Upload
rgewrggew-wgregrge
View
90
Download
6
Embed Size (px)
DESCRIPTION
dg dgf gfgfd gfd gfd gfdgfd gfd gfd gfd gfd gdf gdf gdf gfd gdf gdf gdf
Citation preview
ZZaalloottaayy PPtteerr
PPrrooggrraammoozzhhaatt
iirrnnyyttssookk II..
Elektronikus jegyzet
Kand Klmn Villamosmrnki Kar
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
2.oldal
Tarta lomjegyzk
Bevezets..................................................................................................................................4 I. R S Z..................................................................................................................................6 Az irnytstechnika rendszertechnikai sszefoglalsa. .............................................................6 1. Alapismeretek ...................................................................................................................7
1.1. Alapfogalmak............................................................................................................7 1.2. Az irnyt rendszer s feladatai ................................................................................7
1.2..1. Vezrls.........................................................................................................8 1.2..2. Szablyozs ...................................................................................................9 1.2..3. Adatok gyjtse trolsa. ..........................................................................12
1.3. Irnytsi rendszerek felptse ................................................................................13 1.3..1. Egyedi irnytsok .......................................................................................13 1.3..2. Csoportos irnytsok...................................................................................14 1.3..3. Strukturlt irnytsok..................................................................................14 1.3..4. Az irnytott rendszer felosztsi mdozatai ..................................................16 1.3..5. Irnytsok megvalstsa ............................................................................17
II. R S Z ..............................................................................................................................18 Az irnytstechnikban alkalmazott programozhat hardver kszlkek ................................18 2. Programozhat logikai ramkrk (PLD)........................................................................19
2.1. Egyszer programozhat logikai eszkzk ..............................................................19 2.2. Komplex programozhat logikai eszkzk ..............................................................21 2.3. Felhasznl ltal programozhat kapu mtrix ..........................................................21 2.4. GAL eszkzk.........................................................................................................21
3. Mikroprocesszoros irnyt berendezsek .......................................................................23 3.1. ltalnos cl mikrogpek s a mikrokontroller ......................................................23 3.2. MCS51 s a PIC mikrokontrollerek felptsnek sszehasonltsa ..........................24 3.3. Digitlis perifrik ..................................................................................................25
3.3..1. Portok ..........................................................................................................25 3.3..2. Oszcilltor ...................................................................................................28 3.3..3. Idztk-szmllk.......................................................................................28 3.3..4. Analg perifrik .........................................................................................32 3.3..5. Soros kommunikci....................................................................................36
4. A programozhat logikai vezrlk (PLC) alkalmazsa ....................................................48 4.1. Trtneti ttekints ..................................................................................................48 4.2. Az alkalmazott hrom PLC tpus sszehasonltsa...................................................51
4.2..1. Hardver kialakts ........................................................................................52 4.2..2. A tpegysg .................................................................................................53 4.2..3. A CPU .........................................................................................................53 4.2..4. Diszkrt I/O illesztk ...................................................................................55 4.2..5. Analg illesztk...........................................................................................56 4.2..6. A memria ...................................................................................................57
III. R S Z .............................................................................................................................58 Irnytstechnikai programok tervezse, fejlesztse.................................................................58 5. Programfejleszts ............................................................................................................59
5.1. A programozs clja ................................................................................................59 5.2. A programfejleszts lpsei .....................................................................................59 5.3. A programfejleszts eszkzei...................................................................................60 5.4. Programszerkezetek.................................................................................................61 5.5. A PLD -k programozsa ..........................................................................................70
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
3.oldal
6. Az I8051 mikrokontroller csald C - nyelv programozsnak alapjai.............................73 6.1. Vltozk s deklarlsuk: ........................................................................................73 6.2. Opertorok: .............................................................................................................74 6.3. Utastsok:...............................................................................................................76
6.3..1. Ciklusszervez utastsok: ...........................................................................76 6.3..2. Elgazst vezrl utastsok.........................................................................78 6.3..3. Ciklust mdost utastsok..........................................................................81
6.4. Az lfeldolgoz (preprocesszor) utastsai .............................................................82 6.5. Fggvnyek.............................................................................................................84
6.5..1. Fggvnyek defincija s deklarcija ........................................................84 6.1. Plda: ......................................................................................................................86 6.2. Programfejleszti krnyezetek.................................................................................89
6.2..1. A 8051/31 csald programfejleszti krnyezete ...........................................90 6.2..2. CX-Programmer ..........................................................................................94 6.2..3. Schneider Electric Unity Pro XL..................................................................98 6.2..4. Siemens Step 7...........................................................................................102
6.3. A PLC k programozsi nyelvei ............................................................................106 6.3..1. A PLC tpusonknti programozs...............................................................106 6.3..2. A PLC programozsi nyelvek szabvnyostsa...........................................107 6.3..3. A ltradiagram az LD (Ladder Diagram) nyelv. .........................................108 6.3..4. Az FBD (Function Block Diagram) nyelv. .................................................111 6.3..5. Utasts lists IL (Instruction Logic) nyelv.................................................112 6.3..6. Az SFC (Sequential Function Chart) nyelv.................................................113
IV. R S Z...........................................................................................................................124 Kombincis s sorrendi vezrlsek programozsa ...............................................................124 7. Vezrlsek programozsa ..............................................................................................125
7.1. A tervezs lpsei..................................................................................................125 7.2. Kombincis vezrlsek ........................................................................................126
7.2..1. A feladat vltozinak meghatrozsa .........................................................126 7.2..2. A kiindul adatok, megadsa, felvtele.......................................................126 7.2..3. A legegyszerbb logikai fggvny meghatrozsa ......................................126 7.2..4. A numerikus eljrs bemutatsa .................................................................127 7.2..5. Grafikus egyszersts (ellenrzs!) ...........................................................131
7.3. Kombincis vezrlsi feladatok programozsnak tervezse ................................132 A lehetsges programozsi algoritmus meghatrozsa...................................................132
7.3..1. Bit mveletekkel........................................................................................132 7.3..2. Tblzatos mdszer....................................................................................136
7.4. Sorrendi vezrlsi feladatokat megold program tervezse ....................................146 7.4..1. llapotgrf.................................................................................................150 7.4..2. llapottblzat ...........................................................................................151 7.4..3. A kimeneti-, s vezrl tblzat..................................................................152 7.4..4. A tervezs ..................................................................................................153 7.4..5. A tervezs lpsei: .....................................................................................154 7.4..6. ltalnos cl mikrogpek programozsa ..................................................159 7.4..7. PLC programozsa.....................................................................................167 7.4..8. A programrs ............................................................................................167
7.5. Pldk sorrendi vezrlsek programozsra ...........................................................168 7.5..1. Forgalomirnyt lmpk vezrlse............................................................168 7.5..2. Folyadktrol tartlyok tltsnek, rtsnek vezrlse...........................178 7.5..3. A sorrendi vezrlsek programozsa adatbzis alapjn...............................159
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
4.oldal
Beveze ts
A jegyzet az Automatika szak, Programozhat irnytsok s Jrmelektronika modul
egyik llamvizsga tantrgy szksges ismeretanyagnak els rszt (Programozhat
irnytsok I.) tartalmazza. Az rott anyag clja az eladsi tmk sszefoglalsa, valamint
laboratriumi gyakorlatok eredmnyes elvgzst segteni. A tanv sorn megismertetjk a
hallgatkat a korszer irnytsi feladatokra alkalmas berendezsek hardvereivel.
Prhuzamosan jrtassgot kvnunk kialaktani a megismert eszkzk mkdtet
programjainak fejlesztsben. A mrsek s a pldk jellemz irnytsi feladatok. Az rsos
anyag ngy f rszre tagolt.
Az I. rsz ismtlsszeren sszefoglalja az irnytstechnikai alapfogalmakat. Az els
fejezet az irnytstechnika rendszertechnikai alapjait sszefoglal ismtls.
A II. rszben foglalkozunk az irnytstechnikban hasznlt hardverek ismertetsvel. A
msodik fejezetben a teljessg ignye nlkl foglalja ssze a programozhat hardverek
(PAL, GAL) legfontosabb jellemzit. A harmadik fejezet foglalkozik a 8051 csald mai
mikrokontrollereiben, ugyanakkor ms mikrovezrlkben is alkalmazott digitlis s analg
illeszt ramkreivel. ttekintst nyjt az osztott intelligencij rendszerekben
nlklzhetetlen s legjobban elterjedt soros kommunikcis megoldsokrl. A negyedik
fejezet bvebben foglalkozik az automatizls mind szlesebb terletein alkalmazott PLC k
(Programozhat Logikai Vezrlk) mkdsvel, konfigurciival. A II. tanv sorn az
Automatika II tantrgyban megismert Siemens S7 300 csald mellett az Omron CJ1M,
valamint a Schneider Electric M340 tpus vezrlivel.
A III. rsz tartalmazza az irnytsi feladatok programozsi ismereteit. Az tdik fejezet
szolgl a szisztematikus programfejleszts mdszereivel. sszefoglalst nyjt a prog-
ramozsokban alkalmazott tipikus programszerkezetekrl. A javasolt eljrsok alkal-
mazhatk a mrsekben alkalmazott modellek mkdtet programjainak fejlesztsnl. A
hatodik fejezetben a 8051 mikrokontroller (mikrovezrl) csald C -nyelv programo-
zsnak alapjait foglalja ssze. Az anyag alapoz a korbbi tanulmnyok sorn megismert C
nyelvi programozsi ismeretekre. Az assembly s C -nyelv pldk melletti folyamatbrk
alapjn a PLC programozs is elvgezhet. A fejezetben foglalkozunk programozsokhoz
hasznlt Programfejleszti Krnyezetkkel. Mindhrom PLC csald tagjainl az IEC1131-3
szabvnyajnls szerint t programozsi nyelv hasznlhat.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
5.oldal
A IV. rsz tmakre a vezrlsek programozsa. A befejez hetedik fejezet a kombincis-,
s sorrendi vezrlsek programfejlesztsnek mdszereit, eljrsait ismerteti pldk alapjn.
A pldk mikrogpekre s PLC -kre mutatjk be a programokat.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
6.oldal
I. R S Z
Az irny ts technika rends zertechni kai ss zef og la lsa.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
7.oldal
1. Alapismeretek
Bevezet fejezetknt sszefoglaljuk a technolgiai folyamatok automatikus irnytsval
kapcsolatos alapismereteket, a klnbz irnytsi megoldsok rendszertechnikai
felptst.
1.1. Alapfoga lmak
Irnyts: Mszaki berendezsek (gpek, gyrt sorok, szllt eszkzk, vegyi-, htechnikai folya-
matokat elllt rendszerek stb.) meghatrozott feladatok elltsra trtn mkdtetse
(indts, vltoztats, lellts).
Irnytsi rendszer: Az irnytott-, (folyamat) s az irnyt rendszer egytt (1. bra).
1. bra
Irnyt rendszer: Mindazon szervek, kszlkek sszessge, amelyek egyttmkdse rvn a folyamat
irnytsa megvalsul.
1.2. Az i rnyt rendszer s fe ladat ai
A folyamat jellemzinek a technolgiai elrsoknak megfelel vltoztatst vgzik az
irnyt rendszerek. Alapveten vezrlst, szablyozst s mrs-adatgyjtst vgeznek.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
8.oldal
1.2. .1. Vezrls
Mszaki folyamatok, technolgik automatikus irnytsnak viszonylag egyszerbb
vltozata a vezrls. Ennl az irnytsnl az irnytott folyamat jellemzit (paramtereit)
csak a parancsok, s a felttelek meghatrozott logikai kapcsolata, valamint idbeli
vltozsa mdostja. A vezrls elemei kztti kapcsolatot az irnyts hatslnca (2. bra)
szemllteti, amely nyitott. Ez azt mutatja, hogy a vltoztatott jellemz rtke nem mdostja
a vezrls mkdst.
Vezrelt szakasz
Anyag, energia
Anyag, energia
xz Zavar jelek
Vezrl egysg
Beavatkoz szerv
xr xb xm
Rendelkez jel beavatkoz jel
mdost jel
Felttel-, s parancsadk
2. bra A vezrls legfontosabb elemei:
Parancs-, s feltteladk:
Azok az elemek
- kezel szervek (kapcsolk, nyomgombok stb.),
- jeladk (vglls kapcsolk, szintadk stb.)
amelyek mkdtetse, vagy llapota indtja el az irnytott jellemz mdostst, llapot-
vltozst. Ezek szolgltatjk a vezrl bemeneti-, vagy rendelkez jeleit (X r).
Vezrl egysg:
Ez az egysg hatrozza meg a vezrls mkdst. A mkds mindig lerhat a be-, s
kimeneti jelek kztti logikai kapcsolatokkal (logikai fggvnyekkel).
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
9.oldal
A vezrl egysg teht egy logikai ramkr, amelynek bemeneti jelei a rendelkez jelek s
kimeneti jelei a beavatkoz jelek (X b).
Beavatkoz szervek:
A vezrlben ellltott jelek rendszerint alacsonyabb energij, vagy ms fizikai jelek, mint
amelyekkel mdostani lehet az irnytott jellemzt. Pl. ahhoz, hogy egy villamos motor
tengelye forogjon (mozgsi energia), feszltsget (villamos jel) kell kapcsolni a tekercsire.
A beavatkoz szerv feladata a beavatkoz jelek energijnak vltoztatsa, vagy fizikai
jeltalakts utn a beavatkoz jellel arnyos - mdost jel ( Xm ) ellltsa.
Vezrelt szakasz:
Az irnytott folyamatnak rendszerint csak egy rszt, nhny paramtert kell a vezrls
segtsgvel vltoztatni, mdostani. Ezt a paramter csoportot nevezik vezrelt szakasz
nak.
Pldul: egy lift vezrlse az irnytott folyamat. A kabin emelshez, vagy leeresztshez a
hajt motort kell mkdtetni. Itt teht a motor a vezrelt szakasz.
1.2. .2. Szablyozs
Az irnytsokban a szablyozs feladata, hogy az irnytott folyamat valamelyik, vagy
tbb jellemzjt az un. alapjel ltal meghatrozott rtken tartsa . A szablyozs
elemei kztti kapcsolatot az irnyts hatslnca (3. bra) szemllteti.
3. bra
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
10.oldal
Ez a hatslnc visszacsatolt (zrt). A visszacsatols rvn hatrozhat meg a mindenkori
szablyozott jellemz s az alapjel eltrse. Ez az eltrs szabja meg, hogy milyen
mrtkben, s irnyban kell beavatkozni a folyamatba. Azon egysgek (szervek)
sszessgt, amelyek a vzolt feladatot egy irnytson bell elltjk, nevezik szablyoz
nak.
A szablyoz mkdsnek lnyege leegyszerstve az, hogy a szablyozott jellemz nem
kvnt vltozst megsznteti. Ezt oly mdon hajtja vgre, hogy a vltozssal ellenttes
irny beavatkoz jelet llt el, amely hatsra a szablyozott jel eredeti rtke helyre ll.
Termszetesen a vals krnyezetben nagyon sok olyan zavar hats van, amely vletlen-
szeren vagy lland jelleggel vltoztathatja az irnytott szakasz jellemzit. Ezrt csak
elmletileg lehet valamely fizikai, mszaki paramtert elre meghatrozott pontos rtken
tartani. A szablyozs mindig valamilyen hibval, illetve ksssel kpes a kls zavar jel
hatst kikszblni. Mind a marad hiba abszolt nagysga mind, pedig a hiba mrtknek
vltozsa fgg a szablyoz mkdsnek jellegtl, illetve a szablyozott szakasz
tulajdonsgtl. A mszaki gyakorlatban, egy berendezs automatikus irnytsnl a feladat
mindig gy fogalmazdik meg, hogy egy mkdsi jellemz zavar jel hatsra
bekvetkez vltozst lehetleg minl kisebb hibval, minl gyorsabban kell megszn-
tetni. Termszetesen a szablyozsi hiba cskkentsnek, illetve a szablyozsi sebessg
nvelsnek mszaki s gazdasgossgi korltai vannak.
A lertakbl kvetkezik, hogy egy szablyozs helyes tervezshez a szablyozsi kr
minden elemnek tulajdonsgait ismerni, s figyelembe kell venni. Egy jl mkd
szablyozs megtervezse, megvalstsa komoly mszaki feladat, s csak a szablyozs-
elmlet alapos ismeretnek birtokban, illetve mrsi, zembe helyezsi gyakorlattal
vgezhet el.
A szablyoz elemei (szervei), s azok feladata:
Alapjel kpz szerv:
Az alapjel-ad lltja el az Xa alapjelet, amely meghatrozza, hogy a szablyoznak milyen
rtkre kell belltania az Xs szablyozott jelet.
Miutn a szablyoz az alapjelhez viszonytottan avatkozik be a folyamatba, ezrt biztostani
kell e jel zavarmentessgt.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
11.oldal
rzkel:
Ez az egysg lltja el a szablyozott jellemz mindenkori rtkvel arnyos xe ellenrz
jelet.
Az ipari szablyozsi krkben alkalmazott rzkelk legtbbje tulajdonkppen olyan
egysg, amely az rzkelt fizikai mennyisggel arnyos szabvnyos villamos jelet llt el.
Ezeket nevezik tvadnak. A tvadk egyik csoportjnl a kimeneti feszltsg, mg msik
rszknl a kimeneti ram arnyos a mrt jellemz rtkvel. Feszltsg kimenet esetben a
0 10 V, -10 V 10 V, mg ramkimenetnl a 4 - 20 mA a leggyakrabban hasznlt
szabvnyos rtk.
Klnbsgkpz szerv:
A szablyozs vgrehajtshoz meg kell llaptani azt, hogy milyen mrtkben tr el a
szablyozni kvnt jellemz a nvleges rtktl. A klnbsgkpz szerv az alapjel (xa ),
s az ellenrz jel (xe ) eljeles klnbsgt lltja el az xh hibajel -et .
Kompenzl szerv:
A szablyozs minsgt, jellegt meghatroz egysg a kompenzl szerv. A megfelel
jelmdostshoz nem csupn a pillanatnyi hibt, hanem a szablyozott szakasz fizikai
tulajdonsgait is figyelembe kell venni a mdost jelbe. Ezek egytt hatrozzk meg, hogy
milyen gyors, pontos, illetve stabilis lesz az irnytott rendszer. A kompenzl szerv ltal
ellltott xb beavatkoz jel vltozsa fogja meghatrozni a mdosts szksges jellegt, s
mrtkt.
Beavatkoz szerv:
A szablyoz jelei rendszerint alacsonyabb energij, vagy ms fizikai jelek mint
amelyekkel mdostani lehet az irnytott jellemzt. Pl. ahhoz, hogy egy villamos motor
tengelynek forgsa a szablyozott jellemz - ( mozgsi energia ) vltozzon, a tekercsein
foly ramot ( villamos jel ) kell mdostani.
A beavatkoz szerv feladata a beavatkoz jelek energijnak vltoztatsa, vagy fizikai
jeltalakts utn a beavatkoz jellel arnyos - mdost jel ( xm ) ellltsa.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
12.oldal
Szablyozott szakasz:
Az irnytott folyamatnak rendszerint csak egy rszt, nhny paramtert kell a szablyoz
rvn vltoztatni, mdostani. Ezt a paramter csoportot nevezik szablyozott szakasz
nak.
Pldul egy daru gmjnek lland sebessg mozgatsa az irnytott folyamat. A teher
emelshez, vagy leeresztshez a hajt motor fordulatszmt kell a terhels nagysgtl
fggetlenl lland rtken tartani. Itt teht a motor a szablyozott szakasz.
1.2. .3. Adatok gyjtse trolsa .
Mrsadatgyjtsnek azt az automatikus mrssorozatot nevezzk, amely az irnytott
folyamat kivlasztott jellemzinek rtkt - meghatrozott id-pontokban (mintavtelezs
idpont) - lemri s azokat egy adatbzisba, rja.
4. bra
A mintavtelezs ltalban minden mrt jellemznl azonos. Akkor, ha az egyes jellemzk
vltozsi sebessge nagysgrendekkel klnbzik a mrsi idpontok gyakorisgt is
clszer eltrnek vlasztani. A mrsadatgyjt elvi felptst mutatja a 4. bra.
rzkelk-tvadk:
Ezek lltjk el a mrt jellemzk mindenkori rtkvel arnyos jeleket. A mrt rtkek egy
- egy rsze lehet analg, vagy digitlis.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
13.oldal
Mrspont vlt:
Ez az egysg vlasztja ki, hogy melyik a mrt rtk kerl trolsra, tovbbi feldolgozsra.
A/D talakt:
Az analg rtkeket alaktja a trolshoz szksges digitlis formjv.
Illesztk:
Ezek az egysgek illesztik a tovbbi feldolgozshoz, kijelzshez a mrt adatokat.
Trolk:
Az automatikus adatgyjts eredmnyt, az adatbzist troljk. A trolsi feladattl fggen
hasznlnak klnbz adathordozkat.
Az osztott intelligencij irnytsi rendszerekben a mrsadatgyjts szolgltatja az
alapadatokat
- az irnytsi stratgia meghatrozshoz,
- az irnyts vgrehajtshoz,
- a naplzshoz,
- az ellenrzshez,
- a hibadiagnzishoz, stb.
1.3. Irnytsi rendszerek fe lp tse
A fejezetben tmren trgyaljuk az irnytsi rendszerek felptsnek lehetsges
megoldsait. A csoportosts egyik szempontja, hogy a rendszer elemei milyen mdon
kapcsoldnak egymshoz. Termszetesen a trgyalt megoldsok kevert vltozatai is
megtallhatk a mszaki gyakorlatban. A lertak elssorban a rendszer-szemllet alaktst
szolgljk.
1.3. .1. Egyedi irnytsok (5. bra)
A gyrtsorba szervezett gpek mindegyikt nll egysg irnytja. Az egyes gpek,
gpcsoportok kztt nincs adatkapcsolat. Ugyanakkor laza kommunikcis kapcsolat
segtheti a gyrtsor mkdsnek sszehangolst.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
14.oldal
5. bra 1.3. .2. Csoportos irnytsok (6. bra).
A gyrtsorba szervezett gpek irnytsnak fejlettebb vltozata. A gpcsoport egyes
egyedi irnyt egysgek egy kzponti csoportirnyt - val tartanak kapcsolatot. A
csoportirnyt felgyeli az zemelst, s szksg esetn tartalk egysgknt is mkdhet.
6. bra 1.3. .3. Strukturlt irnytsok
A strukturltsg az nll egysgekbl ptett rendszert jelli.
sszetett irnyt rendszerek
Az automatizls trbeli s funkcionlis komplexitsnak nvekedse csak rendszerszem-
llet tervezssel s kialaktssal elgthet ki. Egy sszetett irnytsi rendszer hierar-
chikus szintekre (7. bra) bonthat. A folyamatirnyt szmtgpekkel valstottk meg
az ilyen rendszereket.
1. szint: Az irnytand folyamat s a technolgihoz kzvetlenl csatlakoz mr,
jeltviv s beavatkoz szervek. (Process).
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
15.oldal
2. szint: A jelek kondicionlst, erstst s talaktst (pl. A/D s D/A) vgz
szervek, az energiaellt egysgek, s a klnleges biztonsgi elemek.
3. szint: A hagyomnyos irnyts funkcionlis alrendszerei (kzi irnyts, vezrls,
szablyozs, felgyel - jelz - naplz egysgek).
4. szint: Rendszeroptimalizls, kzponti beavatkozsok s jelzrendszer kezelse
(Szmtgp).
Osztott intelligencij irnyt rendszerek
A mikroprocesszoros kis-, s mikroszmtgpek megjelense s gyors fejldse ered-
mnye a feladatok megosztsa. A hierarchikus szint felpts feladatai mdosulnak.
1. szint: Vltozatlanul a folyamat s tartozkai (Process).
2. szint: A folyamat egyes rszeinl nll intelligens egysgek (mikrogpek) ltjk el
a helyi irnytst, mrsadatgyjtst, naplzst, megjelentst (gpkzeli
szint).
3. szint: Biztostja a helyi llomsok kztti kommunikcis kapcsolatot (adattviteli
alrendszer), s csoportszint irnytst vgez (koordincis szint).
4. szint: A kzponti beavatkoz rendszer a felgyelethez, az optimalizcihoz s az
opertor llomsok kiszolglshoz (felgyeleti szint).
7. bra
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
16.oldal
1.3. .4. Az irnytott rendszer felosztsi mdozatai
Az irnytott rendszer egysgei klnbz formban oszthatk el. Az egyes vltozatok az
albbiak lehetnek.
Hely szerinti csoportosts (8.bra).
Az als szinten elhelyezked kszlkek hatskre csak egy folyamat-egysgre vonatkozik,
de ott minden feladatot elltnak.
8. bra
Funkci szerinti csoportosts (9. bra).
az als szinten elhelyezked kszlkek hatskre a folyamat egszre kiterjed, de a hrom
f funkci (szablyozs, vezrls, felgyelet ) kzl csak az egyiket ltjk el.
9. bra
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
17.oldal
Komplex (sszetett) csoportosts (10. bra).
A trbeli s a funkcionlis eloszts ltalban sszetetten valsul meg.
10. bra
1.3. .5. Irnytsok megvalstsa
Fajti:
Folytonos rendszerek
amelyeknl a jelfeldolgozs idejt csak az alkalmazott ramkrk ksleltetse hatrozza
meg. A hagyomnyos elektronikus (digitlis) s rels vezrlsek, valamint az analg
szablyozsok.
Mintavteles rendszerek
amelyeknl a jelek frisstse, feldolgozsa diszkrt idkznknt trtnik. A
mikroprocesszoros irnytsok (PLC -k, DDC -k stb.) mindegyike ilyen mkds.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
18.oldal
II. R S Z
Az irny ts technikban alka lmaz ot t progr amozhat har dver
ksz lkek
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
19.oldal
2. Programozhat logikai ramkrk (PLD)
Viszonylag j technolginak szmtanak, amelybl szmtalan tpus jelent meg rvid id
alatt. Mr a rendelkezsre ll architektrk (architektra alatt rtve az eszkzk azon
tulajdonsgait, amelyek a logikai felptst - ki-s bemenetek szma, programozhat
tmbk mrete stb.) szma is szzas nagysgrend, ha pedig a klnfle technolgiai
megoldsokat (ramkr-technikai megoldsok, sebessg, jrarhatsg, tokozs stb.) is
figyelembe vve szeretnnk csoportostani, akkor a vlasztk mr tbb ezres.
Megjegyezend, hogy nem csak PLD-k segtsgvel kszthetnk logikai hlzatokat,
hanem memria ramkrkkel (PROM, EPROM stb.) is. Ilyenkor a memriban eltroljuk
a megvalstand hlzat igazsgtblzatt gy, hogy az egyes bemeneti kombinciknak
megfelel cmeken hivatkozva a memria kimenetn a logikai hlzat adott bemenetre
adott vlaszt kapjuk. A memria ramkrk hasznlatnak tbb htrnya van: ltalban
nem tl hely- s eszkztakarkos megolds, klnsen sokvltozs fggvnyek esetn,
valamint sebessgben is elmaradnak a PLD -ktl.
A memriktl eltren a PLD -k nem az igazsgtblzatot, hanem magt a logikai
egyenletet troljk programozhat mtrixaikban, mivel megfelelen nagy S illetve
VAGY mtrixokkal (lteznek PLD -k, amelyek SNEM / SNEM esetleg VAGYNEM /
VAGYNEM mtrixokat hasznlnak) brmely logikai fggvny megvalsthat.
2.1. Egyszer programozhat log ika i e szkzk
(SPLD - Simple Programmable Logic Device)
Ezek az eszkzk ltalban ktszint logikai hlzatot tartalmaznak, kevesebb, mint 1000
kapuval. Az SPLD -k (s a programozhat logikk) els kpviselje a PLA (Programmable
Logical Array - Programozhat Logikai Tmb) volt, sematikus rajza a 11. brn lthat.
Az S illetve a VAGY kapuk egy-egy mtrixon keresztl kapcsolhatak ssze. Lteznek
PLA -k, melyek a kimeneteknl beptett flip-flop - kat tartalmaznak, ezltal felhaszn-
lhatak sorrendi hlzatok megvalstshoz is.
A PLA eszkzk f htrnya, hogy a kt programozhat mtrix beptse egyrszt
megdrgtja a gyrtst, msrszt az eszkz sebessgt is cskkenti, hiszen a jeleknek kt
mtrixon kell vgighaladnia.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
20.oldal
11. bra
Ezen problmk kikszblsre szlettek meg a PAL-ok (Programmable Array Logic -
Programozhat Tmblogikk), melyekben csupn az S mtrix programozhat, a VAGY
mtrix nem, emiatt ellltsuk olcsbb, programozsukhoz egyszerbb hardver szksges,
s sebessgk nagyobb. Ezen tulajdonsgaiknak ksznheten, br kevsb rugalmasan
hasznlhatk, jval elterjedtebb vltak a PLA logikknl. A PAL-ok sematikus rajza az
12. brn lthat.
12. bra
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
21.oldal
2.2. Komplex programozhat log ikai e szkzk
(CPLD - Complex Programmable Logic Device)
Ezek az eszkzk gyakorlatilag tbb, egy tokba integrlt, SPLD -nek felelnek meg. Ez a
fejlesztsi irny meglehetsen j, s szmos klnfle, nehezen csoportosthat
architektra ltezik. A Lattice ltal gyrtott ispLSI eszkzknl pldul az SPLD -nek
megfelel elemeket ltalnos logikai tmbnek (GLB - Generic Logic Block) nevezik,
melyek mega-tmbknek nevezett csoportokat alkotnak. Ezen megatmbk mkdst a
Globlis Vezrl ramkr (GRP - Global Routing Pool) hangolja ssze.
2.3. Felhaszn l lt a l programozhat kapu mt rix
(FPGA - Field Programmable Gate Array)
Az FPGA -k az eddig emltett eszkzknl is rugalmasabban programozhatak. Itt ugyanis
(pl. a Xilinx cg FPGA -inl) gynevezett Programozhat Logikai Blokkok (CLB -
Configurable Logic Block) alkotnak mtrixot, amelyen bell teljesen szabadon kthetek
ssze egymssal programozhat kapcsolk segtsgvel. A CLB -k elrendezse tpustl
fggen tbbfle is lehet, a hierarchikus FPGA -knl pldul az elbb emltett
megatmbk -hz hasonlan SCLB -kbe (Super Configurable Logic Block) csoportostjk
a logikai tmbket.
2.4. GAL eszkzk
A GAL eszkzket (GAL - Generic Array Logic; ltalnos Tmb Logika) a Lattice
Semiconductor fejlesztette ki 1985-ben. Felptsben a PAL -ok tovbbfejlesztsnek
tekinthetek, ugyanis a kimeneteken programozhat kimeneti ramkrket, ms nven
kimeneti logikai makrocellkat (OLMC) helyeztek el, (13. bra) amelynek a VAGY kapuk
is rszei. Ezek segtsgvel egyrszt emullhatak az egyes PAL tpusok klnfle
kimeneti regiszterei, msrszt az eszkz jval sokoldalbban programozhatv vlik.
Ennek eredmnyekppen szmos PAL tpus kivlthatv vlik az azonos lbszm GAL
IC-k felhasznlsval (a gyrt szerint 5 standard GAL tpus; a 16V8, 20V8, 22V10,
20RA10 s a 20XV10 kpes helyettesteni a kereskedelemben kaphat bipolris PAL-ok
98%-t), a hozzjuk kszlt JEDEC biztostk trkp ugyanis talakthat a GAL eszkz
formtumra. Bizonyos programoz hardverek automatikusan kpesek arra, hogy a
meglev PAL JEDEC fjlbl kzvetlenl felprogramozzk az adott eszkzzel fellrl
kompatbilis GAL -t.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
22.oldal
13. bra Egy makrocella ltalnos felptse lthat a 14. brn.
14. bra
A GAL eszkzket fleg TTL logikai ramkrk helyett hasznljk, amelyekbl akr 5-10
darabot is kivlthat egyszerre. Tipikus felhasznlsi terletei lehetnek pldul a busz
interfsz ramkrk, memriavezrlk, szmllk stb.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
23.oldal
A tovbbiakban ugyan emltem az egyes tpusok makrocellinak kialaktst, zemmdjait,
vezrl biteket, ezek azonban csak az eszkzk mkdsi elvnek megismershez
szksgesek; ha az ispDesignEXPERT fejlesztprogrammal dolgozunk, akkor ezeknek a
belltst a program nllan elvgzi.
Megjegyezend, hogy br a GAL eszkzket a Lattice fejlesztette ki, nhny ms cg,
pldul a National Semiconductor vagy az Intel is kszt GAL-okat illetve azokkal
kompatbilis logikkat. A tovbbiakban kizrlag a Lattice tpusairl esik sz.
3. Mikroprocess zoros irnyt berendezsek
Az ipari folyamatok szmtgppel trtn megvalstsa, mr az 1960-as vekben
kezddtt. Ekkor fejlesztettk, ki az un. folyamatirnyt szmtgpeket. A nagy
szmtgpek nem tudtk megoldani az automatizls korszer kvetelmnyeit. A
krnyezeti hatsok kikszblse, az irnyts sebessge nem valsthat meg ilyen mdon.
Az vtized vgn jelent meg az ipari krnyezetben jl alkalmazhat irnyt berendezs a
PLC (Programabble Logic Controller, azaz a programozhat logikai vezrl). Az els
vltozatot a MODICON cg fejlesztette ki (Modicon 084). Rvid idn bell szmos cg
ksztett PLC -t.
A mikroprocesszor megjelense gyorstotta fel az ipari szmtgpek, PLC k, DDC k
(mikrogpek) fejlesztst, s alkalmazst. A mikrogpek segtsgvel lehetett megva-
lstani a korbban mr elmletileg trgyalt, s javasolt osztott intelligencij irnytsi
rendszereket.
3.1. ltalnos cl mikrogpek s a mikrokont ro l le r
Az ltalnos cl mikrogpek csoportjt alkotjk azok a mikroprocesszoros digitlis
szmtgpek, amelyek mind szmtstechnikai, mind irnytsi, vagy egyb feladatok
szoftvertl fgg megvalstsra alkalmasak.
Az integrlsi technolgia gyors fejldse lehetv tette, hogy egyetlen lapkn (chip) egyre
tbb funkcionlis elemet lehessen megvalstani. A mikroprocesszorok megjelenst
kveten cskkentett konfigurcij mikrogpet ms nven mikrokontroller
(mikrovezrl) - is gyrtottak.
1977 -79 kztt mind az Intel, mind a Motorola elkszti a sajt mikrokontroller csaldjt.
Az Intel ltal kifejlesztett 8031/51 mikrokontroller csalddal kompatibilis mikro-
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
24.oldal
kontrollereket mindmig sok gyrt kszt. Az alapokat a Digitlis technika tantrgyban
tanultk.
Az 1990-es vtizedben jelentek meg a piacon a MicroChip mikrovezrl csaldja a PIC. A
gyrtmnyaiban alkalmaztk elszr a Flash memrit, amely akkor lpselnyt jelentett a
tbbi kontrollerrel szemben.
A jegyzetben elsdlegesen a 8031/51 csald legjabb fejlesztsi eredmnyekrl adunk
ttekintst.
A kvetkez fejezetben sszehasonltjuk a kt kontroller csald jellemzit
A tovbbiakban sszefoglaljuk a chipbe integrlt digitlis s analg perifrik mkdst, s
az alkalmazsi lehetsgeket. Ugyanakkor trgyaljuk a perifrik programozsnak
mdozatait is.
3.2. MCS51 s a P IC mikrokont rol l e rek fe lp t snek sszeha-sonl t sa
A processzorok felptse alapveten klnbzik. A MCS51-es processzor mag Neumann
felpts, ami azt jelenti, hogy mind az adat- mind a program memria kzs buszra
csatlakozik, s ezen keresztl rhetk el. A PIC klnll program- s adatmemrival
rendelkezik. (Harvard felpts.)
1. Mindkt tpus adatmemrija 8 bites. Az MCS51-es programmemrija szintn 8 bites,
mg a PIC- 12-14-16 bit szles, a csaldtl fggen.
2. Az utastsok hossza az MCS51-es rendszernl egy s hrom bjt kztt vltozik. Az
els bjt a mveleti kd, a msodik bjt az operandus, a harmadik bjt a 16 bites cm
operandus msodik bjtja. A PIC -nl minden utasts egyszavas, kivve a 18-as
csaldot, ahol megjelenik ngy ktszavas utasts.
Cmzsi mdok:
Kzvetlen (direkt) cmzs: mindkt csald tmogatja ezt, ahol egy 8 bites cm jelli ki
az operandus - t. Az MCS51-es rendszerben csak a RAM als 128 bjtja s az SFR
regiszterek cmezhetk ilyen mdon, mg a PIC -eknl a teljes adatmemria elrhet
ilyen mdon.
Kzvetett (indirekt) cmzs: mindkt csald tmogatja ezt a mdot, ahol egy regiszter
tartalma hatrozza meg annak a regiszternek a cmt amivel a mveletet el kell vgezni.
Az SFR memriaterlet az MCS51-nl gy nem rhet el, de klnben mind a kls s
mind a bels memriaterlet elrhet. Hrom mutat segtsgvel trtnik ez a fajta
cmzs: R0, R1, DPTR.A PIC eszkzk mutatknt egy vagy tbb (3) File Select
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
25.oldal
Regisztert hasznljk erre a clra. (A PIC18-as csaldnl mutat s elemmvelet
egyttes vgrehajtsa is lehetsges.
Regiszteres utastsok: csak az MCS51-es rendszerben: R0-R7 regiszterek hasznlata,
rvidebb utastsok a lokalits elvnek felhasznlsval.
Regiszter-specifikus utastsok: Az MCS51-es rendszerben szmos utastst csak az
akkumultorban lv adaton hajthatunk vgre (pl. CPL A). A PIC -eknl az utastsok
legtbbje brmelyik regisztert hasznlhatja.
lland mint operandus (immadiate): mindkett tmogatja
Indexelt cmzs: MCS51: csak a program memria kezelhet gy. A PIC- eknl a
program memrit cmz SFR regiszterekkel trtnik (PCL, PCLATH). A PIC18-as
csaldnl a TBLRD utastssal a programmemria olvashat, illetve a TBLWR
utastssal rhat.
Bit cmzs: az MCS51-es rendszerben maximum 256 a memriban meghatrozott bit
cmezhet (128 felhasznli, 128 SFR regiszterekben). A PIC -eknl minden bit cmezhet.
A klasszikus MCS51-es rendszerben csak 384 regiszter lehetett a bels RAM - terleten, de
ezt a tovbbfejlesztsekben megnveltk. Jelenleg a PIC18-as csaldnl a legnagyobb
adatmemria 4 Kbjt lehet.
3.3. Dig i t l i s peri frik
A fejezetben megismerkednk - csaldtl fggetlen trgyalsban - a kontrollerek- ben
megtallhat digitlis funkcikat, megvalst perifrikat. Els nagy csoportjuk a Port-
ok, amelyek a microchip s a klvilg be-, s kimeneti jeleit illesztik. A msodik nagy
csoport a szmllk s ezekhez csatlakoz funkcik (capture, compare, PWM konverzi
stb.) A mkds megismerse mellett az alkalmazsi lehetsgekrl is foglalkozunk.
3.3. .1. Portok
A mikrokontrollerek s a klvilg kztt a Port-okon keresztl trtnik az adatforgalom. A
fejlesztsek sorn klnbz illeszt ramkrket alaktottak ki. Legfontosabb kzs
jellemz, hogy brmelyik port ki-, vagy bementknt is hasznlhat legyen.
A 8031/51 mikrokontroller csald els vltozataiban a 15. bra szerinti megoldst talljuk.
Minden port-bithez egy D trol tartozik. A Port rsakor a trol Cp ber jele aktivldik.
Olvasskor viszont a lbhoz csatlakoz tri-state ramkr(k) nyitst vezrli az utasts.
Ennek eredmnyeknt a bels adatbuszra a kls jel kerl. Betartand felttel, hogy a
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
26.oldal
bemenetknt hasznlt bit troljban 1 rtk kell legyen. Ugyanez a felttel a port
msodlagos funkcijnak hasznlatakor is.
15. bra A 16. bra a kzelmltban fejlesztett kontroller illeszt ramkrt mutatja. A kls terhels
jellegtl fggen md van Open collector, Push-pull s Weak-pullup (lgy vagy cskkentett
impedancij) kimenet belltsra.
16. bra
A gyrtstechnolgia gyors fejldse egyre nvekv elemsrsg chip- ek ksztst tette
lehetv. A nagy elemsrsg lehetsge, hogy sok funkcionlis egysg kerl egyetlen
tokba. Egy-egy alkalmazsnl nem szksges mindegyik egysget hasznlni. gy felesleges
Cp
P3.x
Ucc
Msodlagos kimenet
T D
&
Msodlagos bemenet
Bels adat busz
Port rs
Port olvass
Read modify olvass
&
Weak- Pullup
1
1
VDD
VDD
DGND
Push-Pull
Port-kimenet
Eng. Port-
kimenet
Analg vlaszt
Analg bemenet
Port-bemenet
Port bit
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
27.oldal
minden egysghez fix lbkiosztst rendelni. A nagyon kltsges kivezetsek (lbak)
cskkentsre mutat pldt a 17. bra szerinti megolds. A Digital Crossbar egy kapcsol
mtrix. A kapcsolatok programozsval oldhat meg, hogy lehetleg optimlisan hasz-
nlhassuk a ki-, bemeneti port-biteket.
17. bra
A 18. bra a PIC csald port kialaktst mutatja. A hrom trol kzl a Data Latch trolja
kiviend bitet. A TRIG Latch vezrli az rs, vagy olvass pillanatt. A beolvasott rtk
pedig a legals trolba kerl. A port vezrlsekor kln kell megadni az irnyt
18. bra
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
28.oldal
3.3. .2. Oszci lltor
A korszer kontrollerek mkdsnek szinkronozsa bels, vagy kls oszcilltorral
trtnhet. A 19. brn bemutatott ramkrben a rendszer az rajelet (SYSCLK) vagy a tokba
19. bra
ptett oszcilltorbl, vagy a bemenet illeszt-vel csatolt kls klnbz rezgkrtl
kapja. A bels oszcilltor frekvencija s ki-, bekapcsolsa OSC-ICN jel SFR regiszter
bitjeivel vezrelhet. A kls oszcilltor lehet rezontor, kristly, kondenztor, vagy RC
hlzat, amelyet az XTAL1/XTAL2 pontokhoz kell csatlakoztatni. A kls CMOS
ragenertor alkalmazsakor az XTAL1 lb a bemenet.
A reset jel utn a bels oszcilltor adja rendszer rajelt. Az RST lb alacsony szintjnl
mindkt oszcilltor tiltott. Kls jelgenertorra vezrlssel lehet tvltani.
3.3. .3. Idztk-szmllk
A digitlisan megoldhat feladatok legnagyobb rszben alkalmazhat az idzts, vagy
esemnyek szmllsa. A mikrokontrollerek mindegyikben megtallhatk a programozhat
idzt/szmll egysgek. A kvetkezkben tmren ttekintjk a klnbz megol-
dsokat.
ltalnos felpts
A 20.brn tekinthetjk meg a szmll egysgek kzs elemeit. A szmlls rtkt az SFR
memria egy szavban (CT_L CT_H) tolja. A szmlland jel tbb forrsbl egy
multiplexer (MX) vlasztja ki. Programbl vezrelhet a szmlls engedlyezse s a
jelforrs. A vzolt felpts (az zemmd) esetenknt ugyancsak programbl vltoztathat.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
29.oldal
20. bra
Bers-ismtls (Download)
A leggyakoribb felhasznls egyike a frekvencia-oszts. A binris szmlls csak a 2 egsz
szm hatvnynak megfelel rtkkel oszthat. A modulus vltoztatsnak egyik megoldsa,
amikor a kezd szmot Ck- programozssal vltoztatatjuk. A szmlls tlcsordulsakor
errl a szmrl kezddik jra szmlls. Amennyiben lland frekvencij jel alkal-
mazsval llthatunk el klnbz frekvencij jelgenertort.
A 21. bra szerinti felptsben az MT_L s MT_H regiszterekbe rjuk be a kvnt kezd
szmot, amely a tlcsordulskor - CT =1 nl trdik a szmll regiszterbe.
21. bra
Cy
MX
CT_L CT_H &
Szmlland jelforrsok
Engedlyezs
Szmll regiszter(ek) Tlcsorduls
Jelforrs kivlaszts
MT_L MT_H Modulus regiszter(ek)
Kezd rtk
Cy
MX
CT_L CT_H & Engedlyezs
Szmll regiszter(ek)
Tlcsorduls
Jelforrs kivlaszts
Szmlland jelforrsok
Kezd rtk
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
30.oldal
Mintavtelezs (Capture)
A megoldand feladatok kztt gyakran kell mrni az esemnyek kztt eltelt id, vagy egy
harmadik esemny szmt. Frekvencia, kitltsi tnyez meghatrozsa is elfordul a
technolgiai folyamatok irnytsban. A Capture (mintavtelezs) funkci alkalmazsval
22. bra megoldhat a feladat. A 22. bra szemllteti a mintavtelez ramkr egy lehetsges
vltozatt. Az alapszmll (CT_L, CT_H) regisztereinek tartalma a tri-state csatolkapukon
trhat a mintavtelez regiszterekbe (CP_L, CP_H).Programmal vlaszthat ki a
szmlls, a mintavtelez jel forrsa, valamint engedlyezhet a mkds.
sszehasonlts (Compare)
Vltoztathat frekvencij, kitltsi tnyezj s fzis ngyszgjelek llthatk el az
sszehasonlt funkci alkalmazsval. A 23. brn lthat blokkvzlaton a szmll
regiszterek (CT_L, CT_H) tartalmt egy kompartor hasonltja ssze a CR_L, CR_H
regiszterek tartalmval.
23. bra
Mintavtelez jelek
Cy
MX
CT_L CT_H &
Szmlland jelforrsok
Engedlyezs
Szmll regiszter(ek)
Tlcsorduls
Jelforrs kivlaszts
&
MX
CP_L CP_H
Mintavtelez (capture) regiszter(ek)
Jel kivlaszts
MX
Jf Kompartor
Cy CT_L CT_H &
Szmlland jelforrsok Szmll regiszter(ek)
Tlcsorduls
Jelforrs kivlaszts
CR_L CR_H sszehasonlt (compare) regiszter(ek)
Megszakts kr bit
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
31.oldal
Amikor a kt szmtartalom egyforma, egy jelz flag (Jf) 1-be rdik. A flag lekrdezhet,
vagy megszaktst krhet. A compare regiszterek tartalma programbl rhat. Az egyezsg
jelzsekor programbl vltoztathatk a kimenetknt hasznlt port bitek 1-be, vagy 0-ba. A
jelsorozatok ellltshoz az aktulis megszakts rutinban kell berni a compare
regiszterekbe a kvetkez jelvltshoz szksges rtket.
Gyrtanak olyan kontrollereket is, amelyeknl az sszehasonlt funkci kzvetlen vezrli a
hozz rendelt port biteket. Ilyen a PCB80C552 tpus mikrovezrl. ( A Fggelkben
rszletesen olvashat a mkds s hasznlata.)
Beptett ellenrz ramkr a Watch dog
A kontrollerrel vezrelt irnytsok zavartalan mkdst biztostani kell a kls-, illetve
bels zajok hatsnak jelzsvel, vagy kikszblsvel. A zaj hatsra ltrejtt prog-
ramtveszts, vagy zrt programhurok megszntetsnek egyik megoldsa az un. Watch-dog
szmll alkalmazsa. Ilyen beptett egysg mr a legtbb mikro vezrlben van.
A 24. brn a 80C552 tpus mikrokontroller Watch dog ramkr blokkvzlata lthat. Az
rendszer rajelet (foszc) a nagy kapacits idzt (az brn az eloszt + timer) szmllja. Ha
a szmll tlcsordul, akkor a csatlakoz tranzisztor a kontrollert reset- eli. Ez a program
jbli indulst vezrli. A program inicializl rszben program dntheti el, hogy hibbl
trtnt-e az j indts, vagy nem. Hiba esetn jelzst lehet generlni.
24. bra Az irnyt program, amely mindig ciklikus norml mkdsekor egy programponthoz adott
idtartamon bell mindig visszatr. Ezen a helyen mindig jra kell rni az idzt
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
32.oldal
regisztereket, s ezzel elkerlhet a tlcsorduls, az automatikus reset. A mkdst kls
lbrl lehet engedlyezni. A regiszterek jratltst a PCON SFR regiszter vezrli.
3.3. .4. Analg perifrik
A krnyezet jeleinek tbbsgt mr eszkzk analg jeleket szolgltatnak. Ezek nagy
hnyada feszltsg, vagy ram. Az irnyts, e jeleket hasznlja a mkds, vagy a
beavatkozs hatsnak ellenrzsre. Az ipari szablyozsok jelents hnyadnl is az
ellenrz jel analg.
A korbbiakban egyedi eszkzk, majd integrlt ramkrk szolgltattk a mrt analg
jelekkel arnyos digitlis informcit. Egyre tbb mikrokontrollerbe integrlnak klnbz
sebessg, felbonts Analg-Digitl ( A/D) illetve Digitl-Analg ( D/A ) talaktkat,
illetve analg kompartorokat.
A fejezetben rviden ttekintjk a megoldsok nhny vltozatt.
Analg-Digitl (A/D) talaktk
A mikrokontrollerekbe tbbcsatorns, nagysgrendi kzelts (successive-approximation)
elven mkd A/D talaktkat integrlnak. A 25. brn egy korszer 12 bites - A/D
talakt felptst mutatjuk be.
A 8 kls analg jel (AIN0 AIN7), valamint a chip hmrsklett mr rzkel (TEMP
SENZOR) jele kapcsoldik a multiplexerre (ANMUX). Az zemmd, s a csatornavlaszt
jelek megfelel kombincija vagy egy, vagy a kls jelek kzl egy sszetartoz pr-t
vlaszt ki. A kivlasztott jel(ek) a programozhat erst (PGA) bemeneteire jutnak. Az
ramkr ezzel a kialaktssal egyetlen analg rtk, vagy kt jel rtkeinek klnbsgt
digitalizlja,
25. bra
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
33.oldal
Az A/D talakts az albbi mdokon indthat.
1. Szoftverbl a vezrl regiszter egy bitjnek (AD0BUSY) 1-be rsval,
2. Folytonos mrsi sorozat vezrelhet a Timer2, vagy a Timer3 bels idzt/szmll
tlcsordulsval.
3. A CNVSTR lbra adott kls jellel.
Az talakts vgt az AD0BUSY=0 rtke jelzi. E bit rtknek figyelse trtnhet
lekrdezssel (polling), megszakts elfogadsnak engedlyezsvel. A konverzi
befejezse utn olvashatk ki a digitlis eredmny fels-, s als bjtjai.
A legjabb fejleszts A/D talaktknl lehetsg van zemmd belltssal az
eredmny jobbra, vagy balra igaztsra is. Van olyan megolds is, ahol az
rtktartomnyon bell un. ablak jellhet ki, amelyen bell, vagy csak azon kvl trtnik
megszaktskrs. Ez a megolds lehetsget nyjt egy adott rtktartomnyba es jel
figyelsre, feldolgozsra.
Digitl-Analg talaktk
Az automatizlsi feladatok kztt egyre gyakoribb feladat a klnbz idfggvny szerint
vltoz analg jelek ellltsa. Ilyen feladat, pl. a preczis mozgsvezrls, vagy
jelkompenzls stb.
A 26. brn szemlltetett, nagy sebessg Digitl-Analg (DAC) jeltalaktval viszonylag
egyszeren hozhatunk ltre klnbz lefolys analg feszltsget.
26. bra
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
34.oldal
A jelelllts alapja, hogy egy tmbbe foglaljuk, a felbontsnak megfelel szm digitlis
rtket, amelyek az ellltani kvnt analg jel - egyes idpontokhoz tartoz rtkei. Az
adattmbbl, az egyms utni rtkeket trjuk a D/A talakt adatregisztereibe (DACH,
DACL). Az rst az LSB bjttal kell kezdeni. A bert rtket az temez jel rja t az
tmeneti trba (Latch). E regiszterek tartalmt alaktja analg jell a DAC ramkr,
amelynek kimenethez egy admittancia-illeszt kvet erst csatlakozik.
Az ellltott jel analg rtkt a digitlis jel, mg az idbeli vltozst az temez jel
frekvencija hatrozza meg.
Az bra szerinti ramkrben ngy klnbz temez jel alkalmazhat. Hrom idzt
(Timer 1, 2, 3) valamelyiknek tlcsordulsa, vagy az MSB bjt bersa a DACH jel
adatregiszterbe. Az idztkkel vals idej jeltalakts, mg a berssal szoftver-vezrelt
jelvltozst valstunk meg.
Az ismertetett DAC ramkr 8, vagy 12 bites digitlis informcibl llt el az AV+ -
AGND feszltsgtartomnyba es analg rtket. A mkds tiltsakor a kimenet nagy
impedancij lesz.
Kompartorok
Az irnytstechnikban sokszor alkalmazott kt-, vagy hromllsos szablyozsoknl a
hibajel adott rtknl kell a beavatkoz elemet ki-, vagy bekapcsolni. Az tkapcsols
hiszterzis -es kell, legyen.
A 27. brn szemlltetett kompartor alkalmas a feladat elltsra. Az ramkr
bemeneteinek (IN+ , IN- ) feszltsge hatrozza meg a kimenet llapott. A kt D trol
biztostja a mkds szinkronjt.
27. bra
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
35.oldal
Programozssal llthat be kvnt hiszterzis. A 28. brn lthat a kimeneti jelalak.
28. bra
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
36.oldal
3.3. .5. Soros kommunikci
A soros informcicsere a telefonnal kezddik, amelynl kt vezetken keresztl a hanggal
arnyos analg feszltsgtvitel trtnik kt pont kztt. A telefontechnika fejldsnek
eredmnye, hogy a 20. szzad kzepn mr kdolt (digitlis) szveg tvitelt is megvalst a
TELEX. Ekkor szletik meg a V24 jel szabvny, amelynek rsze a mg ma is hasznlt
RS232 szabvny szerint megvalstott soros vonali kommunikci.
Az integrlsi technolgia fejldsnek eredmnye, hogy egyetlen chip -ben, egy
mikrokontrollerben megvalstjk az nll soros kommunikcis hardvert is (I8051/31
csald). Ekkor mg csak az RS232 szabvnynak megfelel a kialakts UART (Unit
Asyinchron Recevie Transmit). A fejlesztsek eredmnye, hogy tovbbi kommunikcis
protokollok szerint mkd soros vonali illesztket alaktanak ki. Ilyenek az I2C (System
Management Bus SMB), vagy az SPI (Serial Peripheral Interface) busz.
Ma mr tbb olyan mikrokontrollert is gyrtanak, amelyekben a felsorolt kommunikcis
illesztk kzl tbbet, vagy mindegyiket kialaktottk. A felhasznl dnti el, hogy a
fejlesztett rendszerben mely kommunikcikat hasznlja.
A tovbbiakban a megemltett hrom vltozat ismertetsre kerl sor.
UART (Unit Asyinchron Recevie Transmit)
A klasszikus RS232 szabvnynak megfelel mkds UART portokkal kt adat-vezetken
keresztl Tx (Transmit ad), Rx (Recevie vev) full-duplex (teljes ktirny)
kommunikcit valsthat meg.
Megjegyzs: termszetesen egy kzs null-vezett is kell hasznlni.
Az UART - soros vonali illeszt blokkvzlata lthat a 29. brn.
Az illeszt ramkr kt, mkdsben egymstl fggetlen egysgbl, az ad-, s a vev
ramkrkbl ll. (A mkdst, temez jelet szolgltat Baud-Rate genertor nem rsze az
UART -nak.) Az SCON sfr regiszterben vannak a soros illeszt egysg zemmd bellt-,
vezrl-, s sttusz-bitjei.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
37.oldal
29. bra Elszr az ads mkdst elemezzk. Az indts eltt a Tx kimenet H szinten van. Az
adst az SBUF jel lptetregiszterbe trtn rs kezdemnyezi. A 8 bites informci
mellett a TQ jel trolba 1 a Stop-bit rdik .
Az adatbers egyttal a Tx Control (adst-vezrl) Start bemenetn keresztl elindtja az
albbi lpsek vezrlst.
a Tx Clock bemenetre rkez els temez impulzus (rajel) ideje alatt a Send =1, a Data=0,
ezrt a Tx kimenet L szint lesz. Ez az un. Start-bit, amely jelzi egy bjt adsnak kezdett.
A kvetkez rajeltl kezdve a Data kimenet is 1-be vlt, s ezzel engedlyezi a bert adat
LSB bitjnek kilpst a Tx vonalra.
A kvetkez 8 temben az SBUF tartalmt a kimenetre lp, s a TQ trolba 0-t r s ez ltal
a regiszter utols (9.) bitje lesz csak 1.
A 9. lptets utn kirl a regiszter, s a Zero Detector egysg lelltja a vezrlst. Ekkor
vlt 1-be a TI jel (Transmit Interrupt) bit. A bit rtke megszaktst is kezdemnyezhet, ha
az engedlyezett, vagy lekrdezhet (polling).
Vev
Ad
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
38.oldal
Az adatkzls teht bjtonknt automatikusan hajtdik vgre. Az adattvitelt kezel szoftver
feladata csak a kvetkez bjt rsa, amikor a TI bit=1.
Az alapmkdst szemllteti a 30. bra
Az RS232 szabvny kommunikci idztse az M1 zemmdban
30. bra Msodszor elemezzk a vev egysg mkdst
Az Rx vonalon rkez adatsorozat a bemeneti informci.
A vev egysg Start bemenetre az ldetektor ad indt jelet akkor, ha a vonalon 1-0
tmenet (adat kezdet) van.
Ettl kezdve, az rajel (Rx Clock) a jelsorozatot - a kerethiba jelz (Frame Error Detector)
ramkrn keresztl a 9 bites bemeneti regiszterbe (Input Shift Regiszter) lpteti.
A kilencedik lptets utn - ha nincs hiba a vett adat trdik az SBUF vev regiszterbe, s
RI (Recevie Interrupt) bit 1 rtkre vlt. Ekkor lehet kiolvasni s feldolgozni a berkezett
informcit.
Az un. pont pont kapcsolatot, - vagyis amelynl csak kt lloms kommunikl -
szemllteti a 31. bra.
31. bra Az elzekben emltett hibafigyel ramkr hiba bitekkel ad jelzst a hibs mkdsrl,
vagy vezrlsrl. A teljessg ignye nlkl kerethiba lehet pldul, ha a jelkezdettl bit
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
39.oldal
id mlva a jel jbl 1 szint (zaj indtotta vtelt), vagy ha a 9. bit utn sem rkezik Stop-bit
( pl. vonalhiba is okozhatja) stb.
Az UART zemmdjai: A mikrokontrollerek UART egysgei rendszerint tbb
zemmdban is mkdhetnek.
a. A 8 bites, az elzekben lert ads-vtel a leggyakrabban hasznlt zemmd.
b. Tbb- (multi-) processzoros kommunikci a 9 bites adattvitellel alakthat ki.
A 32. brn szemlltetett megoldssal tbb lloms kztt is kialakthat kommunikci. A
kommunikci 9 bites szavakkal trtnik. A 9. bit hatrozza meg, hogy az eltte lv
nyolc bit cm (1), vagy adat (0).
A rsztvevk kzl mindig egyik a master, a tbbiek a slave -k.
32. bra Az adattvitelt mindig a master ramkr kezdemnyezi. A slave egysgek is fogadjk az els
adatot. A kezd bjt annak az egysgnek (slave -nek) a cme, amelyhez informcit kvn
kldeni. Amelyik egysgnl MATCH Detect (lsd. 25.bra) azonostja a cmet, az
engedlyezi a tovbbi kommunikciban val rszvtelt. A tbbi ramkr lekapcsoldik a
buszrl. A tovbbi bjtok adatok, amelyeknl a 9. bit 0. Amennyiben vlasz is kell, akkor
megcserldnek a szerepek s a vlaszad lesz a master.
c. A szinkron zemmd
A 33. brn lthat, hogy az egyik vonalon (Rx) rkezik az adat s msikon (Tx) az temez
rajel.
a.
Az ads-vtel idztsei az zemmdban
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
40.oldal
b.
33. bra
Tovbbi vltozatot jelent, hogy lehet az ads-vtel fix-, illetve vltoztathat temezs. Az
rajelet rendszerint a kontroller valamelyik idzt/szmllja szolgltatja.
I2C (System Management Bus SMB) busz
Az I2C, Inter IC azaz IC-k kztti busz. Az I2C busz nagybonyolultsg integrlt ramkrk
kztti soros informcicsert biztost megvalst snrendszer. Az tviteli half-duplex
mdon trtnik, sebessge kb. 100-400 kb/s rtkig nvelhet.
A kommunikci ktirny adatvonalon (SDA = Serial Data) keresztl trtnik, s egy
kln rajel (SCL = Serial Clock) szinkronizlja az adatvezetken az adatokat. Mindkt
buszvonalhoz csatlakoz hardver elemek nyitott (open) kollektoros kialaktsak. A busz
elvi felptse a 34. brn lthat.
34. bra
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
41.oldal
Alaphelyzetben nincs adattvitel, a vonalak magas llapotban vannak (minden csatlakoz
elem kimeneti tranzisztora zrt). Ha brmelyik tranzisztor kinyit, akkor az a vezetket
alacsony szintre kapcsolja. Ezt a megoldst az elektronikban huzalozott vagy kapcsolatnak
hvjk.
A buszon az informciramls irnya alapjn megklnbztetnk Ad ill. Vev
egysgeket. Az tvitel vezrlst a Master eszkz vgzi, irnytva a Slave egysgeket
A funkcik: TRX = Transmitter (ad) egysg, kldi az adatot a buszra.
RCV = Recivier (vev) egysg, adatot fogad a buszrl.
A szerepek: MST = Master (mester) egysg, kezdemnyezi az tvitelt, generlja az
rajelet, s lelltja az tvitelt.
SLV = Slave (szolga): A mester ltal megcmzett egysg.
A mikrokontroller I2C egysge mindegyik szerepre s funkcira kpes. Termszetesen, ha ez
az egysg vezrli a perifrikat (s a gyakorlatban ez a leggyakoribb eset), akkor szerepe:
mester s a perifrik a szolgk.
A busz multi-master kialakts. Ez azt jelenti, hogy buszra kapcsold eszkzk kzl
nem csak egy, hanem tbb is tveheti az tvitel vezrlst. Ezzel kapcsolatos fontos
tulajdonsg az arbitration, vagy dnts. Ez egy eljrs, ami biztostja, ha egynl tbb
mester akarja a buszt vezrelni, akkor ezt csak egyetlen egy tudja megtenni, gy adatveszts
nem lphet fel.
A 35. brn lthat az ramkr elvi felptse.
Az Interface mkdst az 5 SFR regiszteren az
SMBCN vezrl,
SMBCR rajel bellt,
SMBADR cm,
SMBDAT adat,
SMBSTA llapot (sttusz)
keresztl mkdtethet
Az informci tvitel bjtos szervezs. Minden bjt befejezse megszaktst kezdem-
nyezhet.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
42.oldal
35. bra Az adatkzls felptst a 36. bra alapjn kvethetjk. Az tviteli szekvencia a kvetkez:
Alaphelyzet a busz kt vonala magas szint.
Az adattvitelt a master az un. START felttellel kezdi azzal, hogy az SCL vonalon
kiadott impulzus magas szintjnl az SDA vonalon egy H-L tmenet hoz ltre.
Ezutn vlnak aktvv a vonalak.
36. bra A kvetkez lpsben a Slave cme kerl az SDA vonalra. A cm 7 bites, s a
nyolcadik bit hatrozza meg az adattvitel irnyt. rs (W) 0 szint, olvass (R) 1
szint.
A kvetkez, 9. rajel alatt az ad egysg elengedi az SDA vonalat, s - a cmzett
vev azt 0 szintre hzza, ami az adat elfogadst acknowledge (ACK) jelzi.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
43.oldal
A kvetkezkben trtnik az adatok kldse, amelyek szma nincs korltozva.
Minden bjt vtele utn kvetkezik az ACK jelzs.
Az adattvitel befejezst a mester az un. STOP felttellel zrja le azzal, hogy az
SCL magas llapotban az SDA vonalon egy L-H tmenetet llt el. Ezt kveten
vlnak a vonalak inaktvv.
Ha a vev nem kpes adatot venni, akkor az ACK bit kldse helyett az SCL vonalat hzza
le 0 szintre. Ezt nevezzk vrakoz llapotnak.
A "minden bjt nyugtzsa" szably all kt kivtel van:
Amikor a master a vev (MST/RCV). Ilyenkor az adnak valahogy jelezni kell az a-
dssorozat vgt.. Az ACK jelhez kapcsold rajelet a mester termszetesen gene-
rlja, de az SDA vonalat nem hzza le L szintre. Ez a negatv nyugtzs (NACK).
A msik kivtel: a szolga akkor nem kld ACK jelet, ha nem kpes jabb adatbjtokat
elfogadni. Ez akkor lp fel, ha olyan tvitelt kezdemnyeznk, amit nem kpes
fogadni.
A buszra kapcsold eszkzk cmei kt csoportba sorolhatk:
Az egyikben a cm programozhat, ezek ltalban a mikrokontrollerek.
A msik csoport a klnfle funkcikat megvalst perifria ramkrk. Ezeknl az
eszkzknl a cm kt rszbl ll: a 4 bites tpuscmbl, s a bites hardver cmbl. A
tpus cm az azonos funkcij tokoknl mindig megegyezik. A hardver cmet az adott
tok megfelel lbaira kttt logikai szintekkel llthat be.
Amennyiben a master tbb szolgval vgez egymst kveten - adatcsert, akkor a minden
tvitelt lezr STOP, majd az jabb START llapot sokat lasst az tvitelen. Az tvitel azzal
gyorsthat, hogy a STOP helyett ismtelt START llapot, majd az jabb slave cm
kvetkezik. Ezt nevezzk ismtelt START llapotnak.
Az informcitvitel mindig kt rsztvev az aktulis master s slave egysg kztt
trtnik. Ennek megfelelen ngy vltozat lehetsges. A 37. a,b,c,d brkon szemlltetjk a
vltozatok idbeli lefolyst. Az brkon hasznlt jellsek az albbi jelentsek:
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
44.oldal
a. master ads
b. master vtel
c. slave ads
d. slave vtel
37. bra
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
45.oldal
SPI (Serial Peripheral Interface) busz
Az SPI soros vonali kommunikcis egysg ngy vezetken keresztl valst meg full-duplex
adattvitelt. A mkdsi md master-slave jelleg, ahol a kapcsold egysgek brmelyike
lehet a master ramkr. A mkds egyszer, amely a 38. brn bemutatott, pont-pont
kapcsolaton kvethet.
38. bra
A ngy csatlakozs funkcija:
A MOSI (Master Out, Slave In) pontokat sszekt vezetken kldi a master az
adatokat a slave nek.
A MISO (Master In, Slave Out) pontokat sszekt vezetken kldi a slave az ada-
tokat a master nek.
Az NSS (Slave Select) csatlakoz pontra kapcsol H szint, vlasztja ki a slave -t. A
bemutatott brn a master mikrovezrl egyik Port-bitje (Px.y) adja a
kivlasztst.
Az SCK (Serial Clock) vezetkre a master adja a kommunikci sebessgt
meghatroz rajelet. Maximlis rtke a rendszer-rajel (SYSCLK) tizede.
Az SPI kommunikcis ramkr elvi blokk-vzlatt szemllteti 39. bra. A lertak szerinti
mkds
zemmdjt az SPICFG,
vezrlst a SPICN,
az rajelet a SPICKR, s
az adatot SPIDAT
SFR regiszterek felhasznlsval programozhat.
A mkdtet szoftvernl a megszakts (SPI IRQ) is felhasznlhat!
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
46.oldal
39. bra
Az SPI ramkrkkel is megvalsthat a tbb llomsos kommunikcis hlzat. Az
llomsok kzl az ppen kijellt master szolgltatja az temez jelet. A slave kivlaszts a
mikrovezrl valamelyik port -jn keresztl, esetleg kls ramkrrel kiegsztve trtnhet.
Az elvi felptst mutatja a 40. bra.
40. bra
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
47.oldal
Az SPCKR regiszter bitjeivel klnbz fzishelyzet szinkronozs valsthat meg. A 41.
brn lthatk a varicik.
41. bra
Az ismertetett kommunikcis interface -k elvi mkdst trgyaltuk. Konkrt alkalmazsuk
az adott mikrokontroller katalgusi adatai alapjn trtnhet.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
48.oldal
4. A programozhat logikai vezrlk (PLC) alkalmazsa
A hallgatk a korbbi tanulmnyaik sorn az irnytstechnikban - megismerkedtek a
PLC -k alkalmazsnak alapjaival. Laboratriumban gyakorlatot szereztek a Siemens S7
tpus PLC programozsban. A fejezetben rviden ttekintjk a ma mr nlklzhetetlen
irnytsi eszkzk, a PLC -k fejldst. Rszletesebben foglalkozunk a haznkban taln
legjobban elterjedt hrom gyrt az OMRON, a SCNEIDER s a SIEMENS egy-egy
kszlknek alapvet hardver jellemzivel. Trgyaljuk ezen eszkzk programozst,
alkalmazsi lehetsgeit. Megismertetjk a fejleszti krnyezetek hasznlatt.
4.1. Trtnet i tt ekints
Nehz lenne megmondani, hogy mit tekinthetnk az automatizlsi rendszerek kezdetnek,
mi is volt az els lpcs. Mindenesetre az ipari folyamatirnytst s a PLC -k fejldst
tbb fontos dolog is befolysolta, mint pldul a mikroprocesszorok a flvezetk, s fknt a
termels hatkonysgnak fokozsa. Az ipari vezrlberendezsek teljesen talaktottk, a
termelsi folyamatot, cskkentve az l munkaer-ignyt, nveltk a termelkenysget, s
lland minsget tudtak produklni. Az els ipari kivitel vezrlberendezsek a 1960-as
vekben jelentek meg, a GM amerikai vllalat fejlesztsben. Akkoriban mg Programabble
Controller -nek neveztk. A General Motors megbzsbl a Bedford Associates hozott ltre,
egy j vllalatot olyan cllal, hogy kiszolglja, fejlessze s eladja az j termket a Modicon -
t amit, a Modular Digital Control utn neveztek el gy. Majd 1969-ben eladtk az els
mkd PLC t a 084-es tpusszmt, amely 1 Kb memrival s 128 I/O -val rendelkezett.
Az els PLC tervezsben jelents szerepe volt Richard E. Morley (42. bra) akit mig, a
PLC szlatyjnak tartanak.
Az els genercij vezrlk, programozsa mg nem
volt egysges, nem voltak univerzlis programnyelvek.
Szmos PLC-t, hasonlan a kor kvetelmnyeinek
megfelel szmtgphez, lyukkrtys mdszerrel
programoztak. A lyukkrtys mdszeren kvl nagyon
fontos volt Assembly-nyelv, valamint a gpi kd
programozs. A szmtgpek s a mikroprocesszorok
fejldsvel prhuzamosan fejldtek a PLC -k is.
42. bra
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
49.oldal
Az 1970-es vekben jelent meg, az ramt-terv -bl kialaktott un. ltra-diagram nev
programozsi nyelv, amelyet napjainkig is tbb-kevesebb mdosts utn - hasznlunk.
A Kand Klmn Villamosipari Mszaki Fiskola Hajtsszablyozs Tanszkn 1980-ban
kezddtt a PLC technika oktatsa.
Az els - MODICON 484 tpus (43. bra) PLC -t OMFB tmogatssal vette meg a
Tanszk. Ezt a kszlket 2002-2003 tanvig hasznltuk az automatika szakos gazati
kpzsnek laboratriumi gyakorlataiban, valamint a szak-zemmrnki, s egyb tan-
folyami kpzsekben.
43. bra Modicon 484
A kszlket programozni - egy I 8080 tpus mikroprocesszorral megptett - kpernys
programoz kszlkkel grafikusan lehetett. Programozsi nyelve a ksbbiekben LL98
elnevezs programnyelv els vltozata volt. Ez tulajdonkppen a ltra-diagram s a
funkci-blokk egyttes alkalmazsa. A fejleszti programot CMOS RAM trolta, s innen is
futtatta a PROM-ba getett monitor program. On-line programozs trtnt.
A kvetkezkben csak (44. 47. brk) felsorolssal mutatjuk be az elmlt 2 vtizedben
nlunk hasznlt PLC -ket. A bemutatott kszlkek programozsa mr PC-n fut fejleszti
krnyezetben trtnt.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
50.oldal
44. bra Klckner-Mller PS3
45. bra Omron CQM
46. bra Modicon Micro 612
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
51.oldal
47. bra Siemens S5
A kvetkez tpus (48. bra) mr az 1993-ban ksztett IEC szabvnyajnls mindegyik PLC
nyelvn programozhat a CONCEPT fejleszti krnyezetben. Ugyanakkor Ethernet
csatlakoztatssal hlzatban is hasznlhat.
48. bra Modicon Momentum
A sorra kvetkez rszekben bemutatjuk a haznkban legelterjedtebb PLC gyrt,
forgalmaz az OMRON, a SCHNEIDER ELECTRIC s a SIEMENS egy-egy PLC -jt.
A laboratriumi gyakorlatokon ezekkel a kszlkekkel tallkoznak, s irnytsi feladatokat
oldanak meg.
4.2. Az a lka lmazott hrom PLC t pus sszehason l t sa
Az ismertetsre kerl hrom kszlk kzl a CJ1M, s az M340 tpusok teljesen
modulris, mg az S7-313C tpus kompakt, amely bvthet tovbbi modulokkal. A mrsi
gyakorlatokon e hrom tpus programozst ismerik meg a hallgatk.
A kvetkezkben tmren sszefoglaljuk a hrom PLC legfontosabb tulajdonsgt.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
52.oldal
4.2. .1. Hardver kialakts
A CJ1M tpus modulris PLC az OMRON CJ1 termkcsald legkisebb tagja (49.
bra). Az utastskszlet, a kommunikcis parancsok s a memriaszervezs
szempontjbl kompatibilis a CJ1G/H s a CS1 sorozattal.
CJ1M (OMRON)
49. bra
A Schneider Electric legutbbi fejlesztseinek egyike a Modicon 340 elnevezs
modulris PLC csald (50. bra). A PLC norml s nagy teljestmny processzorai
az egy htlapos programozhat logikai vezrlt irnytjk. A konfigurciban
legfeljebb 11 krtyahely lehet:
M340 (SCHNEIDER E.)
50. bra
Tpegysg
CPU Analg I/O Diszkrt bemenetek
Diszkrt kimenetek
Tpegysg
CPU Analg I/O Diszkrt bemenetek
Diszkrt kimenetek
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
53.oldal
A Siemens S7 PLC szles vlasztk csald tagja az S7 313C tpus kompakt kszlk. Az egysg tovbb bvthet Klnbz I/O modulokkal (51. bra).
S7-313 (SIEMENS)
51. bra 4.2. .2. A tpegysg
Mindhrom kszlkcsaldban nll tpegysg modulok vannak. A 52. brn az egyes
csaldokhoz tartoz egysgek fnykpei lthatk.
A tpegysgek: 24 Vdc, 48 Vdc vagy 100...240 Vac bemen tpfeszltsgek lehetnek.
PA205C CPS 2000 PS 307
52. bra 4.2. .3. A CPU
Az egyes PLC csaldok kzpont egysgeinek sszehasonltsa sok szempont szerint tr-
tnhet. Felhasznli szempontbl lnyeges adatok:
mkdsi sebessg, utasts/ms.
memriakapacits,
Tpegysg
USB illeszt
S7 313C kompakt PLC Diszkrt bemenetek
Diszkrt kimenetek
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
54.oldal
maximlis bvt modulok szma,
kommunikcis csatornk szma, tpusai.
A felsoroltak szerint tekintjk a trgyalt hrom PLC tpus jellemzit.
a. Az Omron PLC vlasztkban a CJ sorozat tagja az itt trgyalt CJ1M tpus (53.
bra).
Mkdsi sebessg: 4200 6400 utasts/ms
Memriakapacits:
Programmemria: 2,048 . 4,096 MB
Adatmemria: 128 .. 256 KB
Maximlis bvts: Diszkrt I/O 512 . 1024
Analg I/O 66 2056
Soros kommunikci: 53. bra
CJ1M processzora
b. Az M340 PLC ngyfle processzorral (BMX P340 1000, 2010, 2020, 2030) llthat
ssze (54. bra). A felsoroltak kzl az 1000-es a legkisebb s a 2030-as a legnagyobb
teljestmny.. (Az adatok az 1000 tpusra vonatkoznak)
Mkdsi sebessg: ~7000 utasts/ms Memriakapacits:
Programmemria: 4 MB
Adatmemria: 256 KB
Maximlis bvts: Diszkrt I/O 512
Analg I/O 66
Soros kommunikci: MODBUSZ Ethernet TCP/IP
USB ---- Can Open
54. bra P340 1000 CPU
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
55.oldal
c. Az S7 300 PLC csald egyik kzepes teljestmny kompakt egysge a 313C
kszlk.
Az 55. brn lthat kompakt kszlknek a processzor mellett diszkrt s analg illeszt,
valamint szmll egysgei is vannak.
Az alapkonfigurci:
24 diszkrt (digitlis) bemenet
16 diszkrt (digitlis) kimenet, valamint
4 analg be-, s
2 analg kimenet, amely ram / feszltsg fogadsra, s mg egy bemenet hmrsk-
let rzkel jelnek fogadsra.
Az egysghez tovbbi modulok csatlakoztathatk.
Mkdsi sebessg: ~ 10000 utasts/ms
Memriakapacits:
Programmemria: 64 KB
Adatmemria: 256 KB
Maximlis bvts:
Diszkrt I/O 1024
Analg I/O 256
Soros kommunikci: Profibusz
55. bra S7-313C kompakt kszlk
4.2. .4. Diszkrt I/O i llesztk
A klnbz cgek ltal gyrtott diszkrt be-, s kimeneti illeszt egysgeinek elvi ramkri
kialaktsa kztt kevs az eltrs.
Tipikus feszltsg 24 Vdc.
Mind a bemeneti, mind a kimeneti oldalon a pozitv szintet alkalmazzk IGEN szintnek. A
bemeneti (56.a.bra) s a kimeneti (b. bra) illeszt egysgek jellegzetes ramkri kialakts
kapcsolsi vzlatai:
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
56.oldal
a. b.
56. bra Mindegyik gyrt klnbz csatlakozsi szm illesztket kszt. A 8, 16 s 32 a tipikus
be-, kimeneti csatornaszm. Ugyancsak megtallhatk az olyan egysgek, amelyekben mind
be-, mind kimeneti illesztk is vannak. Az utbbiak elssorban a kevs ki-bemeneti szm
feladatok elltshoz elnysek.
A 57. brn mindhrom cg egy - egy diszktt illesztegysgt mutatjuk be
a. b. c.
Omron Schneider Electric Siemens
57. bra
4.2. .5. Analg i llesztk
Az ipari irnytsok tbbsgben kell szablyozsi s mrsi (adatgyjtsi) feladatokat
vgezni. A fizikai, technikai folyamatok jeleibl fleg analg villamos jeleket lltanak el a
klnbz jeladk, tvadk. Az PLC vel trtn automatizlsnl ezrt elengedhetetlenek a
klnbz analg be-, s kimeneti illesztegysgek alkalmazsa. A szabvnyos villamos
jelek kztt leggyakoribb a 4 - 20 mA -es ram, illetve a 10 V - + 10 V tartomnyba es
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
57.oldal
feszltsg. A PLC csaldok elemvlasztkban tbb vltozatt is megtalljuk az analg
illesztknek. Ezek kztt is vannak olyan modulok, amelyekben be- , s kimenetek illesztk
is vannak.
Az emltett klnbz szabvnyos jelek fogadsra, adsra is alkalmas a legtbb modul.
Alkalmazsuknl szoftveresen kell belltani, hogy az egysgnl milyen jeleket alkalma-
zunk.
A 58. brn lthat modulok rnzsre kevsb klnbznek a diszkrt illesztegysgektl.
A kialaktsban is egybl lthat, hogy melyik gyrt csaldjba tartozik.
Omron Schneider Electric Siemens
58. bra 4.2. .6. A memria
A jegyzetben rszletesebben lert PLC -ben a hasznlt memriaterletek egyik rsze a
kszlkben lv (flash)RAM, msik rsze a flash krtya. Az M340 tpus kszlk mem-
riaterletnek kiosztsa lthat az 59.brn. A tbbi tpusnl is hasonl az elvi kialakts,
ezrt itt nem mutatjuk meg.
59. bra
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
58.oldal
III. R S Z
Irny ts technikai progr amok ter vezse , fe j lesz ts e
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
59.oldal
5. Programfejles zts
A fejezetben foglaljuk ssze az irnytsi feladatokat vgz programok fejlesztsnek a
korbbi tanulmnyokban mr trgyalt -legfontosabb alapismereteit. Kln is hangslyozzuk,
hogy a trgyalt fogalmak, eljrsok mind az ltalnos cl mikrogpek, mind a
clhardver PLC k programfejlesztseinl alkalmazhatk.
5.1. A programozs c lja
A mikrogp mkdst meghatroz programot az un. code-, vagy programmemriba
kell trolni az alkalmazott mikroprocesszor, vagy mikrokontroller - a tovbbiakban
processzor - tpustl fgg gpi kdok sorozatval. A program vgrehajtsakor a
processzor innen olvassa ki az utastsokat, s paramtereket.
A programozs clja teht.
egy olyan kdsorozat ltrehozsa, amelyet
egy mikrogp (mikroprocesszor bzis szmtgp) programmemrijba
tltve,
meghatrozza a mikrogp feladat szerinti mkdst.
5.2. A programfej leszt s lpsei
A programfejleszts az albbiakban tmren ismertetett lpsekbl ll.
a. A feladat egyrtelm lersa alapjn az alkalmazhat algoritmusok meghatrozsa. b. A program felptsnek megtervezse. Ezt segti a folyamatbra
megrajzolsa.
c. A programban hasznlt vltozk, konstansok, perifria-cmek meghatrozsa.
d. A forrsprogram (ok) megrsa - valamilyen szvegszerkeszt (editor) segtsgvel - a vlasztott programozsi-nyelv "helyesrsi " (szintaktikai), s tartalmi (szeman-
tikai) szablyai szerint. Ez lesz a program forrsnyelvi formja. A szmt-
gpek, mikrogpek alkalmazsnak szleskr elterjedse a klnbz program-
nyelv vlasztkot is bvtette. A programnyelveket gpkzeli - (assembly), s a
magas szint nyelvek csoportjba sorolhatjuk.
- Gpkzeli az a programozs, amelynl minden programlps
programsor - az alkalmazott processzor egy-egy utastsa . Mivel minden
processzornak sajt utastskszlete van, ezrt a programrs is
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
60.oldal
processzorfgg. Az ilyen programrst nevezzk assembly vagy ms
kzeltsben utasts szerkezet programrsnak.
- A magas szint programozsi nyelvek (Pascal, C, a PLC nyelvek stb.)
rendszerint a nemzetkzileg elfogadott matematikai , logikai mveletek, s
klnbz ltalnos, a programszerkezet et meghatroz utast-
sok segtsgvel rjk le a feladatot. Ezrt e nyelveken a programozs fg-
getlen attl a gptl, amelyen a programot futatni akarjuk. A magas szint
nyelven trtn programrst mvelet - kzpont programozsnak is
nevezhetjk.
e. A forrsnyelvi programbl a klnbz fordt programok (assembler, compiller) lltjk el a program trgykd (object) alakjt, illetve a programlistt,
amelyek mr a processzor utastskdjait is tartalmazzk. (A lertakbl kvetkezik,
hogy a magas szint nyelveknl is a fordtprogram mr processzortl fgg.)
f. A trgykd programbl, vagy programokbl (tbb modul esetben) a szerkeszt (linker) program lltja el a futtathat programvltozatot.
g. Az gy ellltott programot kell berni (letlteni) a programmemriba. A program-memria lehet fix (ROM, EPROM), illetve irhat-olvashat (RAM) kialakts. A
begets, vagy letlts trtnhet teljes kd (binris), vagy tmrtett (pl. INTEL
HEX) alak llomnybl. Ennek megfelelen a programozs utols lpse a kvnt
formtum-konverzi elvgzse.
5.3. A programfej leszt s e szkze i A programfejleszts leglnyegesebb eszkze az ember, mivel a feladatot megvalst
program algoritmusait, felptst, vltozk, konstansok meghatrozst stb. csak alapos
tervez, elemz munkval lehet, s kell elvgezni
A programfejleszts trgyi eszkzei ma kizrlag ltalnos cl szmtgpek PC-k, s az
ezeken fut fejleszt-programok segtsgvel trtnik. Termszetesen e programok csak a
technikai httrt adjk. A teljessg ignye nlkl az albbi szoftverek elengedhetetlenl
szksgesek:
a rajzol programok (folyamatbra rajzols),
a szvegszerkesztk, editorok (forrsnyelv llomny rshoz),
az assemblerek, compillerek (a szveges llomny fordtshoz),
a linkerek (az abszolt trgykd llomny szerkesztshez),
az obj-hex, obj-bin talaktk (formtum-konverzihoz),
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
61.oldal
a szimultorok (a program-szimulcihoz),
emultorok, terminl-monitor programok (a vals idej tesztelshez)
A programfejleszts mdszerei a sokszor az adottsgoktl fggen klnbzek. A PC-k
elterjedsnek kezdetn a fejlesztsi lpsek egyedi vgrehajtsa, esetleg un. parancs-fjlok
(batch) segtsgvel segtettk a hatkonysgot. A szmtgpek, a szoftvergyrts rohamos
fejldse hozta, az un. integrlt fejleszti krnyezetek kialaktst, amelyek a felsorolt
lpsek mindegyikt automatikusan, vagy kzi vezrlssel hajtjk vgre.
A nagy szoftvergyrt cgek klnfle krnyezeteket (DOS, majd Windows opercis
rendszerekben) fejlesztettek. Ezek elssorban az elterjedt magas szint nyelvekhez, gymint
a Pascal, C++ stb. kszltek. A klnbz multitask -os opercis rendszerekben egyms
utn jelentek meg az automatizlt programfejleszt programcsomagok, pl. DELFI,
BILDER stb.
A 8031/51 mikrokontroller csald programfejlesztshez a Keil Electronic cg msfl
vtizede kszt fejleszt programokat (a51.exe, c51.exe, l51.exe, lib51.exe, ohs51.exe),
illetve integrl fejleszt krnyezetet (UV4).
A PLC -k programozshoz is a gyrt cgek ltal kifejlesztett integrlt fejleszti
krnyezetek segtik a mkdtet programok rst, ellenrzst. Ilyenek fejleszti
programcsomagok a CX-Programmer (Omron), Unity Pro XL (Schneider Electric), Simatic
Step7 (Siemens)
A modul mrsi feladatainak megoldsnl a felsorolt fejleszti krnyezetet alkalmazzuk.
5.4. Programszerke zet ek A mikroprocesszoros berendezsek (mikrogpek, PLC -k) programjainak legkisebb egysgei
az utasts-kdok, s paramtereik. A programkdokat a fordtk, compillerek lltjk el.
A program forrs-llomnyt (forrs-fjl) nagyobb egysgek, un. program-blokkok
csoportjaibl kell felpteni, amelyek egy adott jelleg mvelet vgrehajtshoz
szksgesek.
A kvetezekben sszefoglaljuk az elemi programblokkokat, valamint ezek segtsgvel
kialakthat tipikus programszerkezeteket. A lertakat folyamatbrval szemlltetjk.
A feladatot megvalst program tervezsnl clszer folyamatbrt hasznlni.
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
62.oldal
OP1 s OP2 sszeadsa ; assembly nyelven
. MOV A,OP1 ADDC A,OP2 MOV ERED,A
. /* C nyelven */
. ered = op1 + op2 ;
.
ugrs a folytatsra ; assembly nyelven
. MOV ERED,A LJMP FOLYT
. FOLYT:
MOV DPTR,#NGS .
Elemi program-blokkok
A program szerkezeti elemei az elemi-blokkok.
Mveleti blokk,
egy logikailag sszetartoz (mate-
matikai, logikai, stb.) utastscso-
port.
Felttel nlkli programelgazs
A kvetkez utasts beol-
vassa a memria tvolabbi
cmrl trtnik. A c -
nyelvben nem hasznlnak
direkt ugrst.
Feltteles programelgazs
Egy vltoz (bjtos, bites)
aktulis rtktl fgg,
hogy az j utasts beol-
vassa a programmemria
kvetkez, vagy tvolabbi
cmrl trtnik.
ha az A=0 ugrs a folytatsra ; assembly nyelven
. ADDC A,OP2 JZ FOLYT MOV ERED,A . FOLYT: MOV DPTR,#NGS
. /* C nyelven */
. if(ACC==0) { ered = ACC } . //folyt
.
Mvelet
n. utasts
n+1. utasts
n. mvelet
n+1. mvelet
felttel igaz? nem
igen
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
63.oldal
Tbbirny programelgazs
A alkalmazsokban gyakori feladat, hogy egy vltoz rtktl fggen klnbz
mveleteket kell vgrehajtani. Ilyen esetben, a programban tbbirny elgazst, prog-
ramugrst kell berni.
A V1 aktulis rtktl fgg ugrs
assembly nyelven MOV A,V1
CJNE A,#E1,FO1 JMP MUV1
FO1: CJNE A,#E2,FO2 JMP MUV2
FO2: CJNE A,#E3,FO3 JMP MUV3
. FOn: CJNE A,#En,NV JMP MUVn
MUV1: . . ; 1. mvelet JMP NV
MUV2: . . ; 2. mvelet JMP NV
MUVn: . . ;n. mvelet NV: . ; folytats
Nincs vlto-zs folytats
A = vltoz
A =1.rt?
Ige
1. mveletre
A =2.rt? Nem
2. mveletre
A =3.rt? Nem
3. mveletre
A =n.rt?
Ige
Nem
n. mveletre
Ige
Ige
Nem
Forrs: http://www.doksi.hu
Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv
64.oldal
C nyelven
switch (V1) { case E1 : /*1.mvelet*/ ; break; case E2 : /*2