Введение
1 Аналитическая часть. Исследование принципов построения и технических
характеристик прецизионных модулей ввода аналоговых сигналов
1.1 Анализ входных аналоговых сигналов модулей ввода
1.2 Анализ структурных схем систем сбора данных
1.3 Управляющие микроконтроллеры систем сбора данных
1.3.1 Средства разработки и отладки программного обеспечения
1.3.2 Технические характеристики МК семейства MSP430
1.4 Основные технические параметры АЦП
1.5 Распределенная система сбора данных ADAM-4000
1.5.1 Общая характеристика модулей семейства ADAM-4000
1.5.2 Анализ технических характеристик модулей ADAM-40хх
1.6 Распределенная система сбора данных и управления серии NL
1.7 Анализ проблем согласования MSP430 с цифровыми периферийными
устройствами
2 Расчетная часть. Проектирование модуля аналогового ввода для ADAM-400025
2.1 Выбор управляющего микроконтроллера модуля ввода
2.2 Выбор аналого-цифрового преобразователя
2.3 Анализ и выбор компонентов аналоговых интерфейсных схем
2.3.1 Входные преобразователи входных сигналов
2.3.2 Выходные преобразователи входных сигналов
2.3.3 Выбор интерфейсных схем модуля ввода
2.4 Обоснование выбора элементной базы модуля ввода
2.4.1 Обоснование выбора источника опорного напряжения
2.4.2 Обоснование выбора оптопар гальванической развязки
2.4.3 Обоснование выбора интерфейса управления ЖК индикатором
2.5 Организация интерфейса RS-485
2.6 Расчет надежности модуля аналогового ввода
3 Конструкторская часть. Технологическое обеспечение разработки модуля ввода
3.1 Проектирование печатной платы интерфейсного модуля
3.2 Программирование флэш-памяти микроконтроллеров MSP430F14x
3.2.1 Структура и функционирование флэш-памяти
3.2.2 Программирование устройств MSP430 с флэш-памятью
3.3 Средства отладки и программирования микроконтроллера МБР430
3.4 Среда программирования IAR для разработки ПО модуля ввода
Заключение
Список литературы
Стремительные темпы компьютеризации всех сторон человеческой деятельности привели к тому, что сегодня вычислительная техника стала непременных атрибутом самых различных технических комплексов. Это касается и современных систем управления и сбора данных, контрольно-измерительного и лабораторного оборудования, т.е. любых комплексов, основной задачей которых является обработка и интерполяция информации, поступающей из «внешнего мира».
Преимущества обработки информации и осуществления функций управления с использованием цифровых методов являются вполне очевидными. Однако данные, которые поступают из внешнего мира, обычно представлены в аналоговой форме. Необходимый аналого-цифровой интерфейс обеспечивает системы сбора данных (ССД). Они преобразуют исходные данные от внешних устройств (например, датчиков) в цифровой код, пригодный для цифровой обработки. Диапазон применения ССД необыкновенно обширен - начиная от простого текущего контроля значений одной аналоговой переменной и кончая контролем и управлением сотней параметров в ядерных агрегатах, современных летательных аппаратах и т.п.
Перед разработчиками весьма часто встает задача согласования параметров периферийных устройств, воспринимающих информацию из внешнего мира, с параметрами модулей ввода аналоговых сигналов с систему сбора данных.
Трудности реализации интерфейсных схем, состоят в том, что периферийные устройства, как правило, имеют выходные сигналы разного уровня и различной природы (напряжение, ток, частота и т.п.). Аналогичная задача решается в случае разного напряжения питания управляющего контроллера и его периферийных устройств.
Поэтому задача разработки недорогих унифицированных модулей ввода данных с высокими эксплуатационно-техническими характеристиками для систем сбора данных является весьма актуальной.
В настоящее время распределенные системы сбора данных являются весьма перспективным направлением автоматизации различных систем и технологических процессов. Измерительные модули этих систем максимально приближены к объекту измерений, системы легко масштабируются и модифицируются. Поэтому разработка недорогих функциональных модулей для таких систем является весьма актуальной задачей.
Исследование принципов построения и технических характеристик прецизионных модулей ввода аналоговых сигналов показал, что имеется устойчивая тенденция по снижению их энергопотребления. Одним из направлений решения этой задачи является использование управляющих МК с пониженным напряжения питания. Однако это порождает проблему согласования уровней сигналов МК и разнообразной периферии, имеющей в общем случае различные уровни питающих напряжений.
Проведенный анализ предельно допустимых уровней входных и выходных сигналов управляющего МК системы сбора данных, цифровой и аналоговой периферии позволил сформулировать требования к интерфейсным схемам, решающим проблему согласования.
Анализ методов аналого-цифрового преобразования и технических параметров АЦП, реализующих эти методы, позволили выбрать в качестве основы канала АЦ преобразования микросхему ADS8332, сочетающую высокую точность и высокое быстродействие. Для повышения точности измерений в устройстве использован внешний прецизионный источник опорного напряжения.
Обмен данными с модулями распределенной системы ADAM-4000 осуществляется через внешний универсальный RS-485 трансивер с интегрированной гальванической развязкой, работающий вместе с контроллером интерфейса SPI микроконвертора.
В процессе работы была разработана функциональная схема модуля, проведенный анализ возможных вариантов реализации преобразователей входных и выходных сигналов позволил определить схемные решения интерфейсных схем,
61 полностью удовлетворяющих требованиям технического задания. Оставшиеся неиспользованными линии порта вводавывода флэш - микроконтроллера MSP430F149 были использованы для реализации дополнительной 8 канальной схемы обмена данными с ТТЛ-КМОП периферией.
Из соображений обеспечения высокой отказоустойчивости и ремонтопригодности электрическая схема разработанного модуля разбита на две функционально законченные печатные платы - плату питания и гальванической защиты и плату микроконтроллера.
Проведенный расчет надежности показал, что разработанный модуль имеет наработку на отказ около 60 тысяч часов (более 6 лет непрерывной работы), что минимизировать затраты на его сервисное обслуживание.
В третьем разделе была разработана функциональная модель процесса изготовления платы микроконтроллера, с помощью САПР ПП DipTrace разработана его печатная плата и сгенерированы управляющие файлы для станков ЧПУ, используемых при ее изготовлении. Рассмотрены вопросы, связанные с программированием флэш-памяти микроконтроллера MSP430F149, проведен анализ средств его отладки и программирования.
