3.5.8. Практическое применение микропроцессоров.
Исключительно высокие технические характеристики (надежность, габариты, потребление, гибкость применения) и относительно низкая стоимость ставят в настоящее время микропроцессоры, микропроцессорные комплекты вне конкуренции при выборе элементной базы цифровых устройств. Микропроцессоры широко применяются в различных отраслях народного хозяйства.
Следует отметить исключительно высокий динамизм внедрения микропроцессоров, что приводит к непрерывному перераспределению удельного веса микропроцессоров различного назначения. Рассмотрим использование микропроцессоров в информационно-измерительных системах, в системах управления технологическими процессами, в системах связи, в сельском хозяйстве.
Создание и эксплуатация современных машин и сооружений, контроль параметров и технологических процессов требуют организации измерений и контроля большого числа различных физических величин.
Например, крупнейший в мире турбогенератор мощностью 1200 МВт, созданный на ленинградском объединении «Электросила» при испытаниях исследовался с помощью 1500 первичных преобразователей и при этом измерялись вибрация корпуса, температура, расход газа и другие параметры. Контроль за состоянием агрегатов электротехнических систем Саяно-Шушенской ГЭС осуществляется с помощью 3000 первичных преобразователей.
Понятно, что решение таких задач традиционным способом — подключение к каждому первичному преобразователю измерительного прибора — просто невозможно уже хотя бы потому, что оператор не в состоянии контролировать их показания. Подобные трудности возникают и при контроле за быстропротекающими процессами. Между тем, в задачах такого рода измерительная информация должна быть собрана, обработана и в удобной форме представлена оператору. Для этого и применяются информационно-измерительные системы.
Информационно-измерительная система — это функционально объединенная совокупность средств измерения нескольких физических величин и вспомогательных устройств, предназначенная для получения измерительной информации об объекте в условиях его функционирования или хранения.
Рис. 29. Обобщенная структурная схема ИИС.
Обобщенная структурная схема ИИС изображена на рис. 29. Информация от объекта исследования поступает на первичные измерительные преобразователи (ПИП), преобразуется в электрическую форму и передается на средства измерения и преобразования информации (СИПИ), в которых выходные сигналы от первичных измерительных преобразователей наиболее часто подвергаются следующим операциям: фильтрации, линеаризации, аналого-цифровому преобразованию. Затем сигналы в цифровой форме могут передаваться на цифровые средства обработки и хранения информации (СОХИ) для обработки по определенным программам или накапливания, а также на средства отображения информации (СОИ) для индикации или регистрации.
Устройство формирования управляющих воздействий (УФУВ) с помощью исполнительных устройств (ИУ) может воздействовать на объект исследования для регулирования. Устройство управления (УУ) управляет работой всей информационно-измерительной системы.
Если в качестве средств обработки и хранения информации (СОХИ) и устройства управления (УУ) использовать микропроцессорные комплекты (микропроцессоры, микро-ЭВМ) в обобщенной структуре ИИС, то в этом случае информационно-измерительная система называется измерительно-вычислительным комплексом (ИВК).
В качестве примера рассмотрим систему регистрации аналоговых данных, показанную на рис. 30. Система представляет собой вычислительный комплекс на основе микропроцессорного комплекта БИС. Она позволяет осуществлять цифровое кодирование аналоговых данных, общее управление измерительной системой, обработку данных и выдачу их в аналоговой или цифровой форме на внешние устройства.
Рис. 30. Схема регистрации аналоговых данных.
В качестве микропроцессора (МП) может использоваться 8-или 16-разрядный микропроцессор. Кроме микропроцессора в состав системы входят: ВЗУ — внешнее запоминающее устройство; АЦП, ЦАП — аналогоцифровой и цифровоаналоговый преобразователи; КАК — коммутатор аналоговых каналов; ВД— выносной дисплей; ТТ — телетайпный аппарат; таймер — генератор импульсов; ША, ШД, ШУ — шины данных, адреса и управления; адаптеры — согласующие устройства.
Микропроцессоры могут применяться и в измерительных приборах. На рис. 31 показана схема цифрового вольтметра с использованием микропроцессора. На схеме обозначены: ПУ — пульт управления; БИ—блок индикации; ИУВВ — интерфейсное устройство ввода и вывода; УС и АЗУ — блок усилителей и аналоговых запоминающих устройств; БУ — блок управления; АЦП — аналогоцифровой преобразователь; МП — микропроцессор.
.
Рис. 31. Блок-схема цифрового вольтметра
Использование встроенного микропроцессора позволяет преобразовывать данные на входе в цифровую форму и производить их обработку цифровыми методами. На микропроцессор возлагаются также функции управления и организации интерфейсных операций. В зависимости от заложенной программы можно измерять по очереди два напряжения, можно с этими напряжениями выполнять арифметические действия.
Микропроцессоры находят широкое применение в цифровых вольтметрах, самописцах, генераторах сигналов, осциллографах, автоматических тестерах, медицинских приборах и т. д.
Наибольший эффект от внедрения микропроцессоров в измерительной технике получают при решении задач многоопорного взвешивания, которые характеризуются наличием нескольких каналов измерений, большой динамикой процесса, более сложным алгоритмом обработки.