Структура микропроцессорной системы управления и ее основные компоненты

в состав микропроцессорных СУ (рис. 7.3) входят: объект управ-

ления ОУ (например, ДГ или СГ); пульт управления ПУ; микро-ЭВМ;интерфейсные (сог-

ласующие) устройства ИУ1 и ИУ2; датчики Д; усилители мощности УМ; исполнительные механизмы ИМ; блок инди­кации БИ (в большинстве случаев он встроен в ПУ, но на рис. 7.3 показан отдельно с целью упрощения структурной схемы).

Помимо перечисленных компонентов, в состав таких СУ входят каналы пере­дачи данных, контроллеры и др.

МикроЭВМ - вычислительная машина, представляющая собой совокупность микро

процессора МП, -устройств ввода УВв и вывода УВыв информации, запоминающих уст-

ройств ОЗУ и ПЗУ.

Процессором ЭВМ называется устройство для автоматической обработки цифро-

вой информации по заданному алгоритму.

Процессор, выполненный в виде одной или нескольких микросхем с высокой степе

нью интеграции, называется микропроцессором.

Микропроцессоры СУ обычно выполняют ограниченный объем арифме­тических операций, что позволяет упростить структуру и свести к минимуму размеры МП.

В состав МП входят: арифметико-логическое устройство АЛУ, устройство управле

ния УУ и рабочие регистры РР.

Рис. 7.3. Структурная схема микропроцессорной системы управления

Арифметико-логическое устройство предназначено для выполне­ния арифметиче-

ских и логических операций.

К первым из них относят­ся сложение, вычитание, преобразование двоичных чисел и др., ко вторым - инверсия, конъюнкция, дизъюнкция и др.

Это устройство построено на сумматорах, элементная база которых состоит из 1-раз­рядных сумматоров, регистров сдвига, инверторов и т. д. на основе интегральных мик-

росхем.

Устройство управления обеспечивает выполнение операций в определенной после

довательности, заданной алгоритмом, а также связи микропроцессора с ОЗУ, ПЗУ, УВв и УВыв.

Элементной базой УУ являются дешифраторы на основе интегральных микросхем.

Рабочие регистры, служащие для временного хранения и преобра­зования данных и команд, строятся на типовых элементах - триггерах и логических схемах И, ИЛИ, НЕ.

Запоминающие устройства реализуют прием, хранение и выдачу информации и программ ее обработки. Их подразделяют на постоянные (ПЗУ) и оперативные (ОЗУ).

Постоянные запоминающие устройства ПЗУ используют для хранения программ работы МЛ и констант, причем информация, заложенная в ПЗУ, не теряется при отключе

нии питания.

Оперативные запоминающие устройства ОЗУ применяют для хранения данных,.которые обрабатываются при помощи МП.

Для построения запоминающих устройств используют кольцевые ферритовые сер-

дечни­ки или БИС.

Характерной особенностью микроЭВМ является наличие стековой памяти.

Стеком называют запоминающее устройство "магазинного" типа, ячейки которого заполняются последовательно (одна за другой). Аналогично, ячейка за ячейкой, происхо-

дит вывод информации из стека.

Таким образом, перемещение чисел внутри стека напоминает перемещение патро-

нов внутри магазина пистолета.

Стековая память позволяет упростить обработку программ и повысить быстродейст

вие АЛУ. В качестве стека может использоваться отдельная микросхема или просто часть ОЗУ.

В сложных микропроцессорных системах для хранения больших объемов информа

ции используют внешние запоминающие устройства, конструктивно не объединенные с блоками ЭВМ и реализуемые на магнитных лентах, дисках или барабанах.

Устройства ввода и вывода информации предназначе­ны для ввода обрабатывае-

мой информации в МП, вывода и наглядного представления обработанной информации.

Для ввода информации используют пульты управления с клавиатурой, выключате

лями, переключателями и т. д., а также пишущие машинки и телетайпы с перфопристав

ками, оптические считывающие устройства и др. Для вывода информации применяют бумажные ленты с цифровым и бук-венно-цифровым текстом, графиками, а также дисплеи, экраны, табло, микрофильмы и др.

Совокупность информационных каналов микроЭВМ называется шинами.

Шины выполняют в виде пучка проводов или печатной схемы и подразделяют на 3 вида: адресные, данных и управления.

Шина адресная ША предназначена для передачи адреса ячейки памяти с данными или командой от микропроцессора к ОЗУ, ПЗУ, УВв и УВыв. С помощью ША открывается или выбирается правильный тракт для электрического соединения между собой отдель-

ных компонентов микропроцессорной системы. Эту шину называют 1-направленной, так как информация поступает в одном направлении - от МП к перечис­ленным выше компо-

нентам.

Для микропроцессоров типов 8080, 8085, применяемых в судовых СУ, характерна 16-разрядная ША, состоящая из 16 физических линий, выводы которых обозначают А …

А .

Шина данных ШД - это 2-направленная линия для обмена данными между отдель-

ными компонентами микроЭВМ.

Для микропроцессоров типов 8080, 8085 характерны 8-разрядные ШД, их выводы обозначают А …А .

Шина управления ШУ предназначена для передачи тактовых, синхронизирующих сигналов, а также информации о состоянии (стату­се) компонентов микроЭВМ.

Часть линий ШУ является 1-направленной, часть - двунаправленной, поэтому на рис. 7.26 направленность этой шины не обозначена.

У микропроцессоров типов 8080, 8085 на этой шине действуют сигналы SYNC ("Синхронизация"), DBJN ("Ввод дан­ных") и др.

Объединение различных компонентов микропроцессорной СУ должно проводиться с учетом характера и временных параметров сигналов на стыках между компонентами.

Чтобы сигналы были совмес­тимыми, применяют вспомогательные устройства, называемые интер­фейсными. Эти устройства можно разделить на 2 группы.

Первая груп­па обеспечивает подключение ОЗУ, ПЗУ, УВв и УВыв к шинам МП и решает задачи синхронизации и управления шинами, а также выборки компонентов, обес-

печивающих своевременную передачу данных между МП и выбранным компонентом.

Вторая группа обеспечивает «стыковку» микроЭВМ с внешними компонентами (например, с периферийными устройствами, каналами передачи данных, контроллерами) и преобразование внешних сигналов в сигналы, совместимые с сигна­лами на шинах, а так-

же обратное преобразование.

Так, если датчики Д имеют аналоговые выходные сигналы, интерфейсное устройст

во ИУ1 может представлять собой АЦП. В то же время для управления работой механиз-

ма ИМ (например, серводвигателем ПД генератора) могут использоваться аналоговые сиг-

налы. В этом случае интерфейсное устройство ИУ2 представляет собой ЦАП.

В общем случае совокупность унифицированных технических и программных средств, используемых для сопряжения компонентов в вычислительной системе или меж-

ду системами, называют интер­фейсом.

В настоящее время на базе микроЭВМ разработаны и успешно эксплуатируются микропроцессорные СУ, обеспечивающие автомати­ческое управление комплексами судо-

вых систем и механизмов (напри­мер, энергетической и электроэнергетической установка-

ми).