Структурная схема автоматизированного технологического процесса
| Вид материала | Документы |
- 2. Функциональная схема компьютера. Основные устройства компьютера и их функции. Структурная, 33.23kb.
- Отчёт по преддипломной практике, 219.94kb.
- Автоматизированного управления процессом сушки керамической продукции, 72.23kb.
- Схема технохимического контроля продукции по ходу технологического процесса (сметано, 84.76kb.
- 3 5 Разработка маршрутного технологического процесса, 138.63kb.
- 1 Фильтрование хвостов флотации. Теоретические основы процесса фильтрования, 41.14kb.
- Анализ заводского технологического процесса, 10.4kb.
- Лекция Элементы технологического процесса, 65.91kb.
- Планирование складских помещений 17 основные показатели складской деятельности 20 организация, 820.23kb.
- Курсовая работа по дисциплине «организация и планировнаие производства» на тему: «Организация, 272.28kb.
ПОДСИСТЕМА ВВОДА АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ.
Д1 - Дn – электрические датчики входной неэлектрической величины.
Уn – нормирующие усилители.
Аналоговой мультиплексор - обеспечивает выбор необходимого канала ввода входной аналоговой величины.
УСЗ – устройство слежения-запоминания
АЦП – аналогово-цифровой преобразователь - преобразует входную аналоговую величину в цифровой двоичный код.
BD – буфер данных – передает входной код на шину микропроцессора.
Схема управления - осуществляет управление работой всех блоков модуля.
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП).
АЦП применяются в измерительных и измерительно – вычислительных комплексах для согласования аналоговых источников измерительных сигналов с цифровыми устройствами обработки и представления результатов.
Существуют различные методы АЦП, которые различаются: по точности, быстродействию, помехозащищенности и сложности реализации.
Наиболее распространенными является метод поразрядного уравновешивания (метод последовательных приближений). При реализации этого метода, цифровой код в регистре результата изменяется таким образом, чтобы обеспечить по возможности быстрое уравновешивание входного напряжения, напряжением с выхода ЦАП, присоединенного к регистру результата.
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АЦП ПОРАЗРЯДНОГО УРАВНОВЕШИВАНИЯ.
При выполнении процедуры аналогово- цифрового преобразования, после появления сигнала «ST», начинается уравновешивание, начиная со старшего разряда. Процесс преобразования синхронизируется тактовыми сигналами на входе С. После окончания преобразования, формируется сигнал «конец преобразования» и цифровой аналог сигнала на выходах D9 – D0 можно загружать в МП.
Пример работы АЦП.
Каждый разряд в цифровом эквиваленте аналогового сигнала имеет свой «вес».
D
9 – 5,12 вD8 – 2,56 в Uвх. = 3,75 в
D7 – 1,28 в
| Разряды цифрового кода | | |
| 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 | Uэкв. | Разница Uвх. - Uэкв. |
| 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 | 5,11 5,11 - 2,56=2,55 2,55+ 1,28=3,83 3,83 - 0,64=3,19 3,19 + 0,32=3,51 3.51 + 0.16=3,67 3,67 + 0,8=3,75 3,75 - 0,04=3,71 3,71 + 0,02=3,73 3,73+0,011=3,74 | - + - + + + - + + конец |
D5 – 0,32 в
D4 – 0,16 в =10,24в
D3 – 0,08 в
D2 – 0,04 в
D1 – 0,02 в
D0 – 0,01 в
По первому сигналу на выходе регистра формируется начальный цифровой код 0111111111 равный середине цифрового диапазона. После этого по каждому сигналу синрхронизации (вход С) в зависимости от знака разницы (Uвх – Uэкв) происходит поразрядное изменение цифрового кода (начиная со старших разрядов).
УСТРОЙСТВО СЛЕЖЕНИЯ ЗАПОМИНАНИЯ.
Для преобразования входной аналоговой величины в цифровой эквивалент, затрачивается время. В течение этого времени, значение входной величины не должно изменяться. Для сохранения исходного значения исходной величины на время преобразования, служат устройства слежения запоминания, которые в простейшем виде содержат конденсатор и выключатель.АНАЛОГОВЫЙ МУЛЬТИПЛЕКСОР.
А
налоговый мультиплексор предназначен для подключения одного из нескольких входных аналоговых каналов к выходу мультиплексора. При работе мультиплексора система управления задает адрес (номер) входа, который будет соединен с выходом мультиплексора.По принципу работы состоит из набора электронных ключей, с помощью которых, любой из выбранных входных каналов соединяется с выходом мультиплексора.
Управление работой мультиплексора осуществляется подачей входных сигналов на адресные входы мультиплексора.
КОНКРЕТНЫЕ ПРИМЕРЫ АЦП.
П
ромышленностью выпускаются функционально законченные микросхемы АЦП, в состав которых входят все необходимые элементы для реализации аналогово – цифрового преобразования.Пример: К 111 З ПВ 1
Число разрядов преобразования – 10
Время преобразования – 30 мкс.
Диапазоны преобразования
∆ Uвх1 0…10,24 В
∆ Uвх 2 ± 5,12 В
Выводы:
AI – вход аналоговой величины
GA – общий провод аналоговой величины
GD – общий провод цифровых сигналов
D0….D8 – выходной цифровой код
MP – знаковый разряд. Для диапазонов ± 5,12 В разряд МР определяет знак входного напряжения:
при МР = 0 –входное напряжение положительно;
при МР = 1 – входное напряжение отрицательно.
Для диапазона от 0…10,24 В МР становится разрядом D9 выходного цифрового кода
V – вход для переключения диапазонов: при установке V= 1 диапазон преобразования устанавливается Uвх1 = 0…10,24 В; при установке V= 0 диапазон преобразования устанавливается Uвх2= ± 5,12 В
В/С – вход управления устройством слежения / запоминания.
при В/С = 0 устанавливается режим преобразования; при В/С = 1 устанавливается режим слежения
DR – готовность. После окончания процедуры преобразования, на выходе DR появляется «0».
СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ АЦП К1113 ПВ1
К ПРОГРАММИРУЕМОМУ ПАРАЛЛЕЛЬНОМУ ИНТЕРФЕЙСУ
Программа ввода аналогового сигнала.
| ANALOG: | MVI A, NAST; | Настроить параллельный интерфейс |
| | OUT PORT; | |
| | MVI A, 01; | Начать преобразование в диапазоне 0…10,24 в |
| | OUT PB; | |
| | CALL T 30 MKC; | Задержка на время преобразования |
| L2: | IN PC; | Ожидание конца преобразования |
| | ANA 10 H; | |
| | JNZ L2; | |
| | IN PA; | Прием и запись младших восьми разрядов цифрового кода в регистр L |
| | MOV L A; | |
| | IN PC; | Прием и выделение значащих разрядов старшей части цифрового кода |
| | ANA 03 H; | |
| | MOV H A; | Запись старшей части цифрового кода в регистр Н |
| | ; Цифровой код в паре регистров HL | |
| | MVI A, 08 H; | Начать слежение в диапазоне 0…10,24 в |
| | OUT PC; | |
ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ (ЦАП).
ЦАП вырабатывают напряжения или токи, функционально связанные с входным управляющим кодом. Эта связь чаще всего линейная.
Применяются ЦАП для формирования выходных аналоговых сигналов и для управления внешними устройствами, имеющими аналоговые входы.
Для преобразования двоичного кода в аналоговый сигнал формируют токи, которые пропорциональны «весам» разрядов кода, затем суммируют те из токов, которые соответствуют ненулевым разрядам входного кода. Эти токи чаще всего генерируются за счет подключения к источнику опорного напряжения резисторов, сопротивления соотносятся друг с другом как различные степени числа 2 (R= 2n).
К примеру:
12-и разрядный цифро-аналоговый преобразователь К572 ПА2, преобразует 12-и разрядный цифровой код в выходной ток, а затем, с помощью операционного усилителя в выходное напряжение.
D0-D11 – входной цифровой код.
Е1,Е2 – входы для управления внутренними регистрами.
UR – опорное напряжение.
I – выход (выходной ток).
GA и GD – аналоговая и цифровая земля соответственно.
DA – операционный усилитель, преобразующий входной ток в напряжение.
Данный ЦАП имеет два встроенных регистра, в которых запоминается входной код. Регистры соединены последовательно. При подачи «1» на вход Е1, входной код записывается 1-й регистр. При подачи «1» на вход Е2, входной код переписывается во 2-й регистр и преобразуется в выходной ток.
Выходной ток I преобразуется операционным усилителем в выходное напряжение. Uвых= - UR·(N/Nmax);
N – цифровой код, полученный в результате преобразования;
Nmax – максимальный цифровой код (0FFF Н).
СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ЦАП К572 ПА2
К ПРОГРАММИРУЕМОМУ ПАРАЛЛЕЛЬНОМУ ИНТЕРФЕЙСУ
Программа выдачи аналогового сигнала.
Исходный цифровой код расположен в паре регистров HL.
MVI A, NAST; настройка ППИ
ОUT PORT
MVI A, 10 Н ; запись кода в первый регистр
OUT PC
MOV A, H ; выдача старших четырех разрядов цифрового кода.
OUT PC
MOV A, L ; выдача младшего байта цифрового кода.
OUT PA
MVI A, 20 Н ; перезапись кода во второй регистр. Преобразование
OUT PC
SUB A ; отключение ЦАП
OUT PC
ИНТЕРВАЛЬНЫЙ ТАЙМЕР.
Организация временных интервалов в микро ЭВМ.
Для формирования временных интервалов при управлении реальными объектами существует 2 способа:
- использование подпрограмм временных задержек. Этот метод имеет весьма существенный недостаток: во время задержек микропроцессор ничего делать не может, так как занят выполнением подпрограммы задержки.
- аппаратный способ – формирование временных задержек с помощью специальных микросхем, которые, в зависимости от заданного режима, могут формировать различные «временные картины».
Для реализации аппаратного способа может применяется программируемый интервальный таймер КР580 ВИ 53. Этот таймер представляет собой программируемый 3-х канальный таймер – счетчик. Каждый канал это 16-и разрядный регистр, в который записывается заданное число. При прохождении каждого синхронизирующего импульса выполняется операция вычитания, уменьшая содержимое счетчика на 1, операция повторяется до тех пор, пока содержимое счетчика не станет равным 0. Длительность отсчитываемого промежуток времени определяется числом, которое было изначально записано в регистр и периодом повторения синхронизирующих импульсов. Все 3 канала таймера работают независимо друг от друга, длительность интервала может задаваться программно в двоичной или в двоично-десятичной форме.
Каждый канал может работать в одном из 6-и режимов:
0 – выдача сигналов прерывания по счету до конечного числа.
1 – программируемый ждущий одновибратор.
2 – генератор тактовых импульсов.
3 – генератор прямоугольных импульсов.
4 – генератор программно управляемого строба.
5 – генератор схемотехнически управляемого строба.
Процесс формирования временных интервалов в каждом канале управляется внешним сигналом, подаваемым на вход разрешения работы.
Работа таймера тактируется сигналами внешнего генератора с частотой до 2 мГц, длительность тактового импульса – 0,5 мкс.
С
ТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПРОГРАММИРУЕМОГО ТАЙМЕРА КР580 ВИ 53BD – буфер данных.
RGR – регистр управляющего слова.
CT0 – CT2 – счетчики каналов.
CLK – входы синхронизации счетчиков.
GATE – входы управления счетчиками (1 на этом входе разрешает работу счетчика).
OUT – выходные сигналы счетчиков.
СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ТАЙМЕРА КР580 ВИ 53
К СИСТЕМНЫМ МАГИСТРАЛЯМ.
При данной схеме подключения таймер в адресном пространстве займет следующие адреса;
| | А7 | А6 | А5 | А4 | А3 | А2 | А1 | А0 | | |
| CT0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 84Н | Адрес канала 0 |
| CT1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 85Н | Адрес канала 1 |
| CT2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 86Н | Адрес канала 2 |
| Регистр управляющего слова | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 87Н | Адрес регистра управляющего слова |
Программирование таймера.
Установка режима работы осуществляется программным путем:
- загрузка трех (для каждого канала) управляющих слов в регистр управляющего слова;
- загрузка (один или два байта) содержимого каждого канала счетчика (по адресам соответствующих каналов).
Если загрузка счетчика осуществляется 2-мя байтами, то необходимо использовать 2 команды OUT.
Формат регистра управляющего слова.
В разрядах D7, D6 задается номер программируемого канала.
Разряды D5, D4 задают формат загрузки канала (в счетчик канала можно загрузить один или два байта, задающих число, определяющее длительность требуемой задержки времени).
Разряды D3, D2, D1 режим работы программируемого канала.
Разряд D0 задает формат загрузки счетчика канала (длительность можно задать в двоичной или в двоично-десятичной форме).
РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТАЙМЕРА.
Режим 0. Выдача сигнала прерывания по счету до конечного числа.
На вход CLK необходимо подавать последовательность прямоугольных тактовых импульсов. После установки режима на выходе OUT соответствующего канала устанавливается 0. Далее загружается счетчик канала (N=4). При подаче 1 на вход GATE счетчик начинает работать. Содержимое счетчика после прихода каждого тактового импульса уменьшается на 1. После того, как в счетчике число N станет равным 0, на выходе OUT формируется уровень логической 1. Эта 1 будет сохраняться на выходе OUT до тех пор, пока канал не будет перезагружен на новый режим работы или новым числом.
При перезагрузке новым числом N в процессе счета числа, при загрузке младшего байта счет останавливается, а при загрузке старшего байта начинается новый цикл счета.
Режим 1. Программируемый одновибратор.
В этом режиме после задания режима на выходе OUT устанавливается уровень логической 1. После записи числа N в счетчик канала и разрешения работы канала (GATE=1), на выходе канала формируется уровень логического 0 и начинается счет. При достижении конечного числа (N=0) на выходе OUT вновь устанавливается логическая 1. При перезагрузке N в режиме счета текущий режим сохраняется, а новый начинается только с новым сигналом GATE.
Режим 2. Генератор тактовых импульсов.
В этом режиме на выходе канала при наличии сигнала GATE, через заданное число периодов тактовых импульсов формируются импульсы с уровнем логического 0 длительностью в один период тактовой частоты. При перезагрузке новым числом N в процессе работы изменяется величина следующего периода.
Режим3. Генератор прямоугольных импульсов.
В этом режиме на выходе OUT канала будет формироваться 1 в течение первой половины заданного интервала времени (N). В течение второй половины будет формироваться 0. Если число нечетное, то длительность 1 увеличивается на один период тактовой частоты. Число N должно быть не меньше 3.
При перезагрузке новым N меняется длительность периода следования.
Режим 4 . Программно – управляемый строб.
П
осле установки режима и загрузки в соответствующий канал числа N, после появления сигнала GATE , равного 1, начинается счет. После окончания счета на выходе OUT генерируется 0 длительностью в 1 период тактовой частоты. При перезагрузке числа N в процессе счета начинается новый цикл счета.Режим 5. Аппаратно-управляемый строб.
Аналогичен режиму 4, только при перезагрузки новым N в режиме счета, текущий цикл доводится до конца, после этого начинается новый цикл с новым N.