Микропроцессорный комплект больших интегральных схем

Микропроцессорный комплект БИС

Идея применения МП для автоматизации технологических процессов состоит в том, чтобы использовать универсальные функциональные узлы в виде больших интегральных схем (БИС). Программирование и приспособление таких БИС к выполнению конкретных задач целиком возлагается на потребителя, то есть в нашем случае – на разработчика систем управления технологическим процессом. БИС, используемые в системах автоматизации технологического процесса должны быть совместимы по номиналам питающих напряжений, уровнем внутрисистемных сигналов и т.д. Такие совокупности получили название МПК БИС.

Интегральные схемы собственно микропроцессора образуют базовый комплект, который может состоять из одной БИС (однокристальный МП), двух БИС (двухкристальный МП) и несколько БИС (многокристальный МП). Микросхемы различают степени интеграции, необходимые для построения остальных устройств системы: ОЗУ, ПЗУ, ввода-вывода – дополняют базовый набор до собственно МПК БИС. Наиболее популярные в настоящее время БИС 8-разрядного МПК, предназначенный для построения программируемых контроллеров САУ и других применений в составе АСУ ТП. Чаще других используются МПК БИС серии К580, которые согласованы по электрическим характеристикам  и формату представления данных с другими сериями БИС.

Основная БИС МПК серии К580 – это микросхема КР580ИК80, которая представляет собой однокристальный 8-разрядный МП в пластмассовом корпусе с 40 выходами.

Архитектура микропроцессорных систем управления

Архитектура определяет состав, назначение, логическую организацию и порядок взаимодействия всех функциональных средств, объединенных для решения проблемы, то есть это весь комплекс программных и аппаратных средств.

В любом МП имеются четыре основных архитектурных элемента: устройство управления, арифметическо-логическое устройство (АЛУ), устройство памяти, устройство ввода-вывода.

АЛУ выполняет предписанные устройством управления арифметические и логические операции над данными, поступающими из устройства памяти или ввода-вывода.

Устройство управления декодирует записанные в программе команды и генерирует сигналы, необходимые для того, чтобы АЛУ и вся система могли выполнять необходимые функции. В МПК устройство управления и АЛУ соединены в одну БИС, которая называется процессором (ЦПЭ) или просто центральным процессором (ЦП), выполняющим все функции обработки данных и управления.

Устройство ввода-вывода (УВВ) обеспечивает связь ЦПЭ с внешними, или периферийными устройствами.

Устройство памяти, или запоминающее устройство (ЗУ) – это место хранения программ и данных закодированных в бинарной (двоичной) форме. Само устройство памяти не может различать, что является данными, а что – программой. Физически память представляет электронное устройство, состоящее из одинаковых регулярно расположенных ячеек, которые присваиваются неповторяющиеся номера – адрес этих ячеек. В каждой ячейки храниться одно машинное слово фиксированной длинны, например 4, 8 или 16 двоичных разрядов. Машинное слово это количество информации, которое может быть записано в память или взять из нее за один цикл.

Организация микропроцессорной системы

Эффективность МП системы управления и особенно потенциальные возможности ее развития в значительной степени зависят от имеющегося периферийного оборудования и возможного подключения дополнительных внешних устройств. Последнее определяется способом связи основных архитектурных элементов системы между собой.

Рисунок 1.

Конфигурация, показанная на данном рисунке, является общей архитектурной формой: центральный процессор соединен со всеми устройствами через общие шины. Физически шины представляют собой печатные проводники или кабели, к которым подключаются все блоки системы. Однонаправленная (передающая информацию в одну сторону) адресная шина дает возможность устройству управления выбирать любое слово в памяти или любое входное и выходное устройство соответствующей комбинацией единиц и нулей на шине. Двунаправленная, то есть действующая в любую сторону, шина данных позволяет передавать информацию от устройства ввода в память или АЛУ и точно так же – из памяти в АЛУ или на устройство вывода. Передаваемая информация может представлять собой команды, адреса, данные.

Достоинство такой архитектуры с общими шинами в том, что она дает возможность практически неограниченно развития систем управления: если необходимо увеличить объем памяти или ввести дополнительные входные и выходные устройства, все новые модели просто подключаются к собственным проводникам системных шин.

Шина данных двунаправленная, но в каждый момент информация может передаваться только в каком-то одном направлении, поэтому необходимо иметь специальный сигнал, указывающий это направление. Такой сигнал вырабатывается ЦП и имеет следующий вид:

ЧТЕНИЕ (ЧТ), то есть в общем случае прием информации ЦП из устройства памяти или устройства ввода;