Автоматизация технологического процесса сортировки изделий с использованием микропроцессорного устройства

Автоматизация технологического процесса сортировки изделий с использованием микропроцессорного устройства

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский государственный технический университет

Кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Цифровые интегральные схемы и микропроцессоры»

тема: «Автоматизация технологического процесса сортировки изделий»

Воронеж 2008

Содержание

Задание

Введение

. Постановка и анализ задачи

. Выбор технических средств и структурная схема МПУ

. Алгоритм работы МПУ и протокол обмена информацией между МПУ и объектом управления

Заключение

Список используемых источников

Приложения

Задание

Микропроцессорное устройство - контроллер должно работать в циклическом режиме, и предназначено для сортировки изделий по контролируемому параметру. Критерии для оценки параметра PAR:

PAR < S3 - «Брак»;

S3 ≤ PAR < S2 - 3-й сорт;≤ PAR < S1 - 2-й сорт;

S1 ≤ PAR - 1-й сорт.

Значение контролируемого параметра считывается из порта ввода номер X. Сортность изделия выдается в порт вывода номер Y в виде кода 01H, 02H, 03H или 00H для 1-го, 2-го, 3-го сортов или «Брака» соответственно. Количество бракованных изделий и изделий 1-го, 2-го, 3-го сортов должно запоминаться в ячейках памяти с номерами 2000H, 2001H, 2002H и 2003H соответственно.

Таблица 1

ВВЕДЕНИЕ

Микропроцессор является универсальным устройством для выполнения программной обработки информации, которое может использоваться в самых разнообразных сферах человеческой деятельности. Десятки компаний-производителей выпускают несколько тысяч типов микропроцессоров, имеющих разные характеристики и предназначенных для различных областей применения.

Микропрограммируемые многоканальные микропроцессоры обеспечивают большую гибкость в достижении нужных пользователю характеристик (нужного быстродействия) проектируемого МПУ или МПС, предоставляя пользователю возможность задавать специализированную систему команд, ориентированную на определенное применение, даже на определенные процедуры обработки данных. Однако при этом пользователь должен разработать микропрограмму, реализующие эти программы, и занести их в управляющую память микропроцессора.

Использование микроэлектронных средств в автоматизации различных технологических процессов производства не только приводит к повышению технико-экономических показателей изделий (стоимости, надежности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и позволяет многократно сократить сроки разработки и отодвинуть сроки «морального старения» изделий, но и придает им принципиально новые потребительские качества (расширенные функциональные возможности, модифицируемость, адаптивность и т.д.).

Развитие технологии обеспечивает возможность создания на кристалле все большего количества активных компонентов, которые могут быть использованы для реализации новых архитектурных и структурных решений, обеспечивающих повышение производительности и расширение функциональных возможностей микропроцессоров.

1. ПОСТАНОВКА И АНАЛИЗ ЗАДАЧИ

Микропроцессорное устройство - контроллер должно работать в циклическом режиме и предназначено для сортировки изделий по контролируемому параметру.

Критерии для оценки параметра PAR:

PAR < S3 - «Брак»;≤ PAR < S2 - 3-й сорт;≤ PAR < S1 - 2-й сорт;

S1 ≤ PAR - 1-й сорт.

Значение контролируемого параметра считывается из порта ввода номер X. Сортность изделия выдается в порт вывода номер Y в виде кода 01H, 02H, 03H или 00H для 1-го, 2-го, 3-го сортов или «Брака» соответственно. Количество бракованных изделий и изделий 1-го, 2-го, 3-го сортов должно запоминаться в ячейках памяти с номерами 2000H, 2001H, 2002H и 2003H соответственно.

Данные параметров X, Y, S1, S2, S3 варианта №1 приведены ниже в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Исходные данные в шестнадцатеричном коде выглядят так:

Таблица 1.2

На условия эксплуатации данного устройства особых требований не накладывается, работа осуществляется в помещении при комнатной температуре, нормальном атмосферном давлении и влажности (ГОСТ 16019-76 3-ая группа).

. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И СТРУКТУРНАЯ СХЕМА МПУ

Для реализации задачи данной работы нам не требуется микроконтроллер с большим объемом памяти и периферийными устройствами. Нам нужно выполнить несколько простых арифметических операций после изготовления изделия. Поэтому К580 со встроенными ОЗУ и ПЗУ с небольшими объемами памяти и возможностью вывода значений на порты применим для решения данной задачи. Структурная схема МПУ показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема МПУ.

Структурная схема представленная на рисунке 1 содержит минимальный набор элементов, которыми должна обладать любая микро-ЭВМ.

Элементом, проводящим обработку данных, является микропроцессор. Для выполнения поставленной задачи выбран микропроцессорный комплект КР580. Рассмотрим характеристики КР580.

Микропроцессор КР580 представляет собой изготовленную по n-МОП технологии БИС, содержащую около 5000 транзисторов. БИС микропроцессора реализованного на кремниевом кристалле размером около 30 мм², заключенным в корпус с 40 выводами. Длина слова микропроцессора - 8 разрядов. Тактовая частота МП - 2МГц. Уровни напряжения питания +5, -5,+12В. Микропроцессор предназначен для работы с памятью (постоянной и оперативной) с общей емкостью до 64 Кбайт. Он и ряд вспомогательных схем, обеспечивающих его работу и работу всей вычислительной системы (МПС) в целом, образуют так называемый процессорный модуль, к которому с помощью системных шин подключают периферийные модули МПУ.

Периферийными модулями МПУ являются различные запоминающие устройства (ЗУ), а также регистры для подключения внешних устройств, называемые портами ввода или вывода.

В результате выбора типа элементов микропроцессора мы получим структурную схему микропроцессорной системы представленную на рис. 2.

Рисунок 2. Структурная схема микропроцессорного комплекта серии 580 и периферийных устройств.

Объект управления представляет собой конвейерную линию, по которой поступают изделия. Имеется датчик, который измеряет контролируемый параметр изделий.

Данные из датчика отправляются в мультиплексор и АЦП, в котором преобразуются в цифровую форму. Полученный цифровой сигнал через порт входа поступает в МП.

В качестве МП БИС выбираем КР580ВМ80А, так же выбираем генератор тактовых импульсов КР580ГФ24, БИС ОЗУ КР537Р18А, БИС ПЗУ К555РЕ4, , мультиплексор КР580ВТ42. Системные шины - шина адреса (ША), шина данных (ШД) и шина управления (ШУ), так как 580 микропроцессор 8 разрядный, то и шины 8 разрядные.

Шины имеют названия, отражающие характер передаваемой по ним информации.

Выбор таких микросхем основан на их соответствии микропроцессорному комплекту КР580. БИС, входящие в МПК серии КР580, позволяют при разработке МПС различного назначения добиться упрощения ее схемотехнического и программного обеспечения за счет применения типовых и программных решений, а также повышения надежности и ремонтопригодности.

. АЛГОРИТМ РАБОТЫ МПУ И ПРОТОКОЛ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ МЕЖДУ МПУ И ОБЪЕКТОМ УПРАВЛЕНИЯ

Данная программа работает следующим образом.

.        Формируется управляющее слово и записывается в регистр управляющего слова (блоки 1-3).

.        Обнуляются значения в ячейках памяти, где хранятся счетчики сортности изделий (блоки алгоритма 4-8).

.        Вводятся критерии сортности (блоки 9-11).

.        Из порта А0Н (порт Х) считывается значение контролируемого параметра изделия (блок 12).

.        Если значение считанного параметра равно нулю, что фактически соответствует отсутствию изделия на конвейере, то значение параметра из порта А0Н будет считываться до тех пор, пока оно не станет отличным от нуля (блок 13). Данная проверка сделана для того, чтобы не накапливать в счетчике бракованных изделий отсутствующие изделия.

.        Считанный параметр сравнивается с со значением крайнего параметра сортировки. Сначала изделие проверяется на принадлежность к бракованным деталям, затем к изделиям 3-го сорта, 2-го сорта и 1-го сорта (блоки 14-16, 22-24, 30-32).

.        При попадании параметра изделия в диапазон значений, соответствующих 1-му, 2-му, 3-му сорту или «Браку», происходит увеличение счетчика соответствующих изделий на 1 и выдача в порт вывода 3СH (порт Y) кода 01Н, 02Н, 03Н или 00Н соответственно (для бракованных изделий это блоки алгоритма 17-21).

.        После обработки контролируемого параметра одного изделия, программа переходит к считыванию из порта А0Н параметра следующего изделия. Таким образом, программа работает в циклическом режиме.

Блок-схема алгоритма работы представлена в приложении 1.

Протокол обмена информацией.

Информация с объекта управления (конвейера) поступает на датчик, из которого информация в цифровом виде поступает на контроллер порта ввода. Данный контроллер производит опознавание входных портов и выставление адресов этих портов на шину данных. По этой шине адрес через формирователь шин поступает в микропроцессор. Он выставляет на шину адреса номер порта ввода, который следует задействовать. Эта информация поступает на дешифратор номера портов, которые выдает сигнал готовности в соответствующий порт. Активизированный порт ввода выдает на шину данных оцифрованную информацию с датчика, которая поступает в микропроцессор и обрабатывается в нем.

Перед началом вывода информации микропроцессор выдает на шину адреса информацию о порте, который будет использоваться для вывода, в дешифратор номера портов. Данное устройство обращается к соответствующему выходному порту и подает сигнал готовности на него. После этого микропроцессор через шину данных выдает обработанную информацию в порт вывода. Пройдя соответствующие преобразования, аналоговый сигнал поступает на вход исполнительного устройства. Данное устройство воздействует на объект управления (в нашем случае - производит сортировку сопротивлений по заданным параметрам).

Далее снова происходит снятие информации о сопротивлении датчиком. Таким образом, происходит обмен информацией между датчиком и исполнительным устройством.

микропроцессор память карта протокол

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном проекте была осуществлена автоматизация технологического процесса сортировки изделий по контролируемому параметру с использованием МПУ. Для выполнения поставленной задачи была разработана структурная схема микропроцессорного устройства, выбран тип микропроцессорного комплекта и составлена программа на языке Ассемблера с прилагаемой инструкцией пользования.

Автоматизация сортировки очень важна при производстве каких-либо изделий, так как это позволяет значительно уменьшить затрачиваемое время на данную операцию, повысить качество контроля интересуемых и наиболее важных параметров.

Используемые технические средства являются достаточно дешевыми легко окупаемыми и наиболее распространенными в промышленности, что сейчас немаловажно. Поэтому необходимо продолжать работы и исследования в области использования микроэлектронных средств.

 1. Горбунов В.Л., Панфилов Д.И., Преснухин Д.Л. Справочное пособие по микропроцессорам и микро ЭВМ/:Под ред. Л.Н. Преснухина. - М.: Высш. шк., 1988. - 272 с.: ил.

2. Б.М. Каган, В.В. Сташин Основы проектирования МП-устройств автоматики.- М.: Энергоатомиздат, 1987. - 221 с.

3. В.И. Кравченко Методическое руководство к курсовой работе по дисциплине «Микропроцессоры и микроЭВМ в РЭС» для студентов специальности 23.03 «Конструирование и технология РЭС» дневной формы обучения.-Воронеж.политехн.ин-т; 1991. 8с.

4. В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах.- М.: Энергоатомиздат, 1990. - 224 с.

5. С.Т. Хвощ и др. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления. Справочник. - М.: Энергия, 1987.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Блок-схема алгоритма программы

Приложение 2

Листинг программы на языке Ассемблер

Приложение 3

Инструкция пользователя программой

Данная программа предназначена для сортировки изделий в зависимости от значения контролируемого параметра. Запуск программы осуществляется при включении питания микропроцессорного устройства, дальнейшие функции технологической линии осуществляются под управлением микропроцессорного устройства (После определения сортности каждого изделия на порт вывода подается соответствующий код сортности изделия, который управляет работой исполнительного устройства и включением соответствующих индикаторов, при отсутствии на конвейере изделия система будет работать в режиме ожидания; если на конвейере идут все бракованные изделия, то светодиод «Брак» будет мигать постоянно. В этом случае работу системы необходимо прекратить до тех пор, пока не будет установлена причина постоянного брака; в конце работы микропроцессорной системы необходимо определить количество изделий каждого сорта; эти значения хранятся в соответствующих ячейках памяти), оператор следит за устройствами индикации аварии, если получен сигнал аварии, оператор должен выключить источник питания, найти и устранить неисправность.

Приложение 4

Карта памяти