38 Разработка программного обеспечения и отладка микропроцессорной системы управления.

Разработка программного обеспечения МПСУ имеет особенности, которые обусловлены следующими причинами:

- необходимость реализации программ управления со строго ограниченным временем выполнения;

- необходимость синхронизации выполнения программ с внешними событиями;

- большая связанность программ, т. е. наличие большого числа переменных общих для различных функциональных задач.

- предъявление повышенных требований в отношении устойчивости к различного рода сбоям и ошибкам.

Процесс разработки прикладного программного обеспечения выполняется в следующей последовательности:

1. производится разработка алгоритмов решения задач управления, 2.осуществляется кодирование программы на языке программирования, 3.трансляция в машинные коды микропроцессора 4.отладка.

Разработка алгоритмов управления является наиболее ответственным этапом, от которого существенно зависит качество процесса управления и технические параметры разрабатываемой МПСУ. Детализации алгоритма:

- концептуальная блок-схема программного обеспечения; - функциональная блок-схема решения отдельных задач; - машинно-ориентированные блок-схемы.

Отладка микропроцессорных систем– это процесс обнаружения ошибок, допущенных на предыдущих этапах проектирования, их исправления и обеспечения правильности функционирования системы в реальных условиях. Отладка может быть разделена на несколько этапов, в ходе выполнения которых осуществляется автономная отладка аппаратной части и программного обеспечения, и также комплексная отладка всей системы в целом.

Динамическая проверка позволяет выявить основной процент неисправностей в аппаратуре. Она проводится при выполнении процессором тестовой программы. При этом проверяется происхождение данных в системе, временные диаграммы сигналов в контрольных точках и взаимодействие отдельных устройств МПСУ. Для локализации неисправностей широко используются различные приборы: осциллографы, амперметры, логические и др.

Этап отладки программ МПСУ производится с использованием специальных средств: программных и аппаратно-программных. Программные средства отладки – комплекс программ, позволяющих выводить на дисплей содержимое ячеек памяти и регистров микропроцессора, изменить содержимое регистров и любой ячейки оперативной памяти; начинать выполнение программы с любой ячейки памяти; останавливать выполнение программы по достижению команды, находящейся в определенной ячейке памяти или при выполнении какого-либо условия. Все это дает возможность выполнять прикладную программу в пошаговом режиме, в режиме трассировки, в режиме остановки программы в контрольных точках. При работе прикладных программ в этих режимахэффективно обнаруживаются ошибки и анализируются их причины.

В пошаговом режиме выполнение отлаживаемой программы прекращается после каждой команды микропроцессора и возобновляется вновь по команде оператора, при этом на дисплее отображается информация о состоянии регистров микропроцессора, ячеек памяти, используемых в последней команде, и несколько следующих команд.

В режиме трассировки автоматически выполняется вся или часть программы до останова извне, при этом на дисплее отображается содержимое регистров после выполнения каждой команды. Программист, анализируя эти данные, может обнаружить ошибку.

В режиме остановки на контрольной точке место останова выполнения программы задается в виде адреса, кода команды, слова состояния микропроцессора, содержимого регистров и комбинации кодовых слов. Это дает возможность контролировать порядок выполнения произвольных ветвей прикладной программы.

Отладка программного обеспечения только программными средствами происходит без связи с соответствующими аппаратными средствами МПСУ, что снижает эффективность этих средств и не позволяет выявить все ошибки программирования.

Аппаратно-программные средства обеспечивают комплексную отладку прикладных программ и аппаратуры, соответствующей МПСУ, путем моделирования работы аппаратных средств микропроцессорной системы.

39. Средства сопряжения в микропроцессорных системах обеспечивают:

- ввод в заданные моменты времени информации о регулируемых координатах;

- выдачу управляющих сигналов в преобразователь;

- синхронизацию процессов управления с питающим преобразователь напряжением.

В качестве средств измерения переменных состояний объекта в микропроцессорных электроприводах с регулированием скорости применяют два вида датчиков обратной связи: скорости и тока. Каждый из датчиков характеризуется диапазоном измерения входной величины, разрешающей способностью, параметрами выходного сигнала, быстродействием, надёжностью в работе.

В качестве датчика скорости в регулируемом электроприводе чаще всего используется тахогенератор постоянного тока или фотоэлектрический импульсный датчик. В первом случае для ввода информации в микропроцессорное устройство напряжение тахогенератора, пропорциональное скорости, необходимо преобразовать в цифровой код, во втором случае измерение скорости осуществляется подсчётом количества импульсов датчика за заданный интервал времени или измерением длительности природы между импульсами.

Для реализации обратной связи по току необходимы датчики тока, обеспечивающие гальваническую развязку силовых цепей и цепей управления. Датчик постоянного тока наиболее просто реализуется на основе шунта, включенного последовательно в цепь измеряемого тока. Падение напряжения на шунте при номинальном токе обычно составляет 75 мВ, поэтому для ввода информации в устройство сигнал шунта необходимо усилить, потенциально развязать от силовых цепей, преобразовать в цифровой код. Измерение величины переменного тока производится трансформатором тока. Выходной токовый сигнал трансформатора тока, снимаемый со вторичной обмотки трансформатора, работающей в режиме короткого замыкания, необходимо преобразовать в сигнал напряжения, выпрямить и преобразовать в цифровой код.

Для преобразования аналоговых измерительных сигналов в цифровой код используются аналогово-цифровые преобразователи (АЦП), выпускаемые промышленностью в виде интегральных схем. Выбор АЦП производится с учётом числа разрядов выходного кода, времени преобразования, диапазона изменения входного напряжения, типа логики, с которой АЦП может работать без устройств сопряжения.

Во всех случаях при вводе измерительных сигналов необходимо предусмотреть фильтрацию полезного сигнала от случайных помех.

В качестве элементов, осуществляющих коммутацию силовых цепей преобразователя, обычно используются ключи, построенные на базе полупроводниковых транзисторов или тиристоров. Для управления силовым транзистором в устройстве вывода управляющего сигнала должна быть предусмотрена гальваническая развязка, схема усиления сигнала по мощности до уровня, который требуется для включения (отключения) транзистора.

В связи с тем, что тиристор является полууправляемым элементом, его включение можно осуществлять импульсным сигналом, подаваемым на управляющий электрод. При этом схема гальванической развязки может быть выполнена на базе импульсного трансформатора.

Синхронизация работы микропроцессорного устройства с сетью требуется в управляемых выпрямителях или тиристорных регуляторах напряжения и может быть реализована тремя способами:

- программным - сигнал, фиксирующий прохождение питающего напряжения через ноль, подаётся на один из входов модуля ввода-вывода, который периодически опрашивается в управляющей программе;

- программно-аппаратным – этот сигнал поступает на вход запроса прерывания микропроцессора и вызывает выполнение программы обслуживания прерывания;

- аппаратным - устройство вычисляет параметры управляющего сигнала, а его выдача синхронизируется чисто аппаратными средствами.