АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 Постановка задач 10
2 Методы решения задач 12
2.1 Шаговый двигатель 12
2.1.1 Определение и виды шаговых двигателей 12
2.1.2 Принцип работы шаговых двигателей 14
3 Драйвер 16
4 Микроконтроллер ATMEGA 8 20
4.1 TIMER 1 21
5 Сдвиговой регистр 24
6 Алгоритмы программного управления ШД с использованием сдвигового регистра 27
7 Sprint-Layout 34
8 Изготовление печатной платы 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 44
ЛИТЕРАТУРА 45
Применение микропроцессорных систем практически во всех электрических устройствах - важнейшая черта технической инфраструктуры современного общества. Электроэнергетика, промышленность, транспорт, системы связи существенно зависят от компьютерных систем управления. Микропроцессорные системы встраиваются в измерительные приборы, электрические аппараты, осветительные установки и многие другие механизмы.
Разработкой аппаратурных средств занимаются множество компаний. Использование при разработке различных конструктивных принципов порождает большое разнообразие вариантов для построения высокопроизводительных вычислительных систем (ВС). Их основу составляют микропроцессорные средства обработки информации (микропроцессорные системы - МПС). При разработке МПС основным практически всегда стоит вопрос выбора оптимального состава аппаратурных средств и, прежде всего, микропроцессоров (МП), обеспечивающих получение максимально возможной эффективности работы системы. В реальных условиях поиск соответствующих материалов для решения данного вопроса почти всегда оставался сложным из -за недостаточности публикаций обобщающего характера.
Микропроцессорные системы предназначены для автоматизации обработки информации и управления различными процессами.
Микропроцессорная система управления является технологическим уровнем АСУТП - автоматизированной системы управления технологическим процессом. АСУТП - это комплекс технических и программных средств, который широко используется в современном производстве. С помощью таких систем можно обеспечить работу технологического оборудования в автоматизированном режиме, производить сбор информации о состоянии объекта управления, предотвращать и правильно реагировать в случаях возникновения аварийных ситуаций, регистрировать необходимые параметры и события, исключить человеческий фактор.
Широкое использование АСУТП на сегодняшний день подтверждается множеством проектов по автоматизации различных предприятий. Примерами таких проектов являются: «Автоматизация экспериментальной установкой для исследования кинетики теплогазовыделения», «Контроль всех этапов транспортировки и подготовки нефти», «Комплекс технологических защит системы аварийного охлаждения зоны блока АЭС», «Автоматизированная система температурного контроля (АСТК) энергетического котла», «Автоматизация котлоагрегата БКЗ-320 ТЭЦ», «Автоматизация
технологического процесса производства сахара». Примерами проектов с использованием машинного зрения являются охранные системы распознавания, интеллектуальные системы управления трафиком на дороге, фармацевтические упаковочные линии, системы контроля качества и другие.
Выполнение основных задач технологического процесса начинается с разработки микропроцессорной системы управления (МПСУ). Работа МПСУ при управлении реальными объектами связана, как правило, с необходимостью обмена информацией с большим числом внешних устройств, с решением многих задач в реальном времени при их относительной неизменности в течение всего времени эксплуатации, с большой продолжительностью непрерывной работы при сохранении устойчивости к отказам. Это приводит к некоторым особенностям архитектуры (структуры и системного программного обеспечения) МПСУ по сравнению с универсальными средствами вычислительной техники.
Основные структурные особенности МПСУ:
1) развитая система сопряжения с большим количеством внешних устройств (исполнительных устройств, датчиков информации);
2) использование различного рода каналов ввода-вывода и стандартного интерфейса;
3) развитая система средств управления и отображения информации;
4) развитая система памяти (применение наряду с ОЗУ, ПЗУ и ППЗУ большой информационной емкости и быстродействия);
5) наличие системы аппаратурного контроля;
6) наличие счетчиков реального времени.
Понятие «Микропроцессорная система» очень широко и объединяет такие понятия как «Электронно-вычислительная машина (ЭВМ)», «управляющая ЭВМ», «Компьютер».
Микропроцессорная система включает в себя аппаратное обеспечение - hardware и программное обеспечение - software.
Микропроцессорная система работает с цифровой информацией, которая представляет собой последовательность цифровых кодов.
В основе любой микропроцессорной системы лежит микропроцессор, который способен воспринимать только двоичные числа (составленные из 0 и
1) . Двоичные числа записываются посредством двоичной системы счисления.
Микропроцессор выполняет функции обработки информации и управления. Остальные устройства, входящие в состав микропроцессорной системы, обслуживают процессор, помогая ему в работе.
Обязательными устройствами для создания микропроцессорной системы являются порты ввода/вывода и отчасти память. Порты ввода/вывода связывают процессор с внешним миром, обеспечивая ввод информации для обработки и вывод результатов обработки, либо управляющих воздействий. К портам ввода подключают кнопки (клавиатуру), различные датчики; к портам вывода - устройства, которые допускают электрическое управление: индикаторы, дисплеи, контакторы, электроклапаны, электродвигатели.
Память нужна в первую очередь для хранения программы (либо набора программ), необходимой для работы процессора.
Сложности в создании микропроцессорной системы могут быть связаны с нехваткой портов для обмена управляющими командами с внешними устройствами. В данной работе требуется подключение трёх шаговых двигателей к одному микроконтроллеру Atmega 8. Чтобы осуществить такое 8
подключение, потребуется занять 12 выходов микроконтроллера. Это сделает невозможным подключение к нему ещё каких-либо устройств, так как другие выходы заняты и обеспечивают подачу питание, подключение к общему минусу, приём информации от датчиков обратной связи и других внешних устройств.
Результатом работы стало написание программного кода автоматизированной микропроцессорной системой управления подвижным механизмом с поддержкой обратной связи.
Исследованы и применены практические методы работы с шаговыми двигателями, драйверами для их управления, средой разработки программного кода Atmel Studio, программирование микроконтроллера Atmega 8, сдвиговыми регистрами, программой моделирования печатных плат.
Вращение двигателями организовано с помощью сдвигового регистра, что существенно снизило количество используемых для этого выходов микроконтроллера.
