3

Введение

Данное учебное пособие, включая лабораторный практикум, рекомендуется при изучении основных принципов построения и функционирования микропроцессорных систем управления технологическими объектами производства электронно-вычислительных средств (ЭВС). Предлагаемые работы лабораторного практикума связаны между собой единым заданием, обеспечивают закрепление теоретических знаний, а также приобретение практических навыков разработки и отладки программ­ного обеспечения и аппаратных средств вышеуказанных микропроцес­сорных систем. Они базируются на использовании промышленного учебного микропроцессорного комплекта (УМК) на основе микропро­цессора 580 серии и рассчитаны на использование персональных ЭВМ, для которых есть соответствующее кросс-обеспечение.

В зависимости от объема часов, выделяемых для лабораторных работ и практических занятий, наличия курсового проекта по данной дисциплине, состава лабораторного комплекса, характера специали­зации студентов возможны различные варианты составления заданий и цикла работ, предусматриваемых данным пособием. Разнообразие за­даний ограничивается только имеющимся в наличии набором проблем­ных модулей, входящим в лабораторный комплекс.

Главное внимание уделяется иллюстрации возможностей микропроцессорной техники, знакомству со специфическими особенностями деятельности инженера при разработке и отладке микропроцессорных систем управления технологическими объектами. Результатом проде­ланной работы студента является реально действующая мик­ропроцессорная система, что резко улучшает осознание им основных положений изучаемой проблемной области, ее аспектов и граней.

Данное пособие может служить методическим руководством моло­дому специалисту в его конкретной деятельности на предприятии.

1. Архитектура микропроцессорных систем.

Как известно, процессором называется устройство переработки информации. Микропроцессор (МП) - это процессор, выполненный на одной или нескольких больших интегральных схемах (БИС). Микропроцессорной системой (МПС) называется система, центральным элементом которой является микропроцессор.

Первоначально появление МП было воспринято скептически: МП рассматривался как измена главной идеи вычислительной техники - создание ЭВМ с максимально возможными вычислительными ресурсами (быстрее, больше памяти, мощнее система команд и др.). Потребовалось время, чтобы осознать, что МП - массовый и дешевый класс вычислительных средств.

Соединение МП с любым объектом "интеллектуализирует" последний, поэтому момент появления МП можно назвать научно-технической революцией, отделяющей эру "интеллектуальных" вещей от эры просто вещей. В настоящее время автоматизация технологического процесса с помощью МП в нашей стране низка из-за отсутствия кадров, спо­собных одновременно поставить задачу и реализовать результаты.

Необходимым условием применения МП являются следующие компетенции:

1. Знание проблемной области, т.е. тех объектов и процессов, которые подлежат автоматизации (нельзя управлять тем, чего не знаешь, например, процессом получения полиуретана).

2. Владение методами математического моделирования объекта управления (ОУ), так как МП является числовым исполнителем, то есть оперирует числами, а не реальными физическими параметрами.

3. Способность разрабатывать электрические принципиальные схемы, то есть знание методов схемотехнического проектирования и практические навыки применения типовых схемотехнических решений.

4. Умение программировать микропроцессорную технику, так как МП является дуальным объектом: его поведение определяется не только его структурой, но и состоянием памяти.

5. Иметь представление об экономической и технической целесообразности применения МП (например, встраивать в коробку спичек, зажигалку и т.д.).

Место конструктора-технолога в разработке МПС. Так как программисты и схемотехники не знают проблемной области, постановку задачи по автоматизации технологического процесса производства ЭВС, разработку математической модели и алгоритма должен осуществлять конструктор-технолог ЭВС.

Основная закономерность развития систем. Чтобы сохранить устойчивость (т.е. существовать), рост функциональных возможностей системы должен опережать рост структурной сложности и пространственных размеров.

Уменьшение размеров было достигнуто за счет развития физических принципов действия (механический счет, электронно-лучевой, полупроводниковый ток, световой луч) и технологии изготовления (лампы, полупроводниковые приборы, интегральные схемы).

Преимущественный рост функциональных возможностей достигнут за счет применения нового принципа реализации секций: если раньше функ­ции однозначно соответствовала структура, реализующая ее ("жесткая" логика), то теперь используется адаптируемая (программируемая) к необходимым функциям, мало изменяемая структура. Т.е. индивидуальность МПС обеспечивается программой.

Целесообразность применения МП. Появление МП вызвало замену аппаратной "жесткой" логики программной и снизило порог экономической целесообразности применения электронно-вычислительных средств (ЭВС). МП целесообразно применять, когда:

1) для решения задачи требуется более 20...40 обычных интегральных схем (ИС) (из-за стоимости и надежности);

2) требуется многофункциональность, программируемость системы и предвидится расширение ее функций (иначе возникает трудность ее перепроектирования);

3) система должна взаимодействовать с большим числом внешних устройств (ВУ);

4) требуется обработка и хранение массивов информации (необходим процессор и память);

5) необходимо реализовать сложные алгоритмы управления (иначе возникает сложная структура);

6) нужна высокая точность вычислений (рост разрядности);

7) достаточно быстродействия МП, так как "жесткая" логика более быстродействующая.

Микропроцессорные комплекты (МПК). Сам МП только "перемалывает" информацию. Для организации законченных вычислительных, контрольно-измерительных или управляющих функций он должен объединяться в систему с другими элементами (память, каналы ввода-вывода, внешние устройства). Таким образом, МПС - это система на базе МП, способная выполнять вышеперечислен­ные функции.

Основной задачей разработки системы является не только выбор элементов, их функций и структуры, но и согласование элементов друг с другом. С целью облегчения труда разработчиков МПС по выбору совместимых элементов разработаны МПК – совокупность информационно-логически, электрически и кон­структивно совместимых БИС, выполняющих определенные функции, используемые для построения МПС, способных решать некоторый класс задач.