- •Микропроцессорные системы судовой электроэнергетики
- •Введение
- •1.Элементная база микропроцессорных систем
- •1.1. Микропроцессоры
- •1.2.Микропроцессорные системы
- •1.3.Микроконтроллеры
- •2.Встроенные периферийные устройства микроконтроллеров
- •2.1.Порты ввода/вывода
- •2.2.Модуль скоростного ввода/вывода данных
- •2.3.Встроенные многоканальные шим-генераторы
- •2.4.Встроенный аналого-цифровой преобразователь
- •Последовательный порт обмена данными
- •Встроенный контроллер прерываний
- •Сервер периферийных транзакций
- •Основные функции и разнообразие микропроцессорных систем в электроэнергетике
- •Процесс создания микропроцессорных систем Основные этапы и критерии выбора технических решений
- •Выбор элементной базы
- •Выбор микроконтроллера
- •Разработка программного обеспечения
- •Последовательные интерфейсы передачи данных ИнтерфейсRs-232
- •ИнтерфейсRs-422
- •ИнтерфейсRs-485
- •ИнтерфейсCan
- •Устройства связи мпс с объектом контроля и управления
- •Устройства ввода данных
- •Устройства вывода
- •Отказоустойчивость микропроцессорных систем Основные принципы и мероприятия
- •Пример бортовой вычислительной системы
- •Примеры использования мпс в судовой электроэнергетике
- •Система управления судовыми дизелями
- •Системы управления судовыми электроэнергетическими системами
- •Интегрированная распределенная система управления ээс
- •Структура контроллера генераторного агрегата
- •Встраиваемый контроллер для автоматических выключателей
- •Микропроцессоры в системах и устройствах электропитания
- •Обеспечение бесперебойного питания систем управления
- •Встраиваемый контроллер для аккумуляторных батарей
- •Статические преобразователи в системах бесперебойного электропитания на основе мп
- •Управление статическим преобразователем
- •Микропроцессоры в системах управления электроприводами
- •Вторичные блоки питания с применением микроконтроллеров
- •Коррекция гармоник входного тока
- •Испытания микропроцессорных систем
- •Испытания микропроцессорных систем по прямому назначению
- •Испытания мпс в условиях реального качества электроэнергии
- •Список литературы
- •197376, С.-Петербург, ул. Проф.Попова, 5
2.4.Встроенный аналого-цифровой преобразователь
Встроенный многоканальный аналого-цифровой преобразователь (рис.2.5.) включает входы аналоговых сигналов (обычно используются входы одного или двух дискретных портов ввода данных, которые заранее инициализированы для соответствующего режима работы), программно- диф. управляемый аналоговый мультиплексор, устройство выборки и хранения аналогового сигнала, схему преобразования, регистры времени выборки и времени преобразования, регистр команд, в котором задается номер канала и условия запуска преобразователя, регистр результата.
Уникальной возможностью является автоматический запуск АЦПот модуля высокоскоростного вывода или от процессора транзакций. Эти режимы позволяют полностью автоматизировать не только процесс запуска АЦП, но и процесс получения результатов в определенном месте оперативной памяти ОЗУ (режим сканирования АЦП). При этом все преобразования выполняются как бы самостоятельно, в фоновом режиме, почти без «отвлечения» процессора от решения собственно задач управления.
Многоканальность (от 8 до 16) встроенного АЦП позволяет «одновременно» вводить сигналы от датчиков напряжений и токов, частоты, а также от датчиков технологических параметров, например давления, температуры, расхода. Это позволяет создавать системы комплексной автоматизации.
Среднее быстродействие АЦП составляет от 7 до 20 мкс при разрядности от 8 до 12. Эти показатели для большинства практических задач оказываются удовлетворительными. На рис. 13 приведены варианты схем подключения источников аналоговых сигналов. Схема на рис. 13, аявляется простейшей. Наличие сопротивлений резисторов, включенных последовательно с входной цепью, ограничивает входной ток при возникновении перенапряжений. Этим же целям служат защитные диоды. Конденсатор вместе с резистором образуют фильтр нижних частот, снижающий чувствительность к высокочастотным помехам. В схеме на рис. 13,биспользован неинвертирующий операционный усилитель, позволяющий повысить точность преобразования, а также согласовать уровень входного сигнала с допустимым значением аналогового входа МК ( 0…5 В,Uref), подбором соотношений сопротивлений резисторовR1иR2. Для этой схемы входное напряжение на входе МК определяется выражением
Uвых = (1+ R2/R1)Uвх.
Схема на рис. 13, впозволяет подключать реверсивные (относительно нуля) входные сигналы, преобразовать уровни входных напряжений и защитить вход МК от перенапряжений. Входное напряжение на входе МК определяется выражением
Uвых = (R2/R1)( Umax – Uвх).
Последовательный порт обмена данными
Современные микроконтроллерные средства не могут проектироваться без учета одного из важнейших требований комплексной автоматизации – наличия необходимых аппаратных и программных интерфейсов для сопряжения с устройствами управления верхнего уровня – управляющими ЭВМ или промышленными программируемыми контроллерами. Для выполнения этих требований в МК имеются встроенные последовательные порты обмена данными.
Всостав последовательного порта (рис. 14) входитуниверсальный синхронно-асинхронный приемопередатчик, который может работать в нескольких режимах: одном синхронном и трех асинхронных в соответствии с установкой режима в регистре управления.
Скорость приема или передачи данных устанавливается в регистре скорости обмена (4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600 бод). Максимальная скорость приемопередачи при тактовой частоте 20 МГц для асинхронного режима составляет 1,25 Мбит, а для синхронного – 3,33 Мбит.
Состояние последовательного порта контролируется в соответствии с заданием в статусном регистре либо в режиме программного опроса, либо по прерываниям. В последнем режиме запрос на прерывание по приемугенерируется автоматически, когда по последовательному каналу поступил байт данных и буфер данных содержит информацию, преобразованную из последовательного формата в параллельный. Запрос на прерывание по передаче генерируется, когда очередной байт данных передан и буфер передатчика пуст.
Порт допускает работу в так называемом режиме Master-Slave(Ведущий-Ведомый), что позволяет включать МК в составмультимикропроцессорной системы управления (рис. 15) с возможностью автоматической идентификации адреса одним из нескольких приемников. Это делается с помощью отдельного дополнительного бита, передача которого активизирует прием адреса одновременно всеми подключенными к порту приемниками. Тот приемник, который идентифицировал свой адрес, начинает работать в обычном режиме пакета данных, а все остальные отключаются.
Если мультипроцессорная система выполнена не на одной печатной плате, а в виде отдельных устройств, то связь между удаленными устройствами должна осуществляться по одному из специально разработанных стандартных интерфейсов (RS-232,RS-422,RS-485) через микросхемы-драйверы.
Для интегрированных иерархических систем автоматического управления исключительно важное значение имеет наличие нескольких (двух-трех) портов последовательного обмена. Тогда один порт обеспечивает обмен данными с системами верхнего уровня, а второй (третий) – с другими контроллерами в мультипроцессорной системе и с внешним пультом оперативного управления либо обеспечивает сбор данных с удаленных технологических датчиков невысокого быстродействия (температура, давление, расход и т. д.).