Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 230.67 Kb.
|
Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист КП.230113.3КСК.08.11.13.ПЗ Разраб. Ерофеев С.А. Провер. Пехотник Н.Р. Н.Р. Предс. ПЦК Беседин А.В. Измеритель угла наклонов и поворотов Интенсивность отказов Лит. Листов ГБОУ СПО ПК№19 Табл.1
У За время развития ЭВМ, в том числе и измерителя угла поворотов и наклонов, сменилось много технологий, по этим признакам история развития ЭВМ разделена на поколения. Элементной базой машин первого поколения были электронные лампы. Машины предназначались для решения несложных задач. К этому поколению ЭВМ можно отнести: МЭСМ, БЭСМ, ENIAC. Они были значительных размеров, потребляли большую мощность, имели невысокую надежность работы и слабое программное обеспечение. В машинах первого поколения использовали навесную архитектуру, всвязи с чем ремонтировать эту машину было сложно, долго и дорого. Быстродействие их не превышало 2—3 тысяч операций в секунду, емкость оперативной памяти—2048 машинных слов длиной 48 двоичных знаков. В 1958 г. появилась машина M-20 с памятью 4К и быстродействием около 20 тысяч операций в секунду. В конце этого периода стали выпускаться устройства памяти на магнитных сердечниках. Надежность ЭВМ этого поколения была крайне низкой. Элементной базой машин второго поколения были транзисторы. Машины предназначались для решения различных трудоемких задач. Появление транзисторов в электронных схемах существенно увеличило емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность. К ЭВМ второго поколения относятся: ЭВМ М-40, -50; БЭСМ-3 -4, -6 машин общего назначения; М-20, -220, -222 машина общего назначения, ориентированная на решение сложных математических задач ЭВМ БЭСМ-4, М-220, М-222 имели быстродействие порядка 20—30 тысяч операций в секунду и оперативную память - соответственно 8К, 16К и 32К. Среди машин второго поколения особо выделяется БЭСМ-6, обладающая быстродействием около миллиона операций в секунду и оперативной памятью от 32К до 128К. Были разработаны языки программирования, из-за чего специалистам не нужно было переучиваться работать за другой машиной. Элементная база ЭВМ третьего поколения - малые интегральные схемы (МИС). Машины третьего поколения по сравнению с машинами второго поколения имеют больший объем оперативной памяти, увеличилось быстродействие, повысилась надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса уменьшились. Разрабатываются универсальные ЭВМ третьего поколения ЕС, совместимые как между собой (ЕС ЭВМ), так и с зарубежными ЭВМ третьего поколения (IBM-360 и др. - США). В разработке машин ЕС ЭВМ принимают участие специалисты СССР, Народной Республики Болгария .Венгерской Народной Республики .Польской Народной Республики , Чехословацкой Советской Социалистической Республики и Германской Демократической Республики . Машины стали многозадачными, что позволяло работать с несколькими операторами сразу. Так же из-за разделения мишины на «стойки» повысились эффективность и быстрота ремонта, а стоимость и ресурсозатратность понизились. Элементная база ЭВМ четвертого поколения - большие интегральные схемы (БИС). Машины предназначались для резкого повышения производительности труда. Высокая степень интеграции способствует увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, что ведет к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости. Первый микропроцессор был разработан фирмой Intel в 1971 году. Он получил название I-4004, имел 4-разрядную структуру и был ориентирован на использование в калькуляторах. Впоследствии этой же фирмой был выпущен еще один 4-разрядный микропроцессор — I-4040. В 1972 году на рынке появился 8-разрядный МП I-8008. Они относятся к микропроцессорам первого поколения. А вслед за ними, в 1974 году вышел в производство- I-8080. Последний микропроцессор сыграл значительную роль в развитии микропроцессорной техники и относится к микропроцессорам 2-го поколения. Он имеет раздельные 8-разрядную шину данных и 16-разрядную шину адреса, возможность подключения памяти емкостью до 64 Кбайт и до256 внешних устройств. Микропроцессор содержит 16-разрядные указатель команд (Instruction Pointer — IP) и указатель стека (Stack Pointer — SP), шесть 8-разрядных регистров общего назначения (РОН), которые могут использоваться как три 16-разрядные. Очередным крупным шагом в развитии микропроцессорной техники стало появление в 1978 году 16-разрядных универсальных микропроцессоров. Здесь прежде всего следует выделить микропроцессор I-8086. Эти микропроцессоры, заложившие основы архитектуры x86, использовались при производстве первых персональных ЭВМ. Появившийся вслед за этим в 1982 году микропроцессор i286 явился переходной ступенью к 32-разрядным универсальным микропроцессорам. В процессоре i286 было реализовано два режима работы — защищенный и реальный. В реальном режиме работы процессор был полностью совместим с выпускавшимися ранее 16-разрядными микропроцессорами с архитектурой x86. В защищенном режиме процессор мог адресовать до 1 Гбайт виртуальной памяти. Шина адреса увеличена до 24 бит, поэтому емкость адресуемой памяти составляла 16 Мбайт, в процессоре i286 была введена защита по привилегиям. С этой целью микропроцессор поддерживал 4 уровня привилегий. Для выполнения операций над числами с плавающей точкой была разработана отдельная БИС — математический сопроцессор 80287. В 1985 году был выпущен 32-разрядный универсальный микропроцессор i386 - первый полноценный представитель архитектуры IA-32 (Intel Architecture-32). Далее стали выходить процессоры Pentium имеющие тактовую частоту 233мГц-3гГц. Они были 32-разрядные, к ним относятся: Pentium II,III,4. Они различаются скоростью обработки информации, например максимальное быстродействие Pentium 4 составляло 3 гГц, а Pentium II – 450 мГц. Позже вышел Intel Pentium D, он 64-разрядный, из-за чего повысилась точность расчетов. Разрабатывался он для научно-образовательных учреждений, но из-за не высокой цены доступен для обычного населения. Первым многоядерным процессором не для встроенных систем был POWER4 с 2мя ядрами PowerPC на одном кристалле. Двухъядерные процессоры различных архитектур существовали ранее, например IBM PowerPC-970MP (G5), но их использование было ограничено узким кругом специализированных задач. В апреле 2005 года AMD выпустила 2-ядерный процессор Opteron архитектуры AMD64, предназначенный для серверов. В мае 2005 года Intel выпустила процессор Pentium D архитектуры x86-64, ставший первым 2-ядерным процессором, предназначенным для персональных компьютеров. В марте 2010 года появились первые 12-ядерные серийные процессоры, которыми стали серверные процессоры Opteron 6100 компании AMD (архитектура x86/x86-64). В августе 2011 года компанией AMD были выпущены первые 16-ядерные серийные серверные процессоры Opteron серии 6200 (кодовое наименование Interlagos). Процессор Interlagos объединяет в одном корпусе два 8-ядерных (4-модульных) чипа и является полностью совместимым с существующей платформой AMD Opteron серии 6100 (Socket G34). Сводные данные по истории микропроцессоров и их параметров представлены в обновляющейся английской статье: Хронология микропроцессоров, 2010ые годы. Для получения числа ядер процессора надо умножить поля "Cores per die" и "Dies per module", для получения числа аппаратных потоков - умножить число ядер на число "threads per core". Например, для Xeon E7, Intel: "4, 6, 8, 10" ядер на 1 die на 1-2 аппаратных потоков = максимум 10 ядер и 20 аппаратных потоков, AMD FX "Bulldozer" Interlagos "4-8" на 2 на 1 = максимум 16 ядер и 16 потоков. В середине 80-х годов в нашей стране из-за большого разрыва между уровнем теоретической и практической подготовке молодых специалистов в области вычислительной техники, необходимо было провести реформу профессионально-технического образования, и даже на непрофилирующие специальности были введены такие предметы как "Основы информатики и вычислительной техники". Выделялись бюджетные средства на строительство вычислительных центров и лабораторий. Эта реформа продолжается даже по сей день. В свете вышеизложенного в данном курсовом проекте разрабатывается схема измерителя углов поворота и наклона. Измеритель углов поворотов и наклонов предназначен для : 1. Контроля работы электроприводов управления заслонками. 2. Определения опасных уклонов строительной техники. 3. Построения поплавковых рычажных измерителей уровня и скорости потока жидкости. Технические характеристики: Производительность 25 MIPS на тактовой частоте 25МГц; 2304 байт внутренней памяти RAM; 32 kB FLASH памяти, программируемой Аналоговая периферия: 12 битовый АЦП; нелинейность ±1 МЗР; 100 тыс. преобразований в секунду; программируемый усилитель с коэффициентами 16, 8, 4, 2, 1, 0.5; встроенный датчик температуры (точность ±3°С); два 12 битовых ЦАП (время установления - 10мкс); 2/1 компаратора: 16 программируемых значений гистерезиса; конфигурируется как генератор прерывания или сброса; Цифровая периферия: аппаратные UART, SMBus/I2C и SPI последовательные порты; четыре 16 битных счётчика/таймера общего назначения; 16 битный программируемый счётчик (PCA) с пятью модулями захвата/сравнения; режим сторожевого таймера; двунаправленный сброс; источники тактового сигнала: встроенный программируемый осциллятор 2-16МГц; внешний осциллятор: кварцевый резонатор, RC, C – цепочки или внешний генератор; возможность переключения между задающими источниками напряжение питания от 2.7 до 3.6В; рабочий диапазон температур от -40°С до +85°С. Схема измерителя углов поворотов и наклонов построена на микроконтроллере БИС С8051F007, на базе MCS-51(МК MCS-51), который обладает более обширным адресным пространством памяти программ и данных, усовершенствованными средствами ввода-вывода и поддержкой режима реального времени, чем распространенный аналог на базе MCS-48(МК MCS48). В состав системы введены команды умножения и деления , что повысило функциональность МК MCS-51, по сравнению с МК MCS48. по количеству модификаций 8-разрядные микроконтроллеры МК MCS-51 значительно превосходят все остальные группы. Специфика алгоритмов управления этих устройств не требует выполнения расчетов высокой точности в жестких условиях реального времени, что и обусловило выбор данной схемы. Схема электрическая структурная измерителя угла поворотов и наклонов представленная на листе состоит из следующих функционально законченных частей: -Кварцевого резонатора -Микроконтроллера -Двухосевого акселерометра -Стабилизаторов напряжения микроконтроллера и акселерометра -Драйвера интерфейса(регулятор напряжения) RS-485 -Интерфейса RS-485 Кварцевый резонатор серией импульсов запускает микроконтроллер БИС С8051F007, к которому по логометрической схеме подключен двухосевой акселерометр БИС ADXL203. Питается схема от источника постоянного напряжения 5В, питание АЦП и акселерометра стабилизируется стабилизаторами LP2985AIM5-4,0 и LP2985AIM5-3,3. Это обеспечивает постоянную выдачу измеренного значения угла поворота и наклона по интерфейсу RS-485, его драйвером в схеме является регулятор напряжения ADM483EAR.
Схема электрическая принципиальная ИПУН построена на следующих БИС.
Рис.1: Условно-графическое обозначение МК БИС C8051F007 Рис.2: Условно-графическое обозначение акселерометра БИС ADXL203
Рис.3:Условно-графическое обозначение регулятора напряжения БИС ADM483EAR
Рис.4:Условно-графическое обозначение стабилизатора напряжения LP2985AIM5 микроконтроллера БИС C8051F007
Рис.5:Условно-графическое обозначение стабилизатора напряжения БИС LP2985AIM5 акселерометра БИС ADXL203
Рис.6:Условно-графическое обозначение интерфейса RS-485 PLD-10 вывода напрямую из микроконтроллера БИС C8051F007
Рис.7:Условно-графическое обозначение интерфейса RS-485 PLD-6 вывода через драйвер интерфейса БИС ADM483EAR Из перечисленных характеристик видно, что элементная база данной схемы является современной. элементы доступны, согласуются между собой, что и обусловило выбор элементной базы данного измерителя угла поворотов и наклона. Рассмотрим работу схемы измерителя угла наклонов и поворотов в положительной логике (Напряжение U0=0.3V U1=1.5V ). Кварцевый резонатор BQ1 серией импульсов запускает микроконтроллер БИС С8051F007,через входы XTL1 и XTL2, к которому по логометрической схеме подключен двухосевой акселерометр БИС ADXL203 выводами Vcc,TST,X,Y(8,1,7,6,3) ко входам AIN0…AIN3(4,5,6,7). Питается схема от источника постоянного напряжения 5В, питание АЦП и акселерометра стабилизируется стабилизаторами DA2 для микроконтроллера с выводов V0 и GN(5,2) во входы DV+ AV+(18,9) и DA1 для акселерометра с выводов V0 и GN(5,2) во входы GND и Vcc(3,8). Это обеспечивает постоянную выдачу измеренного значения угла поворота и наклона из микроконтроллера с выводов P0.0-P0.7(23-28) на интерфейс RS-485, драйвером интерфейса в схеме является регулятор напряжения DD2,который подключен к интерфейсу PLD-6 и выводит данные из выводов A,͞B(7,6) во входы DATA- и DATA+(3,4). Надёжность – это свойство изделия или отдельных его элементов выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в необходимых пределах, соответствующих данным режимам и условиям использования технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Надёжность – важная характеристика любой конструкции. На показатель надёжности оказывают влияние следующие характеристики схемы: элементная база, количество паек, условие эксплуатации, безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого промежутка времени или некоторой наработки. Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов. Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению отказов, повреждений и устранению их последствий путём проведения ремонтов и технического обслуживания. Сохраняемость – свойство объекта сохранять исправность и работоспособность после хранения и транспортировки. Расчёт надёжности – это определение качественных характеристик надёжности с целью выявления слабых мест в электрических схемах и изыскания путей повышения надёжности. Рассчитанные данные должны соответствовать техническим условиям. В случае получения надёжности ниже требуемой должны быть приняты меры для её повышения. Существует несколько методов определения надёжности и они делятся на 2 группы: приближённый или ориентировочный расчёт, полный или окончательный расчёт. В данном курсовом проекте применяется приближённый метод расчёта надёжности по экспоненциальному закону. Интенсивность отказов показывает, какая часть элементов по отношению к общему количеству исправно работающих элементов в среднем выходит из строя за единицу времени. Средняя наработка до отказа или среднее время безотказной работы. В данном курсовом проекте применяется приближённый метод расчёта надёжности ИПУН по экспоненциальному закону. Интенсивность отказов показывает, какая часть элементов по отношению к общему количеству исправно работающих элементов в среднем выходит из строя за единицу времени. Вероятность безотказной работы P(t) - это вероятность того, что в пре- делах заданной наработки, т.е. заданного интервала времени, отказ объекта не возникает. P(t) = e-λобщ*t Произведём расчёт надёжности схемы ИПУН по схеме электрической принципиальной. Данные для расчёта удобно представлять в виде таблицы, которая составляется на основе справочных данных.
12 λобщ=Σ λi*Ni 1 (0.000221+0.003+0.0023+0,0078+2,052+0,438+0.0012+0.072+0.0011+0.0024+0.0027+0,07)*10-6[1/час] =2,322721*10-6[1/час] 2) Определим наработку на отказ: Т0= 1/ λобщ = 1/2,322721*10-6 = 43052,9часов = 1793,9 дней ≈ 4.9 лет 3) Вычисляем вероятность безотказной работы для нескольких промежутков времени. P (t) = e-λобщ*t P (0) = e-2,322721*10^-6*0=1 P (10) = e-2,322721*10^-6*10=0.9997677549 P (100) = e-2,322721*10^-6*100=0.9976799744 P (1000) = e-2,322721*10^-6*1000=0.9770404652 P (10000) = e-2,322721*10^-6*10000=0.7927303920 P (100000) = e-2,322721*10^-6*100000=0.0210980128 4) Наряду с вероятностью безотказной работы P (t) можно определить пока- затель вероятности отказов Q (t), который определяется по формуле: Q (t) = 1 – P (t) Q (0) = 1-1=0 Q (10) = 1-0.9997677549=0,0002322451 Q (100) = 1-0.9976799744=0,0023200256 Q (1000) = 1-0.9770404652=0,0229595348 Q (10000) = 1-0.7927303920=0,207269608 Q (100000) = 1-0.0210980128=0,9789019872 При расчёте надёжности было установлено, что при малом времени эксплуатации вероятность безотказной работы большая – близка к 1. При увеличении времени эксплуатации вероятность безотказной работы стремится к 0, а вероятность отказа, наоборот, возрастает и стремится к 1. В результате расчёта надёжности было установлено, что схема ИПУН является достаточно надёжной и обеспечивает безотказную работу в течении 4.9 лет. Рассмотрим работу микроконтроллера БИС C8051F007 по схеме электрической функциональной(U0=0,3V ,U1=1,2V) Данные, полученные со входов TCK,TMS,TDI,TDO обрабатываются в логике микропроцессора, при поступлении в ядро 8051, которое может достигать 25MIPS при тактовой частоте 25MHz, где могут храниться во флеш и сверхоперативной памяти, возможен вывод по SFR шине, данные поступают на перекрестный свитч, который распределяет данные по драйверам P0-P3,от туда данные поступают на выводы P0.0-P0.7. Импульсы поступающие через входы XTAL1 и XTAL2 уравниваются осциляторами , с частотой программируемого генератора тактовых импульсов, и задают частоту работы ядра 8051. Тактовая частота работы МК задается частотой работы кварцевого резонатора(BQ1) = 7.4 мГц. Найдем период следования импульсов сигнала BQ1(TBQ1): 1 1 TBQ1= f *109[нс]= 7.4*10^6 * 109= 135 [нс] При расчёте были использованы следующие справочные данные: 1. Время генерации адресов Р0.0- Р0.7 (tale) = (TBQ11 - 72)нс = 63 нс. 2. Длительность сигнала фиксации младшего байта адреса ALE(tale) = (2*TBQ1 – 11) = 2*135 - 194 = 76 нс. 3. Время задержки сигнала фиксации, младшего байта адреса относительно сигналов адреса Р0.0- Р0.7 (Tdelay) = TBQ1 - 102 = 33 нс. 4. Длительность сигнала чтения команды из памяти TCK: (Ttck) = 3*TBQ1 - 254 = 3*135 - 254 = 151 нс. 5. Время задержки сигнала чтения команды TCK относительно сигнала ALE: (Tdelay2) = TBQ1 - 72 = 135 - 72 = 63 нс. 6. Время обработки и исполнения команды: Tи = 4*TBQ1 =4*135 = 540 нс. Время выборки команды из памяти будет равно сумме времени генерации адреса, времени задержки сигнала фиксации младшего байта адреса ALE относительно сигналов адреса, длительности сигнала ALE, времени задержки сигнала чтения команды SCK относительно сигнала SCL и длительности сигнала SCK. tвыб = Tale + TALE + Tdelay + Ttck + Tdelay2 = 63 + 76 + 33 + 151 + 63 = 386 нс. Длительность командного цикла МК C8051F007 будет равно суммарному времени выборки команды из памяти и времени обработки и исполнения команды. t= t + Tи = 386 + 540 = 926 нс. В результате расчёта временных соотношений командного цикла, общая задержка составила 926 нс., что соответствует техническим условиям на данную БИС. В данном курсовом проекте разрабатывается схема измерителя угла наклонов и поворота. В пояснительной записке обозреваются поколения ЭВМ и микроконтроллеров. По результатам сравнения измерителя угла наклонов и поворотов на базе МК MCS-51 и измерителя угла наклонов и поворотов на базе МК MCS-41 видно, что измеритель угла наклонов и поворотов на базе МК MCS-51 обладает более обширным адресным пространством памяти программ и данных, усовершенствованными средствами ввода-вывода и поддержкой режима реального времени, что и обусловило выбор данной схемы. Рассмотрена схема измерителя угла наклонов и поворотов в положительной логике по схеме электрической принципиальной. Рассмотрен режим работы микроконтроллера БИС C8051F007 по схеме электрической функциональной. Схема электрическая структурная измерителя угла наклонов и поворотов состоит из функционально законченных частей, которые в свою очередь относительно доступны, распространены, БИС и ИМС согласуются друг с другом без дополнительных связующих устройств, что и обусловило выбор данной элементной базы. Расчет командного цикла МК БИС C8051F007 показал, что быстродействие микроконтроллера достаточно высоко, для своего времени, и соответствует справочному материалу. Расчет надежности показал, что схема измерителя угла наклонов и поворотов достаточно надежна и соответствует техническим данным. В графической части приведены: схема электрическая принципиальная измерителя угла наклонов и поворотов, условно-графическое обозначение и временные диаграммы работы реализованного МК С8051F007.
Используемые ресурсы сети «Internet»: www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/Silabs/micros/C8051F005.htm www.mymcu.ru/producers/silicon_labs/8051_compatible/c8051f00x01x/C8051F007/ robowell.ru/moduli/modul-izmereniya-ugla-naklona-povorota/ www.gaw.ru/pdf/Cygnal/C8051F007_short.pdf | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
№Добавить документ в свой блог или на сайт
