Программируемые логические контроллеры Atmel

     ИС MAX7301 представляет собой компактный периферийный расширитель портов I/O с последовательным интерфейсом  и обеспечивает микропроцессорам расширение, вплоть до 28-ти портов. Каждый из портов индивидуально конфигурируется  пользователем на работу, либо в  режиме логического входа, либо логического  выхода.

     Рисунок 4.7 – Типовая схема включения MAX7301

 Каждый  порт может быть сконфигурирован, либо в режим двухтактного логического  выхода, обеспечивающего втекающий  ток 10 мА и вытекающий ток 4.5 мА, либо на работу в режиме логического входа  Шмидта с опциональным встроенным резистором подтяжки уровня. Семь портов имеют  конфигурируемые цепи определения  режима передачи, которые генерируют прерывание при изменении логического состояния порта. ИС MAX7301 управляется посредством последовательного интерфейса SPI.

       Расширитель портов MAX7301 при подключении  по SPI интерфейсу выставлен в режиме ведущий.

4.4 Входы/выходы устройства

4.4.1 Аналоговый вход

            В работе необходимо реализовать 5-канальный аналоговый вход. Реализуется это подключением входных проводов к выводам PC0-PC5 микроконтроллера ATMEL AT90S2333. Такое подключение возможно благодаря тому, что выводы порта C могут использоваться как аналоговые входы АЦП.

4.4.2 Дискретный вход

            В работе необходимо было реализовать 18-канальный оптоизолированный вход. Из-за нехватки выводов микроконтроллера ATMEL AT90S2333 было принято решение подключить расширитель портов MAX7301 для увеличения разрядности. MAX7301 был соединен с ATMEL AT90S2333 посредством SPI интерфейса. Для обеспечения гальванической развязки микросхемы (передачи сигнала без передачи напряжения, для бесконтактного управления и защиты) были использованы оптроны TLP521-4. Они были выбраны, так как с помощью одной микросхемы TLP521-4 можно реализовать 4 оптоизолированных входа.

Рисунок 4.8 – Схема подключения оптрона  TLP521-1

4.4.3 Силовые дискретные выходы

            Для реализации силовых дискретных выходов в работе использовано электромагнитное реле 851-1C-C 12VDC, управляемое сигналами с микроконтроллера.

       Рисунок 4.9 – Схема подключения электромагнитного реле

     Электромагнитное  реле необходимо для организации  силового выхода ПЛК. Для управления электромагнитным реле 851-1С-С требуется 12 Вольт и 80мА, поэтому необходимо подключить биполярный транзистор, который будет усиливать ток. Необходимое значение тока будет подаваться на коллектор транзистора. В работе используется транзистор КТ315.

     Диод  VD1поставим параллельно электромагнитному реле, для того что он обрабатывал напряжение, возникающее в катушке во время отключения питания. Конденсатор С1 служит для стабилизации питания электромагнитного реле.

4.4.4 Аналоговый выход

            В качестве аналогового выхода был использован выход микроконтроллера PB1(OC1). Аналоговый выход реализуется за счет широтно импульсной модуляции (ШИМ) от таймера микроконтроллера.

      Широтно Импульсная Модуляция (Pulse Width Modulation) это способ задания аналогового сигнала цифровым методом. При ШИМ мы получаем сигнал, состоящий из высоких и низких уровней (нулей и единиц). Затем мы пропускается его через интегрирующую цепочку (в работе это RC-цепочка) и получаем на выходе величину напряжения, равную площади под импульсами.

      Меняя скважность (отношение длительности периода к длительности импульса) можно плавно менять эту площадь, а значит и напряжение на выходе. Таким образом, если на выходе сплошные 1, то на выходе будет напряжение высокого уровня, если нули, то ноль.

       Рисунок 4.10 – Примеры формирования выходного  напряжения, с использованием ШИМ 

4.5 Тактовый генератор

       В качестве тактового генераторы был использован внешний кварцевый генератор. Схема подключение генератора изображена на рисунке 4.8. При таком включении тактовая частота не плавает, не зависит от факторов окружающей среды.

       Рисунок 4.11 – Схема подключения кварцевого генератора

       Была  выбрана частота тактового генератора равная 6 МГц.

4.6 Источник питания

       Микроконтроллер ATMEL AT90S2333 работает от напряжения 5В. Все остальные микросхемы тоже потребляют напряжение не больше 5В. Тока источника питания должно хватить на питание всех устройств, подключенных к нему. Исходя из этих условий, был выбран импульсный источник питания S-15-5 на 5В и 3А. 
 
 
 
 
 
 

    Заключение

    В ходе выполнения курсового проекта  были приобретены навыки проектирования программируемого логического контроллера и навыки работы с технической документацией. Результатом проектирования стали разработанные

структурная, функциональная и принципиальная схемы  ПЛК на базе микроконтроллера ATMEL AT90S2333. Также были приобретены навыки составления технической документации и выполнения чертежей по нормам ЕСКД.

    На  мой взгляд, одним из достоинств данного курсового проекта является то, что было произведено знакомство с различными производителями микросхем и изучены основные критерии для выбора схемотехнического решения конкретной поставленной задачи.

    Литература

       1. Угрюмов. Е. Цифровая схемотехника – СПб.:БХТ-Петербург, 2004 – 518 стр.

       2. Евстигнеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Classic фирмы ATMEL – Москва: Додэка-XXI, 2008.– 285 стр.

       3. 8-bit   Microcontroller  with 4K Bytes of  In-System  Programmable  Flash AT90S4433  AT90LS4433 – Atmel Corporation, 2002 – 128 стр.