Лекции – ПиНК

Лектор: Петров Геннадий Алексеевич

Структура курса, отчетность

Литература: Конспект лекций

Введение

Появление однокристальных микропроцессоров в начале 70-х годов оказало революционное влияние на развитие систем автоматизированного управления . В свою очередь , интеллектуализация средств управления технологическими процессами явилась катализатором развития микропроцессорной техники наряду с развитием микроэлектронных технологий. Микропроцессоры обеспечили на 0основе принципов программного управления высокую скорость разработки данных всистемах управления и гибкость для расширения и модификации управляющих функций , что было невозможно при использовании схем с жесткой логикой.

На основе микропроцессорных средств для автоматизации промышленного технологического оборудования и приборов бытовой техники были разработаны программируемые контроллеры. Основной задачей для их эффективного внедрения в автоматизированные системы управления технологическими процессами является подготовка специалистов в области программной реализации функций управления на базе данного класса устройств и систем.

Термином "промышленный контроллер" обозначают специализированное микропроцессорное устройство со встроенным аппаратным и программным обеспечением, которое используется для выполнения функций управления технологическим оборудованием. После изобретения микропроцессов их развитие определялось классом задач, для которых они использовались. Таким образом, появилось три ветви генеалогического дерева микропроцессоров: ПЛК, регуляторы и ЭВМ. Прародителями ПЛК были релейные схемы автоматики.

ПЛК обычно управляют процессами последовательными по своему происхождению, используя "дискретные" входы и выходы для определения состояния объекта. Например, если концевой выключатель определяет наличие детали, то он переходит в состояние "ВКЛЮЧЕНО", а если не обнаруживает деталь, то выдает сигнал "ВЫКЛЮЧЕНО". Машина или устройство постоянно выполняет предопределенные последовательные действия либо на основании событий, либо по истечению заданного времени. Предполагаемая последовательность действий обычно прерывается только тогда, когда возникает аварийная ситуация.

Краткая история развития МК

1978 – Intel 8051 - MCS 51 (Micro Computer System)

ADUC812 – будем использовать, это клон MCS51

ПЛК – программируемые логические контроллеры.

Основные требования к контроллерам

1. Низкая стоимость;

2. Высокая надежность;

3. Высокая степень миниатюризации;

4. Малое энергопотребление;

5. Работоспособность в различных температурных диапазонах в зависимости от применения:

   1. Коммерческие: 0 … + 70⁰С;

   2. Расширенные: -40 … +85⁰С;

   3. Военные: -55 … +155⁰С;

6. Достаточная производительность для выполнения наборов функций

Архитектурные признаки контроллеров

1. Гарвардская архитектура (раздельная память для хранения данных (RAM) – энергозависимая и программ (ПЗУ) – энергонезависимая, сейчас популярна flash;

2. Интеграция в одном кристалле всех модулей, необходимых для управляющей ЭВМ;

По разрядности контроллеры бывают:

• Четырехразрядные- самые простые и дешевые;

• Восьмиразрядные –наиболее многочисленное семейство( оптимальное соотношение цены и возможностей) MCS51

• Шестнадцатиразрядные iMCS96 , i80186(88) и другие, более производительные и дорогие.

• 32-разрядные – это обычно модификации универсальных МП, например i386, 486 и другие

МК имеют очень широкое применение в различных АСУТП по следующим причинам:

• Основная область применения 8-разрядных МК – устройства интеллектуального управления промышленной автоматики и бытовой аппаратуры. В данных применениях не требуется высокоразрядной арифметической обработки, большой процент логических преобразований, не требуется высокого быстродействия в жестких условиях реального времени. Таким образом, 8-битовые МК имеют свою нишу и в настоящее время широко используются промышленные контроллеры, называемые ПЛК.

• Много новых применений, где МП ранее не использовалась, но МК не так заметны широкому кругу потребителей продукции, как ПК, так как они с ним не сталкиваются напрямую

• МК также характеризуются двумя видами архитектуры: закрытой и открытой, Закрытая архитектура характеризуется отсутствием линий магистралей данных и адреса на внешних выводах корпуса МК, т.е.внешнее наращивание памяти программ, данных и портов не предполагается.

• Режимы работы периферийных модулей контроллера настраиваются программно посредством регистров специальных функций этих модулей (таймеры, КП, АЦП, адаптеры параллельные и последовательные и др.

Режимы работы периферийных модулей современных контроллеров, их конфигурация настраиваются программно посредством загрузки кодов настройки в специальные регистры управления (SFR – special function register).

Повышение производительности МК в рамках требуемой необходимости ведется в таких направлениях как:

• Развитие архитектуры ЦПУ МК, например RISC-архитектура

• Повышение тактовой частоты

• Специализация команд и периферийных модулей МК

• Повышение надежности

• Переход на на более низкие уровни напряжения и новые технологии и др.

MCS51 является популярным семейством и ряд фирм выпускают клоны.