microbik.ru
1 2 ... 5 6
Красноярский государственный университет цветных металлов и золота

Кафедра автоматизации производственных процессов


ЦМ





Дисциплина “Применение ЭВМ в СУ”

Красноярск 2005 г.



Лабораторная работа № 4 a
”Изучение контроллера Octagon Systems”

Цель работы

  1. Изучить устройство контроллера Octagon Systems.

  2. Научиться подключать микроконтроллер к ПЭВМ и загружать исполняемую программу.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Микроконтроллер Octagon Systems 6050


Микроконтроллер 6050 имеет IBM PC совместимую архитектуру, реализованную на базе процессора 386SX с тактовой частотой 40 МГц, а также AT совместимой BIOS с промышленными расширениями, и способен функционировать как автономно, так и совместно с модулями ввода-вывода, объединенными через 8-разрядную магистраль ISA. Изделия серии 6050 могут устанавливаться в конструктивы, производимые Octagon, а также в пассивные объединительные платы, имеющие магистраль ISA.

МК 6050 имеют в своем составе микросхемы оперативной памяти, статического ОЗУ и флэш-ПЗУ, что устраняет необходимость их дополнительного приобретения с последующей настройкой системы. Таким образом, каждое изделие данной серии готово к работе сразу после извлечения из транспортной упаковки.

Для повышения надежности функционирования в условиях, характерных для промышленного производства, подсистема ввода-вывода изделий серии 6050 оснащена дополнительными средствами защиты. Кроме того, для снижения затрат на создание и сопровождение программного обеспечения микроконтроллеры имеют встроенную среду разработки и исполнения встраиваемых приложений CAMBASIC, которая является мощным мультизадачным языком высокого уровня, синтаксис которого аналогичен синтаксису семейства языков программирования BASIC.



Рисунок 1 – Общий вид платы МК

Основные характеристики микроконтроллера:

  • комплект базового программного обеспечения:

    • встроенная операционная система Datalight ROM-DOS™;

    • файловая система флэш-памяти Phoenix PICO FA™;

    • мультизадачная система разработки и исполнения программного обеспечения CAMBASIC™;

    • сетевое ядро для сети до 32 узлов на базе интерфейса RS-422/485;

    • Phoenix BIOS™ с промышленными расширениями;

    • библиотека драйверов;

    • программное обеспечение самодиагностики;

  • процессор 386SX, 40 МГц;

  • динамическое ОЗУ с повышенным быстродействием и высокой механической прочностью объёмом 2 Мбайт;

  • твердотельные диски с повышенной устойчивостью к механическим воздействиям:

    • флэш-ПЗУ объемом 1 Мбайт со встроенным программатором (SSD0);

    • статическое ОЗУ объемом 128 кбайт с автономным питанием от батареи (SSD2);

  • хранение параметров конфигурации в РПЗУ с последовательным доступом;

  • два порта последовательной связи с защитой от электростатического разряда до 8 кВ;

  • многофункциональный порт принтера с защитой от повреждения чрезмерным током;

  • дискретный ввод/вывод;

  • выходы с повышенной нагрузочной способностью;

  • порты клавиатуры и динамика;

  • поддержка матричной клавиатуры и индикаторной панели;

  • сторожевой таймер;

  • возможность автономной работы или управления периферийными модулями через магистраль ISA;

  • два оптоизолированных входа сигналов прерывания;

  • светодиодные индикаторы состояния системы;

  • диапазон рабочих температур от минус 40 до +85°С;

  • удары до 10g, вибрация до 2g;

  • питание напряжением 5 В;

  • режим пониженного энергопотребления;

  • защита от перенапряжения и переполюсовки напряжения питания;

  • среднее время безотказной работы не менее 15 лет;

  • габаритные размеры - 124.46114,30 мм.

Комплект встроенного программного обеспечения, хранящийся на электронном флэш-диске SSD0 включает:

  • Phoenix BIOS с промышленными расширениями Octagon. Для ускорения операций обращения BIOS отображается на область верхней памяти;

  • встроенная операционная система Datalight ROM-DOS™ 6.22 в целях освобождения основной памяти для прикладных программ загружается в область верхней памяти;

  • файловая система флэш-памяти PICO FA позволяет выполнять операции обращения к флэш-ПЗУ как к стандартному накопителю на жестком магнитном диске;

  • система разработки и исполнения приложений CAMBASIC имеет в своем составе драйверы для всех аппаратных средств, входящих в состав микроконтроллеров;

  • сетевое ядро позволяет создавать сети передачи данных на основе интерфейса RS-422/485, объединяющие до 32 узлов;

  • библиотека сервисных программ содержит примеры приложений, созданных на Си и CAMBASIC;

  • программное обеспечение самодиагностики осуществляет проверку всех подсистем микроконтроллера при включении питания.

CAMBASIC имеет встроенную программную поддержку всех подсистем микроконтроллеров, включая подсистемы аналогового и дискретного ввода-вывода, прерываний и коммуникационных портов, что позволяет сократить время разработки программного обеспечения за счет устранения необходимости создания и отладки драйверов.

Микроконтроллер 6050 оснащён программными средствами самодиагностики, которые позволяют осуществлять проверку портов ввода-вывода и устройств памяти. При каждом включении питания или при сбросе автоматически выполняется ряд проверок, результаты которых отображаются с помощью двухцветного светодиодного индикатора. Таким образом, для тестирования микроконтроллера не требуются клавиатура, монитор, дисковые накопители и другие диагностические аппаратно-программные средства.

В состав микроконтроллера входит динамическое ОЗУ с ускоренным страничным доступом (FPM) в планарном исполнении. Применение монтажа на поверхность обеспечивает более высокую механическую прочность, чем использование устройств памяти, устанавливаемых в розетки.

Твердотельный диск SSD0, представляющий собой флэш-ПЗУ объемом 1 Мбайт, содержит встроенное базовое программное обеспечение, занимающее около 512 кбайт. Оставшиеся 512 кбайт доступны для прикладных программ. Логическая структура флэш-диска соответствует структуре стандартного накопителя на жестком магнитном диске. Использование флэш-диска существенно облегчает установку и модификацию программного обеспечения по сравнению с применявшимися ранее микросхемами ПЗУ с электрической записью/ ультрафиолетовым стиранием.

Твёрдотельный диск SSD2, представляющий собой статическое ОЗУ объемом 128 кбайт с автономным питанием от батареи, предназначен для энергонезависимого хранения данных, накапливаемых в процессе исполнения прикладной программы.

Микроконтроллер имеет два последовательных порта, совместимых с УАПП 16C550, которые могут использоваться для организации связи с принтером, терминалом и другими устройствами, имеющими последовательный доступ. Порты имеют встроенные буферы типа FIFO объёмом 16 байт, что позволяет снизить загрузку процессора при исполнении коммуникационных приложений. Указанные порты обеспечивают поддержку следующих основных параметров обмена: 5, 6, 7 или 8 бит данных; 1, 1,5 или 2 стоп-бита; скорость передачи данных устанавливается программным способом в диапазоне от 150 до 115200 бит/с.

Последовательные порты оснащены средствами защиты от электростатического разряда напряжением ±8 кВ в соответствии с требованиями стандарта МЭК 1000. Кроме того, имеется защита портов от повреждения током, величина которого выше допустимого значения, который возникает при неправильной последовательности подачи напряжения питания на микроконтроллер и подключенное устройство с последовательным доступом. Порт СОМ2 может быть использован в качестве оптоизолированного приемопередатчика интерфейса RS-422/485 путем применения интерфейсного модуля NIM, который подключается непосредственно к соединителю порта СОМ2 без дополнительного кабеля и источника питания.

Для присоединения к портам внешних устройств с последовательным доступом используется соединительный кабель VTC-9F. Назначение и нумерация контактов соединительного кабеля позволяют осуществлять непосредственное подключение к вилке типа DB-9. При организации связи между ПЭВМ и РС микроконтроллером по последовательному каналу следует дополнить кабель нуль-модемным адаптером. Последовательный порт СОМ1 по умолчанию имеет тот же базовый адрес 3F8H и использует то же прерывание IRQ4, что и порт СОМ1 РС совместимой ПЭВМ в стандартной конфигурации. Аналогично, последовательный порт СОМ2 по умолчанию имеет базовый адрес 2F8H и использует прерывание IRQ3.

Порт дискретного ввода-вывода имеет 24 линии, разделенные на три группы (Порт А, Порт В и Порт С) по 8 линий в каждой. Любая линия Порта А и Порта С может быть индивидуально настроена на ввод или вывод сигналов с уровнями напряжения 5 В. Линии групп Порт А и Порт C оснащены нагрузочными резисторами сопротивлением 10 кОм, которые могут быть присоединены к цепи питания микроконтроллера либо к цепи Общий с помощью перемещаемого переключателя. Нагрузочная способность этих линий составляет 15 мА.

Линии дискретного ввода-вывода могут быть использованы для контроля положения коммутационной аппаратуры, управления единичными индикаторами (светодиодами), и организации связи с любыми электронными устройствами, входы и выходы которых совместимы с ТТЛ. Порт дискретного ввода-вывода может управлять установленными на объединительные панели Octagon серии МРВ модулями гальванической развязки, выполняя коммутацию нагрузок повышенной мощности при напряжении до 240 В и токе до 3 А и обеспечивая ввод сигналов с напряжением до 240 В.

Остальные 8 линий (Порт B) дополнены буферными элементами с повышенной нагрузочной способностью на базе матрицы транзисторных пар Дарлингтона ULN2804 и могут быть настроены только на вывод. Каждый выход матрицы представляет собой каскад с открытым коллектором, допускающий коммутацию нагрузки при токе до 100 мА и напряжении до 50 В. Порт с повышенной нагрузочной способностью может использоваться для управления реле, светодиодными индикаторами, соленоидами и другими аналогичными устройствами. При включении питания напряжение на всех входах буферного элемента устанавливается в низкий уровень. Это вызывает отключение всех выходов данного порта. Прикладная программа должна выполнить настройку линий Порта В на вывод и затем установить состояние каждой линии. Выходные каскады данного порта выполнены на базе буферных элементов с повышенной нагрузочной способностью. Логическое состояние его линий инверсно по отношению к значениям, которые выводятся в порт прикладной программой. Запись логической "1" переведет буферный элемент во включенное состояние, что вызовет подключение нагрузки к цепи Общий. Запись логического "0" вызовет выключение буферного элемента, что приведет к отключению нагрузки от цепи Общий.

За исключением последовательных каналов связи и линий дискретного ввода-вывода подключение к PC микроконтроллеру всех остальных внешних устройств осуществляется через 34-контактный соединитель AUX I/O. Перечень внешних устройств, подключаемых к соединителю AUX I/O через интерфейсный модуль ВОВ, включает в себя клавиатуру, динамик, принтер, НГМД, дополнительную АТ-батарею, источники сигналов удаленного сброса и прерывания. Подобное совмещение позволяет сократить количество соединительных кабелей и исключить возможность ошибки при подключении кабелей к соединителям микроконтроллера. Интерфейсный модуль ВОВ имеет индивидуальные соединители для всех перечисленных выше устройств.

В состав PC микроконтроллера входит порт для подключения АТ-совместимой клавиатуры, снабженной миниатюрным соединителем типа PS-2. Подключение динамика осуществляется через интерфейсный модуль ВОВ.

Многофункциональный параллельный порт может быть использован:

  • для подключения IBM PC совместимого принтера;

  • в качестве порта дискретного ввода-вывода общего назначения;

  • для организации интерфейса с НГМД;

  • для обслуживания 4-строчного алфавитно-цифрового дисплея;

  • для подключения 16-кнопочной матричной клавиатуры;

  • для управления мощными нагрузками при использовании модулей гальванической развязки, устанавливаемыми на 16-позиционную объединительную панель типа МРВ-16РС.

Порт принтера обеспечивает поддержку режимов ЕРР и ЕСР в соответствии с IEEE 12 84А, что позволяет организовывать обмен данными с более высокой скоростью, чем в предыдущих реализациях параллельных портов. Кроме того, линии порта имеют защиту от повреждения током, величина которого больше допустимого. Нагрузочная способность линий порта составляет 24 мА. Линии порта выведены в соединитель AUX I/O.

В приложениях, требующих наличия упрощенной консоли оператора, параллельный порт AUX I/O совместно с интерфейсным модулем KAD может быть использован для подключения 16-кнопочной матричной клавиатуры и 2-х или 4-строчной жидкокристаллической или газоразрядной панели. Базовое программное обеспечение микроконтроллеров включает в себя функции управления индикаторной панелью и сканирования матричной клавиатуры. Интерфейсный модуль KAD оснащен соединителями для подключения как клавиатуры, так и индикаторных панелей обоих типов.

МК 6050 имеет в своем составе входы, которые могут быть применены в промышленных условиях для аварийного сброса и/или синхронизации системы с каким-либо внешним событием. Прерывание или сброс производятся при подаче на указанные входы постоянного напряжения в диапазоне от 4,5 до 6,0 В. Вход сигнала прерывания от удаленного источника соединен со входом IRQ9 контроллера прерываний. В целях обеспечения защиты цепей микроконтроллера данные входы имеют гальваническую изоляцию.

Функционирование системы в режиме реального времени, как правило, требует максимальной скорости реакции на события, связанные с контролируемым объектом. Подсистема прерываний микроконтроллеров серии 6050 содержит 4 линии запросов прерывания от источников, входящих в состав микроконтроллера, а также 5 линий, выведенных на внешнюю магистраль ISA, что позволяет максимально эффективно использовать прерывания.

Система на базе МК 6050 может быть расширена путем использования пассивной объединительной платы с 8-разрядной магистралью ISA и периферийных модулей серии 5000. Для реализации произвольных вариантов монтажа имеется возможность объединения микроконтроллера с периферийными модулями при помощи плоского кабеля оснащенного ответными частями соединителя 8-разрядной магистрали ISA. Кроме того, возможно автономное функционирование микроконтроллеров.

Сторожевой таймер является средством повышения отказоустойчивости системы при сбоях или "зависаниях" во время исполнения программы. По истечении заданного интервала времени, сторожевой таймер вырабатывает активный уровень на линии сброса процессора и магистрали. Сброс по сторожевому таймеру осуществляется по истечении интервала времени (сторожевого интервала), равного 1,6 с (минимальное значение - 1,00 с; максимальное - 2,25 с), если предварительно таймер в свою очередь не был сброшен программным способом. Управление сторожевым таймером осуществляется с помощью дополнительных функций программного прерывания INT17H, которые являются промышленными расширениями BIOS РС микроконтроллера.

Потеря параметров конфигурации является весьма серьезной проблемой в системах промышленного назначения. Значения системных параметров конфигурации микроконтроллера сохраняются в энергонезависимом РПЗУ-ПД, в результате чего снижается вероятность нарушения их целостности при сбоях системного питания или при выходе их строя батареи. 512 байт РПЗУ-ПД зарезервированы для BIOS, a 1536 байт могут быть использованы для хранения информации пользователя. Программная поддержка операций чтения и записи области РПЗУ-ПД, доступной пользователю, осуществляется с помощью дополнительных функций BIOS INT17H.

МК 6050 имеют в своем составе часы/календарь типа AT. Автономное питание часов и статического ОЗУ при отключении питания микроконтроллера осуществляется напряжением 3,6 В от батареи, а также входящей в состав изделия. Для продления работоспособности автономного питания часов/календаря и статического ОЗУ имеется возможность подключения внешней АТ-батареи. Системные дата и время могут быть считаны внутренними командами DOS, а также с помощью команд CAMBasic.

Управление энергопотреблением может быть использовано для снижения потребляемой мощности или для приостановки исполнения программы до возникновения некоторого события, по которому генерируется прерывание для системы управления энергопотреблением. Потребляемая мощность может быть снижена на 70%, что обеспечивает уменьшение тепловой нагрузки активных компонентов и увеличение времени автономной работы мобильных систем с питанием от батарей.

Электрическое питание МК 6050 осуществляется постоянным напряжением (5,00+0,25) В. Для предотвращения выхода изделий из строя при ошибочной смене полярности напряжения питания или перенапряжении вход питания снабжен стабилитроном с напряжением пробоя 6,2 В и мощностью 5 Вт. Напряжение питания подается на микроконтроллер через соответствующие линии магистрали ISA или через клеммную колодку.

МК 6050 сохраняют работоспособность в диапазоне температур окружающего воздуха от -40 до +85 °С. Кроме того, изделия устойчивы к воздействию одиночных ударов с ускорением до 20g и синусоидальной вибрации до 2g.


следующая страница >>