Синтез узла информационно-управляющей системы


Аннотация
Пояснительная записка содержит 19 страниц, 2 таблицы и 2 приложения.
В данном курсовом проекте рассматривается задача синтеза узла информационно-управляющей системы.

Содержание
1. Разработка электрической структурной схемы
1.1 Структура канала датчика переменного напряжения
1.2 Структура канала датчика постоянного напряжения
1.3 Структура канала датчика температуры

2. Разработка электрической функциональной схемы
2.1 Расчёт параметров датчика переменного напряжения
2.2 Расчёт параметров датчика постоянного напряжения
2.3 Расчёт параметров датчика температуры
3. Разработка алгоритма работы проектируемого узла ИУС
4. Разработка программы на ассемблере и прошивки ПЗУ
Список использованных источников
Приложение

1. Разработка электрической структурной схемы
Для ввода трех различных видов аналоговой информации необходим аналоговый мультиплексор с числом коммутируемых каналов k=3.
Определяем число разрядов m адреса Ai для выбора одного из каналов аналогового мультиплексора (АМ) по формуле
Находим, что m=2.

Из трех известных типов АЦП (АЦП параллельного действия, инструментальные АЦП с поразрядным взвешиванием и АЦП с двойным интегрированием) выбираем наиболее подходящий тип АЦП для системы обработки данных (СОД) – инструментальный АЦП, имеющий один вход по управлению (СТ – запуск преобразования) и один выход состояния (КП – идентификация окончания преобразования).

Коэффициент передачи АЦП …
где – входное напряжение АЦП.

Коэффициент передачи аналогового мультиплексора (АМ)
Относительная погрешность датчиков, приведенная к концу шкалы

Погрешность АЦП, заключающаяся в погрешности квантования …
где n – число разрядов АЦП.

Относительная погрешность коэффициента воспроизведения стабильного напряжения в заданном диапазоне температур …
где – дрейф напряжения стабилизации;

ЕСТ – стабильное напряжение.
1.1 Структура канала датчика переменного напряжения
Максимальное выходное напряжение с датчика
где UП1 – переменное напряжение, В;
kТ1 – коэффициент передачи трансформатора напряжения.

Поскольку максимальное значение выходного напряжения с датчика меньше максимального входного напряжения АЦП В, то необходимо включить масштабирующий усилитель (МУ) между датчиком и АЦП (основой МУ является, как правило, операционный усилитель).
Коэффициент передачи МУ для датчика переменного напряжения
Коэффициент передачи канала СОД для датчика переменного напряжения
Относительная погрешность коэффициента передачи
где VМУi – дрейф нуля.
Суммарная погрешность датчика переменного напряжения
где дD – относительная погрешность датчиков, приведенная к концу шкалы;
динтерп – погрешность интерполяции ОЭВМ.

1.2 Структура канала датчика постоянного напряжения
Максимальное выходное напряжение с датчика …
где Rд1, Rд2 – делитель напряжения;
Uп2 – постоянное напряжение.
Поскольку максимальное значение выходного напряжения с датчика равно максимальному входному напряжению АЦП В, МУ в данном случае не требуется. Для контроля постоянного напряжения Uп2 равного 36 В, которое больше напряжения АЦП, необходим делитель напряжения Rд1, Rд2.
Коэффициент передачи аналогового мультиплексора (АМ)
Коэффициент передачи канала СОД
где КМУ Uп2 – коэффициент передачи МУ, в нашем случае равен 1;
КАЦП – коэффициент передачи АЦП.
Относительная погрешность коэффициента передачи
Суммарная погрешность датчика постоянного напряжения

1.3 Структура канала датчика температуры
Определяем величину напряжения выхода моста в конце температурной шкалы
где – сопротивление термометра сопротивления при максимальной температуре;
– сопротивление термометра сопротивления при минимальной температуре;
– ток через плечо , .

Поскольку максимальное значение выходного напряжения с датчика меньше максимального входного напряжения АЦП В, то необходимо включить масштабирующий усилитель (МУ) между датчиком и АЦП (основой МУ является, как правило, операционный усилитель).
Коэффициент усиления МУ
Коэффициент передачи канала СОД
где – коэффициент передачи масштабирующего усилителя для датчика температуры.
Относительная погрешность коэффициента передачи
где принимается равным.
Суммарная погрешность датчика переменного напряжения
На основании полученных данных и анализа составляем структурную схему узла ИУС (приложение А).

2. Разработка электрической функциональной схемы
2.1 Расчёт параметров датчика переменного напряжения
Выходное напряжение (действующее значение) с трансформатора напряжения Т1
В качестве нелинейного преобразователя выбираем стандартную схему (приложение Б). Для реализации схемы был выбран диод КД103А, сопротивление открытого перехода которого равно 10 Ом, а максимальное постоянное обратное напряжение 50 В, что полностью удовлетворяет требованиям. В схеме нелинейного преобразователя должно выполняться следующее условие …
где – сопротивление открытого перехода диода VD1.
Зададимся максимальным значением выходного напряжения с нелинейного преобразователя. Тогда коэффициент передачи по положительной огибающей
Задаёмся, тогда …
В качестве фильтра, выделяющего постоянную составляющую, выбираем стандартную схему ФНЧ первого порядка. Поскольку постоянная составляющая для однополупериодного нелинейного преобразователя определяется выражением …
то для рассматриваемого варианта коэффициент передачи ФНЧ будет определяться
Задаёмся, тогда
Учитывая, что граничная частота fГР = 1 Гц << 50 Гц, выбираем ее в качестве частоты среза ФНЧ, и определяем выражение для С1

2.2 Расчёт параметров датчика постоянного напряжения
Максимальное выходное напряжение с датчика
Определяем коэффициент передачи KД делителя
Зададимся значением =10 кОм, тогда находится по формуле
На делителе реализуем ФНЧ с частотой. Величина рассчитывается по формуле

2.3 Расчёт параметров датчика температуры
В связи с тем, что термометр обладает маленьким сопротивлением, включим его по мостовой трехпроводной схеме. Для ослабления изменения тока, протекающего через плечо, необходимо, чтобы выполнялось условие: . Зададимся. Тогда через плечо течет постоянный ток равный…
Для балансировки моста необходимо, чтобы в начальной точке температурной шкалы сопротивление.
Примем значение резистора
Тогда резистор равен
Учитывая низкоомный характер датчика температуры, можно допустить, что воздействие внешних полей в области высоких частот будет несущественным и не нужно ставить ФНЧ.
Схема электрическая функциональная представлена в приложении Б.

3. Разработка алгоритма работы проектируемого узла ИУС
При включении микроЭВМ в состав узла ИВС функциональный синтез считается неполным, если реализация функций узла не дополняется алгоритмами ввода и предварительной обработки измерительной информации. Ограничимся примером ввода.

Необходимо составить алгоритм подпрограммы ввода (загрузки) аналоговой информации с датчика переменного напряжения в ячейку ОЗУ ОЭВМ.

Так как все три подпрограммы ввода данных однотипны и отличаются только адресом канала мультиплексора и адресом буфера данных в ОЗУ, то можно использовать одинаковую для всех каналов блок-схему алгоритма ввода измерительной информации.

Составляем алгоритм ввода указанной информации. Для этого:
1) Определяем адрес ААМ нужного канала мультиплексора (канал №0);
2) Составляем блок-схему алгоритма ввода измерительной информации из нулевого канала.

Полученная блок-схема программы представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Блок-схема алгоритма ввода информации

4. Разработка программы на ассемблере и прошивки ПЗУ

Текст подпрограммы ввода для нулевого канала мультиплексора представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Код программы

Адрес Текст программы Hex Комментарии
000 MOV A,#F0 23 F0 настройка порта Р2 на ввод
002 OUTL P2, A 3A настройка 0-й, 1-й и 7-й битов порта Р1 на ввод, подготовка АЦП (4-й бит Р1 в 1), 2-й и 3-й бит Р1 – выбор 0-го канала
003 ORL P2,#08 8A 08 запуск преобразования (4-й бит Р1 в 0)
005 ANL P2,#F7 9A F7 считывание порта Р1
007 IN A, P2 0A выделение сигнала окончания преобразования
008 CPL A 37 если END=0, то считываем порт Р1
009 JB4 End_ad 92 считываем первые 8 бит данных АЦП
00В IN A, P1 09 записываем в R0 адрес ячейки памяти
00С MOV R0,#18 B8 18 сохраняем младший байт в этой ячейки
00Е MOV @R0,A A0 считываем порт Р1
00F MOV A, R7 FF выделение 8-го и 9-го бит данных АЦП
010 ORL A,#08 43 08 записываем в R0 адрес след. ячейки
012 MOV R7,A AF сохраняем старший байт в этой ячейки
013 RET 83 возврат из подпрограммы.

Таблица 2 – Прошивка ПЗУ

Адрес 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
034 23 F0 3A 8A 08 9A F7 0A 37 92 09 B8 18 A0 FF 43
044 08 AF 83

Список использованных источников
датчик напряжение прошивка ассемблер
1 Булатов, В. Н. Синтез узла информационно-управляющей системы: методические указания и задания по курсовому проектированию [Текст] / В. Н. Булатов – Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2008. – 32 с.
2 Булатов, В. Н. Элементы и узлы информационных и управляющих систем (Основы теории и синтеза) : учебное пособие [Текст] / В. Н. Булатов – Оренбург: ГОУ ВПО ОГУ, 2003. – 200 с. ISBN 5-7410-0451-2.