2 Конспект лекций по АПП

11.2 Микропроцессорные системы

Управление технологическим процессом в металлургических агрегатах можно представить в виде последовательности логических действий, реализующих цели управления. Поэтому в АСУ ТП давно широко применяются логические элементы: триггеры, счетчики, сумматоры, шифраторы.

Логические устройства дискретного действия оперируют лог. 0 и лог. 1, которые физически представляют собой, соответственно, наличие и отсутствие электрического импульса. При этом лог. 0 соответствует напряжению на линии в диапазоне 2,4…6,0 В, а лог. 1 – 0…0,4 В.

В соответствии с правилами математической логики логический элемент формирует выходные сигналы, однозначно связанные с возможными комбинациями входных сигналов.

Развитие промышленной электроники привело к созданию принципиально новых ТСА – микроконтроллеров, которые основаны на микропроцессорах и предназначены для управления сложными технологическими агрегатами.

Микроконтроллеры (МК) используются в составе многих КИПиА, на основе которых создаются децентрализованные САУ. МК встраиваются в станки с ЧПУ, установки промышленного телевидения, устройства технологической диспетчеризации и т.п. В настоящее время МК широко применяются не только в промышленности, но и в быту: в телевизорах, видеомагнитофонах, СВЧ-печах, стиральных машинах, часах, калькуляторах, мобильных телефонах.

Рассмотрим базовые понятия, которые лежат в основе любой микропроцессорной системы – от простейшего микроконтроллера до сложного компьютера. Для начала несколько основных определений базовой терминологии микропроцессорной техники.

Электронная система – в данном случае это любой электронный узел, блок, прибор или комплекс, производящий обработку информации.
Задача – это набор функций, выполнение которых требуется от электронной системы.
Быстродействие – это показатель скорости выполнения электронной системой ее функций.
Гибкость – это способность системы подстраиваться под различные задачи.
Избыточность – это показатель степени соответствия возможностей системы решаемой данной системой задаче.
Интерфейс – соглашение об обмене информацией, правила обмена информацией, подразумевающие электрическую, логическую и конструктивную совместимость устройств, участвующих в обмене. Другое название – сопряжение.

Ядром любой микропроцессорной системы является микропроцессор или просто процессор (от английского processor). Перевести на русский язык это слово правильнее всего как «обработчик», так как именно микропроцессор – это тот узел, блок, который производит всю обработку информации внутри микропроцессорной системы. Остальные узлы выполняют всего лишь вспомогательные функции: хранение информации (в том числе и управляющей информации, то есть программы), связи с внешними устройствами, связи с пользователем и т.д.

В широком смысле микропроцессор (МП) представляет собой функционально законченное программно-управляемое устройство, осуществляющее прием, арифметико-логическую обработку и выдачу цифровой информации. По сути, МП – простой конечный автомат, который выполняет операции с информацией в виде электрических сигналов в соответствии с заложенной в него программой.

Порядок работы микропроцессора определяется управляющей программой, которая представляет собой набор команд, то есть цифровых кодов. Структура и объем системы команд процессора определяют его быстродействие, гибкость, удобство использования. Всего команд у процессора может быть от нескольких десятков до нескольких сотен. Система команд может быть рассчитана на узкий круг решаемых задач (у специализированных процессоров) или на максимально широкий круг задач (у универсальных процессоров). Коды команд могут иметь различное количество разрядов (занимать от одного до нескольких байтов). Каждая команда имеет свое время выполнения, поэтому время выполнения всей программы зависит не только от количества команд в программе, но и от того, какие команды используются.

Процессор выполняет арифметические функции (сложение, умножение и т.д.), логические функции (сдвиг, сравнение, маскирование кодов и т.д.), временное хранение кодов (во внутренних регистрах), пересылку кодов между узлами микропроцессорной системы и многое другое. Количество таких элементарных операций, выполняемых процессором, может достигать нескольких сотен.

Содержание