1.6. Мікропроцесори
При побудові сучасних електронних вимірювальних приладів і інформаційно-вимірювальних систем широко використовують різні мікропроцесори (МП).
Мікропроцесор ― це програмно-керований пристрій обробки цифрової інформації, конструктивно виконаний у вигляді однієї або декількох великих інтегральних схем (ВІС).
Один з можливих варіантів структурної побудови однократного (з фіксованою розрядністю і певною системою команд) універсального мікропроцесора поданий на рис. 1.24 [38]. Основні елементи системи: пристрій керування (ПК), арифметично-логічний пристрій (АЛП), блок внутрішніх регістрів (БВР). Зв’язок між вузлами МП здійснюється за допомогою внутрішньої шини даних.
АЛП мікропроцесора виконує кілька найпростіших операцій: додавання, віднімання, логічне множення (І), логічне додавання (АБО), додавання за модулем 2, зрушення, пересилання і ін.
Наявність у МП блоку внутрішніх регістрів розширює можливості АЛП. Регістром називається електронна схема для тимчасового зберігання двійкової інформації. Таку схему будують на тригерах, загальне число яких визначається розрядністю регістру.
Рис. 1.24. Типова структурна схема мікропроцесора
Мікропроцесори містять різну кількість різноманітних регістрів: регістри загального призначення (РЗП), команд, адреси, лічильники команд, регістри стану, прямого доступу до пам’яті та ін.
За допомогою пристроїв керування організується взаємодія АЛП і БВР у процесі виконання команд. Функція керування може здійснюватися або із застосуванням апаратних засобів або шляхом мікропрограмування.
Основні вузли МП з’єднані між собою і із зовнішніми пристроями за допомогою шин. Шиною називається група ліній передачі інформації, об’єднаних загальною функціональною ознакою. У МП використовуються одна-три внутрішні шини. Збільшення числа шин приводить до збільшення швидкодії, однак функціональні можливості МП знижуються, тому що частина площі кристала займається шинами. По зовнішніх шинах МП передаються дані, керуючі сигнали і адреси.
Поряд із окремими мікропроцесорами при побудові вимірювальних приладів використовують так звані мікропроцесорні комплекти (набори) інтегральних мікросхем (МПК ІС). МПК ІС ― це сукупність мікропроцесорних і інших інтегральних мікросхем, призначених для спільного використання. ІС у складі МПК мають звичайно інформаційну, енергетичну і конструктивну сумісності. У МПК входять наступні ВІС: мікропроцесор (базовий комплект); запам’ятовуючі пристрої; ВІС введення-виведення інформації; ВІС керування.
Можливе сполучення цифрових пристроїв, використовуваних в автономних ЦВП для обробки вимірювальної інформації, наведене на рис. 1.25, де показані три різновиди засобів на основі МП: властиво МП, МП ― модуль і мікроЕОМ.
На розглянутій схемі представлений МП, що складається з АЛП, внутрішнього регістра, пристрою керування і пристрою сполучення перерахованих пристроїв між собою і зовнішньою апаратурою (інтерфейсу).
МП ― модуль, показаний на рисунку, містить запам’ятовуючі пристрої ЗП, генератор тактових імпульсів ГТІ і інтерфейс зовнішніх пристроїв. Конструктивно МП ― модуль виготовляється звичайно у вигляді однієї плати. У складі МП ― Системи МП - Модуль разом із пристроями введення-виводу ПВВ, комплектом програмного забезпечення (КПЗ) і пультом керування при наявності джерела живлення (ДЖ) може виконувати функції мікроЕОМ.
Програмування для МП може проводитися машинною мовою, мовою типу асемблера або мовою високого рівня. Програма вводиться в постійний запам’ятовуючий пристрій (ПЗУ) МП виготовлювачем, і зміст ПЗП, не можна стерти. Крім ПЗП, в МП використовуються програмувальні постійні запам’ятовувальні пристрої (ППЗП), які дозволяють вводити програму користувачам за допомогою спеціального пристрою – програматора, але після введення програми її вже не можна міняти.
Рис.1.25. Структурна схема побудови мікроЕОМ на основі мікропроцесора і МП-модуля
Більш широкими можливостями наділені репропрограмуючі постійні запам’ятовувальні пристрої (РППЗП) ― вони допускають багаторазове перепрограмування.
В наш час застосування МП у вимірювальних приладах і вимірювальних системах досить різноманітне. Основні завдання, які виконують МП у вимірювальних приладах і системах: багатофункціональність вимірювальних приладів; спрощення керування процесом вимірювання; автоматизація регулювань; самокалібрування і автоматична перевірка; поліпшення метрологічних характеристик приладу; виконання обчислювальних процедур; статистична обробка результатів спостережень; створення програмувальних, повністю автоматизованих приладів та ін.
Найбільш широкого застосування МП одержали в наступних типах приладів, використовуваних для вимірювання електричних величин: вольтметрах, омметрах, мультиметрах, мостах і компенсаторах змінного струму, осцилографах, реєстраторах і ін.
При виборі МП для використання у вимірювальних приладах враховуються наступні їх характеристики: розрядність, ємність адресної пам’яті, принцип керування, швидкодія, споживана потужність, живляча напруга, конструктивні дані, умови експлуатації.
Застосування МП у вимірювальній техніці варто розглядати як один з основних напрямків розвитку вітчизняного приладобудування.
|