2. Аппаратная база для систем автоматического управления

Современной базой для создания систем управления и контроля является микропроцессорная техника. Эта техника является универсальным средством, придающим системам контроля и управления, наряду с широкими вычислительными возможностями, повышенные модернизационные качества и гибкость, резко расширяющим их функциональные возможности и повышающим надежность. МП техника позволяет максимально унифицировать модули систем контроля и управления как по применяемым комплектующим, так и по принятым схемным и функциональным решениям. Учет индивидуальных особенностей судна и его оборудования часто может быть обеспечен не изменением аппаратной части (как при использовании традиционной элементной базы), а путем модификации программного обеспечения.

2.1 Микроконтроллеры семейства mcs-51

В настоящее время в МП технике выделился самостоятельный класс больших интегральных схем (БИС) для решения задач «интеллектуализации» оборудования различного назначения – микроконтроллеры. Микроконтроллер представляет собой БИС, включающую в свой состав все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации: процессор, память данных, память программ, встроенный генератор тактовых сигналов, порты ввода-вывода для связи с внешними периферийными устройствами, блок прерываний, таймеры-счетчики, последовательный канал связи. Специфическая организация ввода-вывода информации предопределяет область их применения в качестве специализированных вычислителей, включаемых в контур управления объектами или процессами. Аппаратно-программные средства и система команд также приспособлены к решению задач управления и регулирования. Использование микроконтроллеров позволяет достичь исключительно высоких показателей эффективности при низкой стоимости. В настоящее время при создании нижних уровней управляющих систем микроконтроллеры являются наиболее предпочтительными. Сейчас около двух третей мирового рынка МП средств занимают микроконтроллеры.

Широкий сектор рынка микропроцессоров составляют микроконтроллеры семейства МCS-51, производимые такими известными фирмами как INTEL, ATMEL, PHILIPS и др.

Некоторые технические характеристики семейства MCS-51 (включает в свой состав многие десятки модификаций):

• объем внутренней оперативной памяти 64-1024 байт;

• объем внутренней памяти программ (однократно программируемая, с УФ стиранием, флэш-память) – 1-32 Кбайт;

• рабочая частота – 0 – 40 МГц;

• напряжение питания – 1,8 – 6 В;

• температурный диапазон – от –55 до +125 ⁰С.

В данной работе будет использована БИС семейства МCS-51 89С51 (рис. 1).

Микросхема имеет следующие характеристики:

• встроенная память программ емкостью 4096 байт с электрическим стиранием (с возможностью расширения до 64 Кбайт за счет подключения внешней памяти программ );

• встроенная память данных емкостью 128 байт (с возможностью расширения до 64 Кбайт за счет подключения внешней памяти данных );

• 32 линии ввода/вывода, организованных в четыре 8-разрядных порта;

• последовательный порт;

• два шестнадцатиразрядных таймера/счетчика;

• двухуровневая система внешних прерываний;

• возможность побайтовой и побитовой адресации;

• частота тактового генератора 1,2-12 МГц.

Вход ЕА (в некоторых модификациях DEMA – линия 31). Этот вход определяет вид памяти (внутренняя или внешняя), с которой будет работать микросхема. При подаче на вход логической 1 выполняется программа из внутренней памяти, при подаче логического 0 – из внешней памяти по адресам от 0 до 64 Кбайт.

Входы Х1 и Х2 (линии 19 и 18). Служат для подключения ко входу внутреннего генератора кварцевого резонатора, определяющего тактовую частоту.

Вход RST (линия 9). При подаче логической 1 происходит сброс микросхемы. RC цепь на входе (рис. 1) обеспечивает формирование сигнала сброса при включении питания.

Сигнал PSEN (в некоторых модификациях PME – линия 29). Управляющий сигнал, по которому данные из внешней памяти программ считываются через порт Р0.

Сигнал ALE (линия 30). Управляющий сигнал, по которому младший байт адреса внешней памяти, выставленный через порт Р0, фиксируется в буферном регистре.

Рис.1 Микроконтроллер 89С51