Автоматизация станка с ЧПУ

      Если  двигатель работает не правильно, т.е. не поворачивается на 4°, а время для разгона уже вышло, то на дисплей выводится сообщение об ошибке (блок 16, блок 25) и запрещается прерывание (блок 17, блок 26).

а)

б)

     Рисунок 5.1 Диаграмма работы энкодера, а) вращение по часовой стрелке; б) вращение против часовой стрелки

5. Отладка программы микроконтроллера в среде MPLAB

     MPLAB IDE – бесплатная интегрированная  среда разработки для микроконтроллеров  PICmicro фирмы Microchip Technology Incorporated. MPLAB IDE позволяет писать, отлаживать и оптимизировать текст программы. MPLAB IDE включает в себя редактор текста, симулятор и менеджер проектов, поддерживает работу эмуляторов и программаторов фирмы Microchip и ряда третьих производителей.

     На  основе алгоритма, разработанного в пункте 5.1., написана программа на языке C++, приведенная в приложении Г. При проектировании использовалось программное обеспечение версии 8.14.

6. Настройка параметров среды программирования

     Для полноценного использования программного обеспечения необходимо выполнить его установку и настройку основных параметров.

     Для установки необходимо запустить  установочный файл и следовать рекомендациям  появляющимся в диалоговых окнах  программы-установщика.

     Для настройки параметров среды программирования необходимо выбрать используемый в дальнейшем отладчик (Debugger/Select Tool/3 MPLAB SIM). Остальные операции настройки производятся по мере необходимости в процессе работы.

7. Создание  нового проекта

     Перед написанием текста программы необходимо создать рабочий проект. Использование проекта позволяет в полной мере использовать возможности встроенного отладчика.

     Для создания нового проекта необходимо запустить Мастер проектов (Project/Project Wizard…). Использование этого средства позволяет минимизировать затраты времени на создание и настройку проекта.

     После запуска Мастера проектов необходимо следовать рекомендациям появляющимся в диалоговых окнах программы.

8. Создание  основного файла проекта

     Поставьте курсор мыши в любое место пустого, неназванного файла, который был создан автоматически при создании нового проекта. Сохраните этот файл в каталог проекта с расширением .asm. Имя исходного файла должно быть такое же, как и имя проекта.

     Если  требуется изменить имя исходного  файла, то при этом следует изменить и имя проекта. При использовании в проекте одного основного исходного файла, имя файла кода программы (.hex) будет такое же, как и у исходного файла (.asm).

9. Подключение дополнительных файлов проекта

     В большинстве случаев проект, состоящий  из одного файла, ввиду своего размера становится ненаглядным и плохо читаемым. Для устранения этих недостатков, в большинстве случаев проект разбивают на отдельные исходные файлы по их назначению:

1. .asm, .inc – исходные файлы или файлы заголовка на языке ассемблера;
2. .c, .h – исходные файлы или файлы заголовка на языке С;
3. .mac – исходные файлы макросов;
4. .lkr – файлы параметров линкера;
5. .o – объектные файлы;
6. .lib – файлы библиотек.

     Файлы создаются с помощью меню File/New и сохраняются в каталоге проекта  с любым именем и соответствующим расширением.

     После создания дополнительных файлов их следует  подключить к проекту (Project/Add Files to Project…) и указать место их размещения в исходном тексте с помощью процедуры #include в соответствии с правилами языка С. 

6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Программирование  микроконтроллера

     Для программирования микроконтроллера dsPIC30F2010 и отладки устройства в целом был применён внутрисхемный отладчик MPLAB ICD-2. Поэтому в разрабатываемой схеме предусмотрен 5 контактный разъем внутрисхемного программирования ICSP.

     Внутрисхемный отладчик ICD-2 (In-Circuit Debugger) - самый популярный отладчик для микроконтроллеров Microchip. Это связано, в первую очередь, с  возможностью осуществлять внутрисхемную  отладку и программирование большинства FLASH контроллеров Microchip. Во-вторых, все новые контроллеры выпускаются со встроенным механизмом ICD, а с выходом очередного обновления среды разработки MPLAB IDE программное обеспечение отладчика ICD-2 обновляется для поддержки новых контроллеров.

     С помощью ICD2 отладка программы осуществляется в микроконтроллере, установленном непосредственно в разрабатываемое изделие, и программа выполняется с реальной периферией и сигналами, что обеспечивает учет всех особенностей устройства. Для того, чтобы функционировал режим внутрисхемной отладки, в выпускаемые микроконтроллеры встраивают специальный механизм поддержки ICD.

     Принцип работы механизма следующий: во время  работы микроконтроллера при достижении установленной точки остановки или при пошаговой отладке отрабатывается немаскируемое прерывание и управление передается подпрограмме отладчика (она незаметно для пользователя дописывается в последние ячейки программной памяти). Эта подпрограмма выполняет функцию передачи через дебаггер в компьютер состояние ячеек памяти микроконтроллера, а также изменяет их состояние и переключает режимы работы по команде с компьютера. В результате, пользователь может выполнять программу в реальном времени (программа выполняется в соответствии с тактовой частотой контроллера), осуществлять пошаговую отладку (когда шаг за шагом, по команде с компьютера, выполняется код) и видеть состояние нужных регистров в среде разработки MPLAB IDE как при программировании на языке ассемблер, так и на языке высокого уровня С+. Поддерживается установка точек останова, просмотр и изменение памяти данных ОЗУ и EEPROM.

     В режиме отладки становятся недоступными: 1 или 2 уровня стека (в зависимости  от семейства отлаживаемого контроллера PIC12/16F, PIC18F или dsPIC), порты ввода-вывода RB6 и RB7 (для программирования микроконтроллера и управлением режимами отладки); вывод MCLR/Vpp (используется для программирования). Помимо этого, при отладке так же становятся недоступным для пользователя часть ячеек программы и регистров ОЗУ, которые резервируется для работы подпрограммы отладчика. Следует заметить, что ограничения вносятся лишь при включенном режиме отладки.

     Так как отладчик MPLAB ICD2 программирует FLASH-память программ контроллеров, то с помощью  него можно не только отладить программу  в разрабатываемом устройстве, но и использовать в качестве серийного внутрисхемного программатора (в ICD2 встроена защита от перегрузок по току и напряжению, есть диагностические светодиоды контроля состояния). Невысокая стоимость дебаггера делает его весьма привлекательным многофункциональным отладочным средством.

2. Разработка  печатной платы

     Изображения печатных плат системы управления и  силовой части представлены в  приложении Д. 

     Все модули устройства выполнены на печатных платах из одностороннего фольгированного  стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Для  разработки печатных плат применялась система проектирования ACCEL P-CAD 2002.

1.    Общие сведения о системе проектирования печатных плат ACCEL P-CAD 2002

     Система P-CAD предназначена для проектирования многослойных, печатных плат вычислительных и радиоэлектронных устройств, которая позволяет вести все этапы проектирования печатных плат:

- ввести  принципиальную схему;

- провести  цифро-аналоговое моделирование  проектируемого устройства; - разработать топологию;

- провести  анализ целостности сигналов;

- подготовить технологические файлы;

- подготовить  конструкторскую документацию;

- разработать  собственную элементную базу.

2. Технология  изготовления печатных плат

     Печатные  платы служат для монтажа на них  электрорадиоэлементов (ЭРЭ) с помощью  ручных, полуавтоматических или автоматических установок с последующей последовательной или одновременной пайкой всех ЭРЭ. Отверстия на плате, в которые вставляются выводы ЭРЭ при монтаже, называются монтажными. Металлизированные отверстия, служащие для соединения проводников, расположенных на обеих сторонах платы называются переходными. Часть элементов не требует для своего монтажа сквозных отверстий, токопроводящие поверхности для их крепления называются монтажными площадками.

     Изготовление  печатных плат осуществляется следующими способами:

- механическим;

- химическим;

- электрохимическим;

- комбинированным;

- аддитивным.

     Исходным  материалом при механическом и химическом способах служит фольгированный диэлектрик, т.е. изоляционный материал на поверхность  которого с одной или двух сторон наклеена медная фольга толщиной 35-50 мкм.

     При механическом способе изготовления рисунок проводников получается путем удаления слоев меди между  токопроводящими дорожками механическим воздействием (например, на фрезерном  станке). Металлизация отверстий производится обычно запрессовкой токопроводящих пустотелых перемычек.

     При химическом способе на поверхность  медной фольги вначале наносится  защитный рисунок таким образом, чтобы он защитил проводники при  вытравливании меди. Защитный рисунок  схемы выполняется стойкими к воздействию травильных растворов материалами. Затем следует операция травления, в результате которой полностью вытравливается медь и создается проводящий рисунок.

     Электрохимический способ в зарубежной литературе называется полуаддитивным от латинского слова «additio» (сложение), так как проводящий рисунок создается в результате электрохимического осаждения металла, а не вытравливания. Приставка «полу» означает, что в технологии изготовления сохранена операция травления тонкого слоя металла, который образуется по всей поверхности платы при химической металлизации.

     Исходными материалами в этом случае служат нефольгированные диэлектрики. Защитный рисунок в отличие от предыдущего  метода наносят таким образом, чтобы  открытыми остались те участки поверхности, которые подлежат металлизации с целью образования проводниковых элементов схемы.

     Электрохимический способ предусматривает получение  металлизированных отверстий одновременно с проводниками и контактными  площадками.

     Комбинированный способ представляет собой сочетание электрохимического и химического способов. Исходным материалом служит фольгированный с двух сторон диэлектрик, проводящий рисунок при этом получают вытравливанием меди, а металлизация отверстий осуществляется посредством химического омеднения с последующим электрохимическим наращиванием слоя меди.

     Аддитивный  метод заключается в создании проводящего рисунка посредством  металлизации достаточно толстым слоем  химической меди (25-30 мкм), что позволяет исключить применение гальванических операций и операций травления. Исходным материалом при этом служит нефольгированный диэлектрик. Исключение вышеуказанных операций позволяет существенно уменьшить ширину проводников и зазоры между ними, что, в свою очередь, обеспечивает возможность увеличить плотность монтажа на плате.

3. Разработка  печатных плат системы управления и  силовой части

     В современных конструкциях РЭА широко применяются  печатные платы, на которые  устанавливают микросхемы, микромодули, дискретные элементы, разъемы, проводники и другие компоненты схем. Печатный монтаж заключается в определенной пространственной ориентации, закреплении радиодеталей относительно плоскости платы и упорядоченном плоскостном расположении всех соединительных  проводников и мест паек с целью одновременной  пайки  всех радиодеталей, установленных на плате. Роль проводников ПП выполняют участки тонкой медной фольги, нанесенной на изоляционное основание платы в виде рисунка, определенного конструкторским чертежом.