Разработка микропроцессорной системы управления на основе микропроцессорного комплекта 1883 роботом (стр. 2 из 3)
Арифметический расширитель (БИС АР) U832-K1883BP2 предназначен для аппаратного выполнения основных арифметических операций над числами с фиксированной и плавающей запятой. Включение этой схемы в состав МПК U83-K1883 позволяет увеличить быстродействие построенных на нем вычислительных устройств. В одной схеме БИС АР производятся операции над числами с разрядностью 16 бит. Включая две или четыре БИС АР, можно обрабатывать числа с разрядностью 32 или 64 бита.
БИС АР выполняет следующие функции:
сложение, вычитание, умножение, деление, умножение с последующим сложением двух чисел с фиксированной и плавающей запятой;
преобразование чисел с фиксированной запятой в числа с плавающей запятой и обратно;
сравнение, сдвиг, поиск разрядов.
Наличие внутреннего управления, работа схемы по поступлению одной внешней соответствующей микрокоманды, сравнительно короткое время выполнения операций, асинхронный режим работы и т. д. позволяют использовать БИС АР не только в традиционных вычислительных устройствах, но и в дискретных фильтрах, полиномиальных процессорах, различной бытовой аппаратуре.
БИС АР выполнена в 48-выводном корпусе, назначение которых приведено в табл. 4. Структурная схема БИС АР приведена на рис. 6. В состав БИС АР входят: матрица с регистрами РГХ, РГУ и РГИ, АЛУ, блок регистров (БРГ), два канальных регистра (РГК1 и РГК2) и блок местного управления (БМУ).
Рис. 6. Структурная схема БИС арифметического расширителя U832-K1883BP2
Таблица 4
Матрица, представляющая собой поле из 16X8 сумматоров, соединенных по схеме умножения, предназначена для выполнения операции умножения 16-разрядного операнда, поступающего на регистр РГХ, и 8-разрядного операнда, поступающего на РГУ. Результат умножения размещается в регистре РГИ или поступает на вход АЛУ. АЛУ выполняет арифметические и логические операции, код которых поступает по каналу К2 на регистр РГК2. Прием операндов и выдача результатов осуществляется по каналу К1 через РГК1.
Восемь 16-разрядных регистров (БРГ) используются как внутренняя память БИС АР. Блок местного управления осуществляет управление работой схемы при поступлении на него различных условий. Обмен данными между узлами БИС АР осуществляется с помощью 16-разрядной шины.
Магистральный адаптер (MA) U834-K1883BA4 предназначен для осуществления аппаратной связи между внешними устройствами (в том числе объектами управления) и процессором ЭВМ.
Рис. 7. Структурная схема БИС магистрального адаптера U834-K1883BA3
МА выполняет следующие функции:
связь между шиной МП и шиной внешних устройств;
управление передачей данных из МП во внешние устройства и обратно;
управление режимом прямого обращения к памяти;
организацию режима прерываний при работе с внешними устройствами и памятью.
БИС МА размещена в корпусе из 48 выводов, назначение каждого приведено в табл. 5. Структурная схема БИС МА приведена на рис. 7. МА включает в себя блок регистров (БРГ), блок местного управления (БМУ), блок управления прерываниями (БУПР), блок прямого доступа к памяти (БПДП) и блок приемопередатчиков адресов и данных (БППДА). БМУ осуществляет внутреннюю синхронизацию БИС МА, управляя работой как отдельных блоков, так и внутренней шины.
Система команд микропроцессорного комплекта U83-K1883
Группа команд пересылки данных используется для организации операции загрузки, хранения и межрегистровых передач данных. Наиболее часто применяют команды типа MOV (передача данных), XCH (обмен содержимого), OUT (вывод данных), IN (ввод данных). Команда MOV r1, r2 осуществляет пересылку информации из регистра r2 в регистр r1. В качестве регистра – источника и регистра – приемника может выступать и аккумулятор. Команды типа MOV иногда могут адресоваться и к ячейкам памяти, при этом адрес ячейки, как правило, хранится в одном из регистров ЦП.
К командам, выполняющим преобразования данных, относятся:
ANL – логическая операция И;
ORL – логическая операция ИЛИ;
XRL – операция исключения ИЛИ;
RR – циклический сдвиг вправо;
RL – циклический сдвиг влево;
INC – инкрементирование;
DEC – декрементирование;
ADD – сложение;
SUB – вычитание;
CMP – сравнение.
Таблица 5
К командам управления относятся команды типа: STOP – останов таймера/счетчика событий, JMP – безусловный переход и ряд команд условного перехода, таких, как JE, JA, JB, JAE, JBE, JNE.
JE – переход если равно;
JA – переход если больше;
JB – переход если меньше;
JAE – переход если больше или равно;
JBE – переход если меньше или равно;
JNE - переход если не равно.
При необходимости произвести требуемые вычисления осуществляется вызов подпрограммы, она исполняется, после чего производится возврат в основную программу. Эти операции реализуются с помощью команд типа CALL (вызов) и RET.
Описание микросхемы К572ПВ4
Микросхема К572ПВ4 - аналого-цифровой системы (АЦС) сбора данных (рис. 8) предназначена для преобразования аналоговых сигналов, поступающих по восьми параллельным каналам в цифровой код с последующим его сохранением в ОЗУ и считыванием во внешнем МП в режиме прямого доступа к памяти. Микросхема АЦС К572ПВ4 изготовлена по КМОП технологии.
Система сбора данных обеспечивает непосредственное сопряжение с МП, имеющими как раздельные, так и общие шины адреса и данных. Управление К572ПВ4 осуществляется от МП логическими сигналами ТТЛ и КМОП уровней. Режим прямого доступа к памяти реализуется в соответствии с алгоритмом последовательной обработки аналоговых сигналов по восьми независимым входам.
Рис. 8. Условное графическое обозначение микросхемы К572ПВ4
Назначение выводов:
0 – 7 – цифровые выхода;
STAT – выбор канала и начало преобразования;
CS – вход управления считыванием данных ОЗУ;
CLK – вход тактовых импульсов;
ALE – вход управления при обращении к ОЗУ;
А0 – А2 – адресные входы;
IN1 – IN8 – входы мультиплексора.
Описание функциональной схемы управления
Основу микропроцессорной системы управления технологическим оборудованием (рис. 9) составляет микропроцессор (CPU) серии U83-К1883. Он осуществляет управление всеми микросхемами, входящими в устройство, производит ввод информации с датчиков и выполняет её обработку по заданному алгоритму. После чего выдает определенные сигналы управления, в результате которых производится включение или выключение исполнительных приводов. Ввод информации с датчиков и вывод сигналов управления на приводы осуществляется по шине данных, разделенной на шину ввода и шину вывода, к которым соответственно подключены АЦП с коммутатором и оптронные развязки (ОР) с блоком управления приводами (БУП). Оптронные развязки предназначены для электрической развязки управляющей аппаратуры и исполнительных приводов. Данная развязка делается для того, чтобы при выходе из строя исполнительного элемента управляющая аппаратура не вышла из строя. В связи с тем, что в системе используется аналоговые датчики, а устройство управления работает с цифровыми сигналами, в неё введен аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с коммутатором, который выполняет преобразование аналогового сигнала с выбранного датчика в цифровую форму.
Рис. 9. Функциональная схема системы управления
Описание принципиальной схемы
Основными частями микропроцессорного устройства управления являются три микросхемы: БИС управляющей памяти, БИС арифметического устройства, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). ЦП выполняет основную роль (рис. 10), т.к. по его сигналам управления производится запуск АЦП, считывание информации с датчиков, которая в дальнейшем обрабатывается в ЦП по определенному алгоритму, и в зависимости от результата производится формирование и выдачу управляющих сигналов для того или иного привода.
При необходимости считывания информации с датчика, микропроцессор на шину адреса выдает информацию, которая указывает, с какого датчика будет производиться считывание информации. После этого микропроцессор формирует сигналы управления, которые указывают микросхемам на то, что процесс считывания должен быть начат и производить ввод информации с шины данных.
При необходимости включения привода, ЦП передает цифровой код, который указывает, как и какой привод будет работать. Далее через оптронную развязку сигнал поступает на блок управления приводами.
DD1 – БИС управляющей памяти U831-К1883РТ1;
DD2 – БИС арифметического устройства U830-K1883ИA0;
DD3 – восьмиразрядный аналогово-цифровой преобразователь К572ПВ4; BL1 –BL5 – оптронная развязка.
Описание алгоритма работы программы управления
В начале работы программы происходит опрос датчиков на определение положения схвата. Если схват не находится в начальном положении, то с помощью приводов схват переводится в начальное положение. Далее происходит опрос датчиков на наличие заготовки в накопителе, если заготовки нет, то робот ждет, пока она не появится (задержка времени). Затем идет обращение к подпрограмме выдвижения (втягивания) схвата и сжатия (разжатия) губок - робот берет заготовку. Затем происходит перемещение схвата к станку путем вызова ряда подпрограмм: выдвижение (втягивание) схвата, поворот звена, опускание (поднятие) схвата, выдвижение (втягивание) схвата, сжатие (разжатие) губок, выдвижение (втягивание) схвата - заготовка устанавливается в станок. При этом, в момент работы подпрограммы, считывается информация с соответствующего датчика, и если схват достиг нужного положения, то происходит отключение привода и выполняется следующая подпрограмма.