Проектирование автоматизированнь2х станков и комплексов (862477), страница 33

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 33)

16 бит)13.25. Классификация АЦП•С последователънымвыводомt > 10 мс(интегрирующие)Одно-•Медленны е(12 ... 22 бит),-С жидкокристаллическим дисплеем,-Со светодиоднымдисплеемС последовательным4- микро процессорныминтерфейсом16413.13.3.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексахОДНОКРИСТАЛЬНЫЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫВ СТАНКАХ И СТАНОЧНЫХ КОМПЛЕКСАХ13.3.1.Микропроцессоры и микроконтроллерыОднокристальныемикроконтроллерыявилисьестественной эволюциеймикропроцессоров применительно к нуждам САУ. В отличие от типового мик­ропроцессора, ориентированного на решение общих вычислительных задач,обработку чисел с плавающей запятой и огромных массивов информации,микроконтроллер ориентирован на выполнение задач управления.

В микро­контроллере меньше переменных, но обработка информации строго привязанако времени. Перечислим специфические требования к микроконтроллеру.1.Высокое быстродействие и наличие развитой таймерной системы. Этопозволяет микроконтроллеру управлятьпараллельноили квазипараллельнонесколькими процессами (главным движением, подачами по ряду координати т. п.). Квазипараллельная обработка информации реализуется, когда микро­контроллер успевает последовательно управлять рядом процессов, переклю­чаясь от одного к другому в жестком реальном времени.

Термин «жесткоереальное время» означает, что такие программные события, как считыванияпоказаний с датчиков или выдача управления на исполнительные механизмы,должны быть привязаны ко времени с допуском иногда всего лишь в не­сколько микросекунд.2.Простая и развитая система прерываний. Микроконтроллер, обрабаты­вая программные события, должен постоянно следить за состоянием объекта,а также фиксировать события, внешние по отношению к основной УП (коор­динатный столик дошел до упора, температура превысила заданнь1й уровеньи др.). Для этого микроконтроллер должен быть оснащен развитой системойпрерываний.

Эту систему считают простой, если исполнительным механиз­мам не требуется сложного аппаратного оснащения для выдачи прерываний,а достаточно, например, конечных выключателей.3.Команды, способные обрабатывать не только машинные слова, но и от­дельные биты. Микропроцессор ориентирован на обработку машинных слов,причем чем длиннее слово, тем производительнее будет микропроцессор.Каждый бит машинного слова микроконтроллера способен включить или вы­ключить какой-либо привод, и для эффективного управления нужно иметьразвитые средства для контроля и изменения отдельных битов внутри слова,не изменяя остальные.4. Гарвардская архитектура 1, когда управляющие коды и операнды хра­нятся в разных зонах памяти (программы в РПЗУ, данные в ОЗУ).1У микропроцессоров обычно управляющие коды программы и операнды, с ко­торыми совершаются действия, находятся в общем массиве оперативной памяти.

Этофон-Неймановская архитектура, более универсальная, но требующая после включе­ния начальной загрузки программного обеспечения.13.3. ОднокрисmШlьные микроконтроллеры в станках и станочных комплексах165В этом случае не требуется загрузка в память программного обеспечения исразу после включения САУ работоспособна.5.Средства аппаратной и программной защиты от сбоев, обнаружениепрограммных сбоев, быстрый перезапуск и восстановление работоспособно­сти УП.6.Наличие на кристалле вычислительного ядра и всех элементов устрой­ства связи с объектом (тактовый генератор; память программ и данных, раз­битую на ряд зон; таймерную систему; универсальные порты для формирова­ния линий связи с объектом, по которым можно проводить контроль и управ­ление им, и т. п.).Рассмотрим общие элементы, интегрированные на кристалле микропро­цессора и микроконтроллера.Микропроцессор-последовательностнаясхема, способная к программно-управляемой обработке информации.

Реак­ция на входные воздействия помимо значений этих воздействий зависитеще и от ее состояния. Для работы микропроцессора необходима память, вкоторой содержится набор инструкций или команд. Каждая команда имееткод, дополненный при необходимости адресами операндов, поэтому длинакоманд может быть различной. Например, для команды «уменьшить содер­жимое аккумулятора на единицу» достаточно задать только ее код, а коман­да «прибавить к числуоперанды32число86»должна помимо кода включать еще и32 и 86.Микропроцессор имеет набор специальных регистров и регистров общегоназначения.

Разрядность регистров наряду с тактовой частотой микропроцес­сора во многом определяют его производительность. 8-разрядные микропро­цессоры способны обрабатывать 8-разрядные слова или байты, 16-разряд­ныепроводить действия с машинным словом в два байта. Тактовая ча­-стотаопределяетсячастотойтактовогогенератора,сигналыкоторогоинициируют работу микропроцессора. Свой цикл работы, или машинныйцикл,микропроцессор выполняет занесколькотактов,совершаяприэтомпростейшее завершенное действие или простую (короткую) команду, напри­мер очистить аккумуляторет от1- 2CLR А.Число тактов в цикле различно и составля­у микропроцессоров с RlSС-архитектурой до12и более у микро­процессоров с классической архитектурой.Среди специальных регистров выделим прежде всего счетчик команд РС,определяющий объем адресного пространства памяти, с которой способенработать микропроцессор.

Это неотъемлемая часть любого микропроцессораи микроконтроллера. Алгоритм работы микропроцессора таков:1) считать из памяти содержимое ячейки,адрес которой содержится в счет­чике команд РС, и интерпретировать считанное значение как код команды;2) покоду команды определить ее длину, наличие операндов или их адре­сов и адрес следующего кода команды;3) установитьв счетчике команд адрес кода следующей команды, выпол­нить предписанные действия и перейти к п.1.16613.Микроэлектронные устройства в станках и станочных комплексахЛюбой микропроцессор имеет выводReset,который служит для переводапроцессора в начальное состояние. При этом в счетчике команд устанавлива­ется предопределенное начальное значение (как правило, «О»).

Достаточносчетчику команд сбиться и ввести вместо кода команды любую другую еечасть, и микропроцессору для восстановления нужно будет начинать все сна­чала. Для этого необходимо активизировать выводReset.Важным регистром микропроцессора является аккумулятор А, в которомпроводятся все предписываемые кодом команды действия. Это основной ре­гистр арифметико-логического устройства микропроцессора.Отдельные биты регистраPSW устанавливаютсвои значения по резуль­татам предыдущей операции. Есть бит переполнения аккумулятора Оlay), битнулевого результатаZ (Zero),(Over-бит арифметического переноса и т.

п.Эти биты широко используются системными программистами для построе­ния арифметических действий со словами двойной или большей длины, дляуправления работой периферийных и внутренних устройств микропроцес­сора.Регистр-указатель данных содержит адреса операндов, над которымиследует произвести предписанные программой действия. Иногда эти реги­стры называют индексными.Регистр-указатель стекаSPуказывает на вершину стека микропроцес­сора. Стековый механизм передачи управления настолько широко использу­ется в микропроцессорах, что для его реализации предусмотрен специальныйрегистр. При переходе к вложенной подпрограмме значение счетчика команд(адресследующего кода команды, подлежащей исполнению) записывается ввершину стека.

Затем в счетчик команд заносится адрес входа в подпрограм­му. При возврате из подпрограммы значение счетчика команд восстанавлива­ется из вершины стека.Регистры общего назначения служат обычно для хранения результатовпромежуточных вычислений. Команды обращения к ним выполняются быст­рее, чем к оперативной памяти, и занимают меньший объем. Во многих мик­ропроцессорах эти регистры достаточноуниверсальны имогут выполнятьфункции вышеперечисленных регистров.Для реакции микропроцессора на внешние события предусмотрен меха­низм прерываний. Микропроцессор должен запустить подпрограмму обслу­живания прерывания как реакцию на произошедшее событие. Например, есликоординатный стол дошел до упора (конечного выключателя), двигательнужно реверсировать и т.

п. Поскольку важных для работы системы событийможет быть много и для каждого нужно запускать свою подпрограмму об­служивания, возможна векторная и автовекторная организация прерываний.При автовекторной организации прерывания для каждого устройства,фиксирующего внешние события, предусматривается своя линия запросапрерыванияINT_ n.Внешнее устройство при запросе выставляет на эту ли­нию активный (обычно низкий) уровень. Микропроцессор, обнаружив на13.3. ОднокрисmШlьные микроконтроллеры в станках и станочных комплексахсвоем выводеINT_n167активный уровень, заканчивает очередную команду; за­носит содержимое счетчика команд в стек; устанавливает на счетчике командчисло, соответствующее активной линии прерывания-адрес вектора пре­рывания; обращается к ячейке памяти с этим адресом и считывает из нее иряда последующих ячеек адрес входа в подпрограмму обслуживания преры­вания (адрес первой команды этой подпрограммы); выполняет подпрограммуобслуживания, которая должна заканчиваться командой возврата из преры­вания; заносит в свой счетчик команд и регистрPSWсохраненные в стекезначения и возвращается к тому месту программного кода, где он был до воз­никновения прерывания.Если одновременно происходит несколько прерываний, в микропроцес­соре предусмотрен механизм приоритетов линий.

Характеристики

Список файлов книги