54. Основные функции микропроцессоров в управляющих устройствах

МП-ые устройства позволяют реализовать большой объём вычислительных операций, выполняемых в реальном масштабе времени, при относительно небольших аппаратных затратах. Из-за способности изменения управляющей программы появляется гибкость у управляющего устройства и в целом у системы автоматического управления.

МП выполняют функции: 1. Сбор и преобразование кодов сигналов обратной связи, снимаемых с выходов цифровых измерительных устройств САУ. 2. Генерирование в реальном времени кодов задающих воздействий, определяющих требуемый результат управления технолог-ми пр-ми. 3. Формирование кодов управляющих воздействий в соответствии с заданным алгоритмом управления. 4. Вычисление значений сигналов рассогласования заданных и измеренных значений управляемых величин. 5. Передача кодов управляющих воздействий исполнительным устройствам САУ. 6. Обмен информацией с вышестоящей системой управления. 7. Реализация алгритмов блокировки и защиты элементов САУ от перегрузок и недопустимых комбинаций дискретных и непрерывных управляемых величин. 8. Накопление в реальном времени интегральных оценок качества управления, моделирование в реальном времени управляемых процессов в целях восстановления значений недоступных для измерения величин. 9. Реализация алгоритмов ввода информации с органов управления САУ. 10. Реализация алгоритмов вывода и представления информации в удобном виде с помощью средств индикации управляющего устройства.

Особенности выполнения функций МП: 1. Генерирование кодов задающих воздействий производится в соответствии с вводимой в ОЗУ микропр. устр-ва или хранящейся в ПЗУ программной требуемых изменений управляемых величин. Опрос измерительных каналов может производиться по жёсткой циклической программе или по гибкой программе с заданием приоритетов для приёма кодов от отдельных измерительных устройств. 3. Коды преобразуют с целью повышения точности измерения различных параметров. 4. Могут реализовываться алгоритмы цифровой фильтрации сигналов, селекции результатов измерений по амплитудным и временным характеристикам измеряемых величин.

55. Обобщенная структура микропроцессора

Рисунок - Обобщенная структурная схема МП с тремя раздельными шинами (И – информационная, А – адресная, У – управляющая)

На рисунке приняты следующие обозначения регистров: О – операндов(сюда поступает информация, и в одном хранится результат), К – команд, А – адресов(хранятся адреса ячеек памяти, к которым следует обращаться), Ф – флаговые (триггер переполнения – превышает ли разрядность результата разрядность машинного слова), С – состояний (используется при наличии разветвляющихся команд хранения условия), СК – счетчик команд, ОН – общего назначения – для хранения промежуточных рез-тов, СТЕК – стековые – команды проталкивают друг друга.

АЛУ делает арифметические и логические операции над числами и адресами, представленными в двоичном коде. Состав таких операций определён инструкцией (набором команд) АЛУ, составляющих основу программных средств МП. АЛУ – сложное устройство, но состоит из простых: сумматор по модулю, устройства сдвига, регистры и другие логические элементы.

В УУ поступающие из памяти команды преобразуются в двоичные сигналы непосредственно воздействующие на все элементы структуры. УУ, синхронизируемое таймером, распределяет процесс выполнения команды во времени. Команда – двоичное слово из 8, 16, 24, 32 или 64 разрядов, часть которых представляет под операции, а остальные распределены между адресами операндов в памяти. УУ любую операцию, согласно коду, заданному командным словом, распределяет на последовательность двух фаз – фазы адресации и выполнения. Эта последовательность называется циклом. Фаза адресации начинается с обращения по адресу, содержащемуся в регистре адреса А, в память данных и заканчивается заполнением регистров двух операндов О. В ходе фазы выполнений в АЛУ согласно коду операции совершается определённое действие над операндами, считываемыми из регистров О. После чего результат записывается в один из регистров О, называемым аккумулятором.

Содержимое аккумулятора является промежуточным результатом. Оно или используется непосредственно в операции последующей команды, или отсылается по этой команде в регистр общего назначения ОН, где хранится до его последующего использования в ходе выполнения программы. С помощью УВВ осуществляются все операции по распределению информационных, адресных и управляющих сигналов между элементами структуры МП, памятью и периферийными устройствами. УВВ представляет собой специализированный МП, называемый также контроллером ввода-вывода или интерферийным устройством, и может быть совмещено на одном кристалле с собственно МП или же занимать отдельный кристалл. УВВ имеет свою систему команд, т.е. так же управляется соответствующей программой. С целью уменьшения количества вводов и увеличения полезной площади кристалла, производится преобразование параллельного многоразрядного преобразования параллельного многоразрядного двоичного кода во временную последовательность сигналов, каждый из которых соответствует одному из разрядов исходного кода. Передаваемые сигналы заполняют группу входных регистров приёмника информации таким образом, что происходит обратное преобразование сигнала.

Функциональное назначение рабочих регистров микропроцессора

Рабочие регистры – ячейки памяти, но по выполняемым функциям они разбиты на группы, связанные с определёнными элементами структуры МП. Регистры операндов О в течении времени выполнения операции в АЛУ хранят 2 двоичных числа, одно их которых по окончании операции записывается результатом, то есть как бы накапливается. Содержимое второго регистра заменяется в следующей операции другим операндом, в то время как содержимое аккумулятора сможет быть сохранено по ряду спецкоманд. Регистр К хранит несколько разрядов командного слова, представляющих код выполняемой операции, в течении времени её выполнения. Адресная часть командного слова содержится в регистре адреса А. после выполнения какой-либо операции разрядность результата может оказаться больше разрядности каждого из операндов. Назначение СК – нахождение необходимых адресов команд, причём при наличии в программе команд перехода, следующая команда может не иметь следующего по порядку адреса. В таком случае в СК записывается адресная част команды перехода. Регистры общего назначения ОН используются для хранения промежуточных результатов адресов и команд, возникающих в ходе выполнения программы, и могут связаться по общим каналам с другими рабочими регистрами, а также со счетчиком команд и УВВ. Число регистров ОН обычно не превышает 10-16, разрядностью 2-8 бит каждый. Многие МП имеют группы регистров, имеющих магистральную или стековую организацию – СТЕК. СТЕК позволяет без обмена с памятью организовать правильную последовательность выполнения, размеченных по старшенству, арифметических действий.