МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

621. 3

МИКРОПОЦЕССОРНЫЕ СРЕДСТВА (МПС)

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ (МПСУ)

Программа,

методические разработки и контрольные задания для студентов

заочного обучения

Новосибирск

2008

Составили: Симаков Г.М., д.т.н. профессор; Палагушкин Б.В., д.т.н. профессор

Рецензент: Б.З. Кузнецов, к.т.н., доцент

Работа подготовлена на кафедре электрооборудования и автоматики

@ Новосибирская государственная

Академия водного транспорта, 2008г.

ВВЕДЕНИЕ

Значительные изменения во многих областях науки и техники обусловлены развитием электроники. В настоящее время невозможно найти какую – либо отрасль промышленности, в которой не использовались бы электронные приборы или электронные устройства измерительной техники, автоматики и вычислительной техники. Причем тенденция развития такова, что доля электронных информационных устройств и устройств автоматики непрерывно увеличивается. Это является результатом развития интегральной технологии, внедрение которой позволило наладить выпуск дешевых, высококачественных, не требующих специальных настройки и наладки микроэлектронных функциональных узлов различного назначения.

Создание средств измерения, контроля и управления оборудованием и технологическими процессами характеризуется переходом от решения частных, относительно простых задач автоматизации ( например, исключение ручных операций оператора ) к созданию на основе микропроцессорных БИС и другой микроэлектронной элементной базы устройств автоматики с программным управлением, обеспечивающих автоматический режим работы как автономно, так и в составе автоматизированных систем, решающих сложные функциональные задачи контроля и управления при большом объеме перерабатываемой информации.

Основу всех рассматриваемых устройств - составляют цифровые схемы логических цепей: регистры, счетчики, таймеры, коммутаторы, дешифраторы, сумматоры, преобразователи и т.д.

Л и т е р а т у р а

Основная

1 . Гросс В.Ю. Введение в микропроцессорную технику: учебное пособие/ В.Ю. Гросс, Б.З. Кузнецов.- Новосибирск: Новосиб. гос. акад. водного трансп..,2006.-195с.

2. Симаков Г.М. Цифровая схемотехника в автоматизированном электроприводе. Учебное пособие / Г.М. Симаков.-Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007 -156с.

3. Миловзоров В. П. Элементы информационных систем: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1989. - 440 с.

Дополнительная

4. Гилмор Ч. Введение в микропроцессорную технику: Пер с англ. / Ч. Гилмор.-М.: Мир, 1984.-334с.

5. Горбачев Г.И., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов / Под ред. В. А. Лабунцова. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 320 с.

6. Гутников.В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Ленинград: Энергоатомиздат, 1984. – 336 с.

7. Собакин Е.Л. Цифровая схемотехника: учебное пособие / Е.Л. Собакин.-Томск: Томский политехнический институт, 2002-160с.

8. Ильинский И.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1992. 544 с.

9. Скаржепа В.А., Сенько В.И. Электроника и микросхемотехника: Сб. задач / Под общ. ред. А.А. Краснопрошиной. - Киев: Высшая школа, 1989. - 232 с.

10. Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода, учебник для вузов, М.: Энергоатомиздат 1987.

11. Р. Токхейм Основы цифровой электроники. Изд. «Мир», перевод с английского. 1988. – 391 с.

12. Интегральные микросхемы: Справочник / В.В. Тарабрин, Л.Ф. Лукин, Ю.И. Смирнов и др. - М.: Радио и связь, 1984. - 528 с.\

13. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. :Справочник – М.: Радио и связь, 1988 – 352 с.

14. Хвощ С.Т. Микропроцессоры и Микроэвм в системах автоматического управления:справочник / С.Т. Хвощ, Н.Н. Варлинский, Е.А. Попов.- Ленинград «Машиностроение», 1987-640с.

15. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. / Е.П. Угрюмов.-СПб.: БХВ-Петербург,2001-528с.

МИКРОПОЦЕССОРНЫЕ СРЕДСТВА (МПС)

Тема 1. Характеристики сигналов в электронных

УСТРОЙСТВАХ

1 . Общие характеристики сигналов.

2. Основные характеристики переменных электрических сигналов.

3. Основные характеристики импульсов и импульсных последовательностей.

4. Особенности исследования прохождения импульсных сигналов в электронных цепях.

Методические разработки

Физическим носителем информации о каких-либо событиях, командах управления являются сигналы, например электрические, световые, механические. В современных системах цифровой автоматики используют в основном электрические сигналы, для которых характерны высокая скорость их обработки, простота формирования и передача на длинные расстояния, широкий диапазон напряжений и токов, простота преобразования электрической энергии в другие виды.

Содержание информации, передаваемой с помощью этих сигналов, преобразуется (моделируется или кодируется) в их электрические или временные параметры, а затем демодулируется или декодируется.

В процессе формирования, передачи и обработки электрические сигналы подвергаются различным преобразованиям: усилению, фильтрации для устранения искажений и защиты от помех, формируются по форме, амплитуде, длительности. Для этого используют электронные устройства, которые состоят из электронных элементов и пассивных электрических цепей (резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности), предназначенных для связи отдельных электронных элементов, либо выполняющих самостоятельные функции преобразования электрических сигналов.

Электрические сигналы в электронных устройствах по своей физической сути можно разделить на аналоговые и дискретные.

Аналоговые сигналы представляют собой непрерывные во времени функции обычно напряжения или тока и, в свою очередь, делятся на постоянные и переменные. Постоянные аналоговые сигналы - это однополярные, медленно изменяющиеся во времени функции напряжения или тока. Переменными аналоговыми сигналами называются функции напряжения или тока, изменяющиеся во времени как по амплитуде, так и по знаку. Частным случаем переменного сигнала является гармонический или синусоидальный.

Дискретные сигналы представляют собой разрывные во времени функции чаще всего напряжения или тока и могут принимать ограниченное число уровней. Наиболее часто в электронике используются дискретные сигналы, которые имеют только два уровня - высокого напряжения (тока) и низкого напряжения (тока). Такие сигналы называются импульсными или двоичными. Представление информации с помощью таких сигналов имеет ряд преимуществ, обусловленных высокой надежностью и простотой устройств, которыми они создаются и преобразуются. Два дискретных значения, которые принимают двоичные сигналы, обычно обозначают цифровыми символами - "1" и "0". Поэтому двоичные дискретные сигналы также называют цифровыми, а раздел электроники, изучающий формирование, преобразование и передачу двоичных сигналов -цифровой техникой.

Цифровые устройства играют ведущую роль во многих областях науки и техники, и, прежде всего, в автоматике, вычислительной технике, телевидении. Это объясняется тем, что элементы и узлы цифровой техники благодаря широкому применению в них ключевых режимов, при существующем уровне развития электроники, являются наиболее надежными, помехоустойчивыми, имеют, простую настройку при изготовлении.

Особое внимание при изучении данной темы следует обратить, на характеристики импульсных сигналов и импульсных последовательностей, а также на виды импульсной модуляции электрических сигналов.

Вопросы для самопроверки

1. Объясните физический смысл амплитудо - импульсной (АИМ), широтно - импульсной (ШИМ) и время - импульсной (ВИМ) модуляции.

2. Какие типовые сигналы (типовые воздействия) применяются для исследования электронных устройств?

3. Перечислите основные характеристики переменных электрических сигналов.

4. Какие по форме импульсные сигналы различают в электронных устройствах?

5. Что понимают под спектральной характеристикой импульсного сигнала?

6. Чему равна энергия одиночного импульса?

7. Объясните прохождение прямоугольных импульсных сигналов через простейшие RL и RС цепочки.