Автоматизация проектирования систем и средств управления

ВВЕДЕНИЕ

 

Важнейшим направлением в развитии проектирования систем и  средств управления является автоматизация  большинства рутинных, вычислительных и оформительных операций, путем  внедрения средств вычислительной техники и электроники. Автоматизация  производственных процессов и внедрение в них средств вычислительной техники позволяет увеличить производительность труда, сократить сроки подготовки конструкторской документации, уменьшить количество ошибок при проектировании, сократить расход на изготовление макетов и качественно изменить условия труда.

При проектировании систем управления оборудованием и автоматизированных комплексов широко применяется САПР. Основные функции этих систем являются: автоматизация выполнения различных  проектных процедур с целью нахождения оптимальных вариантов проектирования объекта, автоматизация выбора схем или конструкции, автоматизация составления проектных и технических документаций. Примером САПР в системе управления являются автоматизированные системы проектирования принципиальных электрических схем, печатных плат, электронных устройств, фильтров (корректирующих устройств) систем автоматики, инженерного анализа электрических процессов в цепях и состояние регистров микроконтроллера

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

 

1.1 AI8S-5A Модуль аналогового ввода-вывода

 

Модуль AI8S-5 выполнен в  стандарте MicroPC и предназначен для одновременного измерения 8-ми аналоговых сигналов напряжения или тока. Все входы-выходы платы гальванически изолированы от системы (групповая изоляция), кроме того, аналоговые входы имеют защиту от перенапряжения.

Рис. 1 – внешний вид Модуля AI8S-5

 

Основные характеристики платы :

• Подключение кабелем CMA-20 или через разъемные клеммы
• 14-разрядный АЦП + 10 В;
• Шунтирующие резисторы для измерения токов + 80 мА;
• Время преобразования АЦП 6 мкс;
• Время установления (0.01%) входов и/или изменения коэффициента усиления 7 мкс1;
• Защита от перенапряжения +40В;
• Входное сопротивление каналов > 10 Мом;
• Коэффициент усиления каналов 110,1002;
• Точность измерения +2 МЗР;
• Скорость преобразования по любому каналу 100000 выб/сек;
• Скорость считывания данных 800000 выб/сек3;
• 2×12-разрядных ЦАП 0..5/+ 5/0..10 В; 0..20/4..20 мА;
• 16-разрядный таймер с частотой 0.1/ 1 МГц;
• 16 изолированных цифровых выходов;
• Совместимость с платами расширения AIMUX-32, MUX-16;
• Автосканирование каналов плат AIMUX-32, MUX-16;
• ОЗУ коэффициентов усиления входов для платы AIMUX-32;
• Запуск АЦП: программный или по таймеру;
• Считывание из АЦП: в режиме опроса, по прерыванию или по каналу DMA;
• 5 линий разделяемых аппаратных прерываний ( IRQ3.7 );
• 2 линии разделяемых запросов канала DMA (DRQ/DACK1,3);
• Групповая опто-изоляция от системы 1000В;
• Работа от -40 C до +85C;

 

 

Рис. 2 - Подключение аналоговых сигналов

 

Подсоединение входных ( +AI0 .. +AI7) и выходных (DAC0, AC1)аналоговых сигналов производится либо отдельными проводами к разъемному клеммному соединителю J1, либо кабелем CMA-20 к вилкам J2, J3. Для улучшения работы модуля неиспользуемые входы следует соединить на разъеме J1 с линией AGND. Модуль позволяет измерять до 8-ми дифференциальных сигналов напряжения или тока. Дифференциальные сигналы подключаются парой проводов к соответствующим линиям: +AIx, -AIx , где x=0...7, а общий провод или плавающая земля, если необходимо, соединяется с линией AGND .Однопроводные сигналы подключаются к соответствующим контактам: +AIx, где x=0...7, общий провод соединяется с линиями -AIx, AGND.

Рис. 3 – расположение компонентов платы

 

Технические характеристики

Напряжение питания +5 В +/- 5% ; 300 мА

Рабочий температурный диапазон -40°C...+85°C

Температура хранения -55°C...+95°C

Относительная влажность  воздуха 95% при +25°C

 

Установка и  настройка

Модуль может быть установлен в монтажные корзины Micro PC, в слоты компьютеров IBM PC или объединен гибким шлейфом с краевыми разъемами к другим модулям. Плата содержит чувствительные элементы. Установка, снятие модуля или подключение к разъемам при включенном питании, а также статический заряд рук могут вывести их из строя. При установке в слоты ISA компьютеров или другие крейты необходимо соблюдать правильную ориентацию модуля относительно 62-х контактного разъема (ряды A, B). Неправильная установка (с разворотом на 180°) приводит к выходу модуля из строя.

 

Режимы работы модуля

Модуль AI8S-5A позволяет  работать в следующих режимах запуска/ считывания АЦП:

• программный пуск/считывание в режиме опроса [FIFO][n++]

• пуск от таймера/считывание по биту готовности [FIFO][n++]

• пуск от таймера/считывание по прерыванию [FIFO][n++]

• пуск от таймера/считывание по каналу DMA [n++][ ] = дополнительные опции режима[n++] = аппаратное переключение каналов плат расширения AIMUX-32, MUX-16 (автосканирование[FIFO] = запись выборок в FIFO

Программный запуск/ Считывание в опросе

В этом режиме запуск АЦП  производится программно - записью 1 в бит ST_RDY ( Start /Ready) контрольного регистра, а считывание данных производится после установки того же бита ST_RDY, который сбрасывается на время преобразования

Запуск таймера 

AI8S-5A имеет 16-разрядный  таймер, который может быть использован для периодического запуска аналого-цифрового преобразования. Для включения таймера необходимо записать требуемый период счета в регистр MAXC и установить бит TMR контрольного регистра. Выключение таймера производится сбросом бита TMR. Если бит FAST контрольного регистра не установлен, запуск преобразования от таймера (кроме первого после включения таймера) осуществляется только после чтения данных АЦП.

Пуск от таймера/ Считывание в опросе

В этом режиме запуск АЦП  производится от таймера, а считывание данных - по биту ST_RDY. Для перехода в данный режим достаточно запустить таймер. Если установлен бит n++, то после преобразования произойдет автоматическое переключение AIMUX-32 на следующий вход. Для режимов с запуском от таймера (кроме опции FIFO) бит ST_RDY устанавливается по завершению аналого-цифрового преобразования. Сброс бита ST_RDY – только после чтения регистра данных АЦП7

 Пуск от  таймера/ Считывание по прерыванию 

В этом режиме запуск АЦП  производится от таймера, а считывание по прерыванию запуска:

• 8 выборок завершено

• верхняя граница FIFO достигнута (опция [FIFO])

Прерывание снимается  после чтения данных АЦП7 или FIFO.

Для перехода в этот режим  необходимо установить бит INT контрольного регистра и запустить таймер. Если бит n++ установлен, то переключение AIMUX-32 на следующий аналоговый вход происходит автоматически с циклом 32.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 AI16-5A Модуль изолированных аналоговых входов

 

Модуль AI16-5A выполнен в  стандарте MicroPC и предназначен дляпреобразования 16-ти аналоговых сигналов напряжения или 8-мисигналов тока в 14-ти разрядный цифровой код.Все входы-выходы платы гальванически изолированы от системы(групповая изоляция), а аналоговые входы имеют защиту отперенапряжения.Основные характеристики платы :

 

Аналоговые  входы

• 16 однопроводных или 8 дифференциальных входов

(программируемый тип  подключения входов)

• 14-разрядный АЦП (AD7894-10)
• Программируемый коэф. усиления по любому входу

(хранится в регистре):

1, 2, 4, 8 (диапазон I , PGA206)

1,10,100,10001 (диапазон II, PGA204)

• Диапазоны входных напряжений/ токов (с учетом усиления)

диапазон I: 10 В ; 5 В; 2.5 В; 1.25 В;

80 мА; 40 мА; 20 мА; 10 мА

диапазон II1: 10 В; 1 В; 0.1 В; 0.01 В;

80 мА; 8 мА; 0.8 мА; 0.08 мА

• Защита от перенапряжения (ADG439F): -35/+50 В
• Пропускная способность (по DMA или при работе с FIFO) :

100000 выборок в сек. ( для диапазонов I )

40000 / 33000 / 7500 / 800 выборок  в сек. ( для диапазона II)

• Входное сопротивление:

>10 M (напряжение)

125 (ток)

• Аппаратное усреднение 2, 4, 8, 16 выборок
• Случайная погрешность измерения без усреднения: }2 МЗР
• Случайная погрешность измерения с усреднением : }0.5 МЗР
• FIFO (CY7C429): 1 Кслов (программируемая верхняя граница )
• Авто-сканирование входов

 

Аналоговые  выходы

• 2 однопроводных выхода (AD7249 + AD6941)
• 12-разрядная точность
• Диапазон (установка перемычками):

0-5 В; }5 В; 0-10 В;

0-20 мА; 4-20 мА; 1

Дополнительно

• Таймер: 16-бит (1 s or 10 s)
• Цифровые выходы: 8 (время установки 1.6 s)

(совместимость с AIMUX-32, MUX-16)

• Разделяемые линии прерываний (5) и каналы DMA (2)
• Напряжение изоляции: 1000 В (все входы-выходы от системы)
• Работа от -40 до +85 C
• Подключение кабелем CMA-20 (с терминальными платами) или напрямую (без терминальных плат )

Режимы работы

• Старт АЦП:

программный

аппаратный (от таймера)

• Считывание из АЦП:

опрос (ADC ready, FIFO/SRAM full )

по прерыванию (ADC ready, FIFO/SRAM full)

по каналу DMA (ADC ready)

• Старт ЦАП: программный

 

 

Установка и  настройка

Модуль может быть установлен в монтажные корзины Micro PC, в слоты компьютеров IBM PC или объединен гибким шлейфом с краевыми разъемами к другим модулям. Плата содержит чувствительные элементы. Установка, снятие модуля или подключение к разъемам при включенном питании, а также статический заряд рук могут вывести их из строя. При установке в слоты ISA компьютеров или другие крейты необходимо соблюдать правильную ориентацию модуля относительно 62-х контактного разъема.

Неправильная установка (с разворотом на 180градусов) приводит к выходу модуля из строя.

Режимы работы модуля

Модуль AI16-5A позволяет работать в  следующих режимах запуска/считывания АЦП:

• программный пуск/считывание в режиме опроса [FIFO][AVG][n++]
• пуск от таймера/считывание по биту готовности [FIFO][AVG][n++]
• пуск от таймера/считывание по прерыванию [FIFO][AVG][n++]
• пуск от таймера/считывание по каналу DMA [AVG][n++]

[ ] = дополнительные опции  режима

[n++] = аппаратное переключение входов  и соответствующего ему коэффициента усиления (автосканирование)

[AVG] = аппаратное усреднение выборок

[FIFO] = запись выборок в FIFO

Выбор входа и установка  коэффициента усиления

Перед запуском аналого-цифрового  преобразования необходимо выбрать требуемый вход (код n[4:0]) и установить коэффициент усиления соответствующий этому входу. Номер входа может устанавливаться программно (в регистре канала) или аппаратно по +1 , если установлен бит n++ в контрольном регистре (автосканирование).Коэффициент усиления для каждого входа устанавливается автоматически из оперативного запоминающего устройства (номер входа является адресом ОЗУ), запись в которое должна производится перед началом измерения входов. При программном изменении номера входа перед запуском АЦП необходима пауза не менее 6 мкс (при коэф. усиления ≤10) для установления канала измерения.

При автосканировании пауза не требуется, т.к.подключение входа происходит одновременно с измерением в АЦП предыдущего

Программный запуск/ Считывание в опросе

В этом режиме запуск АЦП  производится программно - записью 1 вбит ST_RDY ( Start /Ready) контрольного регистра, а  считывание данных производится после установки того же бита ST_RDY, который сбрасывается на время преобразования

Запуск таймера

AI16-5A имеет 16-разрядный  таймер, который может быть использован для периодического запуска аналого-цифрового преобразования. Для включения таймера необходимо записать требуемый период счета в регистр MAXC и установить бит TMR контрольного регистра. Выключение таймера производится сбросом бита TMR

Пуск от таймера/ Считывание в опросе

В этом режиме запуск АЦП  производится от таймера, а считывание данных - по биту ST_RDY. Для перехода в данный режим достаточно запустить таймер. Если установлен бит n++, то после преобразования произойдет автоматическое переключение АЦП на следующий вход. Для режимов с запуском от таймера (кроме опции FIFO) бит ST_RDY устанавливается по завершению аналого-цифрового преобразования или n-выборок(если включено усреднение). Сброс бита ST_RDY -только после считывания из регистра данных АЦП или смене входа.