Лекция № 30 микропроцессоры и электронные управляющие машины
План:
Общие сведения.
Функциональная схема ЭВМ.
Электронные и микропроцессорные аппараты, их классификация и физические явления в них.
Функциональная схема управления электродвигателем постоянного тока с помощью микропроцессора.
30.1 Общие сведения
В настоящее время для улучшения технических характеристик, повышения надежности и сокращения времени монтажа аппараты автоматического управления и регулирования электрического привода выполняются в виде комплектных станций управления (КСУ). Эти станции проектируются по типовым схемам и собираются на заводе-изготовителе с применением наиболее высокопроизводительного оборудования, что ведет к сокращению материалоемкости и трудоемкости, позволяет быстро внедрять новейшие достижения науки и техники. КСУ создаются на базе либо традиционных электромагнитных аппаратов (автоматов, пускателей, контакторов, реле), либо дискретных полупроводниковых элементов, либо совместного использования и тех и других изделий. Для КСУ характерна фиксированная последовательность всех функциональных операций. Любое изменение поставленной ранее функциональной задачи требует перемонтажа принципиальной схемы КСУ и последующей наладки, что связано с затратами дополнительного труда и, времени. Поэтому создаваемые в настоящее время системы программного управления металлорежущими станками, роботами, технологическими процессами требуют наличия легко изменяемой программы управления.
Развитие полупроводниковой техники привело к созданию больших
Рис. 135. Функциональная схема ЭВМ
интегральных микросхем (БИС) с очень высокой степенью интеграции. БИС на одном кристалле имеют несколько десятков тысяч элементов и способны реализовать сложнейшие функции управления. Применение БИС в комплектных устройствах автоматического управления создает исключительно широкие возможности в гибком изменении их программ, уменьшении габаритов, повышении надежности и долговечности. На основе БИС создаются микропроцессоры.
30.2 Функциональная схема эвм
Рассмотрим основные узлы ЭВМ (рис. 131). На вход ЭВМ могут подаваться результаты отдельных измерений,: электрические сигналы управления, числа для расчетов по известным формулам и др. Эти данные обрабатываются ЭВМ, и на ее выходе появляются результаты статистической обработки экспериментальных материалов, сигналы для управления силовыми электрическими аппаратами, результаты расчетов и т. п. В простейшем виде ЭВМ состоит из следующих основных узлов: арифметико-логического» устройства АЛУ, управляющего устройства УУ, запоминающего устройства ЗУ и периферийных устройств УВВ. АЛУ предназначено для выполнения арифметических операций сложения, вычитания, умножения и деления чисел, а также для осуществления логических операций И, ИЛИ, НЕ, ИЛИ—НЕ, И—НЕ и др.
Управляющее устройство осуществляет управление работой всех остальных узлов, а также потоками информации внутри ЭВМ. Действия УУ определяются командами. Совокупность команд, которые должны быть выполнены для I решения поставленной задачи, называется программой. Запоминающее устройство ЗУ, или память машины, служит для хранения программ и обрабатываемой информации. ЗУ состоит из ячеек, каждая из которых содержит элементы памяти. В ЭВМ для расчетов и управления применяется двоичная система исчисления, основанием которой является цифра 2. Любое число в этой системе представляется так называемым словом, состоящим из логических нулей (0) и единиц (1). Элементы памяти выполняются на полупроводниковых триггерах, а ячейка — на регистрах, содержащих эти триггеры. Триггер хранит одну двоичную цифру—1 или 0. Чтобы ввести число в ячейку или извлечь ее содержимое, необходимо указать адрес этой ячейки.
Память делится на оперативную (ОЗУ) и постоянную (ПЗУ). С помощью ОЗУ в АЛУ и УУ вводятся внешние данные. В ПЗУ хранится программа операций.
Периферийные устройства представляют собой устройства ввода и вывода информации УВВ. В них осуществляется считывание данных с носителей и превращение этих данных в форму, требуемую для машины. В УВВ осуществляется также фиксация результатов работы ЭВМ в виде чисел текста на теетайпе или в виде информации на экране электронно-лучевой трубки (дисплее).
Совокупность АЛУ и УУ является единым комплексом, который позволяет производить автоматическую обработку информации в соответствии с заданной программой. Эта совокупность называется центральным процессором машины или просто процессором.
Микропроцессор — это процессор, выполненный в виде одной или нескольких БИС. Приставка «микро» обозначает высокую степень интеграции устройства, его малые габариты и массу. На вход микропроцессора через УВВ и ЗУ подаются управляющие сигналы и сигналы обратной связи в двоичном коде. По программе, заложенной в ЗУ, информация обрабатывается в АЛУ и на выходе появляются сигналы, используемые для управления объектом.