9. Организация контроллеров pic фирмы Microchip 113

9.1. Однокристальные микроЭВМ 113

9.2. Контроллер CAN-интерфейса 124

10. Особенности архитектуры сигнальных процессоров 125

10.1. Функциональная схема и назначение внешних выводов 127

10.2. Организация памяти 136

10.2.1. Вспомогательные регистры 137

10.2.2. Методы адресации памяти данных 137

10.2.3. Пересылки из одной области памяти в другую 138

10.3. Центральное арифметико-логическое устройство (CALU) 138

10.4. Последовательный порт 143

10.5. Системные средства 145

10.5.1. Прерывания 150

10.5.2. Универсальные контакты *BIO и XF 151

10.5.3. Внешняя память и интерфейс ввода-вывода 152

10.5.4. Мультипроцессорная обработка и прямой доступ к памяти 152

10.6. Система команд сигнального процессора 154

10.6.1. Способы адресации и форматы команд 154

11. Пример проектирования асу тп: асу тп подготовки резиновой смеси 158

11.1. Существующая система приготовления резиновой смеси 158

11.2. Требования к разрабатываемой АСУ ТП 159

11.3. Выбор способа реализации управляющего блока 159

11.4. Выбор режима работы микроЭВМ и распределение адресного пространства 160

11.4.1. Выбор режима работы 161

11.4.2. Распределение ресурсов ввода/вывода 162

11.4.3. Назначение управляющих клавиш и элементы диалога 164

11.4.4. Используемые ресурсы микроЭВМ 168

1.Введение

Управление - осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшения функционирования управляемого объекта в соответствии с имеющейся программой или целью управления (алгоритмом функционирования).

Общие принципы управления.

Теория автоматического управления (ТАУ) - наука о принципах построения систем автоматического управления и о закономерностях протекающих в них процессов. Содержание и методы ТАУ раскрываются в ее важнейших понятиях: объект управления (ОУ), возмущающее воздействие, управление, автоматическое управляющее устройство (УУ), система автоматического управления (САУ).

ТАУ абстрагируется от природы, конкретного предназначения и конструктивных особенностей ОУ и УУ. Предмет ее изучения - процессы в системе управления, которые она исследует на динамических моделях реальных систем. Цель ТАУ - построение работоспособных и точных систем управления. Методы ТАУ позволяют установить надлежащую структуру системы управления, определить значения параметров ее элементов и выяснить характерные особенности процессов, протекающих в системе.

Классификация САУ ведется по функциональным признакам, которые определяют взаимные связи между переменными и характер преобразования сигналов при их прохождении через элементы этих систем. Важнейшими признаками классификации САУ являются:

• цель управления (закон управления изменяемых величин ОУ или характер изменения его состояния);

• способ управления;

• принцип формирования сигналов и характер взаимной зависимости между ними.

Различают следующие цели управления :

• поддержание заранее заданных законов изменения во времени управляемых величин ОУ;

• экстремизация показателя оптимума - функции нескольких переменных - параметров ОУ и внешних воздействий.

Способ управления определяет принцип образования управляющего воздействия, который воплощается в функциональной и блочной схеме САУ. По способу управления САУ делятся на разомкнутые и замкнутые.

В разомкнутых системах (Рис. 1 .1, а, б) управляющее воздействие u формируется управляющим устройством в функции либо задающего воздействия x₀, либо возмущающих воздействий Z₁ и Z₂, влияющих на объект управления. В этих случаях цель управления состоит в поддержании заданного закона x₀(t) изменения управляемой величины x(t).

Рис. 1.1

В первом случае САУ непосредственно задается закон x₀(t); во втором - этот закон исполняется косвенным образом. Для этого УУ использует известную (предположительно) из теории ОУ зависимость u = f(Z₁) при x=x₀. Такой способ управления именуется управлением по возмущающему воздействию.

Принципиальный недостаток разомкнутых САУ состоит в том, что они не учитывают влияния части возмущающих воздействий (Z₁ и Z₂ на Рис. 1 .1-а и только Z2 на Рис. 1 .1-б), которые, естественно, нарушают идеальные соотношения между действительным значением управляемой величины x и управляющим воздействием u. Однако, даже при учете всех возмущений (что практически неосуществимо) разомкнутые САУ не способны противостоять изменению внутренних свойств самих ОУ.

В замкнутых САУ управляющее воздействие u формируется в функции отклонения  = x₀ - x фактического значения управляемой величины x от требуемого закона ее изменения x₀. Таким образом, следствие нарушения желаемого закона превращается в причину восстановления этого закона. Эта фундаментальная идея ТАУ известна как принцип отклонения, приводящий к применению систем с отрицательной обратной связью (ООС), в которых ООС несет информацию о фактическом значении управляемой величины. Универсальность и эффективность этого принципа состоит в том, что он позволяет осуществить заданный закон изменения управляемой величины независимо от вызвавших рассогласование  причин, которые, как правило, не поддаются непосредственному измерению. Управляющее устройство замкнутой САУ (Рис. 1 .2-а) включает в себя элемент сравнения , определяющий значение . Замкнутая САУ способна осуществить любой закон изменения управляемой величины (стабилизацию, программное изменение, слежение) и обладает важной особенностью: распространение воздействия происходит по замкнутому контуру строго в одном направлении: УУ воздействует на ОУ, получает сообщение о фактической реакции объекта по цепи ООС и образует новое значение управляющего воздействия, учитывающее действительное значение управляемой величины.

Эффективность замкнутых САУ увеличивается введением связей, характерных для разомкнутых систем (Рис. 1 .2-б). Здесь на УУ действуют каналы разомкнутого управления от задающего воздействия x₀ и возмущения Z₁.

Рис. 1.2

Принцип действия САУ определяется видом образующихся сигналов и характером функциональной зависимости между выходными и входными сигналами элементов системы. В реальной системе воздействия представляют физические переменные, значения которых определяется специфическими параметрами: мгновенными значениями, амплитудой или длительностью импульса и т.д.

Сигналом именуется функция времени, в соответствии с которой изменяется параметр физического воздействия. Вид сигнала зависит от вида функции. По этому признаку САУ делятся на непрерывные и дискретные. В непрерывных САУ все элементы формируют сигналы в виде непрерывных функций времени. В дискретных присутствует по крайней мере один элемент, производящий квантование непрерывных сигналов по уровню, по времени или одновременно по уровню и времени. В соответствии с этим дискретные системы, в свою очередь, делятся на релейные (квантование по уровню), импульсные (квантование по времени) и цифровые (квантование по уровню и времени).

В дальнейшем мы будем рассматривать замкнутые цифровые САУ, использующие в качестве УУ ЭВМ.

Организация управляющих систем.

Одним из способов построения системы управления является схема, в состав которой входит управляющая ЭВМ (УЭВМ) - универсальная или специализированная.

М ожно выделить три типа включения УЭВМ в контур управления. В системах первого типа (Рис. 1 .3) УЭВМ работает в режиме советчика оператору. Сигналы от всех датчиков, имеющихся в объекте управления (ОУ), поступают параллельно и к оператору, осуществляющему управление процессом, и в УЭВМ.

Рис. 1.3

На основе поступающей в УЭВМ информации о состоянии ОУ определяются наилучшие с точки зрения заложенного в программу критерия управляющие воздействия. Эти воздействия в качестве рекомендаций выдаются оператору, который может следовать или не следовать им. В такой системе право решения и воздействия на ОУ (а, следовательно - и ответственность) остается у человека-оператора.

П ри втором способе организации САУ (Рис. 1 .4-а) УЭВМ включена в контур управления. Информация от датчиков поступает одновременно на УЭВМ и оператору. На основании поступившей информации и УЭВМ и оператор принимают некоторые решения, причем воздействие УЭВМ идет непосредственно на ОУ, а оператор может лишь “наложить вето” на решения, принимаемые машиной, т.е. отключить ее выходные каналы от ОУ. Подобную операцию он реализует, как правило, лишь при угрозе аварийного состояния ОУ.

Рис. 1.4

При третьем способе организации САУ (Рис. 1 .4-б) УЭВМ включена в замкнутый контур управления, а оператор вообще отсутствует. Все решения принимает только УЭВМ, и, следовательно ей же доверена “юридическая ответственность” за принимаемые решения по управлению процессом.