Микропроцессорные системы автоматического управления (220,00 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

УДК 681.3.01 Микропроцессорные системы автоматического управления: учебное пособие / Л.А. Пигарев, энергетический факультет, каф. «Электроэнергетики и электрооборудования. СПбГАУ, 2017. – 178 с. Рецензенты: Доктор технических наук, профессор кафедры «Электроэнергетики и электрооборудования» А.П. Епифанов; Доктор технических наук, профессор кафедры «Энергообеспечение и электротехнологии в АПК» Т.Ю. Салова. Рассматриваются структуры микропроцессоров и микроконтроллеров неймановской и гарвардской архитектур. Излагаются принципы преобразования цифро-аналоговой и аналогоцифровой информации, рассматриваются вопросы прерывания в микропроцессорных системах, операции ввода-вывода информации. В конспекте рассматриваются вопросы построения систем управления на базе микроконтроллеров, реализации методов регулирования нагрузкой переменного и постоянного тока. Излагаются вопросы реализации типовых законов управления на базе микроконтроллеров. Учебное пособие предназначено для подготовки магистров очной формы обучения по направлению 35.04.06 «Агроинженерия», магистерская программа «Электроэнергетика и автоматизация энергетических систем в АПК». Рекомендовано к публикации согласно соответствующему договору Учебно-методическим советом СПбГАУ, протокол № 8 от « 02 » ноября 2017 г. © Л.А. Пигарев, 2017 © ФГБОУ ВО СПбГАУ, 2017 2

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение…………………………………………………………... 6 Раздел 1. Арифметические и логические основы микропроцессорной техники ………………………………………….. 10 1.1. Системы счисления………………………………………... 10 1.2. Логические функции и логические схемы………………. 14 1.3. Двоичная арифметика…………………………………….. 1.4. Двоичные числа со знаком………………………………... 1.5. Двоично-десятичные системы кодирования…………….. 17 20 22 1.6. Алфавитно-цифровой код………………………………… 23 1.7. Вопросы для самоконтроля по разделу 1………………... 23 Раздел 2. Архитектура микропроцессоров ………………….. 24 2.1. Принцип построения ЭВМ………………………… 24 2.2. Архитектура микропроцессоров и их функционирование………………………………………………………….. 25 2.2.1. RISC- и CISC-архитектуры микропроцессоров……... 2.2.2. Цифровые сигнальные процессоры …………………. 33 2.3. Вопросы для самоконтроля по разделу 2……………….. 32 34 Раздел 3. Микроконтроллеры ………………………………… 34 3.1. Структура микроконтроллеров…………………………... 34 3.2. Память микроконтроллеров……………………………… 37 3.2.1. Память с произвольным доступом…………………….. 3.2.2. Память с последовательным доступом………………... 3.3. Прерывания в микропроцессорных системах…………... 3.4. Ввод-вывод данных в микропроцессорных системах….. 3.5. Вопросы для самоконтроля по разделу 3………………... 49 38 42 43 46 Раздел 4. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи …………………………………………………… 50 4.1. Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП)……………. 50 4.1.1. Разновидности ЦАП……………………………… 51 4.1.2. Интерфейсы цифро-аналоговых преобразователей... 55 4.2. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП)……………. 57 4.2.1. АЦП прямого преобразования………………………. 57 4.2.2. АЦП последовательного счета………………………. 59 4.2.3. АЦП последовательного приближения (SAR ADC) 60 4.2.4. Сигма –дельтаАЦП…………………………………... 4.2.5. Интерфейсы аналого-цифровых преобразователей... 4.2.6. Статические и динамические параметры АЦП…….. 62 64 66 3

Стр.3

4.3. Вопросы для самоконтроля по разделу 4………………... 68 Раздел 5. Промышленный микроконтроллер М167-2……... 69 5.1. Организация памяти……………………………………… 69 5.2. Центральное процессорное устройство…………………. 74 5.3. Система прерываний микроконтроллера Siemens 80С167……………………………………………………... 83 5.4. Генерация системного такта и управление энергопотреблением………………………………………………… 88 5.5. Порты ввода-вывода данных микроконтроллера 80С167 90 5.6. Аналого-цифровой преобразователь…………………….. 93 5.7. Генераторы широтно-импульсной модуляции…………. 99 5.8. Блоки «Захват / Сравнение»……………………………... 104 5.9. Таймеры…………………………………………………… 5.10. Сторожевой таймер……………………………………… 107 109 5.11. Последовательный интерфейс………………………….. 111 5.12. Вопросы для самоконтроля по разделу 5………………. 119 Раздел 6. Общие сведения о микропроцессорных системах автоматического управления …………………………………. 121 6.1. Структуры микропроцессорных САУ…………………... 121 6.2. Особенности применения микропроцессоров в системах управления………………………………………………… 126 6.3. Реализация функций классической САР на микроконтроллерах......................................................................... 128 6.3.1. Структурная схема системы управления на микроконтроллере…………………………………………... 128 6.3.2. Структура регулятора………………………………... 131 6.3.3. Измерение регулируемых параметров……………… 132 6.3.4. Формирование задающих воздействий……………... 135 6.3.5. Формирование регулирующего воздействия………. 136 6.4. Вопросы для самоконтроля по разделу 6………………... 138 Раздел 7. Реализация методов управления нагрузкой переменного и постоянного напряжения на микроконтроллерах …………………………………………………………………. 139 7.1. Методы регулирования переменного напряжения……... 139 7.1.1. Настройка модуля ШИМ и блока «Захват / Сравнение» для управления нагрузкой переменного тока при импульсно-фазовом способе управления……… 142 7.1.2. Управление нагрузкой переменного тока…………... 146 4

Стр.4

7.2. Особенности управления нагрузкой с помощью ключей постоянного тока………………………………………….. 147 7.3. Управление нагрузкой постоянного тока………………. 150 Раздел 8. Реализация типовых законов управления на микроконтроллерах……………………………………………... 153 8.1. Позиционный регулятор………………………………….. 153 8.1.1. Статические характеристики двухпозиционных регуляторов……………………………………………... 153 8.1.2. Программная реализация микропроцессорных двухпозиционных регуляторов……………………… 157 8.1.3. Достоинства и недостатки двухпозиционных регуляторов………………………………………………... 159 8.2. Пропорциональный регулятор…………………………… 161 8.2.1. Параметры и характеристики пропорциональных регуляторов……………………………………………. 161 8.2.2. Программная реализация П-регулятора…………….. 163 8.3. Пропорционально-интегральное регулирование……….. 163 8.3.1 Основные параметры и характеристики ПИ- регуляторов…………………………………………………… 163 8.4. Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор……………………………………………………... 165 8.4.1. Представление ПИД-регулятора в операторной форме………………………………………………….. 165 8.4.2. Дискретная форма ПИД-регулятора………………… 166 8.4.3. Особенности реальных ПИД-регуляторов………….. 168 8.5. Вопросы для самоконтроля по разделу 8………………... 172 Раздел 9. Программирование микроконтроллеров………… 173 9.1. Этапы разработки для встраиваемых приложений……... 173 Библиографический список……………………………………. 178 5

Стр.5