Курсовая работа: Микропроцессоры и микро-ЭВМ в РЭС

О. В. Байдакова

Московская государственная академия приборостроения и информатики

Москва, 2001

Текст задания. Разработать автоматизированную систему отбраковки резисторов на производстве. Изготовленные резисторы необходимо рассортировать по допускам и поместить в отдельные контейнеры. Управление операциями по сортировке осуществляется роботом, который берет очередной резистор и помещает его в зажим, он же после измерения сопротивления вынимает его и кладет в соответствующий контейнер. Измерение сопротивления проводиться на основе измерения напряжения на резисторе при прохождении через него известного тока, т. е. Rизм.=Uизм./Iэталон. Управление роботом и измерениями осуществляется МПС. Ее функции следующие:

Выдача команды роботу на установку резистора;

Проверка, установлен ли резистор;

Проведение измерения сопротивления резистора;

Команда роботу снять резистор и поместить его в заданный контейнер.

Необходимо предусмотреть включение режима “эталонный резистор”- т. е. Измерение и занесение в память номинального значения при смене партии резисторов. Нужно выбрать значение “эталон” для данного номинала резистора, чтобы выходное напряжение измерителя соответствовало диапазону входных напряжений АЦП. Необходимо в памяти подсчитать число резисторов, попавших в каждый контейнер. Предусмотреть зажигание светодиода “вне допуска” при измеренном сопротивлении резистора, которое не входит в самый широкий заданный допуск.

Исходные данные для проектирования:

Количество полей допуска: 2

Диапазон номиналов резисторов: 1…100Ом

Поля допуска: 5 и 10 %

Вид микропроцессорной системы: К1816ВЕ48

Введение

В данной курсовой работе описывается отбраковка резисторов на производстве. Резисторы сортируются по допускам и раскладываются в соответствующие контейнеры. Если сопротивление не входит ни в один диапазон допуска, он помещается в отдельный контейнер и включает сигнал, что попался брак. Система построена на микропроцессоре К1816ВЕ48.

Измерение сопротивления производиться посредством измерения падения напряжения на исследуемом резисторе при пропускании через него фиксированного тока.

Работает система следующим образом:

В некоторый момент времени процессор подает роботу команду установить резистор и начинает ждать. Робот, когда установит резистор в измеряющее устройство, сигнализирует об этом процессору. Процессор выходит из режима ожидания и выдает команду начать преобразование и снова начинает ждать. АЦП, завершив преобразования падения напряжения на измеряемом резисторе в цифровой код, подает сигнал процессору. Процессор считывает с АЦП цифровой код и приступает к сравнению его с записанным в память эталонным сопротивлением. В результате вычислений процессор определяет к какой группе по отклонению от номинала относится измеряемый резистор и выдает соответствующую команду роботу- поместить резистор в один из пяти контейнеров с отклонениями

Далее цикл повторяется сначала.

Предварительное распределение памяти

Предварительное распределение памяти в системе показано на рис. 2.1. Т. к. программа, управляющая системой скорее всего будет сравнительно небольшой, то она вся поместиться во внутреннем ПЗУ процессора (памяти компьютера), поэтому на рисунке изображена только эта память; внешние ПЗУ не нужны и поэтому распределение для них не показано.

Система будет обрабатывать сравнительно небольшой объем данных, поэтому показания на схеме распределения памяти данных область “ОЗУ данных” скорее всего останется незадействованной.

3FFh YYYh XXXh 000h	Свободно	3Fh 20h 1Fh 18h 17h 08h 07h 00h	ОЗУ данных
			Банк регистров RB1
	Подпрограмма
			8-уровневый стек
	Программа, управляющая работой системы
			Банк регистров RB0

Память команд Память данных

3. АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ.

Укрупненная структурная схема алгоритма программы, управляющей процессором, изображена на рис. 3.1.

При включении системы вначале она принудительно переходит в режим занесения эталонного сопротивления. Процессор считывает с АЦП значение сопротивления, записывает его в память и обнуляет все счетчики, в которых ведется учет резисторов с определенным допуском.

Далее следует установка и измерение сопротивления очередного резистора. Считанное с АЦП значение сопротивления подвергается обработке процессором и вычисляется процент отклонения сопротивления резистора от эталонного. В зависимости от значения этого отклонения процессором выдается команда роботу на размещение резистора в определенном контейнере и увеличение на единицу соответствующего счетчика резисторов.

Далее анализируется состояние переключателя “ЭТАЛОН”. Если он замкнут, то снова производится замена в памяти эталонного сопротивления и обнуление счетчиков. Если этот переключатель разомкнут, то система начинает обработку следующего резистора.

4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСОВ

В регистре R0 банка 0 находится текущее эталонное сопротивление. Остальные регистры банка 0 используются по мере надобности для хранения промежуточных результатов и временного сохранения содержимого аккумулятора.

В регистре R0 банка 1 находится счетчик количества резисторов с сопротивлением вне допуска.

В регистре R2 банка 1 находится счетчик количества резисторов с отклонением не более 10% от эталона.

Через вывод Р10 процессору сообщается режим работы:

сортировка резисторов по допускам;

смена эталонного сопротивления.

Через вывод Р20 роботу выдается команда “установить резистор”. Активное состояние – 1.

Через вывод Р21 роботу выдается команда положить резистор в контейнер “ВНЕ ДОПУСКА”. Активное состояние – 1.

Через вывод Р22 осуществляется запуск АЦП. Активное состояние – 0.

Через выводы Р25, Р26, Р27, Р28 и Р29 роботу выдается команда положить резистор в контейнер с допуском соответственно. Активное состояние – 1.

На вывод Т0 от робота поступает 1, если резистор установлен.

На вывод Т1 от АЦП поступает 1, когда данные готовы к считыванию.

Программа в памяти начинается с адреса 000h.

ПРОГРАММА РАБОТЫ СИСТЕМЫ.

Адрес

Код

Количество циклов

Метка

Мнемоника

Комментарий

000

002

003

004

008

00А

00С

00D

00F

010

011

013

015

017

018

019

01A

01B

01D

01E

020

021

023

024

026

027

028

02A

02B

02C

02D

02E

02F

030

031

032

033

034

035

037

038

03A

03B

03C

14 70

D8 00

BA 00

BB 00

14 70

53 80

C6 1B

BC 64

BA 00

E6 24

EC 20

BB 08

F6 38

EB 2A

Change: Call Meas

MOV R0.A

SEL RB1

MOV R0, 00h

MOV R2, 00h

MOV R3, 00h

SEL RB0

Work: CALL Meas

CPL A.

INC A

ADD A, R0

MOV R3, A

ANL A, 80H.

JZ Mul.

MOV A, R3

DEC A

CPL A

MOV R3, A.

Mul: MOV R4, 64h

MOV A, R3

MOV R2, 00h

M1: ADD A, R3

JNC M2

INC R2

M2: DJNZ R4, M1

MOV R1, A

CLR C

MOV R3, 08h

M3: MOV A, R1

RLC A

MOV R1, A

MOV A, R2

RLC A

MOV R2, A

MOV A, R0

CPL A.

INC A

ADD A, R2

CPL C

JC M4

ADD A, R0

M4: DJNZ R3, М3

MOV A, R1

RLC A

MOV R1, A

;Вызов подпрограммы измерения сопротивления резистора ;Запомним в R0 эталонное сопротивление.

;Подключим банк регистров RB1.

;Обнуление счетчика

;Подключим банк регистров RB0.

;Измерение сопротивления резистора.

;Инвертирование содержимого аккумулятора

;А=А+1ÞА в дополнительном коде.

;Вычитаем из эталонного сопротивления измеренное: А=R0-А.

;Спасаем А регистре R3

;Проверяем знаковый бит

;Если А>0, то переходим на метку Mul

;Восстановим содержимое А.

;А=А-1

;Инвертирование А; А- в прямом коде.

;Сохраним содержимое А

;В R4- число повторений цикла- 10010

;В аккумуляторе- разность между измеренным и эталонным ;сопротивлениями, взятая по модулю.

;Обнуление регистра R2

;А=А+R3.

;Если А+R3£FFh, то переходим на М2.

;Учитываем перенос (А+R3>FFh).

;Уменьшаем счетчик цикла. Если R4>0- повторяем цикл.

;Копируем аккумулятор в регистр R1

;После умножения в регистре R1 будет младший байт

;произведения, в R2- старший, т. е. R2R1=½Nэт-N½*100.

;Разделим содержимое этой пары регистров на содержимой

;регистра R0 (эталон).

;Обнуляем флаг переноса.

;Счетчик цикла.

;ВА- младший байт произведения.

;Циклический сдвиг влево через флаг переноса.

;R1=А

;ВА- младший байт произведения.

;Циклический сдвиг влево через флаг переноса

;R2=А

;ВА- эталонное вопротивление (делитель).

;Инвертирование содержимого аккумулятора

А=А+1Þ А в дополнительном коде

;А=R2-А

; Инвертирование флага переноса

;Если флаг С установлен, переходим на М4.

;А=А+ R0

;Уменьшаем счетчик цикла. Если R3>0, то повторяем цикл. ;А=R1

;циклический сдвиг влево через флаг переноса.

; В R1- результат деления, т. е. отклонение в процентах измеренного сопротивления от эталонного.

;проверка на принадлежность к группе по допуску.

03D

03F

041

042

043

044

046

047

049

04A

04C

04E

04F

050

051

053

054

056

057

058

059

05B

05C

05E

05F

060

062

03 F6

E6 49

23 06

04 5C

03 FB

E6 56

23 44

04 5C

23 24

23 04

12 00

04 0D

P 10:

P 5:

Mode:

ADD

JNC

SEL

IBC

SEL

MOV

OUTL

JMP

MOV

ADD

JNC

STL

INC

SEL

MOV

OUTL

JMP

SEL

INC

SEL

MOV

OUTL

MOV

OUTL

JB0

JMP

A. F6h

P10

RB1

RB0

A, 06h

P2, A

Mode

A, R1

A, FBh

RB1

RB0

A, 44h

P2, A

Mode

RB1

RB0

A, 24h

P2, A

A, 04h

P2, A

A, P1

Change

Work

;А=А-1010

;Если А<1010, то переходим на Р10

;Подключаем банк регистров RB1

;Увеличиваем счетчик резисторов “ВНЕ ДОПУСКА”

;Подключаем банк регистров RB0

;Устанавливаем 1-й и 2-й биты в единицу

;Команда роботу–положить резистор в контейнер “вне допуска”

;Пропускаем остальные отклонения

;A=R1

;A=A–5

;Если А<5, то переходим на Р5

;Подключаем банк регисторов RB1

;Увеличиваем счетчик резисторов с отклонением до 10%

;Подключаем банк регистров RB0

;Устанавливаем в единицу 2–й и 6–й биты

;Команда роботу – положить резистор в контейнер “10%”

; Пропускаем отклонение 5%

; Подключаем банк регистров RB1

;Увеличиваем счетчик резисторов с отклонением до 5%

; Подключаем банк регистров RB0

; Устанавливаем в единицу 2–й и 5–й биты

; Команда роботу – положить резистор в контейнер “10%”

; Устанавливаем в единицу только 2–й бит

;Снимаем все активные сигналы с порта Р2

;Читаем порт Р1

;Нулевой бит установлен в единицу–команда смены эталона.

;Проверяем следующий резистор.

070

072

073

075

077

079

07В

07С

07Е

07D

23 05

26 73

9A 00

8A 04

56 79

12 7B

Meas:

W1:

W2:

W3:

MOV

OUTL

JNT0

ANL

ORL

JT1

JB0

INS

RET

A, 05h

P2, A

P2, 00h

P2, 04h

A, P1

A, Bus

; Устанавливаем в единицу 0–й и 2–й биты

; Команда роботу –установить резистор

;Ждем установки резистора

;На АЦП-сигнал “начать измерение”

;Убираем все активные сигналы с порта Р2

;Ждем окончания измерения

;Ждем выключения режима

; “эталонное сопротивление”

;Считываем с АЦП значение сопротивления

;Возврат в основную программу.

К полученной программе трудно применить термин “быстродействие”, на это есть несколько причин:

В программе есть несколько задержек на неопределенное время ( эти задержки определяются роботом);

Программа имеет сильно разветвленную структуру, а выбор ветви в некоторых случаях зависит от внешних условий;

Программа представляет собой бесконечный цикл, т. е. программа выполняется с момента включения системы и до выключения.

Для того, чтобы все-таки оценить быстродействие, сделаем некоторые допущения: предположим, что внешние устройства совершенно не затормаживают систему, т. е. если система выдает запрос во внешние устройства, результат приходит мгновенно. Таким образом будет посчитано быстродействие собственно программы.

Для определенности примем, что система работает в режиме сортировки, эталонное значение уже занесено в память и в измеритель установлен резистор с 10% допуском.

Так как программа зациклена, посчитаем количество машинных циклов за один проход программы:

2+2´10+1´4+2+2+1´4+2+1+2+1+(1+2+1+2)´100+1+1+2+(1´11+2+1+2)´8+1+1+1+2+2+2+1+ 2+2+1+1+1+2+2+2+1+1+1+2´7=812 циклов

К процессору подключен кварцевый резонатор на частоту 6 МГц, следовательно тактовая частота процессора равна 6/3=2 МГц; время одного такта равно 0, 5 мкс. Один машинный цикл равен пяти тактам, т. е. 2, 5 мкс.

Время выполнения одного цикла программы равно 812´2, 5=2030 мкс » 2 мс.

6. КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР

Напряжение, подаваемое на АЦП, равно U=Iэт´R; Iэт = 0, 025 А

Входные данные: Rэт = 51Ом; Rизм = 53 Ом; Uэт = Iэт´Rэт = 0, 025 А´51Ом = 1, 28 В

С АЦП в память запишеться число 128 = 80h, т. е. (R0) = 80h

U = Iэт´Rэт = 0, 025 А´53 Ом = 1, 33 В

С АЦП в аккумулятор запишеться число 133 = 85h.

Находим модель разности эталонного и измеренного сопротивлений:

½Rэт –Rизм ½=½128-133½=½-5½=5

Отклонение в процентах находиться по формуле:

и именно по этой формуле работает написанная выше программа.

Умножаем разность на 100: ½Rэт –Rизм ½´100=500

Делим полученное число на Rэт/800/102 = 3, т. к. деление целочисленное.

Итак, в программе получается, что Rизм имеет отклонение 3% от номинала. На самом деле Rизм имеет отклонение

Число, полученное программой, и число, рассчитанное непосредственно, достаточно близки друг к другу.

Система поместит данный резистор в контейнер с допуском 5%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе работы была разработана система, способная рассортировать партию резисторов по допускам 5, 10% и брак. Система также подсчитывает число резисторов каждого допуска.

В устройстве предусмотрена возможность смены эталонного сопротивления, записанного в памяти, при смене партии резисторов.

При каждом попадании резистора с отклонением более 10% система подает световой сигнал.

Список литературы

Микропроцессоры. В 3–х кн. Кн. 1. Архитектура и проектирование микро–ЭМВ. Организация вычислительных процессов: Учебник для вузов. Под редакцией Л. Н. Преснухина. – М.: Высшая школа, 1986г.

Калабеков Б. А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов: Учебное пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1988г.

В. Н. Пильщиков. Програмирование на языке ассемблер IBM PC. – М.: Диалог МИФИ, 1994г.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://referat.ru/