8(495)909-90-01
8(964)644-46-00
pro@sio.su
Главная
Системы видеонаблюдения
Охранная сигнализация
Пожарная сигнализация
Система пожаротушения
Система контроля удаленного доступа
Оповещение и эвакуация
Контроль периметра
Система домофонии
Парковочные системы
Проектирование слаботочных сетей
Аварийный
контроль
Раздел: Документация

0 1 2 3 4 ... 39

Принципиальное различие между микрокомпьютером и универсальным (большим) электронно-вычислительным комплексом состоит в их основном назначении и особенностях применения.

Производители универсальных вычислительных машин выпускают компьютеры стоимостью от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов йен1, комплектуя их всеми современными аппаратными и программными средствами, включая практические руководства для всевозможных приложений. Составление собственных программ для универсального компьютера осуществляется на каком-либо из языков программирования так называемого высокого уровня (Бейсик, Фортран, Кобол, Паскаль и т. п.).

Напротив, при работе с микрокомпьютером владение языками высокого уровня окажется недостаточным. Дело в том, что ни микрокомпьютер, ни универсальная ЭВМ не являются полиглотами. Они понимают только свой собственный так называемый «машинный язык». Специальная программа - компилятор - выполняет роль переводчика, превращая текст программы, составленной пользователем, скажем, на языке Фортран, в последовательность команд, выполняемых затем компьютером. Компилятор в обязательном порядке входит в комплект поставляемого программного обеспечения для универсального компьютера. При работе с микрокомпьютером вы будете вынуждены общаться с ним на понятном ему языке.

Некоторые области применения больших универсальных ЭВМ и микрокомпьютеров показаны на схеме (Рис. 1.1). Универсальные ЭВМ (Рис. 1.1а) нашли широкое применение в тех областях, где требуется большой объем памяти и высокая производительность. В микрокомпьютерной технике (Рис. 1.16) выделяют два основных направления - контроллеры (управляющие микрокомпьютеры) и микропроцессоры, используемые для обработки данных.

Микропроцессорное направление предполагает использование микрокомпьютеров, главным образом, в качестве вычислительных блоков измерительных приборов, бытовых, инженерных или офис-

1 Одна тысяча японских йен эквивалентна 7.8 долл. США (по курсу ЦБ РФ на 15.05.2002 г. - прим. редактора перевода).

человека. Однако отрицать достижения в области компьютерной электроники сегодня не осмелится никто.

Лишь несколько десятков лет отделяет нас от момента появления первого компьютера. За этот сравнительно короткий период времени компьютерная техника проникла во все области деятельности современного человека. С помощью компьютеров мы можем, не выходя из дома, заказать билеты на самолет или поезд, увидеть по телевизору трансляцию Уимблдонского турнира по теннису через спутник связи. Результаты незаметной для глаза работы компьютеров можно обнаружить во всем, что нас окружает. Они обеспечивают работу банкоматов и безопасность движения поездов метро, требуемый режим приготовления блюда в микроволновой печи и управление тормозной системой автомобиля. Лишь благодаря компьютеру в наш обиход вошли такие понятия, как компьютерное проектирование, компьютерная графика, компьютерная музыка, компьютерные игры. Для некоторых экран компьютера стал окном в виртуальный мир, заменяющий им мир реальный. Миллионы компьютеров, соединенных в единую глобальную сеть Интернета, образуют небывалое по своим возможностям коммуникационно-информационное поле, в котором человек ощущает себя частью мирового сообщества. Своей столь стремительной карьерой компьютер обязан прежде всего кардинальным достижениям в электронике. Первые компьютеры - электронно-вычислительные машины (ЭВМ) - были построены на электронных лампах и представляли собой достаточно громоздкие сооружения. Для размещения одной ЭВМ требовалось отдельное помещение, а то и целое здание! Каждый новый этап развития компьютерной техники был связан с переходом на более совершенную элементную базу: от лампы к транзисторам, от транзисторов к интегральным схемам (ИС), а затем к большим интегральным схемам (БИС). В результате появилось компактное электронное устройство, известное всем под именем «компьютер», в миллион раз превосходящее первые ЭВМ по быстродействию и производительности. Именно БИС положили начало технологии производства микрокомпьютер ов.

Несмотря на малые размеры, микрокомпьютер по своим функциональным возможностям почти не отличается от большой ЭВМ.

Рис. 1.2. Различные значения слова «управление»

В определенном смысле работу с универсальным компьютером можно уподобить обеду в дорогом ресторане: для того чтобы насладиться трапезой, достаточно овладеть манерами поведения за столом и знать названия блюд. Тогда про микрокомпьютер можно сказать, что это «блюдо, приготовленное по домашнему рецепту». Его создание начинается с подбора ингредиентов и кухонного инвентаря. Затем нужно тщательно выдержать температурный режим. В завершение следует добавить соответствующие специи, придающие кушанью неповторимый вкус, отражающий вашу индивидуальность в кулинарных пристрастиях.

Наша книга для тех, кто предпочитает вкусную, здоровую и, что немаловажно, недорогую домашнюю пищу разорительным обедам в ресторане. Однако прежде чем мы в полной мере овладеем кулинарным искусством, потребуется определенная доля упорства и терпения. То же можно сказать в отношении техники создания

/ Так как \ же приготовить \ домашнее блюдо под

названием «микрокомпьютер" ?

1.2. Функции контроллеров бытовых приборов

микрокомпьютерных систем - без знаний и практики вы не достигнете качества, соответствующего вашему взыскательному вкусу.

Основная цель написания книги заключалась в том, чтобы помочь читателю сделать первый - самый трудный - шаг в увлекательный мир микрокомпьютеров, вносящих гармонию и порядок в работу разнообразных приборов и устройств, окружающих современного человека на работе, в быту и на отдыхе.

Необходимо помнить, что в отли-

........чие от универсальной ЭВМ микро-

ФУНКЦИИ

КОНТРОЛЛЕРОВкомпьютер предназначен для управ-

БЫТОВЫХ ПРИБОРОВ леНИЯ конкретным техническим устройством. Попробуем выяснить на примере наиболее распространенных окружающих нас приборов, какую роль выполняют встроенные в них контроллеры и какие новые эксплуатационные качества приобретают эти приборы, если снабдить их микрокомпьютерами.

К числу постоянно используемых бытовых устройств, дополненных микрокомпьютерами, относятся кондиционеры. Работа контроллера, управляющего кондиционером, заключается в своевременной подаче команд «включить»/«выключить». В зависимости от состояния на входах контроллера одна из этих команд подается на реле, контакты которого принимают состояние «замкнуто» или «разомкнуто». На Рис. 1.3 представлена схема, поясняющая назначение входов и выходов контроллера бытового кондиционера, выполняющего различные функции.

Главная задача кондиционера - контроль температуры в помещении. Он работает следующим образом. Система автоматического регулирования сравнивает установленное значение температуры с показаниями датчика температуры в помещении и в соответствии с ними подает команды на включение или выключение вентилятора и нагревателя. Кроме того, если установлен режим «спокойной ночи», таймер через час автоматически повысит установленную температуру на 3°С (а при включенной системе отопления понизит ее на 5°С). Заданная температура в помещении будет автоматически поддерживаться таким образом, чтобы скомпенсировать ночное понижение температуры наружного воздуха. В задачу

контроллера входит также автоматическое регулирование воздушного потока и отработка функции задержки (3 минуты) при повторном запуске. С помощью дисплея контроллер осуществляет индикацию температуры в помещении. Он оснащен счетчиком времени работы вентилятора. По истечении 100 часов эксплуатации фильтра загорается контрольная лампа, извещая о необходимости его чистки или замены. Таким образом, относительно недорогой встроенный микрокомпьютерный контроллер превращает обычное механическое устройство в современный бытовой прибор, способный выполнять «тонкие» функции, которые до недавнего времени могли быть реализованы ценой затрат, несопоставимых с достигаемым при этом уровнем комфортности.

В качестве еще одного примера рассмотрим работу встроенного контроллера швейной машины. В то время как в бытовом кондиционере исполнительные устройства выполнены в виде реле, управляемых с помощью команд «включено»/«выключено», в швейной машине привод осуществляется с помощью электродвигателя, а ос-

. - 1.2. Функции контроллеров бытовых приборов

новными функциями контроллера являются управление скоростью приводного электродвигателя и контроль положения швейной иглы. Функциональная схема встроенного контроллера швейной машины представлена на Рис. 1.4.

На входы контроллера подаются сигналы датчиков, установленных на механических частях швейной машины. Контроллер должен обеспечивать устойчивое вращение двигателя во всем рабочем диапазоне скоростей независимо от колебаний напряжения и частоты источника питания, а также от изменения нагрузки, которая зави-

Вход

Контроллер

Датчик скорости

(Датчик вращения>

(Датчик положения иглы

(Датчик исходного положения

(Переключатель режима работы

Синхросигнал \ I источника питания 1 переменного тока J \

Выполняемые функции

•Регулирование скорости злектродвигателя

в Установка режимов прямой и фигурных строчек, индикация выбранного режима

•Автоматическая установка в режим прямой строчки

•Автоматическое распознавание частоты напряжения

(50 или 60 Гц) в сетях злектропитания

• Обеспечение устойчивой работы злектродвигателя

в Автоматизация режима штопки

Переключатель каретки

Переключатель скорости

(Переключатель выбора Д-рисунка строчки у~

АЛЛ/1

Выход

Устройство Д управления пможением 1 ч иглы /

Схема запуска двигателя

Шаговый двигатель

Устройство \ управления рисунком ) строчки J

--~--

Индикатор выбранного рисунка строчки

Пусковой выключатель

Устройство отключения при обрыве нити

Рис. 1.4. функциональная схема контроллера швейной машины


сит от плотности и количества слоев прошиваемой ткани. Для выполнения этой задачи схема управления скоростью вращения двигателя производит анализ состояния на входах контроллера, которое определяется совокупностью сигналов, поступающих с датчика скорости, датчика синхросигнала источника питания и датчика положения переключателя скорости. В соответствии с этими сигналами выдаются команды в схему управления электродвигателем. При установке одной из 20 стандартных фигурных строчек на индикаторе высвечивается название строчки. Одновременно приводится в движение шаговый двигатель выбора строчки и электромагнитный механизм горизонтального перемещения иглы в соответствии с выбранным рисунком шва. Контроллер следит также за тем, чтобы двигатель останавливался, когда игла находится в крайнем верхнем положении. Дополнительные функции контроллера: автоматическая остановка двигателя при случайном нажатии любой из кнопок во время вращения, установка режима прямой строчки при включении питания и т. д.

Итак, швейная машина, оснащенная микрокомпьютером, помимо свойств обычного механического прибора, приобрела также и преимущества электронного устройства. В данном случае удачно используется способность контроллера анализировать входные сигналы и выполнять такие новые функции, реализация которых средствами одной только механики была бы невозможной. В результате такой модернизации швейная машина стала изделием, потребительская стоимость которого существенно возросла.

Рассмотрев приведенные выше примеры с бытовым кондиционером и швейной машиной, мы выяснили, что в качестве входных устройств управляющий микрокомпьютер использует выключатели, потенциометры и всевозможные датчики. Выходными устройствами являются реле, светодиоды, дисплейные панели, электромеханические приборы (соленоид, электродвигатель и т. д.). Если вы собираетесь приспособить микрокомпьютер для управления каким-либо прибором, вы должны сами подобрать и смонтировать устройства ввода-вывода в соответствии с решаемой задачей.

Попробуем теперь сравнить работу АЛГОРИТМ РАБОТЫмикрокомпьютера с деятельностью

МИКРОКОМПЬЮТЕРА мозга человека. Как было показано в

предыдущем разделе, микрокомпьютер, встроенный в бытовой прибор, получает сигналы от входных устройств (подобно тому, как человек получает внешнюю информацию, пользуясь своими пятью органами чувств). Соответствующим образом обработав эти сигналы, он посылает команды на выходные устройства (аналогично тому, как человеческий мозг подает управляющие сигналы своим «исполнительным устройствам» - рукам и ногам).

Микрокомпьютер, работу которого мы сравнили с работой человеческого мозга, следует заранее заложенной программе. Он анализирует ситуацию исходя из информации, поступающей в виде входных сигналов, и формирует предусмотренные программой команды для исполнительных устройств. Любая программа представляет собой последовательность команд, выполняемых компьютером, которые, в конечном счете, приводят к решению поставленной задачи. Такой порядок выполнения операций, который задается и реализуется для решения поставленной задачи и учитывает все возможные варианты событий, часто называют алгоритмом. Микрокомпьютеры используются в самых различных областях. Один и тот же микрокомпьютер может совершать различные действия в зависимости от содержания программы. Именно качество программы определяет эффективность работы микрокомпьютера.

Как было сказано выше, в зависимости от характера команд, составляющих программу, микрокомпьютер осуществляет анализ и обработку информации. Рассмотрим подробнее, каким образом организован процесс выполнения программы. Для этого, используя общепринятую систему записи алгоритмов, попытаемся проследить последовательность работы двух микрокомпьютеров, один из которых управляет игровым автоматом, а другой занимается куда более серьезным и ответственным делом - управляет системой впрыска топлива автомобильного двигателя.

Самые первые игровые автоматы типа «сокровищница» были сконструированы из механических элементов и не имели управляющего электронного процессора. Впоследствии появились модер-


Основные знаки алгоритма схемы

/ 7 LCD О

Вход или выход АрифметическоеУсловный

выражениепереход

CD □с=э

Предварительные ПроцедураНачало или

операцииокончание

Линия направления

О

Адрес перехода

низированные модификации автоматов, оснащенных управляющим микрокомпьютером, без существенной переделки механической схемы. Модернизированные автоматы устанавливались в игровых залах вместе с автоматами старого типа и отличались от них наличием небольшой коробочки, прикрепленной к тыльной стенке корпуса, в которой и размещался микрокомпьютер. На Рис. 1.5 показаны схемы алгоритмов работы игровых автоматов обоих типов.

Сначала проследим алгоритм работы игрового автомата первой модификации (Рис. 1.5а). Если шары попадают в определенное отверстие, имеющее профиль в форме буквы V, подается напряжение

Q

Небольшое замечание по поводу работы игрового автомата

Изменение программы встроенного микрокомпьютера

игрового автомата или перенастройка электронной схемы без согласия фирмы-изготовителя преследуются по закону. И если из автомата вдруг перестали выпадать призовые шары, хотя еще накануне они выскакивали почти безостановочно, вряд ли причиной тому сбой в работе электронной схемы. Думаю, что все дело в системе подачи шаров...

* Запуск * электронной

схемы «музыкальной шкатулки»

На электроприводное устройство подается напряжение, и крышка открывается

Звучит электронная шкатулка

Полностью механический игровой автомат

С

Ничто

/ #=0 \ \ МАХ= 18 /

* Запуск схемы * электропривода крыльев самолета

Шар еще р<п\НЕТ

попал в отверстие V?

МАХ= МЛХ+М

Модель самолета приходит в движение

Подсчет числа N

НЕТ

МАХ= 180

НЕТ

Игровой автомат g с электронным контроллером

Рис. 1.5. Алгоритмы работы игрового автомата (а) первой модификации и (б) модернизированной версии

на электромеханическое устройство, которое открывает большую крышку, расположенную в нижней части автомата. Одновременно включается «музыкальная шкатулка», оповещая играющего о том, что шар попал в отверстие V. Эта последовательность выполняется



0 1 2 3 4 ... 39