Раздел 1 Элементы систем автоматического управления

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время во всех отраслях народного хозяйства – в промышлен­ности, энергетике, транспорте, сельском хозяйстве и в научных исследованиях широко используются средства автоматики и вычислительной техники.

Автоматика – отрасль науки и техники об управлении различными процес­сами и контроле их протекания, осуществляемых без непосредственного участия человека. Развитие автоматики способствует техническому прогрессу и опреде­ляет его главные черты.

Дисциплина «Основы автоматики и микропроцессорной техники» изуча­ется учащимися заочной формы обучения самостоятельно по рекомендуемой литературе. Теоретическое изучение дисциплины расширяется и углубляется выполнением лабораторных работ и домашней контрольной работы.

Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных учащимися по дисциплинам «Теоретические основы электротехники», «Основы промышлен­ной электроники», «Основы электропривода», «Электрические измерения», «Прикладная информатика».

В свою очередь дисциплина является базовой для изучения дисциплин «Системы автоматизированного управления электроприводами», «Электрообо­рудование предприятий и гражданских зданий», «Монтаж и накладка электро­оборудования».

Изучаемый материал необходимо конспектировать. После изучения темы следует ответить на вопросы для самоконтроля к данной теме.

В результате изучения дисциплины « Основы автоматики и микропроцес­сорной техники» учащийся

должен знать на уровне представления:

- классификацию микропроцессорных устройств систем автоматики;

- основные элементы систем автоматического управления непрерывного и дискретного действия;

- современные достижения науки и практики в области микропроцессор­ных устройств и систем;

- классификацию систем автоматики;

должен знать на уровне понимания:

- принципы работы силовых преобразователей в составе электропривода;

- принцип работы датчиков, применяемых в замкнутых системах управле­ния;

- основные устройства, входящие в состав персонального компьютера, программируемых контроллеров;

- принципы построения, структурные схемы и основные характеристики систем автоматического управления, микропроцессорной техники, персональ­ных микроЭВМ, программируемых контроллеров;

должен уметь:

- читать элементарные схемы систем автоматического управления дис­кретного и непрерывного действия;

- определять работоспособность цифровых микросхем элементов ЭВМ;

- определять конфигурацию микропроцессорной системы;

- диагностировать и контролировать правильность функционирования устройств автоматики и микропроцессорной техники;

- пользоваться нормативной и справочной литературой.

Для успешного усвоения знаний рекомендовано использовать наглядные пособия, макеты элементов автоматики, раздаточный материал, плакаты по изу­чаемым темам, лабораторные стенды. Теоретические и лабораторные занятия проводить с использованием активных методов обучения, с решением конкрет­ных производственных задач, деловых игр.

Изучение дисциплины завершается сдачей экзамена, который позволяет учащимся обобщить и закрепить полученные ранее знания, а преподавателю – оценить глубину этих знаний.

 

 

1СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ

РЕКОМЕН­ДАЦИИ ПО ЕЕ ИЗУЧЕНИЮ

Введение

 

Содержание программы

Задачи и содержание дисциплины.

Цели и задачи автоматики и микропроцессорной техники как основы со­временного технического прогресса. Перспективы их развития. Классификация систем автоматики и систем автоматического управления. Характеристика лите­ратуры по дисциплине.

 

Методические указания

Весь путь развития техники может быть охарактеризован постепенным ос­вобождением человека от непосредственного участия в технологическом про­цессе.

Автоматика – процесс, при котором функции управления и контроля осу­ществляются методами и средствами автоматики.

Системы автоматики в зависимости от выполняемых функций,
делятся на:

-автоматические системы контроля;

- автоматические системы регулиро­вания;

- автоматические системы управления;

Автоматические системы управления подразделяются на:

-разомкнутые;

- замкнутые (автоматические системы регулирования).

Таким образом, автоматическое регулирование является частным случаем более общего понятия_автоматического управления.

В системах автоматики расстояние между объектом управления или кон­троля и пунктом управления или контроля невелико. Если же это расстояние та­кое большое, что для его преодоления необходимо применять специальные тех­нические средства (линии связи, приемники, передатчики), то системы автома­тики преобразуются в системы телемеханики.

Первые автоматические устройства получили применение еще в XVI веке, в период промышленной революции. Интенсивное развитие автоматики вызвало необходимость выделения ее в самостоятельную область науки и техники, что и было осуществлено в 1930 году на второй международной энергетической кон­ференции.

Новое качественное развитие автоматика получила после создания элек­тронных вычислительных машин, позволяющих быстро автоматизировать новые области деятельности человека – процесс вычисления, научные исследования, проектирование, планирование. С совершенствованием ЭВМ стало возможным автоматизировать целиком предприятия, а в настоящее время создаются автома­тизированные системы управления целыми отраслями хозяйства.

В зависимости от сложности задач управления в системах автоматики ис­пользуют микропроцессоры, программируемые контроллеры и микроЭВМ.

Микропроцессор (МП) – это программируемое устройство обработки ин­формации и управления, выполненное на одной или нескольких больших инте­гральных микросхемах, состоящее из операционной и управляющей частей и осуществляющее ввод и вывод информации, принятие решений, арифметические и логические операции.

Информация может быть дискретной (прерывистой) и аналоговой (непре­рывной). Отсюда системы автоматизированного управления могут быть цифро­выми и аналоговыми.

 

Контрольные вопросы

1 Дайте определения следующим понятиям: автоматика;
автоматизация; частная, комплексная и полная автоматизация; управление; теле­механика.

2 Какие ученые внесли свою лепту в развитие автоматизации и вычисли­тельной техники?

3 Когда автоматику выделили в самостоятельную область науки и техники? Чем это было вызвано?

4 Когда появилась первая вычислительная машина? Дайте
определение микропроцессора.

5 Как классифицируются системы автоматики в зависимости от выпол­няемых функций? Изобразите структурные схемы систем автоматики.

 

Раздел 1 Элементы систем автоматического управления

Тема 1.1 Датчики

Содержание программы

Классификация датчиков. Параметрические датчики (датчики активного сопротивления, индуктивные, емкостные). Генераторные (фотоэлектрические, термоэлектрические, пьезоэлектрические). Назначение, принцип действия, тех­нические характеристики, схемы включения, область применения.

Лабораторная работа №1

Исследование датчиков различного типа

 

Методические указания

Датчиком называют устройство, воспринимающее изменение параметра контролируемой величины и преобразующее это изменение в выходной сигнал, удобный для дальнейшей обработки и дистанционной передачи.

Для подготовки к выполнению лабораторной работы необходимо обра­тить особое внимание на основные характеристики датчиков:

- статическая характеристика y=f(x) – зависимость выходной
величины (у) от входной величины (х) в установившемся режиме;

- чувствительность S=AY/AX отношение приращенной выходной ДУ к входной ДХ величине;

- порог чувствительности - минимальное изменение входной величины, вызывающее изменение выходной;

- статический коэффициент передачи Кст = у/х- отношение выходной к входной.

Следует отметить, что датчики, используемые в современных автоматиче­ских системах, разнообразны и могут быть классифицированы по различным признакам:

- по виду входной величины (датчики скорости, перемещений, темпера­туры, давления и т.д.);

- по характеру изменения во времени выходного сигнала (непрерывного и дискретного действия);

- по роду выходного сигнала (электрические и неэлектрические).

Широкое распространение получили электрические датчики, кото­рые в за­висимости от принципа производимого им преобразования делятся на два типа: параметрические (модуляторы); генераторные.

При изучении конкретных датчиков параметрического и генераторного типа (в соответствии с программой) следует особое внимание уделить физике происходящих процессов, техническим характеристикам и области применения; следует рассмотреть наиболее широко используемые измерительные схемы (мостовые, дифференциальные и компенсационные).

 

Контрольные вопросы

1 Дайте определение датчика.

2 По каким принципам классифицируются датчики?

3 Как классифицируются электрические датчики? Приведите примеры дат­чиков разного типа с объяснением их принципа действия.

4 Перечислите основные характеристики датчиков и дайте необходимые пояснения.

5 Перечислите наиболее широко используемые измерительные схемы (изобразите эти схемы).

 

Содержание программы

Усилительное устройство. Назначение. Классификация усилительных уст­ройств, их параметры и характеристики. Транзисторные усилители, усилители на интегральных микросхемах. Схемы включения операционных усилителей, ос­новные технические характеристики.

 

Методические указания

Прежде чем начинать изучение темы, следует повторить вопросы из дис­циплины «Основы промышленной электроники», касающиеся биполярных транзисторов (физические процессы, усиление, основные схемы включения); обратных связей в усилителях; принципов построения усилительных каскадов на транзисторах; интегральных микросхем.

Энергия, получаемая с датчиков, в большинстве случаев недостаточна для воздействия на регулирующий орган, поэтому сигнал с датчика предварительно усиливается усилителем.

Усилителем называется устройство, предназначенное для количествен­ного преобразо­вания (усиления) входного сигнала.

Эффект усиления осуществляется в усилителях за счет энергии вспомога­тельного ис­точника. И в зависимости от вида вспомогательного источника энер­гии усилители можно разбить на следующие группы: электрические, гидравли­ческие, пневматические и комбинированные.

Усилители делятся на однокаскадные и многокаскадные, а также усили­тели с обритыми связями и без обратных связей. Чаще всего применяются элек­трические уси­лители.

Особое внимание следует уделить схемам усилительных каскадов на бипо­лярных транзисторах: каскаду с общим эмиттером, с общей базой (повторитель тока), с общим коллектором (повторитель напряжения); выходным каскадам (усилителям мощности) и мно­гокаскадным усилителям.

Широкие функциональные возможности дифференциальных усилителей позволили создать на их основе интегральные схемы высококачественных уси­лителей. Та­кие интегральные усилители получили название операционных, так как с их помощью пу­тем введения линейных и нелинейных элементов отрица­тельной обратной связи можно производить математические операции: -сумми­рование, вычитание, интегрирование и т.д. Операционные усилители (ОУ) можно использовать и для усиления, генериро­вания, формирования, преобразо­вания и детектирования сигналов.

ОУ можно включать как инвертирующий, неинвертирующий, дифференци­альный (разностный).

 

Контрольные вопросы

1 Дайте определение усилителя.

2 Как классифицируются усилители?

3 Дайте краткие характеристики и простейшие принципиальные схемы усилительных каскадов с общим коллектором.

4 Дайте определение ОУ. Какие функции может выполнять ОУ?

Приведите схемы включения ОУ.

 

Содержание программы

Понятие об элементах и узлах систем автоматического управления. Эле­менты памяти, триггеры, регистры, счетчики, дешифраторы, формирователи импульсов: назначение, принцип действия, технические характеристики, схемы включения.

Лабораторная работа №2

Исследование интегральных микросхем

 

Методические указания

Прежде, чем приступить к изучению конкретных элементов и узлов систем автоматического управления ЭВМ, необходимо уяснить тот факт, что ЭВМ ра­ботают в двоичной системе счисления, а в математических расчетах и повсе­дневной жизни мы пользуемся десятичной системой счисления, а ввод инфор­мации в ЭВМ может осуществляться в восьмиричной или шестнадцатиричной системах счисления.

Память ЭВМ – это совокупность запоминающих устройств, предназначен­ных дам записи, хранения, и выдачи информации, представленной в виде циф­ровых кодов.

Необходимо изучить принцип работы запоминающего элемента биполяр­ного типа и ячейки МОП-памяти.

Триггер - это электронное устройство, с помощью которого можно запи­сывать, хранить и считывать двойную информацию.

В зависимости от используемых информационных входов триггеры под­разделяются на следующие типы:

- триггеры с раздельной установкой 0 и 1 (RS-триггеры);

- триггеры со счетным входом (Т-триггеры)

- триггеры с приемом информации по одному входу (Д-триггеры или триггеры задержки);

- универсальные триггеры (JK-триггеры)

При изучении триггеров необходимо обратить внимание на их условные графические обозначения и таблицы истинности триггеров.

JK -триггер является универсальным, так как на его основе можно полу­чить схемы, функционирующие как Д-, Т- и RS-триггеры.

Регистром называется функциональное устройство, предназначенное для приема и запоминания двоичного кода.

Регистр представляет собой совокупность триггеров, число которых со­ответствует числу разрядов в слове, и вспомогательных схем, обеспечивающих выполнение некоторых операций.

Необходимо рассмотреть регистры с однофазной и парафазной передачей информации.

Счетчик – устройство, предназначенное для подсчета числа сигналов, по­ступающих на его вход и фиксации этого числа в виде кода, хранящегося в триг­герах.

Необходимо рассмотреть схемы и принцип действия счетчиков с последо­вательным и параллельным переносом.

Дешифратор – это логическая схема, предназначенная для преобразования n-разрядного двоичного кода в один управляющий сигнал.

Основное внимание необходимо уделить линейным и многоступенчатым дешифраторам, принципам их реализации.

Формирование импульса – это изменение формы импульса. Обычно на вход схемы формирователя импульсов поступают искаженные импульсы, кото­рые затем преобразуются в импульсы правильной формы.

Следует рассмотреть простейшие линейные цепи (RC-, RL- и RLC-цепь), укорачивающие и операционные цепи, линии задержки импульсов, нелинейные преобразователи импульсов.

 

Контрольные вопросы

1 Дайте определение СС. В чем различие позиционных и непозиционных СС?

2 Чем объясняется использование двойной СС для представления чисел в ЭВМ?

3 Дайте определение памяти ЭВМ.

4 Объясните принцип работы запоминающего элемента биполярного типа.

5 Объясните принцип работы ячейки МОП - памяти.

6 Объясните назначение и разновидность триггеров.

7 Объясните назначение регистров. Перечислите достоинства и недостатки регистров с однофазной и парафазной передачей информации.

8 Объясните назначение счетчиков. Перечислите достоинства и недостатки счетчиков с последовательным и параллельным переносом.

9 Объясните назначение и принцип построения дешифратора.

 

Содержание программы

Понятие о замкнутых системах автоматического управления непрерывного действия, их видах. Воздействия, виды воздействий, динамические характери­стики систем автоматического регулирования (САР). Типовые динамические звенья САР и их динамические свойства. Понятие об устойчивости, обратной связи САР, показатели качества САР.

 

Методические указания

Автоматическим регулятором называется устройство, которое без непо­средственного участия человека осуществляет функции контроля и управления процессом, воздействующим на некоторую физическую величину таким обра­зом, что количественное значение этой величины выдерживается равным задан­ному значению с требуемой степенью точности. Следовательно, автоматический регулятор должен выполнять следующие функции:

- измерять регулируемую величину;

- сравнивать измеренное значение регулируемой величины с заданным значением;

- осуществлять воздействие на регулируемый процесс в соответствии с ве­личиной и знаком ошибки таким образом, чтобы уменьшить ошибку регулиро­вания до нуля или до некоторого допустимого значения.

Необходимо рассмотреть принципы регулирования (принципы построения систем автоматического регулирования (САР)):

- регулирование по отклонению; - регулирование по возмущению;

- комбинированное регулирование,

Существует большое разнообразие САР. Их можно классифицировать по различным признакам:

- в зависимости от характера взаимодействия регулятора и объекта (ра­зомкнутые и замкнутые);

- в зависимости от того, используется в САР усилитель, потребляющий энергию от внешнего источника, или нет, САР подразделяются на системы пря­мого и непрямого действия (по виду используемой вспомогательной энергии системы непрямого действия делятся на электрические, гидравлические, пнев­матические и комбинированные);

- в зависимости от характеристик элементов (линейные и нелинейные); - по характеру воздействия одних устройств на другие (непрерывного и дискретного действия);

САР дискретного действия в свою очередь делятся на релейные и им­пульсные;

- от числа регулируемых параметров (одно- и многомерные системы);

- в зависимости от характера реакции САР на влияние внешних
факторов, стремящихся изменить регулируемую величину (статические и аста­тические).

Под воздействием понимают любой фактор, приводящий к изменению со­стояния системы. Воздействия могут возникать в результате действия, как внешних факторов, так и внутренних. Внешние воздействия могут быть двух ви­дов: управляющими и возмущающими. Возмущающие воздействия подразделя­ются на основные и второстепенные (помехи).

В качестве типовых воздействий приняты скачкообразные, линейные и гармонические воздействия.

Свойства САР зависят от свойств элементов, которые входят в систему, а также от способов соединения их между собой. В свою очередь свойства эле­ментов определяются их статическими и динамическими характеристиками.

Динамической характеристикой звена называется зависимость между вы­ходной и входной величинами в функции от времени, которая описывается дифференциальным уравнением. Динамические характеристики подразделяются на временные и переходные.

Временной характеристикой называется графическое изменение выход­ного сигнала САР при его переходе из одного установленного состояния в дру­гое при типовом входном воздействии. За типовое часто принимают ступенча­тое (скачкообразное) единичное входное воздействие.

Графическое изображение изменения выходного сигнала при переходе элемента из одного установившегося состояния в другое при единичном сту­пенчатом изменении входного сигнала называется переходной характеристикой.

При изучении динамических характеристик необходимо уделить внимание частотным, амплитудно-частотным и амплитудно-фазовым характеристикам.

Любая САР состоит из ряда звеньев, каждое из которых обладает опреде­ленными динамическими свойствами. В зависимости от характера протекания переходного процесса различают следующие типовые звенья САР: дифференци­рующее, усилительное, интегрирующее, апериодическое, колебательное и звено чистого запаздывания. При изучении типовых звеньев САР необходимо внима­ние обратить на дифференциальное уравнение звена и его переходную функцию.

Одним из главнейших требований, предъявляемых к САР, является устой­чивость, быстродействие.

Под устойчивостью САР понимают ее способность приходить к после­дующему установившемуся состоянию после приложения воздействия, которое вывело ее из состояния равновесия. Для оценки устойчивости рассматривают поведение системы в переходном процессе.

Для исследования устойчивости САР используют два метода: прямой и косвенный. Необходимо уяснить суть этих методов исследования, изучить кри­терии устойчивости (алгебраические и частотные).

Требование устойчивости системы является главным, но недостаточным для обеспечения работоспособности системы. Необходимо учитывать показа­тели качества процесса регулирования: запас устойчивости, точность, длитель­ность переходного процесса и коэффициент перерегулирования. Для оценки ка­чества САР используют прямые и косвенные оценки. В качестве косвенных по­казателей используют интегральные критерии качества.

Обратной связью функциональной схемы САР называется связь, направ­ленная от выхода к входу рассматриваемою участка цепи. Следует рассмотреть отрицательную обратную связь и положительную обратную связь.

 

Контрольные вопросы

1 Дайте определение автоматического регулятора. Перечислите функции автоматического регулятора.

2 Перечислите принципы регулирования.

3 По каким критериям классифицируются САР?

4 Дайте определение статической и астатической САР.

5 Дайте определение воздействию. Перечислите виды воздействий,

6 Дайте определение статическим и динамическим характеристикам.

7 Дайте характеристики типовым звеньям САР.

8 Дайте определение устойчивости САР.

9 Перечислите критерии устойчивости САР.

10 Перечислите показатели качества процесса регулирования.

11 Перечислите методы оценки качества САР.

12 Для чего в функциональную схему САР вводится обратная связь?

13 Перечислите виды обратных связей.

 

Содержание программы

Принципы действия дискретной САУ. Основных положения алгебры ло­гики: двоичные функции, определение и классификация дискретных автоматов, основные законы и соотношения для функционально полной системы. Построе­ние логических элементов в потенциальной системе: резистивно-транзисторная логика, транзисторная логика, диодно- транзисторная логика, транзисторно- транзисторная логика, логические интегральные микросхемы.

 

Методические указания

В системах автоматического управления САУ широко применяют логиче­ские элементы (ЛЭ). Они вырабатывают сигнал на выходе в зависимости от оп­ределенных сочетаний сигналов на входе и реализуют логические функции, ко­торые, как и их аргументы, имеют значения 0 или 1. Символом «О» обозначают минимальный уровень (сигнала нет), а «1» - максимальный уровень (сигнал есть). Следует рассмотреть структурные схемы замкнутой и разомкнутой дис­кретных САУ.

Построение дискретных САУ с использованием ЛЭ осуществляют с по­мощью различных методов, в основе которых лежит алгебра логики. Область алгебры логики состоит из множества высказываний (обозначаются А, В, С, ...., X, Y)

Высказывание - это законченное предложение, которое может иметь два значения истинности: либо быть истинным (А - истинно: А=1) либо быть лож­ным (С - ложно: С=0)

Высказывания могут быть простыми и сложными: первые не зависят от других высказываний, а вторые образуются из двух или более простых выска­зываний. Простые высказывания называют логическими переменными, а слож­ные - логическими функциями этих переменных (функциями алгебры логики – ФАЛ или переключательными функциями - ПФ).

При рассмотрении логических функций («И», «ИЛИ», «НЕ», неравнознач­ность, равнозначность, «И-НЕ», «ИЛИ-НЕ») необходимо уделить внимание ус­ловным графическим обозначениям (УГО) соответствующих ЛЭ и таблицам ис­тинности.
При упрощении – минимизации логических функций используют основные за­коны алгебры логики: переместительный, сочетательный, распределительный и закон инверсии, а также основные правила: поглощение; склеивание; повторение; двоичное отрицание, выражения, имеющие всегда значение «I» и значение «О».

ПФ могут быть выражены различными логическими формулами благодаря возможности проведения над ними эквивалентных преобразований. На практике наиболее удобными для представления ПФ оказываются дизъюнктивные (ДНФ) и конъюктивные (КНФ) формы. Дискретные автоматы бывают комбинирован­ного и последовательного типа.

Под синтезом дискретных автоматов понимают проектирование схемы, реализующей заданный закон ее функционирования. Следует рассмотреть по­следовательность этапов синтеза.

При создании дискретных САУ, вычислительной техники широко исполь­зуют полупроводниковые ЛЭ, среди которых часто используются, транзистор­ные, диодно-транзисторные, транзисторно-транзисторные ЛЭ. В настоящее время ЛЭ выпускаются в виде интегральных микросхем.

 

Контрольные вопросы

1 Объясните структурные схемы замкнутой и разомкнутой дискретных САУ.

2 Дайте определение следующим понятиям: высказывание, логические пе­ременные, переключательные функции, синтез.

3 Изобразите УГО основных ЛЭ и их таблицы истинности.

4 Перечислите основные законы и правила алгебры логики.

5 Дайте понятия дизъюнктивным формам: ДНФ и СДНФ.

6 Дайте понятия конъюктивнымформам: КНФ и СКНФ.

7 Дайте определение комбинационным и последовательностным схемам.

8 Перечислите последовательность этапов синтеза.

9 Объясните электрические принципиальные схемы ЛЭ в различных, логи­ках.

 

Содержание программы

Позиционные системы счисления. Представление чисел с фиксированной и плавающей запятой. Форматы данных. Выполнение арифметических операций над двоичными числами. Физические формы представления информации. Ос­новные логические элементы ЭВМ.

 

Методические указания

Под системой счисления (СС) понимают совокупность приемов и правил обозначения и наименование чисел. Различают два типа систем счисления: непо­зиционные и позиционные.

Необходимо ознакомиться со способами перевода чисел из одной СС в другую.

Разнообразные арифметические и логические операции выполняются в устройствах, называемых арифметическо-логическими устройствами (АЛУ). В цифровых ЭВМ обрабатываются данные трех типов: числа могут быть представ­лены в естественной (с фиксированной точкой ) и натуральной (с плавающей точкой) форме; логические значения – имеют фиксированную разрядность и рассматриваются как наборы независимых друг от друга логических перемен­ных; текстовая информация (набор символов) - буквы, цифры, знаки.

При изучении этой темы следует ознакомиться с правилами кодирования чисел (прямой, обратный и дополнительный коды) и правилами двоичной арифметики (основное внимание уделить сложению и вычитанию чисел в кодах).

Основным блоком АЛУ является сумматор, поэтому следует рассмотреть принцип построения одноразрядных полусумматоров и полных сумматоров (их синтез); многоразрядных сумматоров.

 

Контрольные вопросы

1 Дайте определение АЛУ.

2 В каких формах могут быть представлены данные? Объясните суть этих форм.

3 Для чего двоичные числа представляют в прямом, обратном и дополни­тельных кодах?

4 Перечислите правила двоичной арифметики.

5 Дайте определение одноразрядных полусумматора и полного сумматора. Синтезируйте их схемы.

6 Постройте полный одноразрядный сумматор на полусумматорах.
7 Объясните принцип построения многоразрядных сумматоров.

 

Содержание программы

Структурная схема ЭВМ, микроЭВМ. Назначение основных блоков, их связь в системе, принцип функционирования. Арифметико-логические устрой­ства процессоров. Устройства управления. Запоминающие устройства микро­процессорных систем (классификация ЗУ, характеристики; типы ЗУ; организа­ция памяти микроЭВМ). Периферийное оборудование микроЭВМ (назначение, основные характеристики, классификация, устройства ввода-вывода информа­ции, система отображения информации, устройства ввода-вывода аналоговой информации, устройства внешней памяти).

 

Методические указания

Структурная схема ЭВМ состоит из блоков: арифметико-логическое уст­ройство (АЛУ), устройство управления (УУ), память ЭВМ (запоминающие уст­ройства), устройства ввода и вывода информации.

Необходимо рассмотреть схемы ЭВМ для различных поколений ЭВМ и определить основные принципы построения.

АЛУ служат для выполнения арифметических и логических действий над двоичными числами и алфавитно-цифровыми кодами. АЛУ классифицируются:

а) по способу действия над операндами:

- последовательного действия;

- параллельного действия;

- параллельно-последовательного действия;

б) по способу представления чисел:

- для двоичных чисел с фиксированной точкой;

- для двоичных чисел с плавающей точкой;

- для десятичных чисел ( в двоично-десятичном поле);

в) по характеру использования элементов и узлов:

-комбинационного типа;

-блочного типа.

Следует рассмотреть типовую структурную схему АЛУ, определить назна­чение основных блоков. Входящее в МП устройство управления (УУ) выполняет две основных функции: управление выполнением операций и выборку команд программы в необходимой последовательности, их дешифрацию и обработку составляющих их частей. В настоящее время в MП используются два типа УУ выполнением операций: - УУ с микропрограммным' управлением; -УУ с «жест­кой» логикой.

В состав ЭВМ входят различного назначения запоминающие устройства, обеспечивающие хранение и выдачу кодов чисел и команд. Обычно ЭВМ имеет многоступенчатую структуру памяти различного типа и назначения:

- внутренние ЗУ (ОЗУ и ПЗУ);

- внешние ЗУ (накопители различного типа, диски);

ВЗУ предназначены для хранения больших объемов информации. Следует рассмотреть следующие ВЗУ:

- накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

- накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД типа «Винчестер»),

- накопители на оптических дисках (НОД);

- накопители на магнитооптических дисках (НМОД);

Периферийные устройства ЭВМ предназначены для ввода, вывода и хра­нения данных с последующим их вводом в ЭВМ являются средствами коммуни­кации ЭВМ с внешними источниками и потребителями информации и обеспечи­вают согласование сигналов внешних объектов и сигналов, используемых в ЭВМ.

Все периферийные устройства ЭВМ обычно подразделяются на три боль­шие группы:

-устройства связи ЭВМ с человеком пользователем. Это прежде всего кла­виатуры (в которых используются клавишные переключатели различного типа: ); графопостроители; устройства управления курсором дисплея (манипуляторы типа «мышь», «джойстик», трекбол, сетевое перо), видеотерминалы (мониторы различного вида), печатающие устройства (принтеры, плоттеры) сканеры.

-устройства связи с объектами контроля и управления: различные датчики и исполнительные органы; цифроаналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразователи. ЦАП подразделяются па электрические и механические. АЦП можно разбить на четыре основные группы:

-преобразователи перемещений (линейных или угловых);

-преобразователи электрических величин (напряжений, токов или сопро­тивлений); - преобразователи интервалов времени;

-преобразователи следящего типа.

 

Контрольные вопросы

1 Дайте определение АЛУ и их классификацию.

2 Из каких блоков состоит АЛУ (дайте назначение этих блоков)

3 Дайте определение УУ.

4 Чем отличаются УУ с микропрограммным управлением и жесткой логи­кой?

5 Дайте определение ОЗУ, СОЗУ, ДОЗУ ПЗУ, ППЗУ, РПЗУ, кэш-памяти, флэш-памяти

6 Приведите примеры ВЗУ и дайте их краткую характеристику.

7 Дайте определение периферийным устройствам ЭВМ, их разделение на группы.

8 Объясните назначение ЦАП и их классификация.

9 Объясните назначение АЦП и их классификация.

 

Содержание программы

Классификация микропроцессоров ( однокристальные и секционные мик­ропроцессоры (МП); технические характеристики; микропроцессорные ком­плекты; микроконтроллеры). Архитектура однокристальных МП (обобщенная логическая структурная схема МП; назначение основных модулей, принцип функционирования МП; набор программно-доступных регистров). Архитектура секционных МП( структура секционного процессорного элемента, организация микроЭВМ на секционных МП). Организация АЛУ. Микропроцессоры архитек­туры INTEL, DEC, MOTOROLA).

 

Методические указания

При рассмотрении темы следует классифицировать микропроцессоры, оп­ределить технические характеристики микропроцессоров, дать определение микропроцессорному комплекту (МПК), базовому МПК, микропроцессорному набору; следует рассмотреть общую схему ЭВМ с назначением блоков и магист­ралей. Особое внимание следует уделить МПК БИС КР580, рассмотреть струк­туру МП КР580ВМ80А с назначением блоков и узлов. Систему команд МП КР580ВМ80А, форматы команд и способы адресации этого МП.

Применение секционируемых микроЭВМ дает возможность пользователю варьирования разрядности микроЭВМ за счет объединения различного числа БИС операционной части, настройки микроЭВМ на обработку произвольной системы команд за счет изменения кодировки ПЗУ. Следует рассмотреть при­мер построения секционируемой микроЭВМ на базе МПК К1804. Следует рас­смотреть состав МПК К1804, структурную схему секционного МП, организа­цию обрабатывающей части МП секционного типа. Следует рассмотреть МП персональных компьютеров Intel и AMD(Celeron, Pentium, Duron, Athlon), осо­бенности построения и использования, а также изучить процессоры RISC архи­тектуры.

 

Контрольные вопросы

1 Дайте определение МПК, базовому МПК, микропроцессорному набору.

2 Перечислите состав МПК БИС КР58О.

3 Перечислите основные блоки МП КР580ВМ80А, объясните их назначе­ние.

4 На какие группы делится система команд МП КР580ВМ80А?

5 Какие форматы команд используются в МП КР580ВМ80А?

6 Какие способы адресации используются в МП КР580ВМ80А?

7Чем обусловлено использование секционируемых микроЭВМ?

8 Перечислите состав МПК БИС К1804.

9 Как организуется обрабатывающая часть МП секционного типа?

10 Объясните общую схему ЭВМ. Назначение основных блоков.

11 Дайте характеристику современным МП и микроЭВМ.

12 Перечислите основные принципиальные отличия МП RISC – CISC – архитектуры.

 

Содержание программы

Организация интерфейсов ( понятие и виды интерфейсов, организация системных интерфейсов, интерфейсы периферийных устройств). Контроллеры периферийных устройств ( понятие программно-доступного порта ввода-вы­вода. Контроллеры параллельных и последовательных интерфейсов). Система прерываний в микропроцессорной системе ( понятие прерываний выполнения основной программы. Типы прерываний. Организация системы прерываний в микропроцессорной системе). Организация прямого доступа к памяти( назначе­ние организации прямого доступа к памяти (ПДП), схема организации ПДП).

 

 

Методические указания

1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I) Получение передаточных функций разомкнутой и замкнутой системы, по возмущению относительно выходной величины, по задающему воздействию относительно рассогласования .
2. I. Естествознание в системе науки и культуры
3. I. Логистика как системный инструмент.
4. I. ПОЧЕМУ СИСТЕМА МАКАРЕНКО НЕ РЕАЛИЗУЕТСЯ
5. I. РАЗВИТИИ ЛЕКСИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЯЗЫКА У ДЕТЕЙ С ОБЩИМ НЕДОРАЗВИТИЕМ РЕЧИ
6. I.4. Элементы и уровни киноязыка
7. II. Исторические корни современного гражданского права. Национальные и универсальные элементы в нем
8. II. О ФИЛОСОФСКОМ АНАЛИЗЕ СИСТЕМЫ МАКАРЕНКО
9. II. Основные задачи управления персоналом.
10. II. Основные принципы создания ИС и ИТ управления.
11. II. Система обязательств позднейшего права
12. II. Соотношение — вначале самопроизвольное, затем систематическое — между положительным мышлением и всеобщим здравым смыслом