальных программ (компилятор языков Си, Pascal, Basic и ассемблер, симулятор, программатор Flash), тестов и примеров.
Для программирования стенда может использоваться любая среда разработки, например, пакет AtmelStudio, Keil uVision (Keil Software) и др. До начала программирования на языке Си рекомендуется внимательно ознакомиться с документацией по используемому компилятору.
Основные этапы программирования стенда следующие:
- подготовка программы в текстовом редакторе или среде программирования;
- транслирование исходного текста и получение загрузочного НЕХ-модуля программы;
- подготовка и загрузка НЕХ-модуля с помощью программы AVRFlash в стенд через интерфейс USB с помощью поставляемых инструментальных систем;
Стенд успешно используется в учебном процессе рядом университетов в лабораторном практикуме по направлениям «Микропроцессорная техника», «Микропроцессоры и микроконтроллеры».
Стенды комплектуются сетевыми блоками питания, инструментальными кабелями, пользовательской, учебно-методической и технической документацией, демонстрационными и инструментальными программами. Стенды доступны к свободной покупке через магазины электроники производятся небольшими сериями в течение ряда лет и успешно применяются в обучении, автоматизации и разработке контроллеров..
Работа с литературой
В учебнике Ю.В. Новикова и П.К. Скоробогатова «Основы микропроцессорной техники» приведены элементарные основы архитектуры микроконтроллеров, объяснены принципы их построения и функционирования. Книга М. Предко «Руководство по микроконтроллерам» дает достаточно полную информацию об архитектуре, программировании и средствах поддержки разработчиков устройств на базе микроконтроллеров семейств 8051, Motorola, Picmicro, Avr. В ней приведены конкретные примеры реализации приложений на базе различных микроконтроллеров. Книги «Электронные промышленные устройства» В.Н. Васильева, «Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики» Б.Н. Кагана, а также «Искусство схемотехники» П. Хоровица и У. Хилла необходимо использовать при выборе схемотехнических решений для реализации разнообразных приложений на базе микропроцессорной техники.
Для выбора конкретных типов микроконтроллеров при известных функциональных требованиях к микропроцессорной системе необходимо пользоваться такими справочниками, как Ремизевич Т.В. «Микроконтроллеры для встраиваемых приложений. От общих подходов – к семействам HC 05 и HC 08 фирмы MOTOROLA»; Тавернье К. PIC- микроконтроллеры. Практика применения».
Книга Г.И. Пухальского понадобится для разработки устройств на базе микророцессора К580, здесь приведены полные сведения об организации подсистем
памяти, параллельного и последовательного интерфейса, прерываний и прямого доступа к памяти. В книге В.В. Корнеева и А.В. Киселева «Современные микропроцессоры» представлены основные идеи построения суперскалярных и мультискалярных микропроцессоров, приведены описания универсальных микропроцессоров ведущих зарубежных компаний Motorola, Texas Instruments, Analog Devices, рассмотрены основы транспьютерной технологии, представлены нейросетевые алгоритмы и нейропроцессоры, приводятся конкретные примеры существующих микропроцессоров.
Варианты заданий для разработки курсового проекта
Общая постановка задачи:
- привести описание алгоритма работы разрабатываемой микропроцессорной системы;
- разработать функциональную спецификацию;
- осуществить системно-алгоритмическое разбиение микропроцессорной системы на аппаратную и программную части;
- определить входы и выходы аппаратных и программных блоков;
- провести анализ и выбор аппаратных модулей;
- разработать:
- схему структурную (Э1),
- схему функциональную (Э2),
- схему электрическую принципиальную (Э3),
- схему электрическую подключения (Э5);
- перечень элементов
- блок схему алгоритма программы.
- разработать программное обеспечение МПС;
- провести отладку программы с использованием учебного стенда UNI-DS3.
Вариант №1
Разработка микропроцессорной системы управления стиральной машиной
Требования к микропроцессорной системе:
1. задание (с помощью устройства ввода) времени процесса стирки;
2. задание (с помощью устройства ввода) температуры воды;
3. задание (с помощью устройства ввода) скорости отжима;
4. слежение за уровнем воды, температурой воды, скоростью вращения барабана;
5. автоматическая (программная реализация) подача сигналов управления: заливом/сливом воды, нагреванием воды, вращением барабана при стирке, отжимом;
6. отображение текущего времени;
7. сигнал оповещения о завершении процесса.
Отсчет времени осуществлять аппаратно, посредством встроенного таймера/счетчика.
Вариант №2
Разработка микропроцессорной системы управления бытовой хлебопечкой
Требования к микропроцессорной системе:
1. формировать сигнал на включение и отключение двигателя, используемого для замешивания теста (время замешивания - 10 минут);
2. задание (с помощью устройства ввода) и индикация времени начала и окончания брожения теста;
3. слежение за температурой брожения, при отклонениях, превышающих норму на 2 % подача сигнала на включение/отключение нагревателя;
4. задание времени окончания выпечки (с помощью устройства ввода);
5. слежение за температурой выпечки;
6. оповещение об окончании выпечки;
Отсчет времени осуществлять аппаратно, посредством встроенного таймера/счетчика
Вариант №3
Разработка микропроцессорной системы управления кондиционированием помещений офиса
Требования к микропроцессорной системе:
1. Количество помещений офиса – 3;
2. переключение режимов: режим «Зима» - нагрев воздуха, режим «Лето» - охлаждение воздуха;
3. задание значений температуры с помощью устройства ввода;
4. измерение температуры в трех помещениях;
5. отображение текущих значений температуры;
6. обеспечение частоты опроса датчика температуры каждые хх минут (задается с помощью устройства ввода);
7. формирование команд на включение и отключение кондиционеров;
8. оповещение о превышении и снижении температуры более чем на 20%.
Вариант №4
Разработка микропроцессорной системы управления холодильником
Требования к микропроцессорной системе:
1. задание температурных режимов производить переключателем;
2. предусмотреть 3 режима основной камеры: -3 °С, 0 °С, +1 °С;
3. предусмотреть 2 режима морозильной камеры: -5 °С, -7 °С;
4. измерение температуры в основной и морозильной камере;
5. оповещение о превышении и снижении температуры более чем на 5%.
6. фиксирование и оповещение о наличия льда в основной и морозильной камерах.
Вариант №5
Разработка микропроцессорной системы управления лифтом
Алгоритм работы контроллера управления лифта.
Лифт обслуживает 16-ти этажный дом. Код первого этажа 00h, код последнего 0Fh. Начальное состояние лифта – стоит на любом этаже без пассажиров, двери закрыты. При поступлении вызова с какого-либо этажа включается свет в лифте и запускается вращение двигателя в нужном направлении. Если этаж, с которого поступил вызов и этаж на котором находится лифт совпадают, то сразу происходит открывание дверей. После остановки лифта включается привод открывания дверей. После срабатывания датчика «Двери открыты» осуществляется выдержка 20 секунд, в течение которых пассажиры могут войти в лифт. Если этого не произошло (отсутствует давление на пол), то включается привод закрывания дверей. При срабатывании датчика «Двери закрыты» привод закрывания дверей выключается, свет гасится, лифт готов принять следующий вызов. Если при закрывании дверей на их пути встречается препятствие, то снова включается привод открывания дверей и после срабатывания датчика «Двери открыты» снова осуществляется выдержка 20 секунд.
При наличии давления на пол, лифт с открытыми дверями ожидает нажатия кнопки какого-либо этажа внутри кабины. При нажатии кнопки и отсутствии перегрузки лифта включается привод закрывания дверей. При срабатывании датчика «Двери закрыты» включается двигатель, перемещающий лифт в нужном направлении. Если при закрывании дверей встречается препятствие, то выключается привод закрывания дверей, включается привод открывания дверей и после срабатывания датчика «Двери открыты» выключается привод открывания дверей и снова осуществляется выдержка 20 секунд.
Если внутри кабины лифта нажимается кнопка того этажа, на котором находится лифт, то начинается процедура открывания дверей. Движение лифта с пассажирами аналогично движению пустого лифта. По достижению места назначения двери лифта открываются и остаются открытыми 20 секунд. Затем включается привод закрывания дверей. При срабатывании датчика «Двери закрыты» привод закрывания дверей выключается, свет гасится, лифт готов принять следующий вызов. Если при закрывании дверей встречается препятствие, то привод закрывания дверей отключается, начинается процедура открывания дверей, после выдержки 20 секунд двери закрываются.
Вариант №6
Разработка микропроцессорной системы управления проявкой фотопленки
Таблица - Алгоритм работы
| Тип | Название | Управление | Комментарий |
| Вых | Вентиль воды | При подаче „лог. 0” вентиль открывается и остается открытым пока на выходе „лог. 0” | При открытом вентиле в бачок поступает вода |
| Вых | Вентиль проявителя | При подаче „лог. 0” вентиль открывается и остается открытым пока на выходе „лог. 0” | При открытом вентиле в бачок поступает проявитель |
| Вых | Вентиль закрепителя | При подаче „лог. 0” вентиль открывается и остается открытым пока на выходе „лог. 0” | При открытом вентиле в бачок поступает закрепитель |
| Вых | Вентиль слива | При подаче „лог. 0” вентиль открывается и остается открытым пока на выходе „лог. 0” | При открытом вентиле осуществляется слив жидкости из бачка |
| Вход | кнопка «Пуск» | При нажатии на вход микропроцессорного контроллера поступает „лог. 1” | |
| Вход | датчик «Поплавок 1» | При активизации на вход микропроцессорного контроллера поступает „лог. 1” | Активизация происходит при наполнении бачка |
| Вход | датчик «Поплавок 2» | При активизации на вход микропроцессорного контроллера поступает „лог. 1” | Активизация происходит при полном сливе жидкости из бачка |
| Вход | датчик «Поплавок 3» | При активизации на вход микропроцессорного контроллера поступает „лог. 1” | Активизация происходит при наполнении бачка выше нормы |
| Вых | Звук | При подаче „лог. 0” возникает звуковой сигнал | Используется для сигнализации неисправности |
| Вых | лампочка «Проявление закончено» | При подаче лог. „лог. 0” загорается лампочка | |
| Вых | электродвигатель | При подаче лог. „лог. 0” включается электродвигатель | Электродвигатель вращает катушку с пленкой |
Вариант №7
Разработка микропроцессорной системы управления инкубатора
Требования к микропроцессорной системе:
1. включить систему обогрева камеры и систему поддержания влажности в течение 5 часов поддерживать температуру 38 °С, затем 30 минут поддерживать температуру 28 °С, и так повторять;
2. поддерживать влажность 50% постоянной;
3. обеспечить измерение значений температуры и влажности с периодичностью 5 минут;
4. вывод на дисплей значений температуры и влажности;
5. вывод на дисплей текущего времени;
6. в случае отклонения температуры /влажности от заданной на 5% включить предупредительную сигнализацию;
7. в случае отклонения температуры до 20 °С подавать короткий периодический звуковой сигнал;
8. в случае появления сигнала с датчика движения (вылупление цыплёнка) подать звуковой сигнал в течение 1 минуты частотой 1 кГц.
Отсчет времени осуществлять аппаратно, посредством встроенного таймера/счетчика
Вариант №8
Разработка микропроцессорного устройства измерения и анализа веса человека
Требования к микропроцессорной системе:
1. максимальный вес пользователя: 150 кг;
2. точность измерения: 100 г;
3. сохранение измеренного веса в энергонезависимой памяти (память на 4 человека);
4. ввод имени пользователя;
5. измерение и сохранение величины роста (в метрах) пользователя;
6. вывод по запросу пользователя предыдущего взвешивания;
7. вывод на дисплей динамики веса за период, вводимый с клавиатуры;
8. вывод текущего значения индекса массы тела ИМТ, рассчитанный по формуле
ИМТ = вес в кг/ (рост в м)2;
9. при ИМТ > 22 расчет количества лишних кг;
10. при ИМТ > 25, зажечь красный светодиод – опасно!
Примечание:
ИМТ = 19-21 соответствует норме;
ИМТ > 22 соответствует наличию лишнего веса;
ИМТ > 25 сигнал опасности ожирения.
Вариант №9
Разработка микропроцессорной системы контроля и управления работой хладоцентра ледового поля
Требования к микропроцессорной системе:
1. количество точек температурного контроля главной арены – 12, в том числе: грунта 4; бетонной плиты 4; границы раздела плита-лёд 4;
2. измерение температуры всех точек;
3. отображение текущей температуры;
4. включение/отключение систем охлаждения, обогрева грунта;
5. индикация о работе систем охлаждения, обогрева грунта;
6. оповещение аварийной ситуации (выхода из строя систем).
Вариант №10
Разработка микропроцессорной системы противодымной защиты офиса
Требования к микропроцессорной системе:
1. датчики дыма расположены в служебном помещении, на лестничной площадке, в лифтовой шахте. Всего датчиков – 3;
2. включение вытяжных систем;
3. включение клапанов дымоудаления;
4. переключающие устройства воздуховодов;
5. индикация состояния датчиков дыма;
6. индикация состояния клапанов и вытяжных систем.
Предусмотреть временные задержки.
Вариант №11
Разработка микропроцессорного устройства поддержания необходимого уровня жидкости в резервуаре
Требования к микропроцессорной системе:
1. измерение уровня жидкости;
2. задание частоты опроса датчика уровня;
3. отображение текущего уровня;
4. отображение интервала времени между двумя опросами;
5. ввод с клавиатуры заданных значений уровня (max, min);
6. индикация выхода уровня за рамки заданных пределов «Превышение выше максимального уровня», «Снижение ниже минимального уровня»;
7. управление открытием/закрытием клапана подачи жидкости в резервуар.
Вариант №12
Разработка микропроцессорной системы контроля температуры и влажности в теплице
Требования к микропроцессорной системе:
1. ввод с клавиатуры заданных значений температуры и влажности воздуха;
2. измерение температуры воздуха;
3. измерение влажности воздуха;
4. отображение измеренных величин;
5. индикация критических значений «Превышение выше максимального уровня», «Снижение ниже минимального уровня»;
6. управление включением/отключением нагревателя;
7. управление включением/отключением увлажнителя.
Вариант №13
Разработка микропроцессорной системы противопожарной защиты помещения
Требования к микропроцессорной системе:
1. измерение задымленности воздуха помещения;
2. измерение температуры воздуха помещения;
3. отображение измеренных значений;
4. индикация опасных значений задымленности и температуры воздуха;
5. управление включением/отключением вытяжных систем;
6. индикация состояния клапанов и вытяжных систем.
Предусмотреть временные задержки.
Вариант №14
Разработка микропроцессорной системы охраны нескольких помещений
Требования к микропроцессорной системе:
Количество помещений – 8.
1. обнаружение разрыва цепи периметра;
2. обнаружение движущегося объекта;
3. индикация обнаруженных нарушений;
4. управление включением/отключением сигнализации;
5. обеспечение сигнала тревоги на пульте оператора.
Вариант №15
Разработка микропроцессорной системы управления процессом смешивания жидкостей
Требования к микропроцессорной системе:
1. задание величин: уровня первой жидкости, результирующего уровня;
2. задание времени перемешивания;
3. измерение уровня первой жидкости;
4. измерение результирующего уровня жидкости;
5. индикация текущих значений уровня;
6. индикация времени от начала процесса перемешивания;
7. управление включением/отключением двигателя перемешивания жидкостей;
8. управление открытием/закрытием задвижек на трубопроводах подачи жидкостей;
8. сигнализация аварийного превышения уровня жидкости.
Вариант №16
Разработка микропроцессорной системы контроля электрических параметров сети 220 В, 50Гц
Требования к микропроцессорной системе:
1. измерение напряжения сети;
2. измерение частоты напряжения;
3. измерение силы тока потребляемого нагрузкой подключенной к сети;
4. сравнение результатов с эталоном (220 В, 50 Гц);
5. индикация текущих значений параметров сети;
6. индикация отклонений от эталона на 1%;
7. сигнализация при отклонениях на 2%
8. отключение нагрузки при превышении тока от заданного на 25%.
Вариант №17
Разработка микропроцессорной системы слежения за атмосферным давлением
Требования к микропроцессорной системе:
1. задание желаемой величины атмосферного давления;
2. измерение текущего времени;
3. ввод значений атмосферного давления с барометра;
4. сравнение результатов с заданным значением;
5. индикация текущего времени и давления;
6. индикация величины отклонения от заданного значения
7. включение предупредительной сигнализации при превышении давления выше/ниже заданной на 5%
8. включение аварийной сигнализации при превышении давления выше/ниже заданной на 10%
Вариант №18
Разработать микропроцессорную систему пожарной сигнализации офиса
Требования к микропроцессорной системе:
Количество помещений – 5.
1. обнаружение задымления/возгорания в помещениях;
2. включение световой и звуковой сигнализации при срабатывании датчиков;
3. проводить диагностику исправности подключения датчиков;
4. управление дистанционным включением/отключением сигнализации;
5. обеспечение сигнала тревоги на пульте оператора.
Вариант 19
Разработать микропроцессорную систему управления уличным освещением
Требования к микропроцессорной системе:
1. различать быстро и медленно движущиеся объекты (пешеход, велосипедист/автотранспорт). Для быстродвижущегося объекта освещение не включать.
2. иметь возможность программной настройки времени реакции и длительности свечения.
3. учитывать время суток и внешнюю освещенность.
4. обеспечить дистанционное управление освещением группы светильников по сети RS-485
Вариант 20
Разработать микропроцессорную систему контроля и управления вентиляцией в помещениях химической лаборатории
Требования к микропроцессорной системе:
1. раздельная индикация наличия вредных веществ (не менее 3) в атмосфере помещения лаборатории.
2. управление вентилятором вытяжки (4 режима – вкл/выкл, рабочий, повышенный, максимальный).
3. включение/выключение предупредительной сигнализации о превышении порога концентрации вредного вещества.
4. включение/выключение аварийной сигнализации о превышении порога концентрации вредного вещества.
5. индикация величины концентрации вредного вещества в атмосфере лаборатории.
6. Задание порогов (предупредительного и аварийного) срабатывания сигнализации.
Дата: 2019-04-23, просмотров: 212.