Курс лекций - Управление техническими системами, страница 11

Устройство состоит из нескольких типовых модулей.ТЦАПОЗУ ПЗУ ППЗУВКТОШИЭУКО2УУДОСПр АЛУАЦПВУПОПККО1Q - busРисунок 38 Структурная схема типового универсального УЧПУПроцессор (Пр) является программированным преобразователем информации и включает в себя: арифметико-логическое устройство (АЛУ), служащеедля математической обработки информации и выполнения операций анализа;устройство управления (УУ) обеспечивает управление работой процессора помикропрограммному алгоритму (одноуровневая или многоуровневая организация управления).Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для хранения управляющих и организующих программ, управляющих программ дляуправления электроавтоматическими устройствами станка с помощью программируемого командоконтроллера, для хранения параметров технологического объекта и УЧПУ, массивов, обслуживающих и корректирующих программ, стандартных подпрограмм и других массивов данных.

ПЗУ хранит программы стандартных циклов (процедур), УП обработки информации, стандартные микропрограммы управления различными устройствами с помощью адап48теров (адаптеры управления приводами, пультом индикации и т. д.), стандартные программы управления другими аппаратными средствами.ППЗУ служит для записи программы логических микроконтроллеров,управляющих электроавтоматическими устройствами технологического объекта, записи УП контроллеров обращения к внешним устройствам, записи тестовых программ и т. д.Пульт оператора (ПО) предназначен для оперативного вмешательства вработу СЧПУ, т.

е. подачи команд ручного управления, назначения режимовработы, для просмотра УП, ее редактирования, контроля работы системы, диалога с УЧПУ и т.д.К внешним устройствам (ВУ) могут относиться: системы тестового контроля, видеомониторы (устройства, включающие в себя дисплей и клавиатурудля загрузки УЧПУ командами или управляющими программами, для вызова ипросмотра их), видеотерминалы, всевозможные печатающие устройства (принтеры), пульты программирования в коде ISO или в машинно-ориентированномязыке, пульты программирования УП электроавтоматическими устройствамитехнологического оборудования, вычислительные системы автоматическогопрограммирования и ЭВМ более высокого ранга.Таймер (Т) организует метки реального масштаба времени, необходимыедля управления всеми устройствами, в том числе и объектом управления.Интерфейс типа контроллера обмена (КО1) служит для обеспечения связиУЧПУ с внешними устройствами управления, управления обменом информацией со всеми внешними устройствами.Связь с объектом управления и основными устройствами объекта осуществляется через стандартный интерфейс типа Q = bus, представляющий собойконтроллер управления обменом информации, и магистраль обмена на 16 разрядов.

Контроллер обмена с объектом управления (К02) обеспечивает управление обменом информацией между технологическим объектом и УЧПУ с помощью шин местного интерфейса (ШИ).Многоканальные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) служат дляпреобразования аналоговых сигналов, полученных от датчиков обратной связи(ЦОС), расположенных в технологическом объекте, в цифровой код УЧПУ(число каналов обусловлено числом управляемых координат).Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) преобразуют цифровые коды ваналоговые сигналы и выдают их на исполнительные устройства (на электроавтоматические устройства и приводы).Узлы приема (ПК) и вывода (ВК) кодов являются как бы буферными портовыми устройствами для временного хранения информации обмена, расшифровки адресов команд и т.

д.Технологический объект (ТО) с исполнительными механизмами, электроавтоматическими устройствами (ЭУ) и измерительной системой реализует команды управления и контроль исполнения с помощью ДОС.49Тема 3.3 Микропроцессорные устройства программного управления1. Структурная схема микропроцессорных устройств2. Программируемые микроконтроллеры3. Современные тенденции в разработке МикроЭВМ1. МикроЭВМ оперируют значительно меньшим числом команд, чембольшие ЭВМ, но все равно оно достигает нескольких десятков и для их записив двоичном коде требуется не менее шести разрядов.

Так как адресуемый объемПЗУ обычно составляет несколько десятков тысяч, чаще всего слов, адреснаячасть команды должна содержать разрядов, т. е. полная «длина» командыдолжна быть порядка разрядов, что при обычной «длине» ячеек памяти микроЭВМ, составляющей разрядов, требует трех ячеек памяти ПЗУ. Это одна изособенностей мини-ЭВМ и микроЭВМ, усложняющая программирование иснижающая результирующее быстродействие их, которое обычно не превышает 150—200 тыс. операций типа сложения в 1 с.МикроЭВМ обычно оперирует одноадресной системой команд, при которой адресная часть команды имеет только один адрес — адрес операнда, который необходимо передать в АЛУ. Другой операнд всегда находится в аккумуляторе; результат действия АЛУ над двумя операндами всегда остается в аккумуляторе. Команды бывают нескольких типов: команды пересылок, например,«передать данные из ОЗУ в ЦП»; команды арифметических операций, например, «сложить» или «вычесть»; команды логических операций, например,«сравнить два числа»; команды, перехода «перейти», «вызвать», «возвратить»;специальные команды, например, «останов».

Полный список команд, которымиоперирует микроЭВМ, дается в сопроводительной документации на ЭВМ.В общей сложности в программе может быть много тысяч команд, которые необходимо составить и отработать, а затем записать в ПЗУ.Структурная схема типового секционного МП показана на рисунке 39,МП состоит из двух функциональных модулей: микропрограммного устройствауправления (МПУУ) и операционного устройства (ОУ), построенного из отдельных секций. МПУУ включает в себя: память микрокоманд (ПМК), котораяпредназначена для хранения принимаемых команд; контроллер последовательности микрокоманд (КПМК), основным назначением которого является реализация управляющих структур (фрагментов), встречающихся в микрокомандах.Таким образом, контроллер обеспечивает дешифрацию кода операции командыдля обращения к первой микрокоманде микропрограммы, формирует адресаследующих микрокоманд, как линейной последовательности, так и условныхили безусловных переходов к микропрограмме.

Кроме того, некоторые контроллеры могут хранить признак переходов, управлять прерываниями на микропрограммном уровне. Как правило, в комплект микропроцессора входят модули контроллеров последовательности микрокоманд для организации управления в различных режимах.50Рисунок 39 - Структурная схема типового секционного микропроцессораМПУУ работает следующим образом. Код операции (КОП) с регистракоманд поступает на вход контроллера последовательности микрокоманд(КПМК), и на выходе регистра адреса микрокоманды (РАМК) контроллераформируется адрес первой микрокоманды (АМК) выполняемой микропрограммы.

Микрокоманда, подлежащая реализации в текущем микрокомандном цикле, считывается из памяти в регистры микрокоманд (РМК).Микрокоманда содержит три основных поля, содержание которых хранится в соответствующих узлах:1) поле кода микрооперации (КМО), определяющее вид операции, выполняемой одним из устройств микро-ЭВМ;2) поле, в котором закодированы признаки результата (КПР), поступающие из ОУ в контроллер и анализируемые контроллером при выполнении команд условного перехода по данным признакам условия;3) поле, в котором содержится код адреса для формирования адреса следующей команды (АСМК). После выполнения считанной микрокоманды циклповторяется. Управляющие сигналы микрокоманд подаются в соответствующие устройства микроэвм.ОУ предназначено для выполнения всех арифметических и логическихопераций.

ОУ собирают из секций процессорных элементов, каждый из которых содержит арифметико-логическое устройство (АЛУ), регистры общего назначения (РОН), аккумулятор (А) — накапливающий регистр, дешифратормикрооперации (ДШМО), буфер данных (БД) и буфер адреса (БА), позволяющие временно хранить адрес (Л) и данные (Д).Одной из особенностей ОУ является вертикальное разбиение, что требуетменьшего числа передач кодов между отдельными БИС. Шины данных, шины51адреса и кода микроопераций объединяются в общую магистраль. Основнымидостоинствами секционных МП являются возможность разработки микроЭВМс максимальным соответствием структуре характеризуемых задач, исключениеизбыточности структуры и разрядов, выбор произвольной нестандартной разрядности.

Наличие независимых адресных шин и шин входных и выходныхданных (шины адресов и данных могут быть различных форматов) позволяеторганизовать сопряжение с памятью и периферийными устройствами без использования мультиплексирования.2. Программируемые логические микроконтроллеры (ПЛМК) в основномориентированы на реализацию логических функций и используются вместо релейных схем управления, т.е. для управления полупроводниковыми схемамиэлектроавтоматических устройств технологических объектов.ПЛМК реализуют функции командоаппаратов и микроконтроллеров исоздаются на базе микроЭВМ.

Данные микроЭВМ можно рассматривать какуниверсальную программно-настраиваемую модель цифрового управляющегоавтомата. Возможность применения ПЛМК в качестве универсального локального устройства управления разными технологическими процессами достигается путем внесения в ПЛМК программы, определяющей алгоритм работы конкретного объекта управления без изменения его электрической структуры.В состав ПЛМК, как минимум, входят логический микропроцессор с блоком управления, оперативная память, пульт настройки и загрузки управляющейпрограммы и устройство связи с объектом управления (Рисунок 40).Рисунок 40 - Программируемый логический микроконтроллерНа рисунке 40 представлена обобщенная структурная схема ПЛМК, в который входят различные устройства.

Центральный логический процессор(ЦЛП) обеспечивает логическую обработку поступающей информации в соот52ветствии с записанной программой в памяти программы и моделирует конкретную релейную схему. Устройство управления логического процессора опрашивает все входы и выходы блока регистров, производит логическое сравнениесостояния входов и выходов и по результатам сравнения включает или выключает те или иные исполнительные органы через схему устройства связи с объектом управления. Микроконтроллер с помощью программного таймера исчетчика последовательно, строка за строкой, опрашивает (сканирует) памятьпрограмм и с помощью ЦЛП производит вычисления логических функций согласно уравнениям, поступающим из памяти программ, и заносит вычисленныезначения в память данных. После того, как опрос памяти окончился, устройствоуправления микроконтроллера выполняет обмен данными между входными ивыходными регистрами блока регистров и памятью данных.