Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь


Лекция 5. Средства микроконтроллерной вычислительной техники



2015-12-15 1063 Обсуждений (0)
Лекция 5. Средства микроконтроллерной вычислительной техники 0.00 из 5.00 0 оценок




Основные требования, предъявляемые к средствам микроконтроллерной вычислительной техники, используемым для организации АСУ МК:

• надежность и работа в расширенном диапазоне внешних условий;

• наличие развитой системной службы времени;

• легкая конфигурируемость;

• простота системы команд и способов адресации;

• возможность подключения большого количества внешних устройств;

• наличие развитой системы обработки прерываний.

микроЭВМ, используемые в АСУ и АСУ МК, построены на базе различных процессоров: Siemens,Intel и AMD, Motorola MC, AVR, PowerPC и пр. Рассмотрим основные классы средств вычислительной техники, применяемые в АСУ и АСУ МК.

1. «Промышленные» ПЭВМ. Частично решить проблему надежности и устойчивости к неблагоприятным внешним условиям помогает специализированное «инженерное» исполнение, предусматривающее металлический корпус, ударо- и вибростойкое шасси, мощную систему охлаждения, нестандартную компоновку материнских плат и т.п. Типичная промышленная персональная ЭВМ снабжается большим количеством различных сетевых и системных интерфейсов для подключения внешних устройств.

Назначение – сбор данных и управление многими объектами с большим числом точек доступа в масштабах цеха или предприятия; сбор, обработка, визуализация и хранение потоков данных, поступающих из локальных узлов, в качестве которых выступают промышленные контроллеры и микроконтроллеры.

2. Промышленные контроллеры и программируемые логические контроллеры (ПЛК) – полноценные микроЭВМ, которые невелики по размерам, недороги, обладают сравнительно небольшой вычислительной мощностью (тактовая частота процессора – несколько десятков МГц, объем оперативной памяти – до нескольких МГб), но развитыми средствами коммуникаций. Обычно, к ним не подключаются ни клавиатура, ни монитор, а весь обмен с оператором идет через имеющиеся интерфейсы (например, через RS-232). Часто промышленные контроллеры выполняются в виде функциональных модулей магистрально-модульных систем. Основное назначение – решение несложных задач сбора и обработки данных и локального управления в масштабе станка, промышленной установки, автономного агрегата и т.п. Типичное применение – работа в качестве одного из узлов сети и/или управляющего модуля магистрально-модульной системы.

3. Цифровые сигнальные процессоры (DSP) и цифровые микроконтроллеры (МК) – компактные и дешевые устройства, предназначенные для решения несложных типовых задач автоматизации управления во встроенных и бортовых системах. DSP и МК часто выполняются в виде одной микросхемы (или в виде «чипсета» – комплекта микросхем), интегрирующей в себе ряд устройств: АЛУ, ОЗУ, ПЗУ для хранения программ, АЦП, ЦАП, простой интерфейс передачи данных и т.п. Основное отличие МК от DSP заключается в том, что DSP проблемно-ориентированны, в их системе команд присутствуют специализированные машинные команды, реализующие алгоритмы цифровой обработки сигналов; MK более универсальны. Примеры: микросхемы фирм ESS и YAMAHA в звуковых картах ПЭВМ; чипсеты Rockwell в модемах; микроконтроллер AT43USB351M с ПЗУ 24 Кб, ОЗУ 1 Кб, 10-разрядным АЦП, 8 и 16-битовыми таймерами-счетчиками и программируемым USB-интерфейсом.

Альтернативой микроконтроллерам могут служить ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы).

Вопросы и задания к Лекции 3-5

1. Измерительный канал состоит из двух последовательно соединенных компонентов: 1) с функцией преобразования Y=A*X+B; 2) с функцией преобразования Y=C*X+D? Какова полная функция преобразования всего канала? Какую формулу надо использовать, чтобы по полученному на выходе измерительного канала значению рассчитать значение, поданное на его вход? Как поступить в случае нелинейных функций преобразования?

2. Сигнал на выходе датчика изменяется в пределах ±1В, а АЦП рассчитан на диапазон ±7.5В. Предложите схему усилителя и номиналы резисторов.

3. Пределы измерения АЦП составляют ±5В, разрядность – 8 бит. Какова погрешность дискретизации в вольтах? В процентах?

4. Время преобразования АЦП составляет 22.7 мкс. Какова максимальная частота дискретизации сигнала, которую можно достичь с этим АЦП?

5. Данные по интерфейсу RS-232 передаются пакетами, состоящими из одного стартового, 8 информационных и одного стопового бита со скоростью 115 кбит/с. Какова продолжительность передачи одного бита? Одного пакета?

Лекция 6-8 Программные средства АСУ МК

Операционные системы

Основные требования, предъявляемые к операционным системам (ОС), используемым в АСУ и АСУ МК:

• предсказуемость поведения во временной области;

• масштабируемость (т.е. возможность получать сверхкомпактные и сверхбыстрые варианты ОС за счет отключения ряда компонентов и функций).

ОС, удовлетворяющие требованию предсказуемости поведения во временной области, называются операционными системами реального времени (ОС РВ). ОС, удовлетворяющие требованию масштабируемости, называются встраиваемыми операционными системами. Современные ОС, предназначенные для использования в АСУ и АСУ МК, обычно удовлетворяют обоим требованиям.

Все компоненты «монолитной» ОС работают в режиме супервизора в едином адресном пространстве. Главное достоинство таких ОС – высокая производительность. Главный недостаток – невозможность внесения каких-либо изменений в структуру операционной системы в процессе ее эксплуатации, т.е. плохая масштабируемость. Другой недостаток – невысокая реактивность системы, т.к. если внешнее событие, требующее немедленной реакции, происходит во время выполнения задач уровня ядра, то обработка этого события задерживается до возвращения на уровень приложений.

Особенность «микроядерных» ОС – наличие компактного и быстродействующего «микроядра», работающего в режиме супервизора, а все остальные компоненты операционной системы, включая менеджеры ресурсов, при этом работают в непривилегированном режиме. «Микроядерный» подход обеспечивает хорошую гибкость и масштабируемость операционной системы, малое время реакции на внешние события. С другой стороны, «микроядерные» операционные системы отличаются относительно невысокой производительностью, т.к. при работе происходят частые переключения из режима в режим.

Встраиваемые ОАСУ МК преимущественно строятся в соответствии с «микроядерной» архитектурой. В фирменной документации на ОАСУ МК обычно указывают числовые значения временных характеристик, таких как:

• предельное время переключения с задачи на задачу;

• предельная задержка между возникновением прерывания и началом его обработки;

• предельное время выполнения запроса прикладной программы к ядру ОС;

• предельное время переключения из режима «супервизора» в «непривилегированный» режим и обратно, и т.п.

Поскольку программное обеспечение АСУ НА МК должно взаимодействовать со многочисленными процессами внешнего мира и реагировать на многочисленные события (в том числе и происходящие одновременно), то встраиваемые ОАСУ НА МК должны поддерживать работу в режиме многозадачности. В этом режиме несколько программ (называемых задачами или вычислительными процессами) могут выполняться одновременно.

На самом деле, если процессор один, то задачи выполняются не одновременно, а поочередно – короткими временными отрезками. Пока выполняется одна задача, другие ожидают. Для организации ожидания обычно используются две очереди (см. рис. 3.3):

• очередь готовых для исполнения задач;

• очередь задач, заблокированных отсутствием необходимых ресурсов.

В очереди второго типа могут, например, располагаться задачи, требующие обращения к диску, занятому другой - выполняющейся в настоящий момент задачей.

 



2015-12-15 1063 Обсуждений (0)
Лекция 5. Средства микроконтроллерной вычислительной техники 0.00 из 5.00 0 оценок









Обсуждение в статье: Лекция 5. Средства микроконтроллерной вычислительной техники

Обсуждений еще не было, будьте первым... ↓↓↓

Отправить сообщение

Популярное:
Как построить свою речь (словесное оформление): При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою...
Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение...
Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1063)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.01 сек.)