8.3. Микропроцессорные модули для интеллектуальной обработки информации

Сравнительные результаты анализа микропроцессоров таких фирм как Intel, Motorola, Analog Device, Atmel, Microchip, Siemens AG, Texas Instruments, Dallas Semiconductor, Philips, Zilog позволили выделить 3 группы микропроцессоров.

В первую группу вошли процессоры наиболее предпочтительные для использования в «интеллектуальных» датчиках. Это процессоры семейства PIC фирмы Microchip (PIC 16/17 и PIC 1400), а также М68НСхх фирмы Motorola.

Ко второй группе можно отнести процессоры ADuC812 (Analog Device), AT90Sxxxx (Atmel), C50x (Siemens AG), MSP430 (Texas Instruments).

В третьей группе находятся как узко специализированные (например, процессоры ЦОС), так и универсальные микропроцессоры (широкого применения).

PIC (Peripheral Interface Controller) – процессоры целесообразно использовать в устройствах с модульной конструкцией, когда требуются устройства одного типа, но с различными функциональными возможностями. Они имеют малые габариты и низкое энергопотребление, однако сложные устройства на них строить неудобно.

Микропроцессоры ADuC812 функционально являются наиболее насыщенными, но и цена их одна из самых высоких.

Семейство AVR-процессоров фирмы Atmel обладает одной из самых высоких производительностей и мало уступает по функциональной насыщенности ADuC812. Такие процессоры целесообразно использовать в устройствах интеллектуальной обработки сигналов.

Микропроцессоры MSC51 (Intel) и большинство их аналогов, несмотря на их универсальность и разнообразие периферии, не имеют в своем составе 10– ти разрядных АЦП, встроенной энергонезависимой памяти, энергопотребление у них недостаточно низкое.

Процессоры фирмы Dallas Semiconductor (DS5000T, DS87530) имеют массу достоинств, но их температурный диапазон очень узкий.

Микропроцессоры 8ХС552 (Philips) при наличии 8 – канального 10 – разрядного АЦП не имеют энергонезависимой памяти и характеризуются большим энергопотреблением.

ЦОС-процессоры при своей огромной производительности зачастую имеют ограниченные указанные функциональные возможности.

Поэтому микропроцессоры третьей группы должны применяться или в случае высоких запросов к определенным параметрам, или в случае требования к устройству выполнять широкий спектр различных функций.

Анализ микропроцессоров с точки зрения их использования в ДПА показывает, что невозможно выбрать единственный микропроцессор и на его основе делать все преобразователи. Целесообразным является выбор нескольких процессоров с взаимодополняющими характеристиками, удовлетворяющих поставленным требованиям.

В настоящее время микропроцессорные модули для интеллектуальной обработки аналоговой информации с датчиков физических величин, различаются отдельными деталями конструкции, типом микроконтроллеров, архитектурным построением, в целом же они имеют общую структурную схему [105], состоящую из трех основных узлов: аналоговый канал; цифровой или вычислительных канал; последовательный интерфейс для обмена данными с компьютером (порт RS–232, RS–485).

В аналоговый канал входят:

• аналоговый мультиплексор на N недифференциальных или N/2 дифференциальных каналов;

• измерительный усилитель (обычно с программируемым коэффициентом усиления);

• устройство выборки и хранения (УВХ), обеспечивающее постоянство уровня преобразованного сигнала в течение такта аналого-цифрового преобразования;

• АЦП (в последнее время усилитель, УВХ и АЦП изготавливаются в одном корпусе).

Вычислительный канал содержит:

• микроконтроллер;

• схему управления, состоящую из регистров и дешифраторов;

• внешнюю память программ и данных (ОЗУ, ППЗУ).

В состав последовательного интерфейса входит контроллер 82С51 (преобразователь уровней). Большинство однокристальных микроЭВМ содержит встроенный контроллер RS–232.

По такой функциональной схеме построены микропроцессорные модули с последовательным интерфейсом фирм ANALOGIC [106], ANALOG DEVACES [107], HAWK AMERIKA Inc. [108]. Из всего разнообразия, поставляемых зарубежными фирмами на мировой рынок микропроцессорных модулей с последовательным портом, в основном используются модули с максимальной универсальностью, что приводит к избыточности функциональных узлов и к повышению стоимости контроллеров на их основе.

Главный недостаток микропроцессорных модулей с последовательным интерфейсом заключаются в том, что алгоритм обработки аналоговых сигналов не полностью адаптирован к широкой гамме воздействий на чувствительный элемент датчика физической величины, что приводит к необходимости перепрограммирования встроенной памяти микроконтроллера. Многие изделия имеют электрически перепрограммированные ППЗУ, такие как 6В50–1, 6В11 [109] со своими специализированными микроконтроллерами.

Поддерживая тенденции автоматизации датчиков, расширения их специализации, минимизации размеров, энергопотребления, стоимости, производители микроэлектроники обеспечивают рынок микропотребляющими микроконтроллерами с малыми размерами, увеличенной скоростью выполнения операций и расширенными функциональными возможностями, такими как ЦОС непосредственно в микроконтроллере, управление режимом энергопотребления. Для интеллектуализации датчиков наиболее распространенным является применение однокристальных микроЭВМ семейства MSC–51 и семейства С251 (совместимого с MSC–51). Это объясняется дешевизной и широким распространением представителей данного семейства.