книги / Микропроцессорное управление технологическими процессами в радиоэлектронике
..pdfдого такта работы МП выдает информацию о своем состоянии, которая записывается в управляют й регистр УР, а также формирует в адресной магистра ли адреса ячеек ОЗУ, ПЗУ или внешних устройств, к которым будет производиться обращение. В соответ ствии с этими адресами выбирается очередная коман да программы или данных, которые затем передаются в МП. Управляющий регистр управляет режимом работы ОЗУ, ПЗУ и внешних устройств. Например, сигнал Z1 — 1 указывает на вывод данных из МП во внешнее устройство, Z2 = 1 — ввод данных от внеш них устройств, при этом на адресную шину выдается номер соответствующего внешнего устройства. Де шифратор внешних устройств ДВУ вырабатывает сиг нал выборки S2 для соответствующего буферного регистра Б Р , работа которого определяется сигналом запроса X I, поступающего от МП на входы М буфер ных регистров. В исходном состоянии XI = 0, т. е. регистр находится в режиме приема данных от внеш них устройств, а после прихода сигнала X I = 1 триг гер запроса выбранного буферного регистра устанав ливается в состояние Q — 1. Этот сигнал передается на вход, указывая на готовность информации к вводу
вМП. После этого МП образует сигнал приема Х2 =
=1 , который поступает на вход и разрешает поступ
ление данных |
из выбранного |
буферного регистра |
|
в МП через шину данных. |
|
|
|
Аналогичным |
образом |
производится обращение |
|
к внешним устройствам вывода |
информации, а при |
сигнале Z3 = 1 — также к ОЗУ и ПЗУ. Генератор синхросигналов ГС вырабатывает необходимые по следовательности импульсов для синхронизации ра боты МП и буферных регистров. Сигналы прерываний поступают в МП непосредственно от внешних уст ройств или через блок обработки прерываний БОП, устанавливающий очередность их обслуживания.
191
Ответный сигнал разрешения прерывания передается на соответствующее внешнее устройство.
Структура микро-ЭВМ на основе МП с микропро граммным управлением показана на рис. 2 1 . МикроЭВМ состоит из нескольких МП секций, включенных для обработки чисел требуемой разрядности, блока Ми
шина адреса (А)
От внешних устройств
кропрограммного управления БМУ, ОЗУ, ПЗУ и бу ферных регистров БР. ОЗУ, ПЗУ и внешние уст ройства подключены к шинам данных, как и в преды дущей схеме микро-ЭВМ. Команды программы из ОЗУ. (или ПЗУ) поступаJ O T по шине М на входы К блока микропрограммного управления, на выходах которого формируется необходимая последователь ность микрокоманд. Один из регистров в МП исполь-
192
зуется как счетчик команд, в котором содержится адрес ячейки ОЗУ или ПЗУ, где хранится очередная команда. Адрес следующей команды формируется в МП после окончания выполнения очередной команды. Сформированный адрес выдается на шину адреса, обес печивая выборку из ОЗУ или ПЗУ следующей команды.
Микрокоманды из блока микропрограммного уп равления поступают на управляющие входы МП, бу ферных регистров, ОЗУ, ПЗУ и внешних устройств. По результатам выполняемой микрокоманды форми руются признаки F, которые поступают на БМУ, влияя таким образом на процесс обработки данных.
Для повышения производительности микро-ЭВМ выполнение в МП текущей микрокоманды и формиро вание в блоке микропрограммного управления сле дующей микрокоманды производится одновременно. Использование трех шин данных в микро-ЭВМ этого типа позволяет одновременно принимать данные от ОЗУ, ПЗУ (по шине М) и от внешних устройств (по шине L) и выдавать данные в шину Д. Благодаря этому уменьшается время обмена информацией по сравне нию с микро-ЭВМ, имеющей одну шину данных, что также повышает производительность.
Схема формирования переносов СФП служит для ускорения выполнения арифметических операций.
В данной "микро-ЭВМ заменой или перепрограмми рованием блока микропрограммного управления мож но изменять набор команд в зависимости от класса выполняемых задач. Выбор оптимального набора команд для решения конкретных задач и использо вание нескольких шин для передачи данных обеспечи вают более высокую производительность, чем микроЭВМ с фиксированным набором команд.
Высшей степенью интеграции МПК являются од нокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ), реализующие
193
функции ввода, хранения, обработки, вывода данных и управления на одной БИС. Наиболее известны ОМЭВМ серии К1814, К.1816, К1820 Они применяют ся в устройствах управления бытовыми электропри борами и радиоэлектронной аппаратурой, регистрации временных промежутков на нижних уровнях систем управления и (при дополнительном оснащении стан дартными микросхемами памяти и периферийными БИС) в разнообразных высокопроизводительных си стемах управления и обработки данных. На одном кристалле этих ОМЭВМ выполнен набор функциональ ных блоков, имеющих предельно малые габаритные раз меры и высокую надежность. Использование однокри стальных микро-ЭВМ позволяет в 5—10 раз умень шить число микросхем, что обеспечивает экономию материалов, трудовых и энергетических ресурсов, снижение общей стоимости.
Однокристальная 4-разрядная микро-ЭВМ серии К1814 содержит 4-разрядный процессор, ПЗУ про грамм емкостью 1 К 8-разрядиых команд, ОЗУ данных емкостью 64 X 4 разрядных слов, схемы ввода — вывода и встроенный тактовый генератор (рис. 22). ОМЭВМ выполняют функции специализированных микроконтроллеров в соответствии с программой, хранящейся в масочно-программируемом ПЗУ. Вы вод информации и управляющих сигналов осуще
ствляется |
через два порта: R-порт |
на 13 выводов |
||
и Q-порт |
на 8 выводов, |
ввод |
информации — через |
|
£)-порт с |
4 выводами. Система |
команд обеспечивает |
||
выполнение следующих |
операций: |
арифметических, |
логического и арифметического сравнения, ввсда-вы- вода операций с разрядами ОЗУ, пересылок регистр — регистр, пересылок констант.
Однокристальные 4-разрядные микро-ЭВМ серии К1820 (рис. 23) имеют развитую систему команд, один уровень прерывания, трехуровневый стек, встроен-
194
IN3 IN2 IN1 INO |
L7 |
• • • |
L1 LO |
Рис. 23, Структурная схема ОМЭВМ серии К.1820
ный таймер. Сдвиговый регистр — счетчик, реализую щий последовательный ввод-вывод, расширяет воз можности ОМЭВМ данной серии. Четыре порта обес печивают ввод-вывод информации и управляющих сигналов. Система команд предусматривает выполне ние арифметических и логических операций, опера ций ввода-вывода, проверки состояний ячеек ОЗУ, обращения к памяти и регистрам. ОМЭВМ данной серии может работать с такими периферийными уст ройствами как ЦАП и АЦП, клавиатура, дисплей, печатающие устройства. ОМЭВМ можно использо вать в контроллерах технологических процессов, из мерительной аппаратуре.
Однокристальные микро-ЭВМ серии К1816 (рис. 24) представляют собой функционально-законченные уст ройства, содержащие на одном кристалле центральный процессор, ОЗУ данных и ЗУ программ, устройство ввода-вывода, 8-разрядный таймер-счетчик, схему пре рываний, тактовый генератор, устройство управления
исинхронизации. Все эти устройства обеспечивают универсальность, автономность и гибкость. Приме няются ОМЭВМ серии К.1816 в устройствах самого различного назначения (от локальных систем авто матики до устройств управления бытовыми прибора ми). В схеме предусмотрена возможность расширения памяти программ до 4 К, памяти данных до 384 байт
иувеличения числа линий ввода-вывода за счет под
ключения внешних устройств памяти программ ПЗУ, ОЗУ и интерфейсов ввода-вывода серии К580. Ми кроЭВМ имеет 96 команд, из которых 68 однобайтовые. Система команд обеспечивает выполнение операций передачи, преобразования данных, логической двоич ной и десятичной арифметики, операций передачи управления, предоставляет потребителю возможность модифицировать информацию на отдельных линиях ввода-вывода, проверять содержимое разрядов акку-
197
i
L
г
CR1 _
C R 2 -
C L R -
IN T -
ЕM A SS "
PR O G ” КМ _Е-
W ”
И ”
A L E -
то-
Т 1 -
|
|
Р 2 0 - Р 2 7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Бл о к программной памяти |
|
||
ввода-вывода |
|
|
R |
|
8 |
|
|
Порт РО | | Порт Р1 |
| | Порт Р2 |
|
|
|
|
Дешифратор |
|
|
|
|
|
Дешифратор |
8 |
и регистр |
|
|
|
|
|
|
адреса |
|
команд |
Регистр |
|
|
|
Счетчик |
|
|
|
состояния |
|
|
|
|
|
||
программы |
|
шина данных |
|
|
команд |
|
|
|
|
|
----- 18_ . _ -------- [— J |
||||
|
|
Внутренняя |
|
|
|
|
|
Устройство |
|
|
|
|
|
|
|
управления |
Схема |
|
i |
|
Таймер- |
|
Схема |
|
условных |
|
- i |
О ЗУ |
|
||
синхронизации |
|
счетчик |
|
прерываний |
|||
переходов |
Центральныйш! |
|
|
||||
|
Рис. |
24. Структурная схема ОМЭВМ |
|||||
|
|
процессор |
|
||||
|
|
|
|
серии |
K.18I6 |
|
|
мулятора. Вместе с возможностью просмотра таблиц можно эффективно выполнять стандартные логические функции.
5.4. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ
При управлении технологическими процессами наря ду с функциями контроля и регулирования необхо димо выполнять различные логические операции. В технологических процессах производства РЭС при меняются программируемые контроллеры (ПК) на основе микропроцессорных средств. Программируемый метод логического управления с последовательным выполнением операций в центральном блоке, функцио нирующем в соответствии с хранимой в памяти про граммой, отличается функциональной гибкостью при минимальной номенклатуре технических средств.
Программируемый контроллер — это ЭВМ, доступ ная для программирования широкому кругу пользо вателей, не являющихся специалистами в области вы числительной техники, и предназначенная для управ ления логическими процессами в промышленности в реальном времени. ПК применяется для выполнения логических и арифметических операций, реализации законов регулирования, сбора статистической ин формации, документирования производства, т. е. об ласть применения широкая — от управления просты ми механизмами и оборудованием до управления слож ными линиями и технологическими комплексами. В соответствии с решаемыми задачами ПК имеют раз личную мощность процессора, разный объем памяти и количество входов-выходов. Самые простые ПК имеют 16 входов-выходов и объем памяти 0,5 К слов, наиболее мощные контроллеры — до 8000 входов-вы ходов и объем памяти до 2 М слов.
199
Количество и разновидности ПК, применяемых за рубежом и в СССР, непрерывно возрастают. Рассмот рим ПК отечественного производства и ведущих за рубежных фирм.
Контроллер FPC-606 выпускается австрийской фирмой Festo Electronic в литом металлическом герме тическом корпусе и предназначен для тяжелых усло вий эксплуатации. Процессор выполнен в виде КМОП схемы. Контроллер имеет 16 аналоговых и 512 цифро вых входов-выходов. Объем памяти 16 К слов. Про граммировать контроллер можно с пульта програм мирования на технологическом языке, а также язы ках высокого уровня.
Контроллер 85-105R выпускается фирмой Sie mens (ФРГ) и предназначен для управления простым технологическим оборудованием. В нем использу ется процессор Intel 8086. Контроллер имеет 64 циф ровых входа-выхода. Объем памяти 1 К слов.
Контроллеры фирмы Bosh (ФРГ) выполнены на базе процессора Z-80 различной мощности. Их мож но компоновать из отдельных модулей. Максимальное количество входов-выходов 1024, объем памяти для программ пользователя 4 К слов. Контроллеры имеют развитую систему самодиагностики.
Контроллеры Modicon-884 выпускаются фирмой Modicon (США). Это контроллеры средней мощности, 16-разрядный центральный модуль которого построен на трех процессорах. Общее число цифровых входоввыходов до 256; входов-выходов на переменном токе 16. Блок памяти позволяет записать 2000 шагов техно логической программы. Контроллер имеет интерфейс RS-232. Особое внимание уделено безопасности эк сплуатации и самоконтролю.
Контроллеры PLC-2 выпускаются фирмой Allen Brodly (США). Это контроллеры средней мощности, построены на базе процессора Z-80A и содержат от
200