книги / Микропроцессорное управление технологическими процессами в радиоэлектронике

дого такта работы МП выдает информацию о своем состоянии, которая записывается в управляют й регистр УР, а также формирует в адресной магистра­ ли адреса ячеек ОЗУ, ПЗУ или внешних устройств, к которым будет производиться обращение. В соответ­ ствии с этими адресами выбирается очередная коман­ да программы или данных, которые затем передаются в МП. Управляющий регистр управляет режимом работы ОЗУ, ПЗУ и внешних устройств. Например, сигнал Z1 — 1 указывает на вывод данных из МП во внешнее устройство, Z2 = 1 — ввод данных от внеш­ них устройств, при этом на адресную шину выдается номер соответствующего внешнего устройства. Де­ шифратор внешних устройств ДВУ вырабатывает сиг­ нал выборки S2 для соответствующего буферного регистра Б Р , работа которого определяется сигналом запроса X I, поступающего от МП на входы М буфер­ ных регистров. В исходном состоянии XI = 0, т. е. регистр находится в режиме приема данных от внеш­ них устройств, а после прихода сигнала X I = 1 триг­ гер запроса выбранного буферного регистра устанав­ ливается в состояние Q — 1. Этот сигнал передается на вход, указывая на готовность информации к вводу

вМП. После этого МП образует сигнал приема Х2 =

=1 , который поступает на вход и разрешает поступ­

сигнале Z3 = 1 — также к ОЗУ и ПЗУ. Генератор синхросигналов ГС вырабатывает необходимые по­ следовательности импульсов для синхронизации ра­ боты МП и буферных регистров. Сигналы прерываний поступают в МП непосредственно от внешних уст­ ройств или через блок обработки прерываний БОП, устанавливающий очередность их обслуживания.

191

Ответный сигнал разрешения прерывания передается на соответствующее внешнее устройство.

Структура микро-ЭВМ на основе МП с микропро­ граммным управлением показана на рис. 2 1 . МикроЭВМ состоит из нескольких МП секций, включенных для обработки чисел требуемой разрядности, блока Ми­

шина адреса (А)

От внешних устройств

кропрограммного управления БМУ, ОЗУ, ПЗУ и бу­ ферных регистров БР. ОЗУ, ПЗУ и внешние уст­ ройства подключены к шинам данных, как и в преды­ дущей схеме микро-ЭВМ. Команды программы из ОЗУ. (или ПЗУ) поступаJ O T по шине М на входы К блока микропрограммного управления, на выходах которого формируется необходимая последователь­ ность микрокоманд. Один из регистров в МП исполь-

192

зуется как счетчик команд, в котором содержится адрес ячейки ОЗУ или ПЗУ, где хранится очередная команда. Адрес следующей команды формируется в МП после окончания выполнения очередной команды. Сформированный адрес выдается на шину адреса, обес­ печивая выборку из ОЗУ или ПЗУ следующей команды.

Микрокоманды из блока микропрограммного уп­ равления поступают на управляющие входы МП, бу­ ферных регистров, ОЗУ, ПЗУ и внешних устройств. По результатам выполняемой микрокоманды форми­ руются признаки F, которые поступают на БМУ, влияя таким образом на процесс обработки данных.

Для повышения производительности микро-ЭВМ выполнение в МП текущей микрокоманды и формиро­ вание в блоке микропрограммного управления сле­ дующей микрокоманды производится одновременно. Использование трех шин данных в микро-ЭВМ этого типа позволяет одновременно принимать данные от ОЗУ, ПЗУ (по шине М) и от внешних устройств (по шине L) и выдавать данные в шину Д. Благодаря этому уменьшается время обмена информацией по сравне­ нию с микро-ЭВМ, имеющей одну шину данных, что также повышает производительность.

Схема формирования переносов СФП служит для ускорения выполнения арифметических операций.

В данной "микро-ЭВМ заменой или перепрограмми­ рованием блока микропрограммного управления мож­ но изменять набор команд в зависимости от класса выполняемых задач. Выбор оптимального набора команд для решения конкретных задач и использо­ вание нескольких шин для передачи данных обеспечи­ вают более высокую производительность, чем микроЭВМ с фиксированным набором команд.

Высшей степенью интеграции МПК являются од­ нокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ), реализующие

193

функции ввода, хранения, обработки, вывода данных и управления на одной БИС. Наиболее известны ОМЭВМ серии К1814, К.1816, К1820 Они применяют­ ся в устройствах управления бытовыми электропри­ борами и радиоэлектронной аппаратурой, регистрации временных промежутков на нижних уровнях систем управления и (при дополнительном оснащении стан­ дартными микросхемами памяти и периферийными БИС) в разнообразных высокопроизводительных си­ стемах управления и обработки данных. На одном кристалле этих ОМЭВМ выполнен набор функциональ­ ных блоков, имеющих предельно малые габаритные раз­ меры и высокую надежность. Использование однокри­ стальных микро-ЭВМ позволяет в 5—10 раз умень­ шить число микросхем, что обеспечивает экономию материалов, трудовых и энергетических ресурсов, снижение общей стоимости.

Однокристальная 4-разрядная микро-ЭВМ серии К1814 содержит 4-разрядный процессор, ПЗУ про­ грамм емкостью 1 К 8-разрядиых команд, ОЗУ данных емкостью 64 X 4 разрядных слов, схемы ввода — вывода и встроенный тактовый генератор (рис. 22). ОМЭВМ выполняют функции специализированных микроконтроллеров в соответствии с программой, хранящейся в масочно-программируемом ПЗУ. Вы­ вод информации и управляющих сигналов осуще­

логического и арифметического сравнения, ввсда-вы- вода операций с разрядами ОЗУ, пересылок регистр — регистр, пересылок констант.

Однокристальные 4-разрядные микро-ЭВМ серии К1820 (рис. 23) имеют развитую систему команд, один уровень прерывания, трехуровневый стек, встроен-

194

Рис. 23, Структурная схема ОМЭВМ серии К.1820

ный таймер. Сдвиговый регистр — счетчик, реализую­ щий последовательный ввод-вывод, расширяет воз­ можности ОМЭВМ данной серии. Четыре порта обес­ печивают ввод-вывод информации и управляющих сигналов. Система команд предусматривает выполне­ ние арифметических и логических операций, опера­ ций ввода-вывода, проверки состояний ячеек ОЗУ, обращения к памяти и регистрам. ОМЭВМ данной серии может работать с такими периферийными уст­ ройствами как ЦАП и АЦП, клавиатура, дисплей, печатающие устройства. ОМЭВМ можно использо­ вать в контроллерах технологических процессов, из­ мерительной аппаратуре.

Однокристальные микро-ЭВМ серии К1816 (рис. 24) представляют собой функционально-законченные уст­ ройства, содержащие на одном кристалле центральный процессор, ОЗУ данных и ЗУ программ, устройство ввода-вывода, 8-разрядный таймер-счетчик, схему пре­ рываний, тактовый генератор, устройство управления

исинхронизации. Все эти устройства обеспечивают универсальность, автономность и гибкость. Приме­ няются ОМЭВМ серии К.1816 в устройствах самого различного назначения (от локальных систем авто­ матики до устройств управления бытовыми прибора­ ми). В схеме предусмотрена возможность расширения памяти программ до 4 К, памяти данных до 384 байт

иувеличения числа линий ввода-вывода за счет под­

ключения внешних устройств памяти программ ПЗУ, ОЗУ и интерфейсов ввода-вывода серии К580. Ми кроЭВМ имеет 96 команд, из которых 68 однобайтовые. Система команд обеспечивает выполнение операций передачи, преобразования данных, логической двоич­ ной и десятичной арифметики, операций передачи управления, предоставляет потребителю возможность модифицировать информацию на отдельных линиях ввода-вывода, проверять содержимое разрядов акку-

197

мулятора. Вместе с возможностью просмотра таблиц можно эффективно выполнять стандартные логические функции.

5.4. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ

При управлении технологическими процессами наря­ ду с функциями контроля и регулирования необхо­ димо выполнять различные логические операции. В технологических процессах производства РЭС при­ меняются программируемые контроллеры (ПК) на основе микропроцессорных средств. Программируемый метод логического управления с последовательным выполнением операций в центральном блоке, функцио­ нирующем в соответствии с хранимой в памяти про­ граммой, отличается функциональной гибкостью при минимальной номенклатуре технических средств.

Программируемый контроллер — это ЭВМ, доступ­ ная для программирования широкому кругу пользо­ вателей, не являющихся специалистами в области вы­ числительной техники, и предназначенная для управ­ ления логическими процессами в промышленности в реальном времени. ПК применяется для выполнения логических и арифметических операций, реализации законов регулирования, сбора статистической ин­ формации, документирования производства, т. е. об­ ласть применения широкая — от управления просты­ ми механизмами и оборудованием до управления слож­ ными линиями и технологическими комплексами. В соответствии с решаемыми задачами ПК имеют раз­ личную мощность процессора, разный объем памяти и количество входов-выходов. Самые простые ПК имеют 16 входов-выходов и объем памяти 0,5 К слов, наиболее мощные контроллеры — до 8000 входов-вы­ ходов и объем памяти до 2 М слов.

199

Количество и разновидности ПК, применяемых за рубежом и в СССР, непрерывно возрастают. Рассмот­ рим ПК отечественного производства и ведущих за­ рубежных фирм.

Контроллер FPC-606 выпускается австрийской фирмой Festo Electronic в литом металлическом герме­ тическом корпусе и предназначен для тяжелых усло­ вий эксплуатации. Процессор выполнен в виде КМОП схемы. Контроллер имеет 16 аналоговых и 512 цифро­ вых входов-выходов. Объем памяти 16 К слов. Про­ граммировать контроллер можно с пульта програм­ мирования на технологическом языке, а также язы­ ках высокого уровня.

Контроллер 85-105R выпускается фирмой Sie­ mens (ФРГ) и предназначен для управления простым технологическим оборудованием. В нем использу­ ется процессор Intel 8086. Контроллер имеет 64 циф­ ровых входа-выхода. Объем памяти 1 К слов.

Контроллеры фирмы Bosh (ФРГ) выполнены на базе процессора Z-80 различной мощности. Их мож­ но компоновать из отдельных модулей. Максимальное количество входов-выходов 1024, объем памяти для программ пользователя 4 К слов. Контроллеры имеют развитую систему самодиагностики.

Контроллеры Modicon-884 выпускаются фирмой Modicon (США). Это контроллеры средней мощности, 16-разрядный центральный модуль которого построен на трех процессорах. Общее число цифровых входоввыходов до 256; входов-выходов на переменном токе 16. Блок памяти позволяет записать 2000 шагов техно­ логической программы. Контроллер имеет интерфейс RS-232. Особое внимание уделено безопасности эк­ сплуатации и самоконтролю.

Контроллеры PLC-2 выпускаются фирмой Allen Brodly (США). Это контроллеры средней мощности, построены на базе процессора Z-80A и содержат от

200