Контроллеры электроавтоматики станков с ЧПУ.

1. Введение.

К устройствам электроавтоматики относятся элементы и устройства станков с ЧПУ, выполняющие отдельные (дискретные) действия по управлению процессом работы станков. К таким устройствам относятся такие, как отдельные концевые выключатели, кнопки, тумблеры, реле, электромагнитые клапаны, муфты и т.п. К электроавтоматике относятся и целые подсистемы, как нерегулируемые приводы, например, приводы инструментальных магазинов, приводы насосов систем подачи СОЖ и другие устройства.

Отличительной особенностью элементов электроавтоматики является тот факт, что они имеют только два устойчивых состояния: включено/выключено, нажата кнопка/не нажата и т.д. Поэтому состояния элементов электроавтоматики можно легко описать цифровыми кодами, например, включено устройство – «1», выключено –«0», поэтому работа таких устройств описывается математическим аппаратом, называемым Булевой алгеброй. Контроллеры электроавтоматики бывают двух видов: пассивные и активные. Пассивные контроллеры это такие контроллеры, в которых решение булевых уравнений, описывающих алгоритм работы электроавтоматики, выполняется активным элементом – процессором – не входящим в состав контроллера, например, центральным процессором УЧПУ. В активных контроллерах решение булевых уравнений производится внутренним (находящимся в контроллере) процессором.

1.1. Основные характеристики.

Данные микроконтроллеры выполняются в 28-выводном корпусе типа PDIP или SOIC.

Основные характеристики микроконтроллеров.

Тактовая частота: до 20 МГц.

Сброс: по включению

по снижению питания

по переполнению сторожевого таймера

по сигналу на входе сброс (MCLR).

Архитектура: быстродействующая RISC – архитектура.

Память программ: FLASH 4К (8К для PIC16F876) 14-разрядных слов.

Память данных: RAM 192 (368) байт.

Память данных: EEPROM 128 (256) байт.

Число источников прерываний: 13.

Число уровней аппаратного стека: 8

Число инструкций (команд): 35

Число портов ввода/вывода 3.

Энергопотребление:

Диапазон питающего напряжения 2.0 – 5.5 В.

Ток потребления 0,6 мА

Ток в режиме энергосбережения (SLEEP) 1 мкА.

Нагрузочная способность портов 25 мА.

Периферийные модули:

Число таймеров 3.

Число каналов АЦП 5.

Число модулей ССР 2.

Синхронный последовательный порт(MSSP) 1.

Асинхронный последовательный порт(USART)1.

Низковольтный режим программирования - есть

Программирование в готовом устройстве - есть

1.2. Структурная схема микроконтроллера.

На рис.1.1 показаны структурные схемы микроконтроллеров PIC17F873 и PIC16F877.

Для связи с внешними устройствами микроконтроллер PIC16F873 имеет три порта PORTA, PORTB, PORTC (микроконтроллеры типа PIC16F877 дополнительно имеют PORTD и PORTE). Ядро микроконтроллера имеет в своем составе минимально необходимый набор элементов для реализации микро-ЭВМ и ряд законченных функциональных блоков для реализации элементов управления различными техническими устройствами.

К первой группе относятся:

- арифметико-логическое устройство – процессор – ALU,

- рабочий регистр W, играющий роль аккумулятора,

- порты связи с внешними устройствами (PORTA,....PORTE),

- регистр состояния процессора – STATUS,

- счетчик команд – PC,

- регистр косвенной адресации – FSR,

- 8-ми уровневый стек,

- память программ типа FLASH,

- память данных типа RAM,

- тактовый генератор импульсов,

- устройство сброса по включению питания – POR,

- устройство сброса по снижению питания – BOR,

- сторожевой таймер – WDT,

- таймер ожидания запуска тактового генератора,

- таймер сброса PWRT,

- устройство для внутрисхемной отладки программ – ICD,

- устройство низковольтного программирования – LVP.

Ко второй группе относятся:

- модуль 10-разрядного АЦП,

- модуль программируемого таймера TMR0,

- модуль программируемого таймера TMR1,

- модуль программируемого таймера TMR2,

- модуль электрически перепрограммируемого ПЗУ – EEPROM,

- многофункциональные модули CCP1 и CCP2,

- синхронный последовательный порт MSSP,

- универсальный асинхронно-синхронный порт USART.

В микроконтроллерах типа PIC16F877 имеется модуль параллельного порта.

Рассмотрим работу отдельных элементов и блоков микроконтроллера.