3.Содержание разделов дисциплины, методические указания к самостоятельной работе и вопросы для самопроверки

При изучении отдельных тем программы весь материал следует разбить на отдельные учебные элементы, примерно равноценные по времени, затрачиваемому на их освоение. Примерное разбиение изу­чаемого материала на учебные элементы дано в таблице 2.

При работе над материалом каждого учебного элемента необхо­димо определить цель изучения вопросов, входящих в учебный эле­мент, выделить основное содержание - информационное ядро - изу­чаемого элемента, установить взаимосвязь учебного элемента с предыдущими и последующими.

Ниже приведены учебные элементы дисциплины и рекомендации по изучению отдельных тем.

3.1. Введение в микропроцессорную измерительную технику

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для изучения темы следует воспользоваться рекомендуемой литературой /1, с.5-50/ и разобраться в основных определениях дисциплины : измерительная техника, измерительный прибор, микропроцессор(МП), микроконтроллер (МК). Место и роль МПТ в научно-техническом прогрессе общества. Микропроцессоры и микроконтроллеры в приборостроении. Примеры использования МП в измерительной аппаратуре.

При изучении данного раздела следует обратить внимание на то, что из многочисленных и разнообразных областей применения ми­кропроцессоров (МП) и микроконтроллеров (МК) одно из первых мест по объему и использованию занимает информационно-измерительная техника, и это не случайно. Стремительное возрастание роли измерений в современной науке и производстве, переход на цифровую форму представления и обработки измерительной информации, увеличение затрат на производство и эксплуатацию измерительной техники потребовали не только новых схемных решений для контрольно-измерительной аппаратуры и информационно-измерительных систем, но и пересмотра принципов построения их структуры и способов использования. Эти задачи оказалось возможным решить только с помощью микропроцессоров.

Вопросы для самопроверки

1. Какое место отводится вычис­лительной и микропроцессорной технике в вопросах ускорения науч­но-технического прогресса, повышения производительности труда, создания ГАП, безлюдных технологий?

2. Какова диалектика развития МП и МК. Покажите роль диалектических противоречий (многофункциональность и специализа­ция, объем информации и быстродействие и др.) как источника внут­реннего развития электронной техники, появления МП-техники.

3. Что означает аббревиатура МП, МПК, МПУ, МПС ? Что такое «контроллер»?

3.2. Общие вопросы построения измерительных систем и приборов на основе микропроцессоров и микроконтроллеров.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

При изучения темы следует обратить особое внимание на выделение следующих вопросов: улучшение метрологических характеристик измерительных систем и приборов; структурные методы повышения точности, коррекция характеристик датчиков с помощью микропроцессора по методу вспомогательных измерений, применение микропроцессора для повышения точности АЦП по методу образцовых мер, методы уменьшения дифференциальной нелинейности с помощью микропроцессора, применение микропроцессоров и микроконтроллеров для измерительных преобразований и обработки измерительной информации.

Следует обратить внимание на то, что появление микропроцессоров открыло широкие возможности усо­вершенствования измерительной аппаратуры, повышения ее произ­водительности, расширения функциональных возможностей, позволило увеличить сложность информационно-измерительных систем без сущест­венного увеличения их стоимости. Именно в информационно-измери­тельной технике особенно эффективно проявляется такое важное свой­ство микропроцессоров, как встраиваемость, возможность приблизить Вычислительную технику непосредственно к объекту измерений. Массо­вая, дешевая, легко встраиваемая в любое устройство микропроцессорная техника сделала целесообразным использование МП с датчиками, со схе­мами аналого-цифровых преобразователей (АЦП) в простейших авто­номных приборах и на низших уровнях измерительных и управляющих систем, т.е. в тех областях, в которых раньше применение вычис­лительной техники по экономическим соображениям представлялось немыслимым.

Наконец, появились процессорные измерительные средства, основное отличие которых от обычных измерительных средств состоит в том, что в них часть измерительной процедуры выполняется в числовой форме с помощью МП или микроЭВМ, вводимых в измерительную цепь. Это позволило перейти к реализации измерительных алгоритмов принци­пиально нового уровня сложности с соответствующим расширением измерительных возможностей и повышением точности измерений.

Нашли дальнейшее развитие способы автоматизации управления функционированием измерительных средств и численные методы обработки результатов измерения.

Основные задачи, которые могут решаться с помощью микропроцессоров и микроЭВМ в информационно-измерительной технике, следующие:

управление преобразованием входного сигнала по любому программно задаваемому алгоритму, адаптация прибора или системы под характер входного сигнала;

организация подключения источника информации к системе (обеспечение ввода — вывода информации);

создание гибких перестраиваемых измерительных систем, децен­трализации измерений и управления в сложных системах;

улучшение метрологических характеристик;

программное выполнение части измерительной процедуры;

накопление и предварительная обработка информации;

создание многофункциональных приборов, расширение измери­тельных возможностей приборов;

придание аппаратуре средств общения с оператором, создание "интеллектуальных" приборов;

осуществление самодиагностики и тестирования аппаратуры.

Возможность реализации этих функций в измерительных приборах и системах в совокупности с достижениями электроники и средств связи, развитием математических методов обработки сигналов при измерениях и разработкой соответствующего программного обеспечения создала необходимые предпосылки для появления новых поколений измерительных систем и аппаратуры, обладающих следующими возможностями:

полной автоматизацией всех видов измерений, объединением и координацией всех предусмотренных системой функций;

наращиванием состава системы и расширением ее функций благодаря магистрально-модульной структуре построения и развитию программного обеспечения;

разнообразием алгоритмов и методов измерений;

децентрализацией выполняемых задач по функциональному, организационному и территориальному признакам;

наличием средств искусственного интеллекта, возможности обучения системы, ее адаптации и оптимизации; ориентацией системы на уровень оператора;

высокой надежностью и функциональной безотказностью благодаря средствам самодиагностики и тестирования, а также гибкости управления системой;

возможностью сопряжения с другими измерительными и управляющими системами.

Для практической реализации вышеперечисленных задач и производства новых поколений измерительных приборов и систем необходимо комплексное решение научных, технических и технологи­ческих вопросов, связанных с созданием и развитием вычислительной техники и программных средств, методов математического моделирования сложных процессов и технических объектов; с созданием новых поколений средств измерения физических величин и технологических параметров, в том числе широкой номенклатуры датчиков, аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), интерфейсных БИС и других электронных компонентов, с использованием современных средств связи и, наконец, с подготовкой кадров, способных грамотно решать поставленные задачи.

При изучении данного раздела дисциплины следует обратить внимание на терминологию в определение измерительных систем.

Измерительная система (ИС), предназначенная для автоматического сбора, преобразования и обработки измерительной информации, является одной из составных частей более общего понятия — измерительной информационной системы (ИИС), куда помимо ИС входят также системы автоматического контроля, технической диагностики и распознавания.

В ГОСТ 8.437—81 приведено следующее определение: ИИС — "совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки в целях представления потребителю (в том числе ввода в АСУ) в требуемом виде либо автоматического осуществления логических функций контроля, диагностики, идентификации". В ИИС объединяются технические средства, начиная от датчиков, АЦП, каналов передачи и кончая устройствами выдачи информации, а также вычислительные средства с соответствующим программным обеспечением, необходимым как для управления работой собственно системы, так и для решения в ИИС измерительных и вычислительных задач, а также управления конкретным экспериментом

Вопросы для самопроверки

1. Назовите ряд принципиальных отличий и новых качеств приборов с применением МП и МК

2. Перечислить основные задачи измерительной техники которые могут быть решены с применением МП и МК.

3. Перечислите комплекс средств, входящих наряду с микропроцессорами в любую автоматизированную измерительную систему основные принципы системного подхода.