
- •Краткие сведения о микропроцессорах и микропроцессорных системах
- •Функции, выполняемые микропроцессорами в измерительных приборах
- •Улучшение метрологических характеристик приборов
- •Условия применения микропроцессоров и факторы, его ограничивающие
- •Общие сведения
- •3.3. Виды осциллографических разверток
- •3.4. Основные каналы электронно-лучевого осциллографа
- •Синхронизация развертки
- •Двухканальные и двух лучевые осциллографы
- •Стробоскопические осциллографы
- •3.9 Запоминающие осциллографы
- •Сциллографы, содержащие микропроцессор
- •Осциллографы с нетрадиционными устройствами отображения информации
- •Екомендации по выбору осциллографа
- •Измерение интервалов времени, частоты и фазовых сдвигов
- •4.1Общие сведения
- •Методы временных разверток
- •Измерение интервалов времени методом дискретного счета
- •Измерение частоты методом дискретного счета
- •Микропроцессорные цифровые частотомеры
- •Гетеродинный метод
- •4.7. Широкодиапазонные частотомеры
- •Методы сравнения с частотой другого источника посредством осциллографа
- •Меры частоты
- •Измерение фазового сдвига методом, основанным на преобразовании в интервал времени между импульсами
- •4.11. Нулевой метод
- •Расширение частотного диапазона фазометров
- •Измерение напряжений
- •5.1. Общие сведения
- •Параметры напряжении переменного тока
- •Преобразователи электронных вольтметров
- •Усилители и показывающие приборы стрелочных вольтметров
- •Особенности вольтметров импульсного тока
- •Зависимость показаний вольтметра от формы напряжения
- •Цифровые вольтметры. Общая характеристика
- •Цифровые вольтметры с жесткой логикои
- •5.10 Программируемые цифровые вольтметры
- •5.11. Микропроцессорный время-импульсный вольтметр
- •Глава шестая
- •6.1. Общие сведения
- •Измерение мощности в диапазонах низких и высоких частот
- •Общая характеристика методовизмерении и приборов диапазона свч
- •Метод, основанный на измерении изменения сопротивления терморезистора
- •. Термоелектрический метод
- •Калориметрические метод
- •Измерение импульсной мощности
- •Измерения спектральных характеристик сигналов
- •Общие сведения
- •Аналоговые фильтровые анализаторы спектра
- •. Особенности спектрального анализа случайных
- •7.5Цифровые анализаторы спектра, общая характеристика
- •Цифровые анализаторы с аналоговой избирательной системой
- •Микропроцессорный анализатор, работающий по алгоритму бпф
- •Измерение коэффициента гармоник
Условия применения микропроцессоров и факторы, его ограничивающие
Условия применения. В каждом конкретном случае вопрос об эффективности использования микропроцессора в проектируемом измерительном приборе решает разработчик прибора. Тем не менее, анализ схемных решений уже имеющихся приборов и литературных источников, описывающих микропроцессорные средства измерения, позволяет привести общие соображения, облегчающие Ориентацию специалистам, перед которыми возникла дилемма: «Применить микропроцессор или традиционное схемное решение в рамках жесткой логики?». Они сводятся к тому, что использование микропроцессоров в средствах измерения целесообразно в следующих типичных ситуациях:
необходимое для решения задачи число интегральных схем (корпусов) m>30 (при этом следует учитывать, что микропроцессорная система не требует настройки);
прибор должен быть многофункциональным, программируемым, необходима функциональная гибкость;
предвидится дальнейшее развитие измерительной системы, наращивание, расширение ее функций;
измерительная система должна взаимодействовать с большим числом входных и выходных устройств; требуется запоминание группы данных;
предвидится фиксация в памяти большого числа логических состояний;
используются алгоритмы косвенных и совокупных измерений, а вычислительные процедуры должны быть автоматизированы;
обязательны высокие метрологические характеристики, труднодостижимые или недостижимые обычными путями; требуются самокалибровка и самодиагностика; статистическая обработка результатов измерений должна быть органической частью измерительной процедуры и должна выполняться автоматически;
значения погрешностей измерений должны определяться по ходу измерения и отображаться на дисплее прибора;
необходимо выполнение математических функциональных преобразований, таких как линеаризация зависимости, квадрирование, нахождение отношений значений двух величин, выражение результата измерения в децибелах и т. п.;
прибор должен обладать новыми свойствами, которые могут быть осуществлены только с помощью микропроцессора;
быстродействие микропроцессора достаточно высоко для работы Проектируемого средства измерения в реальном масштабе времени, а если оно не удовлетворяет этому требованию, то приемлемо применение мультимикропроцессорной системы, позволяющей получить необходимое быстродействие;
велик оббьем измерений и при их выполнении требуется высокая производительность.
Факторы, осложняющие и ограничивающие использование микропроцессоров. Имеются причины и субъективного и объективного характера. Не останавливаясь на субъективных причинах (они изложены в [49]), кратко рассмотрим объективные факторы, к основным из которых относятся следующие:
Трудности выбора базового микропроцессора. Промышленность уже выпускает много типов микропроцессоров и число новых разработок непрерывно растет. Нередко говорят о высоких темпах появления новых поколений микропроцессоров. Но в отличие от ЭВМ, у которых каждое последующее поколение по основным технико-экономическим показателям превосходит предыдущее и обычно вытесняет его, микропроцессоры всех поколений сосуществуют и взаимно дополняют (а не вытесняют) друг друга. Например, появление 16- или 32-разрядных микропроцессоров, ничуть не уменьшив роль 8-разрядных, расширило круг решаемых задач, позволило повысить быстродействие устройств, открыло возможности получения новых свойств разрабатываемых систем'. Более того, иногда микропроцессорные комплекты, характеризуемые одинаковой разрядностью микропроцессора, различаются по быстродействию, емкости запоминающих устройств. Очевидно, что каждый из этих микропроцессорных комплексов можно с одинаковым успехом использовать в «своем» проектируемом приборе в соответствии с решаемой задачей, заданными характеристиками прибора.
Но это еще не все. Дело в том, что появление большого числа типов универсальных микропроцессоров вовсе не уменьшило количество разработок специализированных микропроцессоров, которые рассчитаны на конкретные применения и часто оптимизированы по различным параметрам. Поэтому далеко не всегда поставленные задачи должны решаться с помощью универсального микропроцессора. Нередки ситуации, когда намного эффективнее специализированный микропроцессор. Так, операция перемножения двух однобайтовых чисел универсальным микропроцессором, структура которого предопределяет вычисления по программе «сложение со сдвигом», требует значительного времени. Например, микропроцессор, характеризуемый быстродействием 106 регистровых операций в секунду, перемножает два однобайтовых числа примерно за 50 мкс (могут быть колебания в зависимости от программы). В то же время специализированные микропроцессоры в однокристальном исполнении — матричные перемножите- ли (их также называют арифметическими расширителями) — обладают гораздо более высоким быстродействием: два 8-разрядных числа они перемножают за интервал времени, не превышающий сотых долей микросекунды. Поэтому в ситуациях, когда необходима высокая скорость перемножения, исключительную ценность представляет специализированный микропроцессор.
К этому классу относятся выпускаемые промышленностью большие интегральные схемы, выполняющие быстрое преобразование Фурье, монолитные корреляторы, схемы, представляющие одно кристальное сочетание АЦП и микропроцессора, «аналоговый» микропроцессор и т. п.
Обилие разнообразных микропроцессорных средств, не всегда с достаточной полнотой освещенных в справочных изданиях, хотя и представляет большие возможности, несомненно, осложняет процедуру выбора базового микропроцессора для проектируемого средства измерения.
Ограниченное быстродействие микропроцессоров. Рассматривая вопрос о применении микропроцессора, следует внимательно проанализировать его быстродействие, выяснить, достаточно ли оно для решения сформулированной задачи. При этом важно правильно ориентироваться в справочных данных, характеризующих быстродействие микропроцессора.
В общем плане по аналогии с ЭВМ быстродействие микропроцессора интерпретируется как средняя скорость выполнения некоторого алгоритма. Очевидно, что эта усредненная характеристика может довольно сильно расходиться с числовым значением скорости выполнения алгоритма, определяющего последовательность выполнения операций для решения конкретной задачи.
В справочниках наиболее часто быстродействие микропроцессора характеризуют числом операций «регистр — регистр» в секунду или продолжительностью выполнения одной операции. Под такой операцией понимают короткую операцию сложения содержимого регистра R и содержимого аккумулятора с последующей пересылкой .результата в регистр R (отсюда название — операция типа RR или операция «регистр — регистр»). Эта характеристика не дает полного представления о быстродействии микропроцессора при выполнении различных вычислительных процедур, совокупность которых определяет решение задачи.
Наряду с указанной характеристикой в справочниках фигурирует и другая косвенная характеристика быстродействия микропроцессора — тактовая частота. Это частота сигналов тактового генератора (рис. 2.1). Например, тактовая частота у микропроцессорного комплекта КР580 составляет 2 МГц, а у комплекта КР1800 она существенно выше: 36 МГц [6]. Однако следует учитывать, что в течение одного такта микропроцессоры разных типов могут выполнять неодинаковое число микроопераций, причем продолжительность одной из них может отличаться от продолжительности другой.
Необходимо подчеркнуть, что при решении ряда задач эффективное быстродействие вычислительной системы можно резко повысить (иногда на несколько порядков), применив параллельные процессоры.
Дальнейшее совершенствование микроэлектронной техники в направлении создания субмикронных сверхскоростных и сверхбольших интегральных схем предвещает резкое повышение быстродействия микропроцессорных систем.
Программное обеспечение. При разработке измерительных систем и приборов, содержащих микропропроцессоры, наибольшую трудность представляет программное обеспечение. Сложность решения этой задачи определяется следующим:
необходимостью овладения специалистами, хорошо знающими микропроцессоры, искусством программирования микропроцессорных систем, в частности умением рационально выбрать язык программирования;
большим разнообразием программ, которые с достаточной полнотой удовлетворяют потребности (различных пользователей прибора;
высокой стоимостью программного обеспечения, во много раз превышающей аппаратурные затраты;
трудностью отладочной процедуры, требующей специальных .средств отладки программы.
В определенной степени задачу программного обеспечения вновь создаваемых устройств облегчает .наличие уже разработанных пакетов прикладных программ для широко используемых микропроцессоров.
Специфика испытаний, контроля, диагностики. Основные трудности этих процедур, которые необходимо определить еще на .стадии проектирования средства измерения, связаны с тем, что традиционные измерительные и испытательные приборы, широко применяемые в аналоговой технике (осциллографы, вольтметры и т. п.), не эффективны для испытания я диагностики микропроцессорных систем. За последние годы разработаны методы, позволяющие успешно тестировать средства измерения, содержащие микропроцессоры. На основе этих методов созданы специальные приборы. Решать вопрос о том, какой метод или прибор наиболее эффективен в конкретном случае, следует на стадии проектирования средства измерения с учетом условий его эксплуатации и квалификации обслуживающего персонала. Задача тестирования микропроцессорных систем настолько важна, что ей посвящена специальная гл. 10.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМЫ НАПРЯЖЕНИЯ