Этапы проектирования микропроцессорных систем управления (МПСУ)

Программно-аппаратная реализация функций управления в микропроцессорных системах обуславливает особый подход к процессу проектирования таких систем. Прежде всего это связано с необходимостью совместной разработки аппаратных средств и программного обеспечения системы, причём объём затрат на разработку аппаратуры постоянно уменьшается по отношению к суммарным затратам на программирование.

При проектировании МПСУ рекомендуется использовать концепцию нисходящего проектирования, сущность которой заключается в том, что проектируемую систему разбивают на несколько уровней представления. На высшем уровне используется наименее детализированное описание системы, отражающее только самые общие черты и особенности системы, на следующих уровнях степень подробности рассмотрения возрастает, при этом система рассматривается не в целом, а отдельными блоками. Такой подход позволяет разбить процесс проектирования на несколько этапов, на каждом из которых решаются задачи реализации определённого уровня представления системы. При этом сложные задачи большой размерности разбиваются на группы последовательно решаемых простых задач.

При нисходящем проектировании МПСУ исходят из желаемых свойств системы, описанных на высшем уровне. Постепенно уточняя и разбивая задачи управления на более мелкие, приходят к низшему уровню, на котором система представлена в виде совокупности электронных схем и программ реализации простейших функций управления.

Весь процесс проектирования МПСУ может быть представлен в виде алгоритма:

На первом этапе проектирования формируются требования к системе, уточняются цели и задачи управления, определяются особенности и технические характеристики объекта управления.

На втором этапе осуществляется функциональное проектирование системы, в ходе которого определяется последовательность решения задач, устанавливаются потоки информации между задачами, определяются необходимые средства сопряжения устройства управления с объектом, формируются основные требования к архитектуре микропроцессора. Результатом данного этапа должна явиться разработка функциональной схемы системы управления, которая представляется в виде совокупности функциональных блоков, связанных между собой потоками информации.

Каждый функциональный блок решает определённую задачу управления и может быть реализован как аппаратными, так и программными средствами. Выбор способа реализации в каждом конкретном случае обосновывается техническими или экономическими соображениями.

Один из наиболее ответственных этапов проектирования микропроцессорных систем автоматического управления – выбор микропроцессорных средств, который производится с учётом требований к проектируемой системе и возможностей конкретного микропроцессора. Правильный выбор микропроцессорного комплекта во многом предопределяет успешную реализацию проекта.

Следующие два этапа, в ходе которых осуществляется проектирование аппаратных средств и программного обеспечения, выполняются параллельно. При проектировании аппаратных средств сначала разрабатывается конфигурация системы, определяются способы взаимодействия элементов, производится выбор устройств ввода-вывода и памяти, разрабатывается принципиальная схема и изготавливается прототип. На этапе программирования определяется состав программного обеспечения, строятся алгоритмы решения функциональных задач, выбирается язык программирования, производится трансляция управляющей программы, написанной на языке программирования, в коды команд микропроцессора.

На заключительном этапе производится объединение аппаратных средств и программного обеспечения в единый комплекс, отладка системы и оценка её эксплутационных характеристик.