1 Основные направления применения микропроцессорных систем 1

1.1. Основные направления применения микропроцессорных систем 1 14.Из многочисленных и разнообразных областей применения микропроцессоров (МП) и микроЭВМ одно из первых мест по объему и использованию занимают микропроцессорные системы - объектно-ориентированные вычислительные системы, например, для управления, диагностики, цифровой обработки сигналов и изображения. 1 15.В микропроцессорных системах особенно эффективно проявляется такое важное свойство микропроцессоров, как встраиваемость, возможность приблизить вычислительную технику непосредственно к объекту измерений, управления, обработки информации или диагностики. 1 16.Основные задачи, которые могут решаться с помощью микропроцессорных систем, следующие: 1 управление сложным технологическим процессом или техническим объектом по заданным алгоритмам; 1 цифровая обработка сигналов непосредственно на месте расположения источника сигналов; 1 обработка изображения – фильтрация, повышение четкости, выделение контуров, масштабирование и т.п. в системах технического зрения в промышленных роботах, в системах радиолокации, в системах наблюдения, навигации и т.п. 1 адаптация автоматических систем измерения, управления, прогнозирования к изменяющимся условиям; 1 создание гибких перестраиваемых систем управления, цифровой обработки сигналов и изображения; 1 накопление и предварительная обработка информации; 1 создание многофункциональных приборов, расширение возможностей существующих приборов; 1 создание «интеллектуальных» приборов и систем, повышение уровня интеллекта существующих приборов и аппаратов; 1 осуществление самодиагностики и тестирования аппаратуры. 1 17.Возможность реализации этих функций в микропроцессорных системах в совокупности с достижениями электроники и средств связи, развитием математических методов обработки сигналов при измерениях и разработкой соответствующего программного обеспечения создала необходимые предпосылки для появления новых поколений микропроцессорных систем и аппаратуры, обладающих следующими возможностями: 1 полной автоматизацией всех видов обработки информации, объединением и координацией всех предусмотренных системой функций; 1 наращиванием состава системы и расширением ее функций благодаря магистрально-модульной структуре построения и развитию программного обеспечения; 2 разнообразием алгоритмов и методов измерений; 2 децентрализацией выполняемых задач по функциональному, организационному и территориальному признакам, наличием средств искусственного интеллекта, возможности обучения системы, ее адаптации и оптимизации; 2 высокой надежностью и функциональной безотказностью благодаря средствам самодиагностики и тестирования, а также гибкости управления системой; 2 возможностью сопряжения с другими вычислительными системами. 2 1. 2. Архитектура микропроцессорных систем 2 18.Микропроцессорная система (МПС), предназначенная для автоматического сбора, преобразования и обработки информации, является одной из составных частей более общего понятия - вычислительной системы, куда помимо МПС входят также системы автоматического контроля, технической диагностики и прогнозирования. 2 20.Обобщенная структурная схема МПС (рис. 1.1) содержит следующие составные части: 2 21.1- группу датчиков (Д), размещенных постоянно в определенных точках объекта исследования, или перемещающихся в пространстве (сканирующего типа) или воспринимающих одновременно поле исследуемого объекта; 2 22.2- аналоговые преобразователи (АП), содержащие предусилительные и согласующие устройства, фильтры, нормирующие и функциональные преобразователи, аналоговые каналы связи; 2 23.3- аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и многоканальные аналоговые коммутаторы, схемы выборки - хранения, компараторы; 2 24.4- контроллеры датчиков, обеспечивающие управление сбором информации с датчиков, передачу данных в ядро МПС; 2 26. 3 27.Рис. 1.1. Обобщенная структурная схема микропроцессорной системы 3 30.5 – ядро МПС содержит компьютер - процессор, память, устройства ввода вывода, формирователи импульсов, таймеры, преобразователи кодов, специализированные цифровые вычислительные устройства (умножители, быстрые преобразователи Фурье и др.); устройства отображения и регистрации результатов измерения, включающие печатающие устройства, накопители информации на магнитной ленте и дисках, дисплеи, сигнализаторы, цифровые индикаторы; 3 31.6 - каналы передачи данных - цифровой связи, модемы, оптические линии связи, формирователи помехозащищенных кодов; 3 32.7 – контроллеры вывода результатов обработки; 3 33.8 - цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) и выходные демультиплексоры; 3 34.9 – согласующие устройства – усилители мощности, преобразователи сигналов и формирователи выходных импульсов; 3 35.10 - регуляторы, включающие различные исполнительные устройства (двигатели, нагреватели, реле и т.д.); 3 36.Конечно, не во всякой МПС требуется включение всех приведенных на рис. 1.1 блоков. Для каждой конкретной системы или прибора количество блоков, состав функций и связи между блоками должны устанавливаться особо. 3 37.Вариант схемы ядра МПС представлен на рис.1.2. 3 39. 4 40.Рис.1.2. Вариант схемы ядра МПС 4 42.Порты ввода- вывода выполняют следующие функции: 1) выбор требуемого модуля системы, т.е. селекция нужного устройства; 2) подключение выбранного модуля к шине данных по соответствующему сигналу или отключение от нее (роль шинного формирователя); 3) сохранение уровней сигналов в период их чтения или записи, независимо от длительности этих операций. 4 43.Код выбора внешнего устройства (ВУ) содержится в командах ввода-вывода и по шине адреса передается на все контроллеры ВУ (КВУ). Каждый из них имеет свой собственный селектор адреса. С КВУ сигнал подается на вход соответствующего порта ввода или вывода. При наличии такого сигнала к центральному процессору в процессе работы МПС может подключаться только одно ВУ. Входы и выходы всех остальных ВУ при этом остаются в третьем, выключенном состоянии, т.е. отключены от системной шины. От центрального процессора к ВУ поступают сигналы, управляющие направлением обмена данными: RD – прием информации центральным процессором из порта ввода, WR – передача информации от центрального процессора в порт вывода. 4 44.ВУ, отстоящие от МПС дальше, чем 15 м, требуют специальных периферийных алаптеров связи, связывающих каналы связи с системной шиной. При передачи данных по одной линии связи каждый символ сообщения должен быть закодирован последовательностью бит, число которых определяется принятой системой кодирования: 8 бит – при использованиии кода ASCII (American Standart Code for Information Interchange), ДКОИ (двоичный код обработки информации; 7 бит - при использовании КОИ-7 (код обмена информацией); 5 - бит при использовании телеграфного кода. При использовании телеграфного кода за счет введения трех кодов для трех групп символов: цифр (код 11011), латинских букв (код 11111) и русских (код 00000), в результате телеграфным кодом можно закодировать 78 различных символов. Таким образом, для передачи символа требуется по линии связи передавать 5, 7 или 8 бит. 4 45.При передаче информации по линии связи может возникнуть ошибка, например пропуск одного бита или ошибочное восприятие уровня (вместо “0” – “1”). Для обеспечения достоверности принятой информации применяются различные виды аппаратного и программного контроля. Аппаратный контроль основан на применении специальных схем и устройств. 5 46.В методах программного контроля используются коды, в которых вводится дополнительный (контрольный) разряд. Единица в этом разряде формируются передающим устройством таким образом, чтобы сумма единиц в слове, включающим контрольный разряд, была только нечетной. Обнаружение приемным устройством четного значения суммы единиц является признаком ошибки. 5 47.Адаптер последовательной связи преобразует выходные данные из параллельного формата в последовательный и добавляет стартовый и стоповый биты, отмечающие начало и конец каждого символа, а также формирует бит контроля (рис.1.3). 5 49. 5 50.Рис.1.3. 5 52.На приемном конце требуется сделать обратное преобразование: из последовательного – в параллельный формат, распознать и исключить биты «старт», «стоп», а также произвести проверку нечетности суммы единиц. 5 53.Использование паритета нечетности, а не четности, упрощает проблему распознавания нуля в отличие от состояния неработоспособности датчика. 6 54.Передача данных может производиться в двух режимах: синхронном и асинхронном. В асинхронном режиме используется старт-стопный принцип передачи: стартовый бит запускает приемник и синхронизирует его работу. Стоповый бит и контрольный используются для проверки правильности передачи: если на месте стопового бита не будет обнаружена «1», то формируется сигнал «Ошибка формата». В синхронном режиме данные передаются не по одному символу, а массивом. Для синхронизации приемника используются один-два символа синхронизации. 6 55.Архитектура МПС для цифровой обработки сигналов (ЦОС) имеет несколько отличий. Особенности архитектуры связаны с требованием получения более высокого быстродействия и эффективной реализации операций ЦОС. 6 56.Как правило, центральный процессор имеет более высокую разрядность для снижения погрешностей вычислений, в его состав включаются умножитель и микросхемы для быстрого преобразования Фурье. 6 57.Архитектура центрального процессора проектируется с учетом максимального распараллеливания вычислений и осуществления конвейерного принципа обработки информации. 6 58.Характерными особенностями МПС для ЦОС также являются: 6 многошинная организация управления и передачи данных и команд; 6 совмещенное выполнение ряда операций во время одного машинного цикла; 6 организаций двух и более ОЗУ с возможностью реконфигурации; 6 наличие ряда вспомогательных средств: параллельных сдвиговых регистров, умножителя, таймера, устройства вычисления адресов; мультипроцессорного интерфейса; 6 наличие средств сопряжения с внешней средой – датчиков ввода сигналов различного типа: аналоговых, дискретных, частотных, временных и т.п., а отсюда – наличие различных преобразователей сигналов. 6 59.МПС для обработки изображений также имеет ряд существенных отличий. Примером может служить структура МПС для обработки изображения в системе технического зрения, применяемых в промышленных роботах (рис.1.4). 6 61. 7 64.Управление ОС осуществляется с целью компенсации изменения внешней освещенности, производится программно, на основе анализа изображения, поступающего от датчиков оптической информации Д. Число и места расположения датчиков определяются формой объекта и особенностями решаемой задачи МПС. 7 65.Эволюцию МПС во времени можно представить в виде смены поколений. 7 66.МПС первого поколения характеризуются адресным сбором информации, преимущественно программной обработкой информации с помощью МП, входящей в состав системы, и в меньшей степени с помощью специализированных вычислительных устройств, использованием микроэлектронных схем малой и средней степени интеграции, блочно модульным принципом построения. 7 67.Развитие микропроцессорных средств, БИС и СБИС (включая устройства памяти с большим объемом запоминаемой информации) и стандартных цифровых интерфейсных схем, появление микроЭВМ и резкое возрастание роли программного обеспечения системы привело к появлению первого поколения ИИС. В этих системах с помощью микропроцессорных средств выполняются сбор, обработка и промежуточное хранение измерительной информации в местах, максимально приближенных к ее получении. Распределенный характер процессов сбора и обработки информации делает эти системы децентрализованными. Они отличаются от централизованных МПС не столько рассредоточенным расположением аппаратуры, сколько распределением функций. Рассредоточение вычислительной мощности по различным уровням и блокам МПС позволяет уменьшить потоки информации, сократить общее время обработки, повысить надежность работы и живучесть системы. 8 68.Кроме того, в децентрализованных системах снижаются затраты на программирование, поскольку раньше, когда микропроцессоры стоили относительно дорого, разработчики аппаратуры стремились загрузить их как можно больше, что вызывало значительное увеличение стоимости и времени программирования. В настоящее время в связи с резким удешевлением микросхем в этом уже нет необходимости, экономически выгоднее увеличивать общее количество микропроцессоров в системе. 8 69.В МПС третьего поколения широко осуществляется многофункциональная обработка информации благодаря рациональному сочетанию аппаратных специализированных вычислительных средств с жесткой структурой на базе БИС и СБИС и гибких перестраиваемых структур и программ работы на базе МП и микроЭВМ. Появление микроЭВМ с достаточно высокой производительностью и большой емкостью оперативной памяти позволило перейти к созданию полностью автономных МПС. 8 70.Неотъемлемой частью архитектуры любой современной микропроцессорной системы с микропроцессорами или микроЭВМ является ее системное и прикладное программное обеспечение (ПО). Различают два вида системного ПО: внутреннее (резидентное) обеспечение, которое образуют служебные программы, постоянно хранимые в памяти системы и необходимые для разработки прикладных программ, и кросс программное обеспечение, представляющее собой комплект программ, используемых пользователем на этапе разработки системы или ее модернизации. 8 71.Большинство микропроцессорных систем со встроенными микропроцессорами из-за ограниченной емкости памяти содержат только прикладные программы пользователя. 8 72.Комплекс ПО МПС обычно включает библиотеку программных модулей, предназначенных для реализации типовых процедур ввода - вывода, преобразования кодов, обработки прерываний, вычисления функций и т.д. 9 74.2. ЗАДАЧА ПРОЕКТИРОВАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМ 10 2.1. Понятия об организации и структуре МПС 10 76.Основу МПС составляют универсальные программируемые БИС: МП, порты ввода/вывода, таймеры, контроллеры прерываний и т. д., конкретизация функционирования которых осуществляется путем программирования, в связи с чем, полное описание МПС должно включать помимо принципиальных электрических схем также описание программного обеспечения, отражать взаимосвязи аппаратной части и программного обеспечении, временные диаграммы сигналов и протоколы обмена информацией. Указанные характеристики объединяются понятием организации МПС. 10 77.Организация МПС включает в себя несколько уровней описания. 10

Похожие:

	Программа дисциплины “Микропроцессорные устройства технических систем” для подготовки инженеров Изучение особенностей применения микропроцессорных устройств в системах автоматики и телеуправления, а также в изделиях электронной...		Конспект лекций по курсу "Микропроцессоры и микро-эвм в Персональной... Целью настоящего курса является дать понятие о микропроцессорах и однокристальных микро-эвм, области их применения, дать основы функционирования...
	Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине «Микропроцессорные... Цель работы изучение современных однокристальных микроконтроллеров с cisc- и risc- архитектурой, организации их памяти и функционирования,...		Проектирование микропроцессорных систем методические указания к курсовому проектированию ...
	Правительство Российской Федерации Московский институт электроники... Целью курса "Микропроцессорные системы" является ознакомление студентов с микропроцессорными средствами и методами проектирования...		Реферат на тему: «Основы микропроцессорных систем» Эвм, но имеющие несравнимо меньшие размеры. Микропроцессоры относятся к классу микросхем, особенностью которых является возможность...
	Рабочая программа учебной дисциплины «основы микропроцессорной техники» Изучение дисциплины направлено на освоение принципов построения и функционирования микропроцессорных систем, а также работы в среде...		Негосударственное Аккредитованное Частное Образовательное Учреждение... Распределенные объектные архитектуры программных систем. Многоуровневые приложения. Основные понятия архитектуры распределенных систем....
	Московский энергетический институт (технический университет) институт электротехники (иэт) Целью дисциплины является изучение физических и математических основ компьютерной и микропроцессорной техники и принципов построения...		Учебной дисциплины физика (с основами астрономии) для специальности 2201 Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных на уроках по физике и математике в школе, и является базой для изучения цифровой...
	Рабочая программа учебной дисциплины «электронные промышленные устройства» «Электроника электропривода», «Программные средства пэвм», «Теория автоматического управления», «Основы микропроцессорной техники»...		Публичный отчёт «сош д. Звягино» в 2010-11 учебном году Основные направления Основные направления, содержание и формы деятельности педагогического коллектива регламентировались нормативными документами
	Реферат Тема. Парапульпарные штифты Основные вопросы для изучения:... Исходящая информация: необходима для правильного клинического применения парапульпарных штифтов		Расширенная программа дисциплины “ Экологическая геология Рассматриваются основные направления использования геофизических методов для геолого-экологического мониторинга окружающей среды...
	Реферат на тему: «Вакансии по специальности экономическая кибернетика» Занимается в области применения информационных систем, решает функциональные задачи, а также управляет информационными, материальными...		Конспект лекций по дисциплине: теория систем и системный анализ санкт-Петербург... Выбор показателя эффективности, математическая постановка задачи