Конспекты лекций. Конспект лекций. Микропроцессорные устройства систем управления
 Скачать 0.73 Mb.
|
2.3. Интерфейсы МП-систем.Одним из центральных, определяющих моментов в проектировании является выбор совокупности унифицированных аппаратурных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации алгоритмов взаимодействия различных функциональных устройств. Такими средствами являются интерфейсы. Стандартизации в интерфейсе обычно подлежат: форматы передаваемой информации, команды и состояния, состав и типы линий связи, алгоритм функционирования, передающие и приемные электронные схемы, параметры сигналов и требования к ним, конструктивные решения. К основным характеристикам интерфейса относят: функциональное назначение, тип организации связей, принцип обмена информацией, способ обмена, режим обмена, количество линий, число линий для передачи данных (разрядность), количество адресов, количество команд, быстродействие, длину линий связи, число подключаемых устройств (нагрузочная способность), тип линии связи. По функциональному назначению интерфейсы разделяют на магистральные (внутримашинные), внешние интерфейсы периферийных устройств, системные (интерфейсы локальных сетей). По типу организации связей интерфейсы подразделяют на магистральные, радиальные, древовидные, радиально-магистральные. По принципу обмена информацией – с параллельной, последовательной и параллельно-последовательной передачей информации. По режиму обмена информацией – с симплексным (только один из абонентов может в любой момент времени инициировать передачу информации), полудуплексным (любой абонент может начать передачу информации другому, если линия связи интерфейса свободна), дуплексным (когда каждый абонент может начать передачу информации другому в любой момент времени) и мультиплексным (когда в каждый момент времени связь может быть осуществлена между парой абонентов в любом, но единственном направлении от одного к другому) режимами обмена. По способу передачи информации во времени различают интерфейсы с синхронной передачей данных (с постоянной временной привязкой в цикле сбора информации) и с асинхронной (без постоянной временной привязки к определенному временному интервалу цикла сбора). В первом случае передача синхронизируется специальными синхроимпульсами в виде последовательности прямоугольных импульсов. Во втором – управляющими сигналами ГОТОВНОСТЬ к обмену, НАЧАЛО, КОНЕЦ, КОНТРОЛЬ обмена. В качестве примера магистральных интерфейсов можно привести асинхронные мультиплексные интерфейсы с параллельным способом передачи: 8-разрядные интерфейсы Microbus, Z-bus, шина iSBX, ISA; 16-разрядные интерфейсы Unibus (отечественный аналог ОШ), Multibus, Q-bus, EISA; 32-разрядные интерфейсы Versabus, VESA, VESA-2, PCI. В качестве интерфейсов периферийных устройств наиболее широкое распространение получили последовательные интерфейсы RS-232 и USB и параллельный интерфейс Centronix. В микропроцессорной технике для согласования микросхем аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, памяти и прочих с микропроцессорами и микроконтроллерами широко используются последовательные интерфейсы I2C и SPI. Для программирования внутренней памяти программ микроконтроллеров используется интерфейс JTEG. Следует отметить, что в составе микропроцессорных комплектов имеются специальные интерфейсные БИС, обеспечивающие совместимость по электрическим, конструктивно-технологическим и эксплуатационным параметрам процессорного модуля с внешними устройствами. Каждый микропроцессорный комплект характерен наличием, как правило, параллельных и последовательных интерфейсных устройств, выполненных в виде отдельных микросхем, представляющих собой регистры, буферные схемы и специализированные контроллеры. Такие устройства могут быть программируемыми и применяться для двунаправленной передачи данных и сигналов управления. Такие микросхемы используются как шинные формирователи для организации внутримашинных магистралей ЭВМ и как внешние интерфейсы периферийных устройств. 2.4. Применение МП-системы в качестве контроллера и системы сбора данных.Все отмеченные преимущества микропроцессорных систем, обладающих возможностью функциональной перестройки программным путем, их привлекательная дешевизна, универсальность по сравнению с системами с "жесткой" неизменяемой структурой, традиционно применяемых для задач управления различными процессами и объектами обусловили широкое внедрение микропроцессорных систем и в эту сферу. По назначению среди систем управления можно выделить класс устройств, называемых контроллерами. Контроллер представляет собой микропроцессорную систему, адаптированную к задачам управления объектом. Контроллер содержит в своей структуре те же узлы, что и ЭВМ, но отличие состоит в более развитых внешних устройствах ввода-вывода, представляющих собой средства сопряжения с объектом и требующих большого количества каналов ввода-вывода (или портов). Выделим ряд отличительных особенностей, которыми должна обладать МП-система для осуществления функций контроллера: наличие ограниченного набора четко сформулированных задач, иными словами, при проектировании контроллеров учитывается их функциональное назначение осуществлять конкретные задачи управления; работа в реальном масштабе времени, т.е. обеспечение минимального времени реакции на изменение внешних условий; наличие развитой системы внешних устройств ввода-вывода, связанное с большим разнообразием характеристик датчиков, исполнительных механизмов и их количеством; решение основных функциональных задач и выработка управляющих воздействий; высокие требования по надежности и живучести, связанные с продолжительностью работы и сложными условиями эксплуатации; обеспечение автоматического режима работы или режима с участием человека; реализация функций диагностирования и тестирования как самого контроллера, так и состояния объекта управления. Для МП-системы в качестве контроллера не предъявляются, как правило, жесткие требования к объему используемой оперативной памяти. Объясняется это тем, что контроллер - устройство хотя и универсальное, но свойство универсальности проявляется исключительно в области управления. На контроллер не возлагаются требования к работе под управлением операционной системы, использованию системных программ разработки и отладки программного обеспечения и другие, характерные для МП-систем более высокой организации. Кроме того, объем обрабатываемой входной информации не так велик и ограничен поставленной задачей в каждом конкретном случае, поскольку контроллер является в основном устройством местного управления. Для этих целей достаточно использования памяти небольшого объема. Контроллеры могут проектироваться как самостоятельные устройства, и как элементы в составе иерархической структуры, на высшем уровне которой располагается МП-система более высокой организации. Примером может служить ПЭВМ, процессорный модуль которой управляет всеми операциями на высшем уровне, а интерпретацию его команд для отдельных устройств осуществляют местные контроллеры. Этим достигается распределение функций между процессорным модулем и контроллерами, освобождая первый от выполнения лишней работы, обеспечивая наибольшее быстродействие системы. В качестве другого примера использования МП-системы можно привести систему сбора данных. Подобные задачи сбора данных часто возникают в контрольно-измерительных системах. Так, например, с помощью системы сбора данных можно осуществлять опрос множества аналоговых каналов, формирующих аналоговые сигналы, отражающие те или иные характеристики технологического процесса. В такой системе в качестве устройств ввода могут использоваться коммутаторы аналоговых сигналов и аналого-цифровые преобразователи. В связи с большим количеством входных данных, предварительной их обработкой и преобразования к виду, необходимому для дальнейших действий, высокой динамичностью изменения входной информации для МП-систем в качестве систем сбора данных предъявляются жесткие требования к объемам памяти, разрядности и быстродействию. Оперативная память таких систем должна быть большой емкости для хранения больших массивов данных. МП должен обладать возможностью адресоваться к большому количеству ячеек памяти, для чего необходима высокая разрядность шины адреса. Для обеспечения высокой точности предварительной обработки данных используемая МП-система должна иметь высокую разрядность шины данных для минимизации погрешности округления при вычислениях. И наконец система должна иметь высокое быстродействие для сбора и обработки быстропротекающих процессов, характерных особенно для аналоговых сигналов. Система сбора данных может являться промежуточным звеном в цепи движения информации от ее источника к потребителю, когда те разнесены в пространстве. В этом случае МП-система сбора данных содержит энергонезависимую память необходимого объема, данные в которую могут как записываться, так и считываться неограниченное количество раз по аналогии с ОЗУ с той лишь разницей, что в энергонезависимой памяти данные с отключением источника питания не пропадают. С помощью такой системы опрашивается состояние объекта, находящегося на удалении. Данные, характеризующие его состояние, запоминаются в энергонезависимой памяти, при необходимости осуществляется предварительная их обработка, а затем переносятся в мощную ЭВМ, где обрабатываются дальше. |