Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 [ 47 ] 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

ность для широкого применения, перспективы развития ссрнн. В настоящее время наиболее широкое распространение получили микросхемы серий K5II, К561{564), К155, К555 [.35].

При аппаратной реализации цифровых систем управления электроприводами вначале иа основе технических требований разрабатывается структурная схема устройства, а затем выполняется схема соединений микросхем из выбранной серим, после чего полученная схема разбивается на части; микросхемы, входя-Щие в каждую из этих частей, размещаются на одной печатной плате. Прн таком подходе к проектированию системы управления последняя обладает минимальной избыточностью, но стоимость и сроки ее разработки будут велики. Для существенного сокращения сроков разработок новых систем управления, совершенствования методов испытания устройств и т. п. заводы электропромышленности изготовляют серии (наборы) цифровых элементов (ячеек, блоков), из которых и строятся цифровые системы, Прн нх нспользоваиин, как правило, каждая конкретная система обладает некоторой избыточностью, однако этот недостаток компенсируется упомянутыми выше преимуществами.

К серии цифровых элементов предъявляются требования функциональной полноты, схемной, электрической и конструктивной совместимости. В СССР впервые серия устройств УБСР-ДИ была разработана в начале 70-х годов ВНИИЭлектроприводом и ВНИПИ Тяжпромэлектропроектом. Серия построена на микросхемах К155 малой степени интеграции. Ее состав и особенности применения широко освещены в литературе [36, 37] и далее не рассматриваются.

В конце 70-х годов в производственном объединении ХЭМЗ разработан набор устройств на микросхемах серии К155 средней степени интеграции, расширяющих возможности серии УБСР-ДИ, а также в ряде случаев позволяющих существенно уменьшить габариты систем управления. Например, ячейка арифметического устройства АУ-1ДИ заменяет пять ячеек малой степени ннтеграцин, ячейка счетчиков РС-4ДИ - три ячейки, в серии УБСР-ДИ отсутствуют у.множн-толм кодов и т. д. [38].

Появление микропроцессоров (МП) и микропроцессорных систем открывает новые пути создания цифровых систем управления автоматизированным электроприводом. Число различных типов МИ в настоящее время велико; ниже мы рассмотрим только основные из них.

.Микропроцессор представляет собой функционально законченное устройство, прсдиазиаченпое для программной обработки цифровой информации, аналогичное по составу и структуре процессорам ЭВМ и выполненное с применением технологии СИС. Микропроцессор состоит из одной или нескольких БИС и рассчитан на совместную работу с устройствами памяти и ввода-вывода. Обычно изготовители МП разрабатывают и производят другие БИС, образующие совместно с МП функционально закопченный набор микросхем, предназначенный для построения МП-системы. Такой набор включает в себя собственно МП. оперативное и постоянное запоминающее устройство ОЗУ и ПЗУ, микросхемы управления вводом-выводом н др.

Микропроцессоры по способу организации делятся на две большие группы: МП с фиксированной разрядностью и фиксированной системой команд и МП с изменяемой разря.1Н0стью и микропрограммным управлением [39]. Преимущества первы.х заключаются в нх дешевизне и простоте применения. В то же время нм присуши серьезные недостатки. Фиксированная структура МП не дает возможности использовать МП в данном применении наилучшим образом. Бы-



стродействне таких МП невелико, что определяется следующими факторами. Эти МП создаются на основе КМОП-технологии [35], так как требуют высокой степени интеграции, а такие микросхемы обладают меньшим быстродействием, чем микросхемы на основе ТТЛ технологии.

Разрядность МП часто оказывается меньшей, чем требуемая по условиям, например, точности, поэтому арифметико-логические операции в этих случаях приходится выполнять несколькими командами. Небольшое число внешних выводов приводит к необходимости их временного разделения (мультиплексирования), что удлиняет машинный цикл МП. Небольшая разрядность МП при большом числе команд и возможности адресации к достаточно большому числу ячеек приводит к необходимости выполнении многих команд за несколько машинных циклов, что также снижает производительность МП. Поэтому однокристальные МП фиксированной структуры целесообразно применять в качестве встроенных в общую систему управления отдельных систем обработки информации в системах локальной автоматизации электроприводов, а также в ряде случаев в общих системах автоматизации, где можно применить несколько микропроцессорных систем (МП-систем) и где быстродействие таких МП оказывается достаточным.

МП-системы, построенные на основе микропроцессорных секций с изменяемыми разрядностью и системой команд, обладают высоким быстродействием, их структура и система команд могут быть наилучшим образом приспособлены к данному конкретному применению. Так как система команд выбирается пользователем, то она может быть аналогична системе команд уже имеющейся ЭВМ (эмулировать ее систему команд), что позволяет использовать уже имеющееся Математическое обеспечение и проводить различного рода испытания и исследования иа этой ЭВМ до создания МП-системы. В то же время стоимость таких МП-систем оказывается выше и, главное, нх создание требует большего времени и большей квалификации разработчиков и обслуживающего персонала. Такие МП-системы применяют в универсальных микро-ЭВМ; в автоматизированном электроприводе нх применение оправдано в первую очередь в системах прямого цифрового управления.

Из однокристальных МП наибольшее распространение получил восьмиразрядный МП типа КР580ИК80А.

Рассмотрим вопросы построения МП-систем иа основе МП с фиксированной разрядностью. Обязательными частями такой системы являются МП, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Объем ПЗУ для записи программ и констант зависит от числа адресных выводов МП, от требуемой длины програм.м, от количества адресов, зарезервированных за внешними устройствами. Обычно для МП-систем, предназначенных для управления автоматизированными электроприводами, достаточен объем ПЗУ 2К-4К слов и объем ОЗУ 256-1024 слова.

Следующим вопросом, возникающим при разработке МП-системы, является способ организации системных шин. Собственно МП может иметь раздельные и совмещенные, работающие в режиме мультиплексирования шины адреса и

данных (в МП типа КР580ИК80А эти и.....ы разделены). Вне зависимости от

этого обмен информацией между МП и остальными устройствами может осуществляться как по раздельным шинам, так и по общей шине.

На рис. 5.1,0 показаны раздельные шипы адреса и данных. Так как код адреса на шине данных присутствует во все время выполнения команды, то во



Шимл aipeea

Шина

йшмых

Периферия

МП D Адрес Чтение Запись

Регистр] адреса

J уфер 1 дантх 1 i

Шина адреса

Шина данных

МП Адрес

ПЗУ ОЗУ

Перифе-t

Рис. 5.1. Организация шин МП-системы:

а -раздельные шины адреса и данных; б - совмещенные шины системы; в - совмещ,енные шины адреса и данных

шнны МП н раздельные

внешних устройствах необходим только дешифратор адреса, определяющий обращение к данному устройству.

На рис. 5.1,6 показан вариант совмещенных шин МП и раздельных шин МП-системы. При совмещенных шинах МП выдает служебный сигнал, указывающий на то, что иа шинах находится код адреса. По этому сигналу код адреса запоминается в адресном регистре и выдается на адресную шину. Код данных выдается на шину данных через двунаправленный буфер.

На рис. 5.1, в показан вариант совмещенных шин адреса и данных. В этом случае кроме дешифратора в каждом внешнем устройстве должен содержаться регистр адреса. Следует сказать, что этот регистр может содержать только небольшое число разрядов, фиксирующих сам факт обращения к данному устройству и адреса в пределах данного устройства.

Применение совмещенных шин упрощает схему соединений МП-системы, но усложняет внешние устройства и увеличивает время цикла. Обычно для систем малой разрядности (до 8) эти шнны разделяются, а для систем большей разрядности они совмещаются.

Двунаправленная шина данных МП в МП-системе может также переходить в двунаправленную либо может разделяться на две однонаправленные. В первом случае упрощаются связи в МП-системе и ее компоновка, ио несколько усложняется связь с периферийными устройствами, так как не все такие устройства, в частности разработанные для других применений без дополнительных узлов, могут работать на двунаправленную шину.

МП-системы для управления электроприводами имеют, как правило, большой набор устройств ввода-вывода, причем обращения к этим устройствам происходят достаточно часто. Поэтому удобство и малое время обращения к этим устройствам имеют важное значение. В этом отношении МП типа КР580ИК80А обладает определенными достоинствами, так как имеет специальные команды для ввода и вывода, адресуемые к 256 устройствам. Кроме того, во многих случаях оказывается целесообразным рассматривать эти устройства как часть памяти МП-системы. Это позволяет воспользоваться для связи с внешними





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 [ 47 ] 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100