1.2 Задачи и роль микроконтроллеров
Для современных локальных систем автоматического регулирования и управления основным элементом является микроконтроллер, см. рисунок 1.1.
На объект управления воздействуют Х1…Хn - входные воздействия от исполнительных механизмов (ИМ), различные возмущающие факторы f1…fm, - не учтенные в системах управления. Выходные данные объекта измеряются датчиками. Задача микропроцессорной системы - принять сигнал от аналоговых датчиков (АД) и дискретных датчиков (ДД), а затем выработать управляющие выходные сигналы на исполнительные механизмы.
Микропроцессорная система должна работать в реальном масштабе времени. Для синхронизации системы применяются таймеры. Аналоговые сигналы от датчиков по очереди преобразуются в цифровые сигналы в аналого-цифровом преобразователе (АЦП), затем обрабатываются по определенной программе в центральном процессоре управления (ЦПУ). Выходной цифровой сигнал, созданный центральным процессором управления, преобразуется цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) в аналоговый сигнал. Через коммутатор, определяющий канал передачи, он воздействует на один из исполнительных механизмов (ИМ).
Экстренные ситуации, например, авария, обрабатываются с помощью подпрограммы обработки прерываний, которая прерывает фоновую программу, и обрабатывает сигнал от датчика прерываний. После чего управление вновь возвращается к фоновой программе с прерванного места.
Рисунок 1.1 – Система локальной автоматизации
Задачи микроконтроллеров состоят в следующем:
- управление и регулирование;
- сбор и обработка технологических параметров;
- отображение и контроль данных;
- сигнализация и защита от аварийных ситуаций;
- диспетчеризация, архивирование и протоколирование.
Система локальной автоматизации является объектом управления для системы верхнего уровня.
Несомненно, что исполнение систем автоматизации требует стандартизации. Для этого была создана международная ассоциация поставщиков решений для промышленных предприятий MЕSA (Manufacturing Enterprise Solution Association). MESA контролирует, регулирует и разрабатывает единые протоколы для решения следующих задач:
- диспетчеризация производственной задачи;
- сбор данных и управление качеством;
- управление технологическим обслуживанием;
- анализ производительности;
- контроль документов;
- управление трудовыми ресурсами;
- координация технических процессов и учет готовой продукции.
В соответствии с перечисленными задачами микропроцессорные системы управления делятся на:
- информационно-управленческие системы;
- системы сбора и обработки информации;
- системы защиты;
- системы тестирования и контроля;
- SCADA системы.
2 Выполнение арифметических операций в мп
Цель лекции: освоить выполнение арифметических операций в двоичной системе с применением дополнительного двоичного кода.
Краткое содержание лекции. Основы систем счислений и их роль. Двоичная арифметика в дополнительном коде. Знаковые биты.
2.1 Системы счислений
Микропроцессор, работает с числами в двоичной системе счисления. Для удобства восприятия чисел человеком применяется также шестнадцатеричная система и двоично-десятичная система. Системы счислений представлены в таблице 2.1.
-
Т а б л и ц а 2.1 – Системы счислений
Различные формы записи чисел от 0 до 20
Десятичная система
Двоичная система
Шестнадцатеричная система
Двоично-десятичный код
0
0000
0
0000
1
0001
1
0001
2
0010
2
0010
3
0011
3
0011
4
0100
4
0100
5
0101
5
0101
6
0110
6
0110
7
0111
7
0111
8
1000
8
1000
9
1001
9
1001
10
1010
А
0001 0000
11
1011
В
0001 0001
12
1100
С
0001 0010
13
1101
D
0001 0011
14
1110
Е
0001 0100
15
1111
F
0001 0101
16
10000
10
0001 0110
17
10001
11
0001 0111
18
10010
12
0001 1000
19
10011
13
0001 1001
20
10100
14
0010 0000
Двоично-десятичный код (Binary-Coded Decimal — BCD) является гибридом двоичного и десятичного представлений. Он широко используется при работе с портами ввода/вывода цифровых устройств, например, с символьным индикатором, имеющим семь сегментов. При таком представлении каждый десятичный разряд заменяется своим двоичным четырех разрядным эквивалентом. Выполнение арифметических операций с числами, записанными в 2-10 коде, представляет собой не простую задачу. Поэтому, как правило, BCD-числа сначала преобразовываются в обыкновенные двоичные числа и после выполнения операций вновь преобразовываются в код BCD.