2.4. Применение мп-системы в качестве контроллера и системы сбора данных.

Все отмеченные преимущества микропроцессорных систем, обладающих возможностью функциональной перестройки программным путем, их привлекательная дешевизна, универсальность по сравнению с системами с "жесткой" неизменяемой структурой, традиционно применяемых для задач управления различными процессами и объектами обусловили широкое внедрение микропроцессорных систем и в эту сферу. По назначению среди систем управления можно выделить класс устройств, называемых контроллерами. Контроллер представляет собой микропроцессорную систему, адаптированную к задачам управления объектом. Контроллер содержит в своей структуре те же узлы, что и ЭВМ, но отличие состоит в более развитых внешних устройствах ввода-вывода, представляющих собой средства сопряжения с объектом и требующих большого количества каналов ввода-вывода (или портов). Выделим ряд отличительных особенностей, которыми должна обладать МП-система для осуществления функций контроллера:

• наличие ограниченного набора четко сформулированных задач, иными словами, при проектировании контроллеров учитывается их функциональное назначение осуществлять конкретные задачи управления;

• работа в реальном масштабе времени, т.е. обеспечение минимального времени реакции на изменение внешних условий;

• наличие развитой системы внешних устройств ввода-вывода, связанное с большим разнообразием характеристик датчиков, исполнительных механизмов и их количеством;

• решение основных функциональных задач и выработка управляющих воздействий;

• высокие требования по надежности и живучести, связанные с продолжительностью работы и сложными условиями эксплуатации;

• обеспечение автоматического режима работы или режима с участием человека;

• реализация функций диагностирования и тестирования как самого контроллера, так и состояния объекта управления.

Для МП-системы в качестве контроллера не предъявляются, как правило, жесткие требования к объему используемой оперативной памяти. Объясняется это тем, что контроллер - устройство хотя и универсальное, но свойство универсальности проявляется исключительно в области управления. На контроллер не возлагаются требования к работе под управлением операционной системы, использованию системных программ разработки и отладки программного обеспечения и другие, характерные для МП-систем более высокой организации. Кроме того, объем обрабатываемой входной информации не так велик и ограничен поставленной задачей в каждом конкретном случае, поскольку контроллер является в основном устройством местного управления. Для этих целей достаточно использования памяти небольшого объема.

Контроллеры могут проектироваться как самостоятельные устройства, и как элементы в составе иерархической структуры, на высшем уровне которой располагается МП-система более высокой организации. Примером может служить ПЭВМ, процессорный модуль которой управляет всеми операциями на высшем уровне, а интерпретацию его команд для отдельных устройств осуществляют местные контроллеры. Этим достигается распределение функций между процессорным модулем и контроллерами, освобождая первый от выполнения лишней работы, обеспечивая наибольшее быстродействие системы.

В качестве другого примера использования МП-системы можно привести систему сбора данных. Подобные задачи сбора данных часто возникают в контрольно-измерительных системах. Так, например, с помощью системы сбора данных можно осуществлять опрос множества аналоговых каналов, формирующих аналоговые сигналы, отражающие те или иные характеристики технологического процесса. В такой системе в качестве устройств ввода могут использоваться коммутаторы аналоговых сигналов и аналого-цифровые преобразователи. В связи с большим количеством входных данных, предварительной их обработкой и преобразования к виду, необходимому для дальнейших действий, высокой динамичностью изменения входной информации для МП-систем в качестве систем сбора данных предъявляются жесткие требования к объемам памяти, разрядности и быстродействию. Оперативная память таких систем должна быть большой емкости для хранения больших массивов данных. МП должен обладать возможностью адресоваться к большому количеству ячеек памяти, для чего необходима высокая разрядность шины адреса. Для обеспечения высокой точности предварительной обработки данных используемая МП-система должна иметь высокую разрядность шины данных для минимизации погрешности округления при вычислениях. И наконец система должна иметь высокое быстродействие для сбора и обработки быстропротекающих процессов, характерных особенно для аналоговых сигналов.

Система сбора данных может являться промежуточным звеном в цепи движения информации от ее источника к потребителю, когда те разнесены в пространстве. В этом случае МП-система сбора данных содержит энергонезависимую память необходимого объема, данные в которую могут как записываться, так и считываться неограниченное количество раз по аналогии с ОЗУ с той лишь разницей, что в энергонезависимой памяти данные с отключением источника питания не пропадают. С помощью такой системы опрашивается состояние объекта, находящегося на удалении. Данные, характеризующие его состояние, запоминаются в энергонезависимой памяти, при необходимости осуществляется предварительная их обработка, а затем переносятся в мощную ЭВМ, где обрабатываются дальше.