Министерство образования Российской Федерации

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»

ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Методические указания к курсовой работе

по дисциплине «Микропроцессорные средства и системы в электроприводе» для студентов всех форм обучения специальности

1804 – Электропривод и автоматизация промышленных установок

и технологических комплексов

Екатеринбург 2003

УДК 62-83.001

В. Костылев, Д. П. Степанюк

Научный редактор доц., канд. техн. наук А. М. Зюзев

ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Микропроцессорные средства и системы в электроприводе» / А. В. Костылев, Д. П. Степанюк. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2003. 33 с.

Изложена методика программирования микропроцессорных систем управления электроприводами и технологической автоматикой. Рассмотрены принципы программирования микропроцессорных комплектов управления. Изложена методика разработки и отладки управляющих программ, работающих в реальном времени. Приведены типовые примеры программ.

Библиогр.: 6 назв. Рис. 10. Прил. 3.

Подготовлено кафедрой «Электропривод и автоматизация промышленных установок».

технический университет – УПИ», 2003

ВВЕДЕНИЕ

Целью настоящей работы является ознакомление студентов с основными принципами создания программ для микропроцессорных систем управления реального времени. В работе изложены теоретические основы разработки программного обеспечения. Рассмотрены вопросы структурирования управляющих программ. Приведены алгоритмы для типовых звеньев систем автоматического регулирования и отдельных регуляторов для систем управления электроприводами. Рассмотрена методика отладки управляющих программ. Большое внимание уделено вопросам программирования цифровых систем управления электроприводами.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Методические указания могут быть использованы студентами всех форм обучения специальности 1804 – Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов при выполнении курсовых работ по курсам «Микропроцессорные средства и системы в электроприводе», «Системы управления электроприводами», «Автоматизация типовых технологических процессов» и дипломном проектировании. Указания могут быть полезны студентам других электротехнических специальностей, имеющих дело с микропроцессорными системами автоматического управления.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ

Сегодня практически все системы управления электроприводами и технологической автоматикой выполняются на микропроцессорной основе. Причинами этого факта являются:

— возможность создания алгоритмов управления с использованием унифицированной аппаратной части;

— возможность использования сложных алгоритмов управления, которые нельзя реализовать аналоговым способом;

— минимизация затрат системы управления на введение в эксплуатацию;

— простота коррекции управляющих программ;

— простота сопряжения микропроцессорных систем управления между собой с использованием типовых протоколов обмена данными;

— расширенные возможности визуализации процессов и сбора статистических данных.

С учетом вышесказанного разработка современной системы управления включает в себя как вопросы проектирования аппаратной части, так вопросы программирования микропроцессорных комплектов, причем последним уделяется большее внимание. В настоящем пособии рассмотрены некоторые методики создания рабочего программного обеспечения для микропроцессорных систем управления.

Сразу же следует отметить, что проработка аппаратной и программной частей должна вестись параллельно. При создании программы может потребоваться необходимость в дополнительном периферийном оборудовании. С другой стороны необходимость минимизации затрат на аппаратную часть может скорректировать алгоритмы управляющей программы. При выборе микропроцессорного комплекта управления следует руководствоваться как требованиями к аппаратной части (быстродействие, объем памяти, периферийное оборудование), так и требованиями к полноте программного обеспечения, поставляемого вмести с комплектом (языки программирования, средства отладки, библиотеки стандартных функций, эмуляторы).

Особенностью программ для микропроцессорных систем управления является то, что они должны работать в реальном времени. Это означает, что реакции системы управления на внешнее воздействие по времени должна быть такой, чтобы не возникало потери информации и ухудшения качества регулирования. К программам реального времени относятся управляющие программы, программы мониторинга, сбора информации и визуализации. Таким образом, при разработке программы ставится не просто задача корректного воспроизведения алгоритма, но и минимизация времени его выполнения, оптимизация программного кода по быстродействию. Причем обеспечение заданного быстродействия программы является необходимым условием ее работоспособности.

Отдельным серьезным вопросом является вопрос выбора языка программирования. Сегодня существуют три основные группы языков: языки ассемблера, классические языки высокого уровня (Паскаль, Си) и языки визуального программирования. К несомненным достоинствам первой группы языков следует отнести возможность максимально использовать ресурсы процессора по быстродействию и объему памяти. Достигается это за счет оптимизации программного кода при решении конкретной задачи. Однако достигается это за счет существенного увеличения времени разработки программы. Кроме того, для работы с Ассемблером требуется более высокая квалификация программиста. Сегодня, как правило, Ассемблер используют только для разработки программ драйверов (программ обслуживания аппаратных устройств).

Языки высокого уровня существенно более просты в восприятии и обучении. Как следствие, в разы сокращается время на разработку программ. Являясь платформенно независимой, программа, написанная на языке высокого уровня, может быть легко перенесена на новую аппаратную базу. Указанные особенности привели к максимально широкому распространению языков второй группы. Лидером среди них является язык C. Недостатком С является увеличение времени выполнения программы примерно на 30%.

Третья группа языков возникла сравнительно недавно, но уже стала очень популярной. Особое распространение языки визуального программирования нашли в области промышленной автоматики. Так язык релейно-контакторных схем является сегодня основным инструментом для программирования логических контроллеров. Основное достоинство языка – возможность восприятия и создания рабочих программ как электрических схем. Недостатком же такого языка является ограниченный набор функциональных элементов, что затрудняет решение нетрадиционных задач.

Сегодня типовым решением является объединение нескольких языков программирования при создании программного продукта. Это позволяет максимально усилить достоинства каждой группы языков. В этом случае программы-драйверы пишутся на Ассемблере, цифровые регуляторы программируются на C, а технологическая автоматика выполняется на языке релейно-контакторных схем или функциональных блоков.

2. ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

2.1. Этапы разработки управляющей программы реального времени

В общем случае следует выделить такие этапы разработки программы реального времени для микропроцессорной системы управления:

1. Формализация постановки задачи управления

2. Предварительная оценка требуемых вычислительных мощностей, объемов памяти. Формирование набора требуемого периферийного оборудование.

3. Выбор микропроцессорного комплекта управления.

4. Детальная проработка алгоритма с разбивкой его на типовые задачи.

5. Разработка или подбор библиотечных программ для типовых алгоритмов.

6. Разработка программ связи с периферийным оборудованием (драйверов).

7. Сборка программного пакета, проверка связей между отдельными программными модулями.

8. Окончательный выбор необходимых аппаратных средств и периферийного оборудования.

9. Отладка программного обеспечения.

10. Окончательная отладка и тестирование микропроцессорного комплекта управления.

Следует отметить, что некоторые из этих этапов могу выполняться параллельно и независимо друг от друга. Так, например, разработка типовых алгоритмов и драйверов обычно выполняется параллельно разными специалистами.

2.2. Комплекс для разработки программного обеспечения

Как правило, сегодня производители микропроцессорных средств управления поставляют в комплекте с аппаратной частью набор средств разработки программного обеспечения. В этот комплект обычно входят:

— редактор для набора программного кода;

— компилятор (программа, преобразующая текст программы в последовательность машинных команд);

— средства пошаговой отладки и отладки в режиме реального времени;

— эмулятор микропроцессорного комплекта.

В качестве примеров таких пакетов можно назвать Code Composer, разработанный для работы с сигнальными процессорами серии TMS, Logo Comfort для программирования контроллеров LOGO и т. п. На рис. 2.1 приводится внешний вид программного пакета MicroWIN, предназначенного для работы с контроллерами S7-200.

Рис. 2.1. Внешний вид программного пакета MicroWIN

Важно отметить, что полнота комплекта разработчика, его функциональность и удобство работы с ним во многом определяют временные затраты на разработку рабочей программы и надежность ее функционирования.

2.3. Типовая структура управляющей программы

Управляющие программы микропроцессорных систем существенно отличаются по своей структуре от традиционных вычислительных программ. Основная особенность состоит в необходимости тактирования программы по времени и синхронизации ее выполнения с работой аппаратной части. Традиционно эта задача решается с помощью механизма прерываний.

Обычно для тактирования программы используется одно и то же тактирующее устройство как для силового преобразователя, так и для микроконтроллера. В электроприводе при использовании преобразователя с ШИМ таким устройством является таймер формирования несущей частоты. Для электропривода постоянного тока используется устройство синхронизации с питающей сетью. В общем случае структура управляющей программы может быть изображена так, как показано на рис. 2.2.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4

Основные порталы (построено редакторами)