РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

ВВЕДЕНИЕ

 

 

В соответствии с учебным планом, предусмотренным для студентов обучающихся на специальности

В настоящее время проблема диагностики параметров дискретных элементов стоит не так остро, как 10-15 лет назад. Это объясняется не только научно-техническим прогрессом (далее НТП), но и рядом других факторов, например доступностью оборудования. Но показатель стоимости такого оборудования находится за пределами финансовых возможностей многих учебных заведений в которых проводится изучение таких предметов как "Микроэлектроника", "Схемотехника" и смежных дисциплин. Теоретического объяснения зачастую не хватает для понимания некоторых разделов перечисленных предметов, поэтому желательно практически закреплять полученные на лекциях знания - путем выполнения соответствующих лабораторных работ.

Для выполнения таких работ и требуется оборудование о котором упоминалось в начале данного введения. Поэтому целесообразным является разработка более доступного, с экономической точки зрения, устройства для автоматизированного контроля параметров дискретных элементов.

В данной области уже проводились разработки - дипломные проекты некоторых выпускников департамента КиВТ. Данные разработки были основаны на микропроцессором комплекте 1816.

РЕФЕРАТ

В данном дипломном проекте страниц, рисунков, чертежей, 1 плакат.

АНАЛИЗ ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧИ

В соответствии с задачей поставленной на дипломное проектирование требуется разработать учебный стенд для автоматизированного контроля параметров дискретных элементов.

Проектируемое устройство должно отвечать техническим характеристикам представленным ниже:

- центральный микроконтроллер КР1816ВЕ51;

- четыре аналоговых входа/выхода;

- размах входного/выходного напряжения от –12В до +12В;

- погрешность измерения на аналоговых входах не более 0.5%;

- генерация прямоугольных сигналов от 0 до 10Мгц;

- 72 цифровых входа/выхода.

По завершению дипломного проектирования должна быть представлена следующая конструкторская документация:

- структурная схема учебного стенда и его компонентов;

- обобщённая схема функционирования комплекса;

- принципиальные электрические схемы компонентов учебного стенда;

- чертежи печатных узлов компонентов учебного стенда (со стороны проводников, со стороны компонентов и чертеж размещения компонентов на печатной плате);

- тексты программ для функционирования учебного стенда (драйвер для связи ПЭВМ и стенда, а также программу-монитор для начальной инициализации стенда).

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

 

2.1 Разработка структурной схемы комплекса

 

Требования, предъявляемые к структуре учебного стенда основываются на задачах и функциях которые он, этот стенд, должен выполнять.

Исходя из требований установленных в постановке задачи, учебный стенд должен включать в себя две взаимозависимые и неразрывные части: аппаратную и программную.

Аппаратная часть должна обеспечивать совместимость по уровням и частотным характеристикам сигналов. Это означает, что все компоненты и субблоки, входящие в состав стенда, должны работать с одними и теми же уровнями сигналов (ТТЛ, КМОП и так далее). Все субблоки должны работать от общего синхронизирующего устройства. Также аппаратная часть должна поддерживать все без исключения режимы функционирования учебного стенда. Поддержка характеристик сигналов необходима для обеспечения физической совместимости между устройствами учебного стенда и устройствами разработанными ранее.

Структура аппаратной части на конечном этапе структурного проектирования должна быть представлена в виде структурной схемы устройств и блоков, входящих в аппаратную часть комплекса. Также на этой схеме должны быть обозначены все связи необходимые для реализации функций и режимов работы разрабатываемого учебного стенда.

Программная часть должна обеспечивать совместимость по типам данных и интерфейсам, так как это необходимо для успешной и безошибочной обработки информации, а также для совместимости с различными программными средствами, которые могут использоваться в последствии при расширении набора выполняемых функций.

Структура программной части на конечном этапе структурного проектирования должна быть представлена в виде двух блок-схем алгоритмов работы программного обеспечения, которое будет выполнятся на персональной электронно-вычислительной машине и на однокристальном микроконтроллере.

Общая структура учебного стенда по автоматизированному контролю параметров дискретных элементов представлена на рисунке 2.1.

Как видно из рисунка аппаратно-программный комплекс представляет собой совокупность двух основных систем: ПЭВМ и собственно блок автоматизированного контроля параметров дискретных элементов.

Персональная электронно-вычислительная машина представляет собой систему из взаимосвязанных электронных и программных компонентов, которые служат, в данном конкретном случае, для управления и установки режимов измерения физических параметров дискретных элементов. С её помощью производится:

- загрузка программы в однокристальный микроконтроллер установленный на операционном блоке диагностического стенда;

- поддержка протокола обмена со стороны управляющей ЭВМ;

- установка режимов измерений;

- отображение результатов измерений (на экране дисплея ЭВМ);

- проведение тестирования и настройки аппаратных и программных средств универсального стенда.

Блок автоматизированного контроля дискретных элементов представляет собой совокупность процессорного модуля и диагностического модуля.

 

 

2.2 Разработка структурной схемы процессорного модуля

 

Процессорный модуль предназначен для управления процессами, происходящими в подчинённых ему блоках, то есть он синхронизирует работу и управляет потоками информации между ними. Также процессорный модуль управляет процессом обмена между ПЭВМ и универсальным стендом для контроля физических параметров дискрет­ных элементов.

На системный разъем процессорного модуля выведены следующие группы сигналов:

- шина данных (разрядность 8 бит);

- шина адресации блоков (разрядность 7 бит);

- управляющие сигналы (чтение, запись и так далее).

Структурная схема процессорного модуля представлена на рисунке 2.2.

Как видно из рисунка, процессорный модуль состоит из сле­дующих блоков:

Вырезано

Это может понадобится если характеристики или сигналы меняются со скоростью, которая не позволяет их анализировать и, одновременно, передавать на ПЭВМ. В этом случае значения сигналов (с интервалами длина которых определяется частотой дискретизации, так как объем памяти данных ограничен) записываются в память данных, а затем, после окончания процесса преобразования, передаются на ПЭВМ по последовательному каналу RS-232.

Как видно из структурной схемы, представленной на рисунке 2.1, управление в стенде автоматизированного контроля электрических параметров дискретных элементов возложено на процессорный модуль.

У процессорного модуля имеется память программ, где хранится программа МОНИТОР (программа начальной инициализации учебного стенда) управления стендом и драйвер обмена между стендом и ПЭВМ. А также в состав операционного блока входит память программ на статических оперативных запоминающих устройствах с произвольным доступом, в которой хранятся программы необходимые для обслуживания конкретных модулей (загружаемых пользователем).

Итак, после включения питания производится загрузка МОНИТОРА в однокристальный микроконтроллер, при этом загрузка производится из памяти программ.

После того как связь с ПЭВМ будет установлена, производится загрузка программы обслуживающей конкретный модуль установленный на стенде (пусть, например, это будет модуль диагностики сигналов дискретных элементов). Затем управление передается программе, которая была только что загружена, и дальнейшие действия на учебном стенде производятся под её управлением. Начиная с этого момента управление над учебным стендом по автоматизированному контролю параметров дискретных элементов переходит к ПЭВМ.

С ПЭВМ производится установка режимов измерения, режимов работы и функционирования стенда, а также способы передачи и кодировки информации.

Установка учебного стенда в начальное состояние производится следующими путями:

- аппаратный сброс всей системы с помощью соответствующих кнопок «Reset» (на стенде и ПЭВМ, соответственно);

- программный сброс стенда с персональной электронно-вычислительной машины.

Работа процессорного модуля заключается в синхронизации обмена информации между ПЭВМ и блоками установленными в системные разъемы стенда. После включения стенда производится загрузка МОНИТОРА из памяти программ. Далее однокристальный микроконтроллер производит программный сброс модулей и переходит в режим установки связи с персональной ЭВМ.

После установки связи производится определение режима работы учебного стенда вцелом, путем передачи соответствующих команд на процессорный модуль стенда, и передача управляющей программы с ПЭВМ в память данных процессорного модуля.

После передачи управляющей программы производится установка формата передачи управляющих кодов и стенд переводится в состояние, которое определяется командами, подаваемыми с ПЭВМ.

Обобщенный алгоритм функционирования учебного стенда для автоматизированного контроля параметров дискретных элементов представлен в приложении А.

 

 

3.2 Описание работы диагностического модуля

 

Работа с диагностическим модулем начинается с момента, когда производится его выбор процессорным модулем. То есть на шине адресации блоков устанавливается его адрес (семиразрядным кодом). Эта ситуация определяется «устройством определения адреса блока

Одновременно с поступлением сигнала выбора модуля производится определение адреса субблока и режима работы. В данной системе предусмотрены следующие режимы работы:

- запись данных;

- чтение данных;

- определение номера модуля.

После определения всех указанных выше режимов и производится, собственно, инициализация обмена информацией между процессорным модулем и блоком исследования параметров дискретных элементов.

Далее производится передача полученной информации или результаты передачи (успешно или нет) на персональную электронно-вычислительную машину посредством последовательного канала.

Вся внутренняя коммутация производится на основе переданных команд по линии [ПЭВМ]-[операционный блок]-[Диагностический модуль].

Рассмотрим работу диагностического модуля на примере преобразования аналогового сигнала с пользовательского разъема в цифровую форму.

Для преобразования сигнала в цифровую форму необходимо выбрать один из трех аналого-цифровых преобразователей и по завершении преобразования передать значение кода на процессорный блок.

Последовательность действий по преобразованию сигнала и передаче его на процессорный блок представлена ниже:

- преобразование сигналов производится в автоматическом режиме, то есть независимо от процессорного модуля. Предположим что началось N-е преобразование аналогового сигнала в цифровую форму;

- затем после окончания преобразования производится запись сигналов во внутренний регистр аналого-цифрового преобразователя;

- после этого производится выбор преобразователя и одновременная выдача записанных сигналов на шину данных;

- в этот момент однокристальный микроконтроллер производит чтение значения с шины данных.

На этом процесс преобразования аналогового сигнала в цифровую форму заканчивается.