1. Įvadas. Pagrindinės sąvokos ir apibrėžimai

Šiuolaikinės skaitmeninio valdymo sistemos (SVS) yra kuriamos, panaudojant mikroprocesorius (MP), lygiagrečiojo ir nuosekliojo duomenų mainų, laikmačių, pertraukčių valdymo ir kitokius mikroprocesorinius valdymo įtaisus. Šio studijų dalyko tikslas – išstudijuoti mikroprocesorinio valdymo įtaisų struktūrą, paskirtį, funkcijas bei veikimą, išmokti parinkti, sujungti ir programuoti įtaisus, skirtus vykdyti nustatyto technologinio procesų valdymo keliamus uždavinius.

MP vadinamas programiškai valdomas elektroninis įtaisas, skirtas skaitmeninei informacijai apdoroti ir šiam informacijos apdorojimo procesui valdyti. Pagrindinė išskirtinė teigiama MP savybė – visas skaitmeninės informacijos apdorojimo procesas valdomas programiškai, t.y. tas pats MP gali būt naudojamas skirtingiems valdymo uždaviniams spręsti, keičiant tik jo valdymo programą.

Funkciniu požiūriu MP galima išskirti dvi dalis:

1. Operacijų dalis.

2. Valdymo dalis.

Operacijų dalyje vykdomos operacijos (veiksmai) su dvejetainiais skaičiais (informacijos apdorojimas), naudojant dvejetainių skaičių 8421 kodavimą.

Valdymo dalyje formuojami valdymo signalai, reikalingi informacijos apdorojimo procesui valdyti.

MP sudaro vienas arba keletas didelių integrinių grandynų (DIG), kurių kristaluose formuojama sudėtinga MP elektrinė grandinė. MP sudaryti iš vieno DIG vadinami vienkristaliais, o iš kelių daugiakristaliais (sekcijiniais).

Projektuojant SVS naudojamas mikroprocesorinis komplektas (MPK). MPK vadinamas visuma (rinkinys, serija) mikroprocesorinių ir kitokių integrinių grandynų, kurie suderinti tarpusavyje pagal: technologinius, konstrukcinius bei techninius parametrus. MPK naudojamas projektuojant ir gaminant mikrokompiuterius, programuojamuosius valdiklius, mikroprocesorines sistemas, kompiuterizuotąsias sistemas.

Mikrokompiuteriu (MK) vadinamas skaičiavimo ar valdymo įrenginys, turintis:

1. Užbaigtą autonominę konstrukciją.

2. Nuosavą (autonominį) maitinimo šaltinį.

3. Informacijos įvesties ir išvesties priemones (klaviatūra, displėjus).

4. Nuosavą programinį aprūpinimą.

Progruojamuoju valdikliu (PV) vadinamas elektroninis įrenginys, turintis šiuos pagrindinius požymius:

1. Valdo autonominį objektą (keletą objektų) pagal nustatytą valdymo algoritmą.

2. Turi savo sudėtyje MP (keletą MP).

3. Vykdo valdymą realiame laike.

Pastaruoju metu labai plinta programuojamųjų valdiklių rūšis – progruojamieji loginiai valdikliai.

Programuojamuoju loginiu valdikliu (PLV) vadinamas autonominis skaitmeninis elektroninis įrenginys skirtas:

• valdymo signalams (diskretiniams, analoginiams) priimti (įvesti);

• apdoroti, naudojant logines ir kitokias operacijas;

• apdorotiems signalams (rezultatams) išvesti.

PLV skiriasi tarpusavyje pagal: konstrukciją, įėjimų ir išėjimų skaičių bei rūšį, atliekamų operacijų pobūdį, komunikacijų, vizualizacijos galimybes ir t.t.

PLV konstrukciją, funkcijas ir programavimo kalbas apibrėžia IEC 61131 standartas galiojantis nuo 1992 metų [1]. Šį standartą sudaro tokios dalys:

1 dalis. Bendroji informacija.

2 dalis. Reikalavimai įrangai ir testai.

3 dalis. Programavimo kalbos.

4 dalis. Vartotojo vadovas (darbui su standartu).

5 dalis. Pranešimų tarnybos instrukcija (darbui su standartu).

Standartas numato šias PLV programavimo kalbas (5 kalbos):

Dvi grafinės kalbos:

• LD (angl. Ladder Diagram) kontaktų diagramų kalba;

• FBD (angl. Functional Block Diagram) funkcinių blokdiagramų kalba;

Dvi tekstinės kalbos:

• IL (angl. Instruction List) instrukcijų (komandų) sąrašo kalba;

• ST (angl. Structured Text) struktūrizuoto teksto kalba;

Viena kombinuotoji (mišri) kalba:

• SFC (angl. Sequential Functional Chart) nuosekliųjų funkcinių diagramų kalba.

Standartas apibrėžia ir standartizuoja skirtingų firmų serijinių PLV konstrukciją, funkcijas ir programavimo kalbas, todėl skirtingi valdikliai nesunkiai gali veikti vienoje valdymo sistemoje.

Pastaruoju metu taip pat labai paplitę vienkristaliai programuojamieji mikrovaldikliai, montuojami objekte, kurį jie valdo.

Vienkristaliu mikrovaldikliu (VMV) (angl. Embedded Microcontroller) vadinama mikroprocesorinė sistema sukurta viename kristale (viename DIG), turinti visas priemones, reikalingas įvairių objektų bei procesų skaitmeninio valdymo algoritmams realizuoti.

Mikroprocesorine sistema (MPS) vadinama informacinė ar kitokia specializuota skaitmeninė sistema, turinti:

1. Mikrokompiuterį (MK) ar kitokį įrenginį su MP.

2. Priemones, kurios suderina MPS valdymo signalus su objekto valdymo signalais (įėjimo – išėjimo signalų suderinimo pramonės, skaitmeniniai analoginiai SAK, analoginiai skaitmeniniai ASK keitikliai).

3. Valdymo programą, saugojamą atmintyje.

Sistemos, kuriose naudojamas MP, gali būti skirstomos į [2]:

1. Autonomines.

2. Specializuotas.

3. Įterptines.

Autonominės sistemos yra visiškai savarankiškos sistemos, turinčios visas būtinas jų funkcionavimui komponentes (dalis). Tipinis pavyzdys yra asmeninis kompiuteris (AK).

Specializuotos – skirtos tam tikroms apibrėžtoms funkcijoms vykdyti, tam tikrame konkrečiame įrenginyje. Pvz. variklio valdymo sistema. Tokiose sistemose ypač apsimoka naudoti vienkristalius mikrovaldiklius.

Įterptinėmis vadinamos sistemos, kuriose MPS yra dalis kitos sistemos, pvz. automobilio variklio, orlaivio, MPS montuojama AK ir sujungta su AK sistemos magistrale ir t.t. Įterptinėse sistemose taip pat naudinga taikyti vienkristalius mikrovaldiklius.

Kompiuterizuotąja sistema vadinama MPS sujungta su asmeniniu kompiuteriu, naudojant standartines (LPT, COM, USB) ir nestandartines sąsajas.