Новая образовательная платформа на базе микропроцессорного контроллера от zilog

Учебные лабораторные комплексы SDK на базе микропроцессоров и ПЛИС

Главная > Учебные стенды > Учебные лабораторные комплексы SDK на базе микропроцессоров и ПЛИС

Учебные лабораторные комплексы SDK, разработанные ООО «ЛМТ», предназначены для изучения принципов организации и работы микропроцессорной элементной базы, элементов памяти, контроллеров ввода-вывода, оконечных устройств, а также для получения навыков проектирования и низкоуровневого программирования микропроцессорных систем различного назначения.

Учебные стенды представляют собой функционально законченные устройства, в которых есть вычислительное ядро, набор устройств ввода-вывода, средства общения с оператором, учебно-инструментальное программное обеспечение. Большое значение имеет оснащение методическими материалами.

Стенды могут работать с инструментальной ЭВМ (персональный компьютер) и в автономном режиме.Предлагаемое семейство лабораторных комплексов демонстрирует возможности конкретных микропроцессорных компонентов, помогает в процессе освоения новых вычислительных элементов и их интерфейсов, в быстром создании прототипов будущих систем.

В лабораторных комплексах обычно реализуется каноническая схема включения функциональных блоков: памяти, тактирования, буферизации, питания.

Все это снабжается инструментальным интерфейсом, необходимым для демонстрации основных режимов работы изучаемого блока: органами управления (переключатели, перемычки), минимальными средствами индикации, разъемами расширения.

Состав инструментального программного обеспечения может варьироваться от простейшего загрузчика (программатора) до полноценной системы программирования и отладки. Лабораторные стенды обязательно комплектуются полной принципиальной электрической схемой устройства, документацией на входящие в его состав электронные компоненты и руководством пользователя.

ООО «ЛМТ» разрабатывает и последовательно развивает семейство стендов инструментального и учебного назначения SDK. Они базируются на различных микропроцессорных ядрах и программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС). Стенды производятся небольшими сериями в течение ряда лет и успешно применяются в обучении, автоматизации и разработке контроллеров.

Учебные лабораторные комплексы SDK могут быть использованы в рамках различных курсов обучения в университетах, техникумах, школах и лицеях, а также технических кружках и в самостоятельном творчестве интересующихся микропроцессорной техникой.

Все стенды выполнены в едином конструктиве, допускающем настольное использование или монтаж на DIN-рейку. Вместе со стендом в состав поставки входят:

Сетевой блок питания (220 В AC/9–12 В DC);
Инструментальный кабель RS-232C и/или адаптер BBA-1.0/BBX-1.0 (JTAG ↔ LPT);
Компакт-диск с пользовательской, учебно-методической и технической документацией, в том числе полной принципиальной электрической схеме стенда, документацией на входящие в его состав электронные компоненты, демонстрационными и инструментальными программами.

Стенды используются более чем в пятидесяти ВУЗах и средних учебных заведений России:

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики
Санкт-Петербургский государственный технологический институт
Сибирский федеральный университет
Новосибирский государственный технический университет
Уральский государственный технический университет
Волгоградский государственный технический университет
Астраханский государственный университет
Академия маркетинга и социально-информационных технологий (г. Краснодар)
Гродненский государственный технический университет (Беларусь)
Екатеринбургский колледж транспортного строительства
Ижевский государственный технический университет
Иркутский государственный университет путей сообщения
Кибернетический центр при Томском политехническом университете
Костромской государственный технический университет
Марийский государственный технический университет
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
Озерский технологический институт
Оренбургский государственный университет
Пензенский государственный университет
Пермская государственная сельскохозяйственная академия
Псковский политехнический институт, филиал Санкт-Петербургского государственного технического университета
Региональный открытый социальный институт (г. Курск)
Рязанская государственная радиотехническая академия
Cанкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)
Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
Сарапульский политехнический институт Ижевского государственного технического университета
Северо-Западный государственный заочный технический университет
Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики
Таганрогский государственный радиотехнический университет
Томский политехнический университет
Тюменский государственный университет
Уфимский государственный авиационный технический университет
Череповецкий государственный университет
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса
Южно-Сахалинский промышленно-экономический техникум

Стенды семейства SDK – эффективная платформа для исследовательских проектов, моделирования систем с микропроцессорным управлением и индивидуального технического творчества.

Малогабаритная, защищенная конструкция, возможность свободного подключения разнообразных расширителей, периферийных устройств, датчиков и приводов, разнообразие аналоговых и цифровых каналов ввода-вывода, коммуникационных интерфейсов, цепи электрической защиты внешних портов, интегрированные консоли оператора и другие особенности позволяют легко встраивать стенды SDK в конструкцию промышленно выпускаемых или самодельных приборов и установок.

В моделях самоходных роботов встроенный SDK-2.0 управляет направлением и скоростью вращения двух независимых двигателей, опрашивает ультразвуковой датчик положения. В автономном режиме робот может объезжать преграды; имеется режим радиоуправления по беспроводному каналу сети IEEE 802.15.4/ ZigBee.

На базе комплексов SDK могут быть самостоятельно разработаны разнообразные системы управления для дома и офиса: контроля доступа в помещения, управления оборудованием кондиционирования и освещением, аварийного отключения инженерных систем: водоснабжения, газоснабжения, электросети.

Награды

Учебный лабораторный комплекс был отмечен серебряной медалью на ХV международной выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» (Санкт-Петербург, 10-13 марта 2009 года, выставочный комплекс «Ленэкспо») в рамках проекта «Учебный комплекс для проектирования встраиваемых систем на базе агрегатно-аспектного подхода».

Поддержка

http://embedded.ifmo.ru – документация, методические пособия, электрические схемы, инструментальные средства, исходные тексты программ, примеры выполненных проектов, FAQ, форум.

Поставка

Поставка осуществляется в течение 1..6 недель в зависимости от наличия на складе. Производится доставка в офис покупателя.

Источник: http://lmt.ifmo.ru/index.php/sdk/90-aboutsdk

Микроконтроллеры серии z8fmc16100 компании ZiLOG для управления электродвигателями

Микроконтроллеры серии Z8FMC16100 компании ZiLOG

для управления двигателями

Хэдизард ПЕЙМАН Рекс ЭЛИСОН

Проанализировав динамику развития современных контроллеров управления электродвигателями и потребностей рынка, компания ZiLOG пошла по пути увеличения степени интеграции управляющего микроконтроллера.

Это позволяет существенно сократить число внешних компонентов, что, в свою очередь, положительно отражается на стоимости и надежности системы управления.

Инновационные решения ZiLOG, описанные в этой статье, позволяют добиться улучшения параметров запуска, регулировки скорости вращения и защиты бесщеточных двигателей постоянного тока в случае возникновения нештатных условий, например, замыкания обмоток или выводов двигателя.

Всего пару лет назад, когда стали доступными специализированные микроконтроллеры (далее МК), считалось, что в большинство приложений непрактично встраивать электронику, необходимую для коммутации и управления бесщеточными двигателями постоянного тока (BLDC — BrushLess Direct Current).

Большое число элементов и их дороговизна до сих пор препятствуют использованию управляющих двигателем МК во многих проектах. И даже с появлением специализированных МК для приложений управления двигателями их эффективность и конструкция еще далеки от идеала.

Поэтому необходимо далее совершенствовать МК путем снижения количества элементов и увеличения степени интеграции полупроводникового чипа. Основная цель, которая при этом ставится, — улучшение эффективности и точностных параметров подсистемы управления двигателями.

Сегодня на рынке конкурентоспособной электроники общая стоимость электронного модуля, эффективность и долговечность являются

ключевыми факторами для принятия решения о закупке. Все сказанное было учтено инженерами компании 21ЬОО, которые разработали серию 8-разрядных МК 28БМС16100 для управления двигателями. Недавно они были запущены в массовое производство и уже сейчас доступны для заказа. Эта статья рассматривает некоторые ключевые моменты разработки устройств на базе этого нового семейства микроконтроллеров.

Чтобы понять роль МК в этой категории продуктов, мы должны обсудить фундаментальные принципы функционирования БЬОС-двигателей. Во-первых, такие двигатели более эффективны, чем индукционные двигатели переменного тока и универсальные двигатели с такой же номинальной мощностью.

Однако управлять скоростью такого двигателя — сложная задача.

Информация о положении ротора должна быть достаточно точной, а расчеты для определения того, насколько требуется ускорить или замедлить вращение, должны осуществляться «на лету», что предъявляет высокие требования

к производительности микроконтроллера. Чем быстрее способен произвести эти расчеты микроконтроллер, тем более высокая скорость двигателя может быть достигнута такой системой управления.

Бесщеточные двигатели постоянного тока имеют ротор из постоянного магнита, который двигается под действием вращающегося магнитного поля, создаваемого драйверами при подаче напряжения на обмотки статора с постоянной фазой.

Магнитный поток статора должен быть синхронизирован с магнитным потоком ротора, поэтому необходимо иметь точную информацию о положении последнего. Позиция ротора может быть определена из противо-ЭДС фазовых обмоток, которая генерируется благодаря наличию изменяющегося во времени результирующего магнитного поля.

Цикл коммутации трехфазных бесщеточных двигателей постоянного тока с биполярными роторами осуществляется в 6 этапов. В течение каждого из этих шести этапов напряжение прикладывается к двум из трех фазовых обмоток (рис. 1). Фазовый сдвиг

Бесщеточный двигатель постоянного тока

Статор: обмотки Ротор: постоянные магниты Обмотки статора управляются (коммутируются) внешней электроникой Ток в обмотках статора создает вращение, взаимодействуя с постоянными магнитами ротора

Рис. 1. Бесщеточный двигатель постоянного тока

Back EMF -Neutral

(volba radian)

Back EMF Divider

(UnNless)

Orolor +

Ocrror ►

kg – Mspeed

Integrator

(sec)

(volts)

Frequency to Angular Freq Conversion

(Radians/cycle/sec)

ADC

(countsavolt)

PI Filter

(Unities*)

R1 +R2

(volts) '

(counts)

I + St2 Cti

Speed_count

(counts)

fclock

Prescaler + К speed

Electrical cycles Revolutions per Commutation

per cycles cydes

(Rev/cycle) {Uni|leas)

Commutation cycles per Timer Cycles

(Radians/Hertz)

1 М тес 2П – f тес 2 felect 1 feom 1

(radians] S 4 і, (radians'sec) h N (cycle s'sec) 6 (cyclea'sec) 2

Рис. 2. Алгоритм расчета корректировки скорости двигателя с использованием петли ФАПЧ

напряжения имеет место в интервале 60°. При обесточенном состоянии каждой обмотки противо-ЭДС обмотки обеспечивает переходы через нулевой уровень.

Переключение выходных устройств в инвертирующем мосту, который коммутирует обмотки двигателя, управляется при помощи широтноимпульсной модуляции (ШИМ).

Путем изменения длительности импульсов, подаваемых с фиксированной частотой, напряжение на обмотках повышается или понижается, изменяя, таким образом, скорость двигателя.

Управление временными метками и алгоритмы ФАПЧ

Большинство контроллеров в системах с обратной связью имеют компаратор для обнаружения перехода через нулевой уровень для сигналов противо-ЭДС и обнаружения ошибок, что позволяет отрегулировать выходные управляющие импульсы и, таким образом, скорректировать скорость двигателя.

Альтернативным решением является вариант, при котором все необходимое для этого находится на чипе микроконтроллера. При этом отпадает необходимость использования внешнего компаратора, поскольку вместо него используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП) совместно с таймером.

Таймер дает команду АЦП для осуществления выборки противо-ЭДС. После того, как АЦП «увидит» пересечение нулевого уровня, читается счетчик таймера, и результаты помещаются в регистр.

Эта техника «временных меток» эффективна в относительно простых коммутационных системах управления с обратной связью.

Измерение противо-ЭДС, расчет позиции ротора и подстройка скорости двигателя осуществляются при помощи системы ФАПЧ (рис. 2). Примечательно, что благодаря ФАПЧ позиция ротора определяется и синхронизируется с сигналом противо-ЭДС непосредственно с момента старта.

Рекс Элисон (старший инженер по применению процессоров для управления двигателями в компании 21ЬОО) теоретически показал, что при работе по такому алгоритму, если отсутствуют этапы синхронизации и старта, двигатель запускается, используя только систему ФАПЧ противо-ЭДС.

Кроме того, он изучил протекание токов утечки и напряжений смещения аналоговых реализаций и считает, что их может скомпенсировать микроконтроллер, измеряющий противо-ЭДС с использованием цифровой системы ФАПЧ, в тандеме с быстрым аналогово-цифровым преобразователем 21ЬОО.

Эта идея была протестирована, и было показано, что при отсутствии возможности позиционирования ротора в конкретной точке (что имеет место во время старта или после прерывания работы двигателя) система ФАПЧ 21ЬОО позволяет осуществлять более плавный разгон и практически мгновенное реверсирование направления вращения ротора двигателя по со-

ответствующей команде. Таким образом, 28БМС16100 обеспечивает более надежный старт и предлагает эффективный способ мониторинга петли противо-ЭДС с помощью ФАПЧ.

Ошибка реакции

Без тщательно продуманных мер безопасности отказ из-за перегрузки по току может повредить устройства, управляющие бесще-точным электродвигателем постоянного тока.

Эти отказы — некоторые обратимые, а некоторые и нет — могут возникать из-за коротких замыканий в обмотках двигателя, из-за закороченных выводов двигателя, дефектов в приводах и механических передачах, при повреждениях ротора, отказах и осечках исполнительных устройств и по многим другим причинам.

Вне зависимости от причины, вызвавшей перегрузку по току, вращение двигателя должно быть остановлено. Цепи защиты должны среагировать быстро — быстрее, нежели произойдет резкая остановка всей системы.

При обнаружении отказа предпочтительнее отключить ШИМ-выходы и восстановить их нормальное функционирование, когда будет устранена причина отказа. «Жесткая» остановка происходит только в том случае, если условия перегрузки по току продолжают сохраняться.

Микроконтроллеры для управления двигателями обычно имеют входные элементы, например компаратор, для обнаружения ситуаций перегрузки по току. В типовой реализации сигнал тока подается на АЦП.

Однако это решение имеет присущие ему недостатки — большое время задержки до получения результата оцифровки может блокировать ШИМ.

Если имеют место условия «жесткой» остановки, эта инерционность может привести к тому, что в течение следующего коммутирующего цикла не будет про-

изведена остановка, в результате может произойти необратимое повреждение.

Чтобы избежать задержки обработки, свойственной аналого-цифровым преобразователям, к блоку ШИМ напрямую подключен компаратор перегрузки по току — таким образом гарантируется, что выключение произойдет непосредственно в текущем цикле.

Этот метод не только улучшает реакцию контроллера на возникновение отказа, но и свободен от недостатков, характерных для традиционных решений; то есть, если тактовый сигнал контроллера перестал функционировать, не будет риска выключения системы в ответ на перегрузку по току, как было бы при использовании системы с АЦП.

Алгоритм обнаружения снижает временную зависимость

Контроллеры практически постоянно следят за значением тока двигателя посредством определения тока через обмотки. Они используют в качестве датчика резисторы и внешний операционный усилитель, выходной сигнал с которого подается на АЦП внутри устройства.

Обычно выборки АЦП синхронизированы микроконтроллером. Затем результат оцифровки подается на процессор, который подсчитывает, каким образом должна быть отрегулирована ШИМ, чтобы скорректировать скорость, а конвертор (АЦП) отключается до следующего цикла ШИМ, после чего делает следующую выборку.

По существу, работа управляется прерываниями от ШИМ.

Однако имеется другой, асинхронный путь для определения, обработки и корректировки скорости двигателя, позволяющий освободить ресурсы контроллера. Вместо подключения АЦП для каждого тактового цикла микроконтроллера в 28БМС16100 используется другой механизм. В чип микроконтрол-

лера интегрирован операционный усилитель (это позволяет снизить количество дополнительных «обвязочных» компонентов на плате). Сигнал тока от платы идет к устройству, его значение замеряется и сохраняется в памяти. Таким образом, из операции исключается нежелательная временная зависимость. Эта методика является эффективным решением задачи управления двигателем.

Например, некоторые 8-разрядные вычислительные ядра несут высокие накладные расходы производительности, необходимые для обеспечения выполнения специфических функций, таких как, например, управление выводом информации на графический дисплей.

В то же время при скоростях двигателя вплоть до 100 000 оборотов в минуту, средней производительности микроконтроллера для приложений токового управления двигателями более чем достаточно.

Сегодня развитие технологий управления двигателями требует проведения исследований и формулировки требований как для универсальных, так и для узкоспециализированных 8-разрядных микроконтроллеров, разрабатываемых для приложений управления двигателями.

С приходом следующего поколения микроконтроллеров для управления двигателями фирмы с мировым именем (такие как 21ЬОО) делают ставку на разработку передовых, конкурентоспособных системных решений с высокой степенью интеграции.

Это стало возможно благодаря новым разработкам, таким как быстрое обнаружение перегрузки по току и управление отказами, надежное функционирование и определение противо-ЭДС в широком диапазоне скоростей, включая весьма низкие скорости, а также плавные старт и реверсирование направления вращения.

Общая стоимость системы микроконтроллеров для управления двигателями и число компонентов в конструкции можно еще снизить, если изучить запросы рынка контроллеров для управления двигателями (рис. 3). Интегрирование большего количества функций и модулей на одном чипе значительно упрощает весь про-

цесс разработки РЭА и повышает общую надежность системы за счет снижения числа элементов на плате.

Дополнительную информацию об управлении электродвигателями можно найти по адресу w .г1^.с от/г8епсогешс/. ■

Источник: https://cyberleninka.ru/article/n/mikrokontrollery-serii-z8fmc16100-kompanii-zilog-dlya-upravleniya-elektrodvigatelyami

Проектирование микропроцессорных устройств обработки данных

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Реализация режима ПДП осуществляется на базе контроллеров К1810ВТ37. Особенности взаимодействия контроллера ПДП (КПДП) К1810ВТ37 и микропроцессора отражает рисунок

КПДП на стадии инициализации является ведомым устройством с традиционной процедурой настройки на требуемый режим работы. На вход дешифратора адреса может подаваться 12-разрядная информация, а младшие разряды А0-А3 служат для обращения к внутренним регистрам контроллера. Линии , являются входными. Запись управляющих слов осуществляется по шине данных.

При работе в режиме ПДП контроллер является ведущим. Младший байт адреса выводится на линии А0-А7, а старший – на линии DB7-D0 с одновременной установкой сигнала AEN=1.

Этот сигнал разрешает передачу старшего байта адреса на линии А15-А8. Запись информации в Рг А осуществляется сигналом ADSTB, появляющимся с некоторой задержкой относительно AEN.

Сигнал AEN передается также в магистраль МПУ, извещая остальные устройства, что выполняется цикл ПДП.

Внутренняя организация контроллера обеспечивает формирование только 16-разрядного адреса. Если необходима адресация к полному адресному пространству, следует установить дополнительный адресуемый внешний 4-разрядный регистр, в который предварительно записывается значение А19-А16.

Для обмена информацией между внешним устройством УВВ и ОЗУ контроллер формирует сигналы , для управления УВВ и сигналы , для обращения к ОЗУ. Эта особенность требует применения в ПБ формирователя управляющих сигналов с тремя состояниями.

На стадии инициализации в КПДП записываются режимное слово, начальный адрес ОЗУ и длина передаваемого массива. Управление каналами независимое. Внешнее устройство УВВ посылает запрос по входу DREQi. Контроллер формирует сигнал HOLD и, получив сигнал подтверждения ПДП HLDA, сообщает УВВ о начале приема/передачи информации сигналом DACKi.

Начинается обмен информацией между УВВ и ОЗУ. Завершение обмена указывает сигнал . Он устанавливается в 0, если содержимое счетчика передаваемых байт КПДП будет равно нулю. Этот сигнал может быть подан на вход контроллера прерываний либо анализироваться программно МП. Вывод является двунаправленным.

В случае необходимости внешнее устройство может приостановить передачу, подав на эту линию низкий уровень.

КПДП может использоваться не только для обмена информацией с внешними устройствами, но и для организации передач память-память. Особенности программного обеспечения КПДП 1810ВТ37 изложены в [ ].

В системах с пониженной производительностью более рационально применение микропроцессора К1810ВМ88, который по сравнению с ВМ86 имеет 8- разрядную внешнюю шину данных при сохранении внутренней архитектуры, системы команд и нумерации вводов/выводов. Разряды адреса выводятся аналогично К1821ВМ85.

Этому же микропроцессору соответствует и значение сигнала . Применение ВМ88 позволяет уменьшить аппаратные затраты МПУ за счет более простой организации блока памяти и использования периферийных БИС К1821. Это позволяет применять МП в двухшинных интерфейсах.

Потери быстродействия по сравнению с ВМ86 составляют 20-30% в зависимости от конфигурации МПУ.

Так как основные периферийные БИС восьмиразрядные, эти потери связаны, главным образом, с увеличением цикла обращения к памяти: длина очереди команд составляет 4 байта, очередь заполняется после освобождения одного байта, при обмене словами время выполнения команд увеличивается на 4 такта.

Более перспективным является применение в МПУ микропроцессоров INTEL 80186/80188, которые дополнительно на одном кристалле содержат контроллеры прерываний, ПДП, управления памятью, шинные формирователи, контроллер и арбитр шины.

При выборе элементной базы предпочтение следует отдавать МП, выполненным по КМОП-технологии ( 80С86/88, 80C186/188 ).

5.2.4 Процессорный блок на базе К1816ВЕ51

По сравнению с микропроцессорами однокристальные микроконтроллеры (ОМК) и микро-ЭВМ (ОЭВМ) обладают повышенной степенью интеграции, функциональной завершенностью, развитыми средствами ввода/вывода, позволяющими реализовывать системы реального времени. Обобщенная структура ОМК и ОЭВМ представлена в [ ,рисунок3.1 ]. .

В состав ОМК входят: 8, 16, 32 – разрядный микропроцессор, резидентная память команд до 32 Кб, ОЗУ – до 2 Кб, параллельные и последовательные порты, обеспечивающие выходы на стандартные интерфейсы ПЭВМ и/или локальных сетей, таймеры, подсистемы прерываний, контроллеры ПДП, многоканальные ЦАП и АЦП, контроллеры жидкокристаллических индикаторов и так далее.

Основными производителями ОМК и МК являются фирмы Motorolla, Microchip, Intel, Zilog.

Наиболее эффективно использование ОМК в тех случаях, когда для его функционирования не требуется дополнительных внешних устройств: памяти, программируемых БИС и так далее.

Структура ОМК базируется, главным образом, на гарвардском принципе организации.

Проектирование процессорного блока в данных методических указаниях иллюстрируется на примере ОМК Intel 8051 ( К1816ВЕ51 ).

При использовании внешних устройств структура ПБ на базе ВЕ51 аналогична ПБ на базе К1821ВМ85 [ ,рисунок3.15 ]. Отличие состоит в особенностях организации шины управления.

Необходимо отметить, что операционные возможности ПБ значительно больше, чем у ВМ85 [ ]. ШД формируется на основе порта P0, нагрузочная способность которого (2,4-3,2) мА, СН100 пФ.

Через этот порт в режиме с разделением времени передаются данные и адресная информация (разряды А7-А0).

Формирование младшего байта адреса выполняется внешним регистром РА, на вход записи которого подается сигнал ALE, а старший байт хранится во внутреннем регистре порта Р2. Нагрузочная способность Р2 – 1,6 мА, СН  80 пФ.

Основные сигналы ШУ формируются в порте Р3, который предварительно настраивается на системные функции [ ,рисунок3.5 ].

Обращение к внешней памяти данных осуществляется сигналами – и , а к памяти команд – .

Чтение/запись УВВ выполняется командами MOVX. Поэтому при организации МПУ необходимо разделять адресное пространство между внешней памятью данных и УВВ.

Прием внешних запросов прерывания производится по входам INT0, INT1.

Характеристики отечественных микросхем аналогичных семейству MCS-51 приведены в таблице.

Микросхема	Аналог	Объемрезидентн.Памятипрограмм,байт	Типпамятипрограмм	Объемрезидентн.памятиданных,байт	Максим.такт.частота,МГц	Токпотребл.мА
КР1816ВЕ31	8031АН	–	внешн.	128	12,0	150
КР1816ВЕ51	8051АН	4К	ПЗУ	128	12,0	150
КМ1816ВЕ751	80751АН	4К	ППЗУ с УФ	128	12,0	220
КР1830ВЕ31	80С31ВН	–	внешн.	128	12,0	18
КР1830ВЕ51	80С51ВН	4К	ПЗУ	128	12,0	18
КР1830ВЕ751	87С51ВН	4К	ППЗУ с УФ	128	12,0	18
КР1830ВЕ753	8753Н	8К	ППЗУ с УФ	128	12,0	18
К(Р)1850ВЕ651	–	32К	ПЗУ	128	12,0	120

xD, RxD предназначены для организации обмена через последовательный порт.

Информация на входы внутренних 16-разрядных счетчиков поступает по входам Т0, Т1. Нагрузочная способность портов Р1-Р3 и сигналов управления – 1,6 мА, СН  80 пФ. У выходов ALE, PSEN – (3,2-2,4) мА, СН100 пФ.

Синхронизация с внешними устройствами обеспечивается сигналом ALE, который формируется дважды в каждом машинном цикле. Исключением является цикл выполнения команды MOVX, при котором ALE генерируется один раз.

Режим ПДП в данном ОМК отсутствует.

Если применение ОМК возможно без внешней памяти, то в проектировании ПБ нет необходимости. Проектирование МПУ будет состоять в разработке интерфейса между ОМК и периферийными устройствами.

При работе с портами Р0-Р3 необходимо учитывать следующее:

Каждый бит порта может быть настроен как на ввод так и на вывод. В первом случае в соответствующий бит регистра порта должна быть записана 1, а во втором – 0. Исключение составляет порт Р3, который при записи в регистр “1” настраивается на системные функции, а при записи “0” – формирует на выходе 0. По сбросу в регистры портов записывается “1”.

Порты Р1-Р3 имеют внутренние резисторы, присоединенные к источнику питания. Поэтому для организации ввода/вывода достаточно соединить выводы портов с источником или приемником информации.

В порте Р0 подобные резисторы отсутствуют. Поэтому при использовании Р0 в качестве выходного порта общего назначения необходимо на его выводах внешние нагрузочные резисторы. При работе в качестве системного порта резисторы можно не присоединять.

В порт Р2 информация о старшем байте адреса выводится автоматически только в командах MOVC и MOVX A, @DPTR, MOVX @DPTR, A. При этом содержимое регистра-защелки сохраняется и поступает на выводы порта в тех машинных циклах, когда нет обращения к внешней памяти.

Обращение к портам осуществляется только по командам прямой адресации. Обращение к разрядам портов производится битовыми командами.

Запись данных в порт выполняется командами MOV, SETB, CLR. Специальной настройки на вывод информации не требуется. Содержимое регистра однозначно отражается на выходах порта.

При вводе информации данные образуют побитно “монтажное ИЛИ” с содержимым регистра и фиксируются в приемнике информации, указанном в команде.

Команды чтения портов делятся на две группы: чтение содержимого регистра порта и чтение информации с внешних контактов порта. Первая группа команд выполняет цикл “чтение – модификация – запись”.

К ним относятся команды, в которых регистр порта является одновременно источником и приемником информации (ANL PX, A, INC PX, JBC PX.Y и так далее).

Чтение с внешних выводов выполняется командами MOV (A, Rn, @R0), PX, ANL A, PX и так далее.

Счетчики-таймеры (СТ) предназначены для подсчета внешних событий, формирования программно управляемых временных задержек и выполнения времязадающих функций. В состав ОМК входят два 16-разрядных счетчика-таймера, работающих в инкрементном режиме.

При работе в режиме счетчика содержимое регистров TL, TH инкрементируется при переходе из “1” в “0”. Длительность уровня “1” и “0” должна быть не менее 1 машинного цикла, т. е. максимальная частота преобразуемого сигнала равна OSC/24, где OSC – частота кварца ОМК. В режиме таймера входная частота составляет OSC/12.

Структурную организацию счетчика-таймера и принцип его работы иллюстрируют [рисунок 3.8, 3.9].

СТ может работать в режиме аппаратного или программного запуска. При аппаратном запуске начало счета задается единичным уровнем сигнала на входе INTi, где i – номер СТ. Эта особенность позволяет на базе счетчиков строить измерители частоты, временного интервала, периода. Настройка ТС на требуемый режим работы выполняется регистром TMOD [рисунок 3.7].

В момент перехода СТ из состояния “все 1” в “0” устанавливается флаг TFi, значение которого может быть определено программно или по прерыванию. Запуск СТ и контроль TFi производится с помощью регистра TCON. Особенностью СТ является отсутствие аппаратного доступа к флагу TF.

Поэтому при использовании СТ в качестве времязадающего элемента выходами генераторов, формирователей импульсов являются свободные линии портов Р0-Р2.

Источник: http://works.doklad.ru/view/oXE9wszhxCM/5.html

2.3.1 Выбор и обоснование микропроцессорного контроллера (МК)

За последние годы достигнуты значительные успехи в совершенствовании методов и средств управления технологическими процессами. До появления и широкого освоения промышленностью дешевых программируемых средств (микропроцессоров, ПЗУ, ПЛМ и др.

) техническую основу систем автоматизации составляли, с одной стороны, аналоговые и релейные схемы с “жестким” алгоритмом функционирования, а с другой – свободно программируемые управляющие устройства на базе мини – и микро-ЭВМ.

В настоящее время в промышленности широкое применение нашел новый класс микропроцессорных средств автоматизации – программируемые контроллеры, появившиеся на базе развития и слияния двух предшествовавших направлений.

Использование контроллера в системе управления имеет ряд преимуществ:

1) контроллер одинаково хорошо работает как в линейных, так и в нелинейных системах управления;

2) в отличие от аналоговых регуляторов контроллер не требует дополнительной аппаратуры;

3) все вычисления производятся по машинным программам, которые при необходимости могут быть изменены;

4) контроллер может регулировать процесс при изменяющемся во времени задании (законе регулирования), причем без подключения дополнительной аппаратуры и без вмешательства оператора.

В настоящее время из-за финансовых трудностей не представляется возможным разработка для конкретного регулируемого электропривода оптимального по составу, функциональным конструктивным требованиям специализированного микропроцессорного устройства, как это делают известные фирмы-производители электроприводов за рубежом. Поэтому в наших условиях единственным вариантом создания современной высокотехнологичной системы управления является применение доступных на отечественном рынке готовых микропроцессорных комплектов.

Выбор контролера произведем, рассмотрев несколько доступных на российском рынке контролеров отечественного и зарубежного производства, учитывая их стоимость и функциональные возможности.

Программируемый контроллер SIMATIC S7-300

Программируемые контроллеры SIMATIC являются базовой системой автоматизации всех отраслей промышленного производства, объединяющей в своем составе стандартную аппаратуру управления и широкую гамму промышленного программного обеспечения.

Программируемый контроллер SIMATIC S7-300 стандартного исполнения предназначен для эксплуатации в нормальных промышленных условиях.

Ключевые особенности контролера SIMATIC S7-300:

– модульный программируемый контроллер предназначен для решения задач автоматизации низкой и средней степени сложности;

– широкий спектр модулей для максимальной адаптации аппаратуры к решению любой задачи;

– высокая гибкость, возможность использования систем распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности;

– удобная конструкция, простота монтажа, работа с естественным охлаждением;

– простота расширения системы в ходе модернизации объекта;

– высокая производительность благодаря наличию большого количества встроенных функций;

– степень защиты IP 20 в соответствии с IEC 529;

– диапазон рабочих температур при горизонтальной установке 0…60°C (-25…60°C – Outdoor);

– при вертикальной установке 0…40°C (-25…40°C – Outdoor);

– относительная влажность 5…95%, без конденсата (RH уровень сложности 2 в соответствии с IEC 1131-2);

– атмосферное давление 795 … 1080 ГПa;

– изоляция цепи =24 В – испытательное напряжение =500В;

– изоляция цепи ~230 В – испытательное напряжение ~1460В.

Характерные особенности структуры ПЛК фирмы Siemens:

1. Два многофункциональных модуля менеджера событий (EVA и EVB). Восьмиканальный генератор (ШИМ) и два 16-разрядных таймера общего назначения в составе каждого менеджера событий обеспечивают:

прямое цифровое управление по шести каналам трехфазным инвертором напряжения в режимах фронтовой, центрированной или векторной ШИМ-модуляции;

управление дополнительными ключами по двум каналам в режимах стандартной фронтовой или центрированной ШИМ-модуляции;

быстродействующую аварийную блокировку выходов ШИМ-генератора по внешнему сигналу;

защиту силовых ключей в стойке инвертора от сквозного тока на базе программируемого генератора «мертвого времени».

Источник: http://radio.bobrodobro.ru/25109

Чем микроконтроллер отличается от микропроцессора | РОБОТОША

Давайте разберемся, чем же на самом деле отличаются и в чем сходство этих двух типов цифровых радиоэлектронных устройств.

И микропроцессор и микроконтроллер предназначены для выполнения некоторых операций — они извлекают команды из памяти и выполняют эти инструкции (представляющие собой арифметические или логические операции) и результат используется для обслуживания выходных устройств.

И микроконтроллер и микропроцессор способны непрерывно производить выборку команд из памяти и выполнять эти инструкции, пока на устройство подается питание. Инструкции представляют из себя наборы битов.

Эти инструкции всегда извлекаются из места их хранения, которое называется памятью.

Что такое микропроцессор

Микропроцессор (в ангоязычной литературе MPU — Micro Processor Unit) содержит функционал компьютерного центрального процессора, или ЦП (CPU — Central Processing Unit) на одном полупроводниковом кристалле (ИМС — интегральная микросхема или на западный манер — Integrated Circuit).

Графический процессор NVIDIA

По своей сути — это микрокомпьютер, который используется для выполнения арифметических и логических операций, управления системами, хранения данных и прочих.

Микропроцессор обрабатывает данные, поступающие с входных периферийных устройств и передает обработанные данные на выходные периферийные устройства.

Существует четыре основных типа процессоров, различающихся своей архитектурой.

Микропроцессоры с полным набором команд (Complex Instruction Set Computer, CISC-архитектура). Характеризуются нефиксированным значением длины команды, кодированием арифметических действий одной командой, небольшим числом регистров, выполняющих строго определённые функции. Примером такого типа процессоров служит семейство x86.

Микропроцессоры с сокращенным набором команд (Reduced Instruction Set Computer, RISC-архитектура). Обладают, как правило, повышенным быстродействием за счёт упрощения инструкций, что позволяет упростить процесс декодирования и, соответственно, сократить время их выполнения. Большинство графических процессоров разрабатываются, используя этот тип архитектуры.

Микропроцессоры с минимальным набором команд (Minimal Instruction Set Computer, MISC-архитектура). В отличие от RISC-архитектуры, в них используются длинные командные слова, что позволяет выполнять достаточно сложные действия за один цикл работы устройства. Формирование длинных «командных слов» стало возможным благодаря увеличению разрядности микропроцессорных устройств.

В суперскалярных процессорах (Superscalar Processors) используются несколько декодеров команд, которые загружают работой множество исполнительных блоков. Планирование исполнения потока команд происходит динамически и осуществляется самим вычислительным ядром. Примером процессора с таким типом архитектуры является, например Cortex A8.

Отдельно хочу выделить микропроцессоры специального назначения (ASIC — Application Specific Integrated Circuit). Как следует из названия, предназначены для решения конкретной задачи. В отличие от микропроцессоров общего назначения, применяются в конкретном устройстве и выполняют определенные функции, характерные только для данного устройства.

Специализация на выполнении узкого класса функций приводит к увеличению скорости работы устройства и, как правило, позволяет снизить стоимость такой интегральной схемы.

Примерами таких микропроцессоров может быть микросхема, разработанная исключительно для управления мобильным телефоном, микросхемы аппаратного кодирования и декодирования аудио- и видеосигналов – так называемые цифровые сигнальные процессоры (Digital Signal Processing, DSP multiprocessors).

Могут быть реализованы в виде ПЛИС (программируемая логическая интегральная схема). При разработке таких процессоров для описания их функциональности используют языки описания аппаратных устройств (HDL — Hardware Description Language), такие как Verilog и VHDL.

Системы на основе микропроцессоров строят примерно следующим образом.

Система, основанная на микропроцессоре

Как видно, микропроцессор в этой системе имеет множество вспомогательных устройств , таких как постоянное запоминающее устройство, оперативная память, последовательный интерфейс, таймер, порты ввода/вывода и т.д.

Все эти устройства обмениваются командами и данными с микропроцессором через системную шину. Все вспомогательные устройства в микропроцессорной системе являются внешними.

Системная шина, в свою очередь, состоит из адресной шины, шины данных и шины управления.

Теперь, давайте, рассмотрим микроконтроллер.

Что такое микроконтроллер

Ниже представлена блок-схема микроконтроллера.

Какого же его основное отличие от микропроцессора? Все опорные устройства, такие как постоянное запоминающее устройство, оперативная память, таймер, последовательный интерфейс, порты ввода/вывода являются встроенными. Поэтому не возникает необходимости создавать интерфейсы с этими вспомогательными устройствами, и это экономит много времени для разработчика системы.

Внутреннее устройство микроконтроллера

Микроконтроллер не что иное, как микропроцессорная система со всеми опорными устройствами, интегрированными в одном чипе.

Если вы хотите создать устройство, взаимодействующее с внешней памятью или блоком ЦАП/АЦП, вам нужно только подключить соответствующий источник питания постоянного напряжения, цепь сброса и кристалл кварца (источник тактовой частоты). Их просто проблематично интегрировать в полупроводниковый кристалл.

Ядро микроконтроллера (центральный процессор), как правило строится на основе RISC-архитектуры.

Программа, записанная в память микроконтроллера может быть защищена от возможности ее последующего чтения/записи, что обеспечивает защиту от ее несанкционированного использования.

Сравниваем микроконтроллер и микропроцессор

Микропроцессор	Микроконтроллер
Использование	Компьютерные системы	Встраиваемые системы
Устройство	Содержит центральный процессор, регистры общего назначения, указатели стека, счетчики программы, таймер и цепи прерываний	Cодержит схему микропроцессора и имеет встроенные ПЗУ, ОЗУ, устройства ввода/вывода, таймеры и счетчики.
Память данных	Имеет много инструкций для перемещения данных между памятью и процессором.	Имеет одну-две инструкции для перемещения данных между памятью и процессором.
Электрические цепи	Высокая сложность	Достаточно простые
Затраты	Стоимость всей системы увеличивается	Низкая стоимость системы
Число регистров	Имеет меньшее количество регистров, операции в основном производятся в памяти.	Имеет большее число регистров, поэтому проще писать программы
Запоминающее устройство	Основано на архитектуре фон Неймана. Программа и данные хранятся в том же модуле памяти.	Основано на Гарвардской архитектуре. Программы и данные хранятся в разных модулях памяти.
Время доступа	Время доступа к памяти и устройствам ввода/вывода больше.	Меньшее время доступа для встроенной памяти и устройств ввода/вывода.
Железо	Требует большее количество аппаратного обеспечения.	Требует меньшее количество аппаратного обеспечения.

Источник: http://robotosha.ru/electronics/microcontroller-vs-microprocessor.html