Изучение микропроцессорных устройств управления электроприводами

ПРАКТИЧЕКАЯ РАБОТА

ИЗУЧЕНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКРОПРИВОДАМИ

Цель работы : Изучить назначение всех блоков микропроцессорных систем

Микропроцессором (МП) называется программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управления этим процессом и построенное на одной или нескольких БИС, каждая из которых состоит из нескольких десятков тысяч простых элементов- транзисторов, диодов, резисторов и конденсаторов. Площадь БИС не превосходит нескольких десятков квадратных миллиметров. Такое исполнение МП определяет его малое энергопотребление, высокую надежность в работе, небольшую массу и габаритные размеры, а при массовом выпуске- невысокую стоимость.

Микропроцессор является элементом управления с гибким алгоритмом работ, который определяется закладываемой в его память программой и которой может быть изменен. При использовании МП изменение алгоритма функционирования схемы я за счет замены одной программы на другую, что более удобно, просто и позволяет существенно уменьшить время на перенастройку схемы управления.

Все это определило бурный рост использования выполненных на основе МП средств управления, начиная со сложных производственных комплексов и кончая детскими играми. МП применяются для автоматизации работы энергетических систем и отдельных энергоблоков, при управлении автомобилями, в бытовой технике, для автоматизации научных исследований и проектных работ и во многих других случаях. Эти ориентированные на применение в ЭП производительностью в несколько десятков миллионов операций в секунду, позволяют реализовывать как высокоэффективные встроенные системы цифрового управления, так как и схемы автоматизации технологического оборудования.

В структурную схему микропроцессоров входят арифметико-логическое устройство АЛУ, устройство управления УУ и регистровое запоминающее устройство РЗУ. Эти три основные части МП соединены тремя линиями связи – шинами данных ШД, шинами адреса ША и шинами управления ШУ.

Арифметико- логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций над данными, представленными в виде двоичных чисел. Данные с которыми производятся эти операции, называются операндами. Обычно в операции участвуют два операнда, один из которых находится в специальном регистре- аккумуляторе, а другой- в регистрах РЗУ ( или памяти МП). Иногда АЛУ называют операционной частью МП.

Регистровое запоминающее устройство – содержит несколько регистров общего назначения (РОН), а также регистры специального назначения, в частности счетчик команд СК. Иногда РЗУ называют внутренней памятью МП.

Управляющее устройство предназначено для выработки сигналов управления, обеспечивающих работу блоков МП. В состав УУ входит регистр команд РК, в котором фиксируется выполняемая в данный момент команда.

Как уже отмечалось, работа МП обеспечивается программой, записанной в его памяти.

Программа. Последовательность команд, обеспечивающих реализацию заданного алгоритма обработки информации, образуют программу. Важной особенностью работы МП является то, что команды программы в нем выполняются в шаговом режиме строго в записанной последовательности.

Каждая команда программы содержит информацию о том, что нужно делать, с какими операндами и по какому адресу поместить результат операции. Первая часть ее содержит код операции КОП, т.е. информацию о характере операции над операндами(например сложение, логическое сравнение). Вторая часть команды – адресная- содержит адреса расположения операндов, с которыми производится данная операция и адрес регистра или ячейки памяти, куда должен быть помещен результат.

Команды, адреса и операнды МП выражаются многоразрядными числами, представляемыми, как и во всех цифровых устройствах, комбинацией двух уровней напряжения- высокого и низкого. Первые МП оперировал четырехразрядными числами, а в современных МП используются восьми- и шестнадцатиразрядные числа.

Программа может быть записана не сколькими способами. Первый из них предусматривает запись команд непосредственно в виде двоичных чисел, т.е. в виде так называемого машинного кода, понятного для данного МП.

Более удобным является использование языков программирования. Большие возможности и средства пользователю микропроцессорными схемами управления предоставляют языки программирования высокого уровня. Составленные на этих языках программы далее транслируются с помощью специальных программ, получивших название кросспрограмм, в систему машинных кодов, понятных для МП.

Микропроцессорная система. Совокупность МП и перечисленных выше устройств образует микропроцессорную систему (МПС). В состав МПС наряду с МП входят устройства памяти оперативной ОЗУ и постоянной ПЗУ, интерфейсное устройство ИУ, устройства сопряжения УС с внешними объектами; внешне запоминающие устройства ВЗУ, устройства ввода-вывода информации УВВ, общая шина ОШ, включающая в себя ШД,ШУ,ША.

Совокупность МП, памяти и интерфейса , который включает в себя ИУ,УС,ОШ получила название микроЭВМ.

По назначению МПС и микроЭВМ подразделяются: на универсальные и специализированные.

К универсальным относятся МПС и микроЭВМ, способные как обеспечивать управление различными объектами технологическими процессам, промышленными предприятиями, так и выполнят различные вычислительные операции.

Специализированным называются МПС, которые уже на стадии своего создания ориентированы на конкретное применение- схемы управления ЭП станка или робота, бытовые приборы, измерительные системы. В этом случае МПС содержит только те устройства и имеют такое программное обеспечение, которые обеспечивают выполнение конкретных, заранее определенных функций.

Широко распространенным примером специализированной МПС является программируемый контроле (ПК).

Альтернативным решением при создании сложных схем управления ЭП является применение программируемых контроллеров кК разновидности МПС. Применение ПК позволяет избежать всех тех недостатков, которые характерны для схем с жесткой логикой, и в первую очередь отсутствия гибкости при реализации сложных законов управления.

Программируемый контролер- это специализированная МПС, предназначенная для обработки логических входных сигналов, их преобразования и выработки управляющих воздействий на ЭП и, работающая по заранее заданной программе. Процесс обработки поступающей информации и выработки управляющих воздействий осуществляется в ПК по программе и происходит в реальном масштабе времени.

После выполненных логических преобразований, которые также опренделяются заложенной в ЗУ программой, сигналы через коммутатор поступают в регистр памяти П и далее через УС на выход ПК.

Последовательный принцип выполнения операций увеличивает время обработки информации, но так как время выполнения одной отдельной операции составляет всего лишь несколько микросекунд, быстродействие ПК в большинстве случаев оказывается вполне достаточным.

В теории цифровых систем управления показывается, что любое логическое преобразование могут быть выполнены с помощью простейших логических операций И, ИЛИ, НЕ.