2. Применение микропроцессоров и микро – эвм в цифровых системах управления.
Микропроцессор – программно управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки информации и/или управление, построенное на основе одной или нескольких интегральных схем.
МикроЭВМ – ЭВМ, состоящая из микропроцессора, памяти, средств связи с периферийными устройствами и, при необходимости, пульта управления оператора, объединенных общей конструкцией.При создании систем автоматического управления принципиально возможно идти по двум направлениям. Первое направление связано с использованием центральных управляющих микроЭВМ. Общая структурная схема САУ с микроЭВМ представлена на рис.1
Второе
направление
связано с использованием в каждом
контуре управления автономной микроЭВМ,
называемой часто микроконтроллером
(МК). Структурная схема САУ с автономными
показана на рис 2
Микроконтроллеры обычно представляют собой упрощенные варианты микроЭВМ, размещаемые в непосредственной близости от управляемого объекта.
В микроконтроллерных системах центральная ЭВМ либо отсутствует совсем, либо вводится для передачи ей функций диспетчера или супервизора. Выбор одного из двух направлений построения САУ с микроЭВМ связан, в частности, с проблемами надежности и стоимости. Рис 3
– стоимость
систем с центральной управляющей
микроЭВМ;
–
стоимость микроконтроллерных систем.
Рис 4
Системы на базе центральных управляющих микроЭВМ являются технологически менее надежными (рис. 4). Они нуждаются в дорогостоящих, помехоустойчивых линиях связи. Поэтому принцип децентрализованного (микроконтроллерного) управления в микропроцессорных процессах постепенно становятся превалирующим.Микроконтроллерное управление с позиций достижения надежности может быть организовано следующими способами (рис. 5): управление с конвейерной (последовательной) обработкой информации; управление с параллельной обработкой информации; мажоритарное управление.
Определим
для них коэффициент готовности, который
описывается следующей формулой:
,
– среднее время нахождения элемента
в рабочем состоянии;
– общее время работы элемента системы.
Если коэффициент готовности i-го
микроконтроллера
,
то коэффициент готовности системы для
каждого из трех способов организации
управления (рис. 5) составляет соответственно
.
Наименьший
коэффициент готовности обеспечивает
последовательный способ организации
микроконтроллерного управления, а
промежуточное положение по этому
параметру занимает мажоритарное
управление. Помимо рассмотренных
структур в цифровых системах управления
используются более сложные многопроцессорные
и многомашинные системы. Их топология
определяется требованиями надежности,
стоимости, гибкости и производительности.
Центральное процессорное устройство (ЦПУ) – основной элемент МК. Оно принимает из памяти коды информационно-управляющих команд, декодирует их и исполняет. ЦПУ состоит из регистров, арифметико-логического устройства (АЛУ) и цепей собственного управления.
Память программы. Здесь хранятся коды команд, последовательность которых формирует программу функционирования микроконтроллера.
Оперативная память данных или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Здесь хранятся переменные программы, определяющие работу микроконтроллера. У многих МК здесь также располагается стек.
Тактовый генератор. Данный элемент определяет скорость работы микроконтроллера и задает тактовые импульсы для синхронизации работы всего устройства.
Цепь сброса. Эта цепь служит для правильного запуска микроконтроллера.
Последовательный порт. Данный элемент позволяет осуществлять обмен данными с внешними устройствами при малом количестве каналов передачи информации.
Цифровой порт ввода-вывода. Обеспечивает управление (контроль) при наличии нескольких десятков линий ввода-вывода информации.
Аналоговый порт ввода-вывода. Обеспечивает выполнение аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований входных аналоговых сигналов и выходных цифровых данных.
Таймер реального времени. Используется для отсчета временных интервалов и формирования прерываний работы программы по наступлению определенных событий.
Сторожевой таймер. Это специальный элемент, который ведет отсчет контрольных временных интервалов и предназначен для предотвращения сбоев программы, которые фиксируется в случае, если программа не перезапускает таймер по истечении очередного интервала времени. В противном случае сторожевой таймер перезапускает МК.