9

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Электрические станции»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению расчетно-графической работы

Проектирование микропроцессорных устройств в сапр

по курсам: «Элементы систем автоматики»,

«Автоматизация производственных процессов»,

«Микропроцессорная релейная защита и управляющие процессы»

                                                                                      Рассмотрено

на заседании кафедры

Электрические станции

Протокол № от г.

Утверждено

на заседании учебно-издательского

совета ДонНТУ

Протокол №___от ___________

Донецк, ДонНТУ-2013

УДК 537.3.31

Методические указания к выполнению расчетно-графической работы «Проектирование микропроцессорных устройств в САПР» по курсам: «Элементы систем автоматики», «Автоматизация производственных процессов», «Микропроцессорная релейная защита и управляющие процессы» для студентов специальности 8.05070101 «Электрические станции»  /  Автор: А.П. Никифоров, Донецк, ДонНТУ, 2013. – 65 стр.

            Приведены методические указания  по решению комплекса задач, связанных с  анализом и синтезом МП устройств. Задания ориентированы на применение численных методов с помощью ПЭВМ.

             Методические указания могут быть использованы также студентами специальностей 8.05070102 «Электрические сети и системы» и 8.05070103 «Электроснабжение промышленных установок», которые, как и студенты специальности 8.05070101 «Электрические станции»,  обучаются по программам специалиста, магистра электротехнического факультета.

Составил              А.П. Никифоров, доц., к.т.н.

Рецензенты         

                              

                                                  Рассмотрено и утверждено на заседании

                                                  кафедры «Электрические станции»

                                                  протокол

 Отв. за выпуск              А.П. Никифоров, доц., к.т.н.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………….	4
Задание на РГР …………………………..	5
Пример выполнения РГР ……………………………………………………	5
Приложение А. Лабораторные для выполнения РГР………………………	19

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы: спроектировать микропроцессорное устройство согласно заданию по соответствующему курсу - «Элементы систем автоматики», «Автоматизация производственных процессов», «Микропроцессорная релейная защита и управляющие процессы».

Например, для курса «Автоматизация производственных процессов» - РБИ (регулятор блочный импульсный) для реализации на микроконтроллере. Для этого необходимо составить структурную схему РБИ с учетом своего варианта подгруппы, в каждом варианте реализовать часть схемы РБИ.

Задача РГР (расчетно-графической работы): научиться разрабатывать конструктивно автоматические регуляторы на примере РБИ, составлять и отлаживать программное обеспечение.

ЗАДАНИЕ

РГР представляет пошаговую разработку микропроцессорного (МП) устройства. Шаги реализуются в САПРах (системы автоматического проектирования): “OrCAD”, “Matlab-Simulink”, “CodeVisio”, “Proteus” и др. В приложении приведены лабораторные работы, позволяющие реализовать шаги РГР. Дополнительный материал можно найти в курсах лекций.

Шаги разработки РГР приведены в таблице 1

Таблица 1

1шаг	Составить схему управления системой производства, передачи и распределения электроэнергии
2 шаг	Общая структурно-функциональная схема МП-устройств
3 шаг	Структурно-функциональная схема МП-устройств
4 шаг	Конструктивно-принципиальная схема МП-устройства
5 шаг	Алгоритм программы на основе функциональных элементов
6 шаг	Обобщённый алгоритм измерительного органа МП-устройства
7 шаг	Дискретизация сигнала МП-устройство
8 шаг	Расчёт быстродействия МП
9 шаг	Оптимизация характеристик фильтра
10 шаг	Построение цифровых и информационных датчиков
11 шаг	Отладка по САПР для ПО и на МП стенде
12 шаг	Результат

ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ РГР

Дальнейшая разработка состоит из примера выполнения РГР на примере РБИ. В задании приведены конкретные схемы аналоговых цепей РБИ: дифференциальные, интегральные, фильтрующие.

Даны конкретные велечины параметров элементов схем.

1 шаг. Управление системы производства, передачи и распределения электроэнергии

Задача : определить направление дальнейшей работы как блок в общей системе управления производства, передачи, распределения энергии(в виде реферата).

2,3 шаг. Общая структурно-функциональная схема МП-устройств. Структурно-функциональная схема МП-устройств

На общей структурной схеме микропроцессорного устройства реализовано схемой РБИ(смотреть конспект)

На рис.1. выделены структурные блоки, которые позволяют реализовать РБИ . (для своего варианта нарисовать структурную схему работы алгоритма РЗиА.

Рисунок 1.Структурно-функциональная схема РБИ

РБИ-регулятор(смотреть методичку стр. 27 рисунок 3.3). Для курса АПП.

Рисунок 2. Функциональная схема ПД-регулятора с обратной связью.

4 шаг. Конструктивно-принципиальная схема МП-устройства

На рисунке 3 показан пример конструктивного преобразования РБИ и принципиальная схема. Схема представлена в OrCADде (л.р №2). Состоит из аналоговой и цифровой части.

Рисунок 3.

Принципиальная схема аналоговой и цифровой частей МПУ.

5 шаг. Алгоритм программы на основе функциональных элементов

На рис.4 составлен алгоритм программы РБИ

Рисунок 4.Блок схема программы РБИ.

6 шаг. Обобщённый алгоритм измерительного органа РБИ

Смотреть конспект и задание(построение входящих цепей РБИ).

7 шаг. Дискретизация сигнала РБИ (л.р. №1)

Для выданного в задании РГР варианта активных и пассивных цепочек фильтров рассчитываем амплитудные, частотные и временные параметры. (Рисунки 5, 6)

Определяем частоту дискретизации входного сигнала и качество преобразования 10-ти разрядного АЦП. Выбираем согласно заданию.

Вывод: результаты моделирования показывают, что при 40 точках на период самой высокой частоты входного сигнала (850 Гц) частоты дискретизации ' нашего МП комплекта составляет 34 кГц. Специфика микропроцессорного устройства - работа с очень малыми сигналами. Определим наименьший сигнал для возможного преобразования МП устройства. Получившаяся амплитуда входного сигнала не должна быть меньше 20 мВ.

Принципиальная схема аналоговых

Рисунок 5а.- Пассивная фильтрация

Рисунок 5б- Активная фильтрация

На рис.6а показан сложный сигнал подаваемый на микропроцессорное устройство. Выбираем частоту дискретизации, такую, чтобы на период самой высокочастотной дискретизации приходилось 20 точек на период.

На рис.6б контролируется разложение входного сигнала с помощью 8ми разрядного АЦП

На рис.6в показан сигнал восстановленный с помощью ЦАПа (рис.7).Здесь же показан выход ЦАПа и отфильтрованный сигнал.

Рисунок 7.1- Принципиальная схема аналоговой части устройства

Рисунок 7.2- Принципиальная схема цифровой части устройства

Задание: на рис.8 приведён пример уменьшенного сигнала источников входного сигнала до значенияя, корда 10ти разрядное АЦП имеет несколько переключений (то же для 12ти розрядного АЦП,рис.7) -приведен пример этого уменьшения.

Определить велечины сигналов по сравнению с номинальным (когда все разряды АЦП равны еденице и изменяются(рис.6 б)).Подсчитать отношения между максимальным и минимальным сигналом.Сделать взвод какой из АЦП используется в работе.

8 шаг. Оптимизация характеристик фильтра.

Для Задания: Определить АЧХ, AX{ и параметры инерции(л. р 1 OrCAD ),на рис.13 показан пример АЧХ(а, ФЧХ(б) интегрирующих и дифференцирующих цепей РЦ цепочек. АЧХ(в),ФЧХ(г)-полосовой и режекторной цепочки фильтра.

С графиков считать параметры: полосу пропускания, заграждения, постоянную времени, время затухания переходного процесса, резонансную и режекторную частоту(см рис 9)

Задание: рассчитать для цифрового фильтра количество коэффициентов фильтра при параметрах полученных для аналоговых цепей(см лаб. раб: цифровые фильтры для Mathlab). Представить в отчете АЧХ и ФЧХ, инерционные свойства синтезированного фильтра(рис 10-11).

9 шаг. Построение цифровых и информационных датчиков.

Для выданного задания сформировать схему блок-схемы программы для рис 1, для реализации на языке Си, записать программу с соответствующей составленной блок-схемой (см рис 2).

10 шаг. Расчет быстродействия.

Посчитать количество команд согласно составлено программы на Си, исходя из того что каждая команда равна выполняемому такту и рассчитать быстродействие ядра микроконтроллера и АЦП ,и объем необходимых ячеек памяти АЗУ для хранения промежуточных результатов программы.

Частоту дискретизации АЦП взять из 7 шага. Количество коэффициентов цифрового фильтра взять из 10го шага.

11 шаг. Отладка по САПР для ПО и на МП стенде

1. Разработка С программы в CodeVisionAVR , сформировать новый проект: Newпроект. Установить тип микропроцессора для своего варианта МК стенда, и его параметры работы. В открывшемся поле проекта добавить свою рабочую программу на языке С. Прокампилировать и устранить ошибки.

2. Отладка программы на модели МК стенда Proteus, для своего варианта набрать принципиальную схему МК стенда. Элементы находящиеся в Component Mode в левом поле программы. Дважды нажав на процессор, установить путь к подготовленному в пункте 1 файлу. Нажать на моделирование, убедиться в правильности работы программы, для этого использовать модели индекаторов моделируемого стенда и виртуального терминала VT1 в котором будут отпечатываться контрольные точки в виде заложенных сообщений.

3. Проверить работоспособность программы на стенде,для этого пошить программу в микроконтроллер. Исходя из индикаторов аналогично пункту 2 открыть стенд программыстандартныеHyper Terminal, выбрать необходимую скорость передачи (9600). Подключить отладчик CompUsarперезапустить программу.

12 шаг. Результат.

Сделать вывод о проделанной работе согласно выданному заданию и получить результат.

Приложение