Klasyfikacja zadań, zadania cząstkowe, wymagania względem systemu

Zadania dla systemu m ikroprocesorowego opisane w punkcie 4.2.3 wygodnie je st stabelaryzować rozbijając je na zadania cząstkowe i przypisując poszczególnym zadaniom odpowiednie wymagania, jakim odpow iadać powinien system mikroprocesorowy. Tak uporządkow ane informacje zawarto w tabeli 4.3.

Podane w tabeli wymagania dotyczące systemu mikroprocesorowego są przedstawione w postaci ogólnej.

W każdym konkretnym przypadku informacje te wym agają uzupełnienia o wiele dodatkowych elementów.

Należy tu wymienić:

liczbę układów wejść/wyjść cyfrowych,

rozdzielczość i liczbę kanałów przetw ornika A/C,

wymagania odnoszące się do mikroprocesora, jako jednostki centralnej.

Liczba układów wejść/wyjść cyfrowych je st uzależniona od ilości elementów systemu m ikroprocesorowego sterowanych sygnałami cyfrowymi (np. wyświetlacze, klawiatura) i ilości linii cyfrowych potrzebnych do sterowania (np. zaworami, stycznikami). Ze w zględu na specyfikę przesyłania informacji m ogą być wyróżnione sygnały wejściowe, wyjściowe i dwukierunkowe. W realizowanym projekcie należy przew idzieć pew ną rezerw ę linii wejść/wyjść cyfrowych. Wynika to z możliwej potrzeby rozbudowy systemu, jak a uw idocznić się m oże w

rozdział 4 ^- D obór sterowania dedykowanego urządzeń energoelektronicznych (system doradczy)

trakcie oprogramowywania i uruchamiania przekształtnika. N a tym etapie należałoby także przewidzieć obciążalność prądow ą wyjść i wejść. Sporo informacji n a ten temat można znaleźć w pracy [P5].

Układ sterowania w którym wykorzystywane są mierzone wielkości analogowe (prąd, napięcie i in.), powoduje potrzebę przetworzenia ich na postać cyfrową. Podstaw ow ą m etodą jest zastosowanie przetwornika analogowo-cyfrowego. Przy ustalaniu wymaganych parametrów jako podstawowe należy wymienić rozdzielczość (8-, 10-, 12-bitowa), dokładność (±1/2LSB, ±1LSB ), szybkość przetwarzania, ilość kanałów wejściowych. Pewne informacje na ten temat można znaleźć w dodatku 2.

Mikroprocesor jest szczególnym elementem systemu mikroprocesorowego. W ymagania odnoszące się do mikroprocesora, jako jednostki centralnej sprow adzają się do ustalenia możliwości realizacji przezeń operacji arytmetycznych związanych z koniecznością realizacji przygotowanego algorytmu sterowania. Dotyczy to zwłaszcza odtwarzania wielkości trudno m ierzalnych, adaptacji param etrów modelu obiektu i bloków regulatorów, jeśli takie są wymagane. W tedy niezbędne je st wykorzystanie rozkazów arytmetycznych: m nożenia i dzielenia, wykonywanych na danych 16- czy 32-bitowych.

tabela 4.3 - zadania i o d p ow iad ające im w ym a g a n ia w zględ em system u m ik ro p ro ceso ro w eg o 1 . komunikacja z użytkownikiem - obsługa wyświetlaczy

- obsługa klawiatury 5. sterowanie wielkości fizycznych - bloki regulatorów,

przetw arzania wielkości

rozdział 4 ^- D obór sterowania dedykowanego urządzeń energoelektronicznych (system doradczy)

W niektórych przypadkach [K I4], gdy zalecane byłyby wykonywanie obliczeń na liczbach zmiennoprzecinkowych, może wystąpić potrzeba zastosowania procesorów sygnałowych lub RISC, posiadających rozkazy asemblerowe tego typu. Przyspiesza to znacznie wykonywanie operacji, zwiększa dokładność i stabilność sterowania. Interesującą m ożliwością jest zastosowanie prostszego m ikroprocesora i wspomagającego go w takich operacjach np. procesora sygnałowego, pracującego jako koprocesor wykonujący część zadań [B10].

4.3.3 MIKROPROCESOR A STEROWANIE PRZEKSZTAŁTNIKA ENERGOELEKTRO- NICZNEGO

Zawarte w niniejszym punkcie informacje dotyczące m ikroprocesorów s ą zorganizowane tak, aby uwypuklone zostały te ich cechy, które są istotne w sterowaniu urządzeniami energoelektronicznymi. Dla każdego mikroprocesora podaje się skrótowo jego zasadnicze cechy, a następnie ocenia przydatność do sterowania urządzeń energoelektronicznych określonych klas.

Informacje o m ikroprocesorach w syntetycznej postaci podano ponadto w tabelach 4.1 i 4.2.

W procesie podejm owania decyzji o wyborze mikroprocesora należy wziąć pod uwagę informacje podane w punktach 4.2.3, oraz 4.3.2.

Intel 80C31 [MF81

Schemat blokowy 8-bitowego mikrokontrolera Intel 80C31 został przedstawiony na rysunku 4.18.

Jest to układ podstawowy bardzo rozbudowanej rodziny MCS51.

W wewnętrznej strukturze zawiera on 128B pamięci RAM, dw a 16-bitowe liczniki, układ transmisji szeregowej (UART), cztery bramy układu wejść/wyjść równoległych i dwupoziomowy priorytetowy układ przerwań o pięciu źródłach (dwa zewnętrzne, dwa liczniki i układ transmisji szeregowej.

M ikrokontroler realizuje obliczenia na liczbach 8-bitowych (dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie). Posiada rozbudowany procesor funkcji boolowskich. D la typowych rezonatorów kwarcowych szybkość wykonywania rozkazów to 1..4ps. W każdej sytuacji wymaga on dobudowania zewnętrznej pamięci typu ROM.

Układ jest przydatny do sterowania przekształtnikami typu DC/DC oraz przekształtników tyrystorowych o komutacji sieciowej (prostownik 6-pulsowy, 3-fazowy regulator napięcia przemiennego).

Sterowanie przekształtników DC/DC jest względnie proste. Liczba zaw orów jest względnie niewielka ( 1 ,2 lub 4). M ikroprocesor um ożliwia realizację sterowania typu modulacja szerokości im pulsów (MSI) i modulacji częstotliwości impulsów (MCz). N ależy do tego wykorzystać dwa liczniki, z których jeden wyznacza częstotliwość a drugi wypełnienie. M ożliwe je st uzyskanie częstotliwości przełączeń rzędu 5kHz, przy wypełnieniu 0.1..0.9.

Dopuszcza się zastosowanie m ikrokontrolera do sterowania falownika M SI 1-fazowego, w którym zaangażowanie czasowe nie je st dużo większe niż przy sterowaniu przekształtników DC/DC.

Nie jest wskazane stosowanie m ikrokontrolera do sterowania falownika M SI 3-fazowego. W ymaga on przełączania zaworów z coraz w iększą częstotliwością, przy czym najkrótsze dopuszczalne przełączenia są rzędu pojedynczych mikrosekund. Dla układu 3-fazowego ewentualnym rozwiązaniem byłoby dołączenie jednego z w ielu zewnętrznych układów m odulatorów (np. GEC Plessey M A818 - dodatekl). A utorowi pracy nie wydaje się jednak to rozsądne, ze względu na uwarunkowania ekonomiczne, cena m ikrokontrolera wynosi 5$, a modulatora GEC Plessey M A 818 aż 40..50S.

Sterowanie przekształtnikami o komutacji sieciowej wymaga realizacji dwóch funkcji: synchronizacji z siecią oraz sterowaniem kątem opóźnienia.

PO P1 P 2 P 3

Rys.4.18 Schemat blokowy m ikrokontrolera Intel 80C31

rozdział 4 - Dobór sterow ania dedykowanego urządzeń energoelektronicznych (system doradczy)

Do synchronizacji je st potrzebny system PLL. Sygnały synchronizacji są wprowadzane do m ikrokontrolera przez wejścia przerwań zewnętrznych. Takich wejść mikrokontroler posiada dwa, co przy trójfazowej sieci w najprostszym przypadku dawałoby synchronizację o częstotliwości sieciowej i w rezultacie pogorszoną dynamikę (liczniki odm ierzają kąt opóźnienia względem impulsu synchronizacji). Trudność tą m ożna ominąć przez wytworzenie zbiorczego sygnału przerwania od wszystkich faz, a rozpoznanie właściwej fazy i polaryzacji wykonać programowo w podprogramie obsługi przerwania.

Odmierzanie kąta opóźnienia załączania zaworów stanowi dość trudne zadanie. Dwa w ew nętrzne liczniki mogą być taktowane zewnętrznym sygnałem zegarowym, zsynchronizowanym poprzez układ PLL z siecią. Przy tym nie ma trzech liczników, w naturalny sposób potrzebnych do sterowania. Rozwiązanie sterow ania w ymaga odpowiedniego programowego przypisania liczników do bieżących faz.

Arytmetyka tego m ikrokontrolera stwarza poważne trudności w realizacji bardziej rozbudow anych procedur. Prowadzenie obliczeń na danych 16-bitowych jest niedogodne. Dlatego realizacja regulatorów jest wprawdzie możliwa, ale czasochłonna i w związku z tym sensowna tylko dla w olnozm iennych obiektów.

Jeszcze gorsza sytuacja je st dla jakiegokolw iek typu obserwatora czy innego bloku przetw arzającego, wymagającego lepszego i szybszego narzędzia matematycznego.

Reasumując nie zaleca się stosowania tego najprostszego mikrokontrolera. Korzystniej je st wybrać jed en z bardziej rozbudowanych przedstawicieli rodziny M CS-51, posiadających często układ kontroli popraw ności działania m ikrokontrolera (w atchdog - timer) i inne dodatkowe urządzenia wewnętrzne (przetw ornik A/C, układ szybkich wejść/wyjść).

Intel 80C51GB [MF8]

Jednym z przykładów rozbudow anych 8-bitowych mikrokontrolerów z rodziny M CS51, produkowanych przez firmę Intel, jest 80C51GB. Jego schemat blokowy został zamieszczony na rysunku 4.19.

W swojej wewnętrznej strukturze zawiera: 3 liczniki 16-bitowe, układ transmisji szeregowej asynchronicz­

nej i synchronicznej, pamięć danych poszerzoną do 256 bajtów, 8 kanałowy, 8-bitowy przetwornik A/C, bramy układu wejść/wyjść cyfrowych, licznik zabezpieczający mikrokontroler (watchdog) oraz dwa układy kom parato- rowo-licznikowe PCA (szerzej opisane w dodatku 1 i dodatku 5). Czteropoziomowy kontroler przerw ań o 15 możliwych źródłach um ożliwia optymalne wykorzystanie poszczególnych elementów wewnętrznych.

Ośmiobitowa arytmetyka m ikrokontro­

lera i asembler są identyczne ja k w pierwowzorze, czyli wcześniej przedstaw io­

nym układzie Intel 80C 31.

Układ jest przydatny rów nież do sterowania przekształtnikam i typu DC/DC oraz przekształtnikam i tyrystorowym i o komutacji sieciowej (prostownik 6-pulsowy, 3-fazowy regulator napięcia przem iennego) oraz falownikami M SI 1- i 3-fazowymi.

W sterowaniu z m odulacją szerokości wypełnienia. Zdecydowanym ograniczeniem je st tu 8-bitowa rozdzielczość układu PCA, pracującego trybie MSI oraz brak możliwości płynnego zadawania częstotliwości nośnej (patrz dodatek 1). N iezależnie od tego na wyjściu można uzyskać sygnał o częstotliwości nośnej do kilkunastu kHz, pełnej 8-bitowej rozdzielczości (0.4%

dokładności zadawania) oraz dużą dokładnością wykonywania przełączeń (niezależnie od program u - podpunkt 4.2.3.2).

Należy zauważyć, że sterowanie M SI m ożna zastosować do przekształtników AC/DC.

M ikrokontroler umożliwia sterow ania przekształtników o komutacji sieciowej. Realizacja je st oparta na wykorzystaniu układów komparatorowo-licznikowych PCA i PCA1, absorbując w niewielkim stopniu mikrokontroler. Pozostaje zatem więcej czasu na wykonanie innych funkcji realizowanych przez m ikroprocesor.

Dwa przykłady w których wykorzystano m ikrokontroler przedstawiono w dodatku 5 - prostow nik tyrystorowy Rys.4.19 Schemat blokowy mikrokontrolera Intel 80C51GB

rozdział 4 - D obór sterowania dedykowanego urządzeń energoelektronicznych (system doradczy)

6-pulsowy i dodatku 6 - cyklokonwertor 1- i 3-fazowy. Wyniki działania opisanych tam układów sterowania, wykonanych dla potrzeb laboratorium, pozw alają na stwierdzenie, że umiejętne w ykorzystanie możliwości układów PCA i PCA1, um ożliwia realizację sterowania tego typu przekształtnikami.

Niezależnie od opisanych wcześniej możliwości układowych i programowych, rozkazy operujące na danych 8-bitowych stanow ią przeszkodę w realizacji procedur wymagających dużej szybkości i precyzji wykonania. Uwagi zamieszczone w opisie mikrokontrolera Intel 80C31, a dotyczące operacji 16-bitowych obowiązują w stosunku do układu Intel 80C51GB.

Jako wynik tych rozw ażań należałoby stwierdzić, że mikrokontroler ten pozw ala na realizację algorytm ów sterowania przekształtników o komutacji sieciowej i typu MSI, o ile nie są postaw ione dodatkowe zadania wymagające większej m ocy obliczeniowej (skomplikowane szybkie regulatory, odtwarzanie wielkości niedostępnych pomiarowo).

Intel 80C196KC [MF9]

Schemat blokowy tego 16-bitowego mikrokontrolera został przedstawiony na rysunku 4.5. W ewnętrzna struktura mikroprocesora zawiera 232 rejestry ogólnego stosowania, 256 bajtów RAM -u, dw a 16-bitowe liczniki, układ szybkich wejść/wyjść (HSO/I), 3 bramy układów wejść/wyjść cyfrowych, układ transmisji szeregowej, 8 kanałowy przetwornik A/C oraz trzy wyjścia typu MSI.

Oprócz typowego priorytetowego kontrolera przerwań o 19 możliwych źródłach, posiada on sterownik transmisji peryferialnych (PTS). Sterownik PTS może realizować funkcje jak typowy system przerwań. Pozwala on na realizację pewnych funkcji (przesłanie bajtu informacji, ciągu bajtów, obsługę przetw ornika A/C, obsługę układu HSO/I) poza programem głównym. Podobnie ja k w przypadku standardowych przerw ań, w odpowiedniej chwili czasowej, pow oduje on zatrzymanie wykonywanego przez CPU programu i bez obsługi programowej (różnica w stosunku do standardowych przerwań), realizuje daną funkcję. Po jej wykonaniu układ sterowania pozwala na powrót do wcześniej wykonywanego programu. Nie jest w związku z tym konieczna obsługa programowa za każdą realizacją danej funkcji, poza tym nie jest wykorzystywany stos.

M ikrokontroler ten posługuje się operandami 8- i 16- i 32-bitowymi, wykonuje podstawowe operacje arytmetyczne i logiczne. N ie posiada wyodrębnionego akumulatora dla prowadzenia obliczeń, a jego funkcje mogą spełniać wszystkie 232 rejestry ogólnego stosowania oraz rejestry specjalne i sterujące. A rchitektura ta zwana rejestr-rejestr, bardzo ułatwia realizację obliczeń, znacznie przyśpieszając ich wykonanie.

M ikrokontroler um ożliwia realizację sterowania 3-fazowymi falownikami M SI. N ależy do tego wykorzystać układ szybkich wyjść. Realizowalnymi przykładami metod sterowania m ogą być m odulacja z sygnałem nośnym i m odulacja wektorem przestrzennym. Pierw szą metodę, w realizacji sterow ania falownika 3-fazowego MSI, przedstaw iono w podrozdziale 7.2. Odmiennym przykładem je st sterowanie falownika 1-fazowego z m odulacją szerokości pojedynczego impulsu, który opisano w dodatku 8 . M ożliwe do osiągnięcia częstotliwości przełączeń m ieszczą się w zakresie do kilkunastu kHz, z utrzymaniem dużej dokładności wykonywania przełączeń wynoszącej typowo 1 ps. Układ ten bardzo dobrze m oże funkcjonować przy sterowaniu wszelkiego rodzaju przekształtników DC/DC.

Układ szybkich wejść/wyjść jest strukturą pozw alającą na realizację algorytmu sterow ania przekształtników o komutacji sieciowej wymagającej dodania niewielkiej części programowej. Posiada on bowiem wejścia pozwalające na wychwycenie chwili punktu naturalnej komutacji oraz w yjścia um ożliwiające precyzyjne sterowanie zaworów. Bieżący czas (zwykle związany z siecią zasilającą) jest odliczany za pom ocą jednego z dwóch liczników. Jeden z nich ma możliwości taktowania zewnętrznego, co pozwala na synchronizację siecią.

Sam algorytm może mieć postać podobną do algorytmów przedstawionych w dodatkach: dodatek 5 - prostownik tyrystorowy 6-pulsowy i dodatek 6 - cyklokonwertor 1- i 3-fazowy.

Ze względu na znacznie bardziej rozbudow aną listę rozkazów i arytmetykę, w stosunku do wcześniej przedstawionych układów z serii MCS51, m ikrokontroler Intel 80C196KC pozw ala na realizację różnego rodzaju regulatorów i niezbyt skomplikowanych procedur odtwarzania wielkości niedostępnych pomiarowo, czy modeli obiektu.

Reasumując m ikrokontroler ten jest bardzo wygodnym narzędziem do realizacji układów sterow ania różnych typów przekształtników energoelektronicznych. M ożna ocenić, że realizacja skomplikowanych, szybkich algorytmów sterowania (np. filtr Kalmana) może natrafić na określone trudności, ze w zględu na szybkość wykonywania obliczeń arytmetycznych.

rozdział 4 - D obór sterowania dedykowanego urządzeń energoelektronicznych (system doradczy)

Analog Devices ADSP-2111 [MF2]

Procesor sygnałowy ADSP-2111 jest przedstawicielem rodziny 16-bitowych układów o arytmetyce stałoprzecinkowej produkowanych przez firmę Analog Devices. Schemat blokowy struktury tego procesora został przedstawiony na rysunku 4.6.

Jego zmodyfikowana architektura typu harwardzkiego, pozwala na realizację rozkazów w jednym cyklu maszynowym (typowo dla rezonatora 20M Hz - 50ns). Realizuje klasyczny zestaw rozkazów z podstawowymi czterema operacjami arytmetycznymi.

Struktura w ewnętrzna jest w zbogacona o 16-bitowy licznik z poprzedzającym go dzielnikiem częstotliwości, dwa układy do synchronicznej transmisji szeregowej oraz dwukierunkowy interfejs równoległy do wymiany informacji z innym mikroprocesorem. Licznik może być taktowany tylko wewnętrznym sygnałem zegarowym.

Układy do transmisji szeregowej są wykorzystywane nie tylko do komunikacji z innymi procesorami, m ogą służyć także do obsługi przetworników A/C z odczytem szeregowym (np. AD7896 - jednokanałow y, 12-bit.).

Dużą zaletą takiego rozwiązania jest niewielka liczba wymaganych połączeń, przy jednocześnie bardzo dużej maksymalnej szybkości odczytu informacji z przetwornika (np. dla AD7896 - szybkość transmisji lOMb/s, czas przesyłu wyniku przetwarzania ok 1,6 ps).

Układ interfejsu równoległego (HIP) jest przeznaczony do wymiany informacji w postaci równoległej np. z mikrokontrolerem nadrzędnym. Struktura sygnałów sterujących jest dopasowana do standardów M otoroli i Intela.

Posiada on dwa rodzaje wewnętrznej pamięci typu RAM. Do pamięci programu (2kB) ładowany jest program z zewnętrznego EPROM -a po załączeniu napięcia zasilania. Druga część, pamięć danych posiada pojemność lkB . M ożliwe jest dobudowanie pamięci zewnętrznych, programu ROM i danych RAM, których pojemność je st ograniczona do 16 kB. System przerwań obsługuje dodatkowe urządzenia peryferyjne (licznik, USART, HIP) oraz trzy przerwania zewnętrzne.

Autor niniejszej pracy nie zalecałby stosowanie tego typu procesora do sterowania przekształtników o komutacji sieciowej. Posiada on wprawdzie wejścia przerwań zewnętrznych niezbędnych do synchronizacji z siecią ale jego licznik nie pozwala na zliczanie impulsów zewnętrznych (zsynchronizowanych z siecią). W związku z tym konieczna by była rozbudowa systemu mikroprocesorowego o zewnętrzne układy peryferyjne (liczniki). Przy odpowiednio wysokiej cenie jednostkowej procesora sygnałowego, rozwiązanie takie nie znajduje uzasadnienia ekonomicznego (patrz tabela 4.4), zwłaszcza że w dyspozycji s ą znacznie tańsze mikroprocesory z powodzeniem realizujące sterowanie przekształtników o komutacji sieciowej.

Zastosowanie tego procesora do sterowania przekształtnikami typu M SI, także wydaje się być nieracjonalne. Posiada on tylko jeden licznik, więc dla sytuacji gdy wymagane jest przełączanie wielu zaw orów z dużą częstotliw ością nie uzyskamy ani dobrych parametrów szybkościowych, ani dobrej precyzji.

Zupełnie innym zagadnieniem jest natomiast możliwość realizacji algorytmów sterowania wymagających dużej mocy obliczeniowej. Dzięki szybkości i jednocyklow ej realizacji rozkazów możliwa je st implementacja szybkich regulatorów klasycznych, bloków przetwarzających, algorytmów obserwatorów stanu lub odtwarzania wielkości niedostępnych pomiarowo. Pewnym ograniczeniem jest tu stałoprzecinkowa arytmetyka.

Jest on 20..30 razy szybszy, przy wykonywaniu typowych rozkazów, w porów naniu z poprzednio omawianym mikrokontrolerem Intel 80C196KC.

Z powyższego wynika, że sterowania wymagające szybkich obliczeń, przetwarzania danych, m ożna by zrealizować w systemie złożonym z nadrzędnego mikrokontrolera nadzorującego całość i procesora sygnałowego realizującego zadane obliczenia. Jest to uzasadnione tym, że m ikrokontrolery posiadają wewnętrzne układy (liczniki, przetworniki A/C, układy szybkich wyjść), które można w elastyczny sposób programować i wykorzystywać do realizacji różnych funkcji sterowniczych, a procesory sygnałowe m ają duże możliwości obliczeniowe.

W spółpraca procesora sygnałowego ADSP-2111 z innym mikrokontrolerem (np. Intela lub M otoroli) realizowana je st za pom ocą układu dwukierunkowego interfejsu równoległego (HIP), jaki znajduje się wew nątrz struktury procesora sygnałowego.

Przykładem, w którym racjonalne byłoby zastosowanie takiego układu złożonego może być w ektorowe sterowanie napędu z falownikiem M SI i silnikiem indukcyjnym bez pomiaru prędkości, wykonujące estymacje określonych wielkości i parametrów.

Wydaje się, że najbliższe lata przyniosą rozwój układów łączących funkcjonalność m ikrokontrolerów z mocą obliczeniow ą procesorów sygnałowych.

rozdział 4 - D obór sterowania dedykowanego urządzeń energoelektronicznych (system doradczy)

Analog Devices AJDSP-21020 [MF3]

Jest to przedstawiciel rodziny 32-bitowych zmiennoprzecinkowych procesorów sygnałowych. Jego struktura wewnętrzna zawiera rozbudow aną jednostkę arytm etyczną operującą typowo na liczbach 32-bitowych, układ sterowania magistralami adresowymi, podręczną pamięć programu, licznik 32-bitowy, oraz rejestr z czterema flagami, które m ogą służyć jako wejścia przerywające. Magistrale programu i danych są rozdzielone.

Jednostka arytmetyczna wykonuje operacje arytmetyczne na danych stało- i zm iennoprzecinkowych.

Niewątpliwą w adą tego procesora je st brak układu transmisji szeregowej

Ze względu na możliwości obliczeniowe jest on szybszy w stosunku do procesora A D S P -2111, dzięki operacjom zm iennoprzecinkowym nie wymagającym skalowania.

Podobnie jak w przypadku procesora A D SP-2111, trudno w ogóle mówić o bezpośrednim zastosowaniu takiego elementu do samodzielnego sterowania jakim kolwiek przekształtnikiem energoelektronicznym. Ze względu na ubogą zawartość w ewnętrznych urządzeń peryferyjnych, należałoby silnie rozbudow ać cały system mikroprocesorowy. Przy cenie takiego układu wynoszącej powyżej 200$, trzeba każdorazowo dobrze rozważyć sens jego zastosowania oraz strukturę systemu, w którym procesor ten mógłby pracować.

Ze względu na ogromne możliwości obliczeniowe może okazać się, że zastosowanie procesora sygnałowego jest jed y n ą m ożliw ością realizacji pewnych wyszukanych algorytmów sterowania. W tedy wydaje się rozsądne skonstruowanie układu sterowania, podobnie jak w wyżej przedstawianym procesorze sygnałowym ADSP-2111, z nadrzędnym mikrokontrolerem, realizującym wszystkie podstawowe zadania dotyczące:

komunikacji z użytkownikiem, sterowania zaworami, nadzorowaniem zabezpieczeń itd. W takiej sytuacji cena mikrokontrolera (40..70S) nie odgrywa większej roli, a skonstruowany system charakteryzuje się w iększą elastycznością.

M ożna ocenić, że zastosowanie procesora ADSP-21020 je st racjonalne w takich sytuacjach jak podano w odniesieniu do procesora A D SP-2111, przy czym można oczekiwać większych szybkości i dokładności działania, a nawet realizacji bardziej złożonych zadań.

4.3.4 ALGORYTM DOBORU SYSTEMU MIKROPROCESOROWEGO

Dobór systemu mikroprocesorowego jest jednym z etapów pokazanego na rysunku 3.1 procesu projektowania i realizacji sterowników mikroprocesorowych. Dobór systemu został zilustrowany schematem blokowym odpowiedniego algorytmu na rysunku 4.20.

Algorytm ten dotyczy systemu mikroprocesorowego ze sterownikiem dedykowanym. Decyzja o w yborze sterownika: dedykowany czy m odułowy jest podejmowana we wcześniejszym etapie procesu.

Dane wejściowe s ą sform ułowane na etapie stawiania zadania sterowania m ikroprocesorowego (rys.3.1), w którym ujęte są wszystkie informacje dotyczące sterowanego procesu (rys. l .ł ) . Informacje te s ą ujęte w takiej kolejności, w jakiej powinny być analizowane/wykonywane.

Rezultatem doboru je st zbiór elementów systemu mikroprocesorowego i dane do następnych etapów projektowania i realizacji sterownika (rys.3.1).

Pierwszym krokiem je st sformułowanie zadania dla sterownika. Zadania te zostały ogólnie przedstaw ione w punkcie 4.2.3. S ą to np. komunikacja z użytkownikiem, sterowanie zaworami itd. Jest to konkretyzacja zadań odnoszących się do systemu mikroprocesorowego. Formułowanie tych zadań je st procesem iteracyjnym, zmierzającym do liniowego, o ile projektant ma odpowiednie doświadczenie.

Drugim krokiem je st ustalenie struktury wejść i wyjść, jest to konsekwencja poprzedniego kroku. W ejścia są przypisane pomiarom, synchronizacji i komunikacji ze sterownikiem nadrzędnym. W yjścia to sterowanie zaworami, osprzętem zewnętrznym (styczniki, przekaźniki), komunikacja ze sterownikiem nadrzędnym . M ożna wyróżnić wejścia/wyjścia analogowe i cyfrowe.

Ustalona struktura wejść i wyjść wyznacza zbiór elementów peryferyjnych realizujących odpowiednie zadania, z określoną szybkością i dokładnością.

Krokiem czwartym jest oszacowanie mocy obliczeniowej (patrz podpunkt 4.2.1.5). Jest ona zwykle wyrażona za pom ocą częstotliwości generatora taktującego, długości słowa i zawartości listy rozkazów.

W ybór m ikroprocesora to krok piąty i jest uzależniony od danego środowiska realizacji sterow ania

W ybór m ikroprocesora to krok piąty i jest uzależniony od danego środowiska realizacji sterow ania

W dokumencie Mikroprocesorowe sterowanie urządzeń energoelektronicznych - analiza, projektowanie i realizacja (Stron 54-0)