Weiterentwicklung einer universellen Regelstrecke mit einem 16-Bit Mikrocontroller
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Rainer Schmidt
- Abgabedatum: August 2000
- Umfang: 109 Seiten
- Dateigröße: 2,0 MB
- Note: 1,3
- Institution / Hochschule: Hochschule Mannheim Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-4830-1
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-4830-1 P - ISBN (CD) :978-3-8324-4830-1 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Schmidt, Rainer August 2000: Weiterentwicklung einer universellen Regelstrecke mit einem 16-Bit Mikrocontroller, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Regelungstechnik, digital, LCD, Anzeige, Regelung
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Diplomarbeit von Rainer Schmidt
Einleitung:
Am Institut für Regelungs- und Prozessleittechnik der FH Mannheim werden für Laborübungen mit digitalen Reglern Regelstrecken durch analoge Rechenschaltungen nachgebildet; diese Analoggeräte sind sehr komplex aufgebaut, störanfällig und in der Bedienung nicht unproblematisch.
Eine Idee war es, diese analoge Regelstrecke durch eine einfach zu bedienende universelle digitale Regelstrecke zu ersetzen, welche im Regelkreis das gleiche Verhalten wie die analoge Regelstrecke zeigt. Um ein quasistationäres Verhalten des Systems zu gewährleisten, muß die maximale Abtastzeit der digitalen Strecke kleiner sein als die minimale Abtastzeit des Reglers (15ms). Dies sollte mit dem 16-Bit Mikrocontroller 80C166 von Siemens erreicht werden.
In zwei vorangegangenen Diplomarbeiten wurde ein voll funktionsfähiges Gerät entwickelt, das allerdings einige Mängel in der Hardware aufweist und dessen Bedienkonzept über keinen Raum für spätere Erweiterungen verfügt.
Im Rahmen einer Diplomarbeit war die bestehende Hardware und Software für die z.Z. bestehende digitale Regelstrecke zu überarbeiten und ein neues Bedienkonzept, das über ein LCD-Display angezeigt werden soll, zu entwickeln.
Inhaltsverzeichnis:
| 1. | Einleitung | 6 |
| 1.1 | Allgemeines | 6 |
| 1.2 | Aufgabenstellung | 6 |
| 2. | Grundlagen zur Hardware | 7 |
| 2.1 | Netzteil und Busplatine | 7 |
| 2.2 | Wahl des Mikrocontrollers | 7 |
| 2.2.1 | Mikrocontroller Vergleich | 7 |
| 2.3 | Der Mikrocontroller 80C166 | 8 |
| 2.3.1 | Speicherorganisation | 9 |
| 2.3.2 | CPU | 9 |
| 2.3.3 | Interruptsystem | 10 |
| 2.3.4 | Externer Bus | 11 |
| 2.3.5 | Parallele Ports | 11 |
| 2.3.6 | Serielle Ports | 12 |
| 2.3.7 | Timer Einheit | 12 |
| 2.3.8 | Capture-/Compare-Einheit | 12 |
| 2.3.9 | AD-Wandler des Mikrocontrollers | 12 |
| 2.3.10 | Watchdog-Timer | 13 |
| 2.4 | Die LCD-Anzeige | 14 |
| 2.4.1 | Der Grafikcontroller HD44780 | 15 |
| 2.4.1.1 | Die Register | 15 |
| 2.4.1.2 | Das Busy-Flag | 16 |
| 2.4.1.3 | Der Adreßzähler | 16 |
| 2.4.1.4 | Das Anzeigen-RAM | 16 |
| 2.4.1.5 | Das Charakter-ROM | 16 |
| 2.4.1.6 | Das Charakter-RAM | 16 |
| 2.4.1.7 | Der Befehlssatz | 17 |
| 2.5 | EAGLE Layout-Editor | 19 |
| 3. | Grundlagen zur Software | 21 |
| 3.1 | Regelstreckengleichungen | 21 |
| 3.1.1 | Proportionalglied (P-Glied) | 21 |
| 3.1.2 | Integrierglied (I-Glied) | 21 |
| 3.1.3 | Verzögerungsglied 1. Ordnung (T1 Glied) | 21 |
| 3.2 | C166 Standard Developers Kit | 22 |
| 3.3 | EPROM-Simulator | 23 |
| 4. | Die Hardware | 25 |
| 4.1 | Blockschaltbild der Hardware | 25 |
| 4.2 | Die Eingangsbeschaltung | 25 |
| 4.3 | Die Ausgangsbeschaltung | 27 |
| 4.4 | Die Bargraphanzeigen | 29 |
| 4.5 | Die Overflow/Underflow Anzeigen | 31 |
| 4.6 | Eingabetaster | 32 |
| 4.7 | Das LCD-Display | 33 |
| 4.8 | Die Mikrocontrollerplatine | 33 |
| 4.8.1 | Portbelegung des Mikrocontrollers | 34 |
| 4.8.2 | Die 80C166 Sockelplatine | 35 |
| 4.8.3 | Hardwarekonfiguration des Controllers | 36 |
| 4.8.4 | Speicherraumaufteilung | 37 |
| 4.8.5 | Speicherbausteine | 38 |
| 4.8.6 | Adreßdekodierung | 40 |
| 4.8.7 | Die RS232-Schnittstelle | 40 |
| 4.8.8 | Die A/D-Wandlung | 41 |
| 4.8.9 | Die Echtzeituhr | 41 |
| 5. | Die Software | 43 |
| 5.1 | Blockschaltbild der Software | 43 |
| 5.2 | Die Struktur 'Streckenmaske': | 43 |
| 5.3 | Die Tasterabfrage | 44 |
| 5.3.1 | Einlesen der Taster | 44 |
| 5.3.2 | Das Entprellen der Taster | 44 |
| 5.3.3 | Die switch-Anweisung | 46 |
| 5.4 | Die LCD-Anzeige | 46 |
| 5.4.1 | Reset des LCD-Displays | 46 |
| 5.4.2 | Benutzerdefinierte Zeichen | 47 |
| 5.4.3 | Der Anzeigenpuffer | 49 |
| 5.5 | Regelstreckenberechnung | 51 |
| 5.5.1 | Interrupt-Service-Routine | 51 |
| 5.5.2 | Begrenzen der Stellgröße | 52 |
| 5.5.3 | Ansteuern der Overflow-/Underflow-LEDs | 52 |
| 6. | Bedienung der Regelstrecke | 54 |
| 7. | Ausblick | 56 |
| Anhang A | Quellverzeichnis | 57 |
| Anhang B | Inhalt der beiliegenden CD | 58 |
| Anhang C | Klemmenpläne | 59 |
| Anhang C.1 | Klemmleiste X1 (Busbelegung) | 59 |
| Anhang C.2 | Klemmleiste X2 und X3 | 60 |
| Anhang C.3 | Klemmen X4 und X5 | 60 |
| Anhang C.4 | Klemme 6 | 60 |
| Anhang D | Schaltpläne und Platinenlayouts | 62 |
| Anhang D.1 | I/O-Board | 62 |
| Anhang D.2 | Ansteuerplatine | 66 |
| Anhang D.3 | Frontplatte | 71 |
| Anhang D.4 | Frontplatte (upper) | 75 |
| Anhang D.5 | Sockelplatine | 79 |
| Anhang D.6 | Controller-Board | 81 |
| Anhang E | Software | 86 |
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Link zur Arbeit:
http://www.diplom.de/ean/9783832448301
Arbeit zitieren:
Schmidt, Rainer August 2000: Weiterentwicklung einer universellen Regelstrecke mit einem 16-Bit Mikrocontroller, Hamburg: Diplomica Verlag
Schlagworte:
Regelungstechnik, digital, LCD, Anzeige, Regelung
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