74.Микропроцессорные модули для интеллектуальной обработки информации. Измерительный канал «интеллектуальных» датчиков.

Сравнительные результаты анализа микропроцессоров таких фирм как Intel, Motorola, Analog Device, Atmel, Microchip, Siemens AG, Texas In­struments, Dallas Semiconductor, Philips, Zilog позволили выделить 3 группы микропроцессоров.

В первую группу вошли процессоры наиболее предпочтительные для использования в «интеллектуальных» датчиках. Это процессоры семейства PIC фирмы Microchip (PIC 16/17 и PIC 1400), а также М68НСхх фирмы Motorola.

Ко второй группе можно отнести процессоры ADuC812 (Analog De­vice), AT90Sxxxx (Atmel), C50x (Siemens AG), MSP430 (Texas Instruments).

В третьей группе находятся как узко специализированные (напри­мер, процессоры ЦОС), гак и универсальные микропроцессоры (широкого применения).

PIC (Peripheral Interface Controller) - процессоры целесообразно ис­пользовать в устройствах с модульной конструкцией, когда требуются уст­ройства одного типа, но с различными функциональными возможностями. Они имеют малые габариты и низкое энергопотребление, однако сложные устройства на них строить неудобно.

Микропроцессоры ADuC812 функционально являются наиболее на­сыщенными, но и цена их одна из самых высоких. Семейство AVR-ироцессоров фирмы Atmel обладает одной из самых высоких производительностей и мало уступает по функциональной насы­щенности ADuC812. Такие процессоры целесообразно использовать в уст­ройствах интеллектуальной обработки сигналов.

Микропроцессоры MSC51 (Intel) и большинство их аналогов, не­смотря на их универсальность и разнообразие периферии, не имеют в сво­ем составе 10-ти разрядных АЦП, встроенной энергонезависимой памяти, энергопотребление у них недостаточно низкое. Процессоры фирмы Dallas Semiconductor (DS5000T, DS87530) имеют массу достоинств, но их температурный диапазон очень узкий.

Микропроцессоры 8ХС552 (Philips) при наличии 8 - канального 10 разрядного АЦП не имеют энергонезависимой памяти и характеризуются большим энергопотреблением. ЦОС-процессоры при своей огромной производительности зачастую имеют ограниченные указанные функциональные возможности.

Поэтому микропроцессоры третьей группы должны применяться или в случае высоких запросов к определенным параметрам, или в случае тре­бования к устройству выполнять широкий спектр различных функций.

Анализ микропроцессоров с точки зрения их использования в ДПА показывает, что невозможно выбрать единственный микропроцессор и на его основе делать все преобразователи. Целесообразным является выбор нескольких процессоров с взаимодополняющими харакгсристиками, удов­летворяющих поставленным требованиям. В аналоговый канал входят: аналоговый мультиплексор на N недифференциальных или N/2 дифференциальных каналов; измерительный усилитель (обычно с программируемым коэф­фициентом усиления); устройство выборки и хранения (УВХ), обеспечивающее по­стоянство уровня преобразованного сигнала в течение такта аналого- цифрового преобразования;

АЦП (в последнее время усилитель, УВХ и АЦП изготавлива­ются в одном корпусе).Вычислительный канал содержит: -микроконтроллер; -схему управления, состоящую из регистров и дешифраторов; -внешнюю память программ и данных (ОЗУ, ППЗУ). В состав последовательного интерфейса входит контроллер 82С51 (преобразователь уровней). Большинство однокристальных микроЭВМ со­держит встроенный контроллер RS-232. Главный недостаток микропроцессорных модулей с последователь­ным интерфейсом заключаются в том, что алгоритм обработки аналоговых сигналов не полностью адаптирован к широкой гамме воздействий на чув­ствительный элемент датчика физической величины, что приводит к необ­ходимости перепрограммирования встроенной памяти микроконтроллера. Многие изделия имеют электрически перепрограммированные ППЗУ, та­кие как 6В50-Т, 6В11 [109] со своими специализированными микрокон­троллерами. Поддерживая тенденции автоматизации датчиков, расширения их специализации, минимизации размеров, энергопотребления, стоимости, производители микроэлектроники обеспечивают рынок микропотребляю­щими микроконтроллерами с малыми размерами, увеличенной скоростью выполнения операций и расширенными функциональными возможностя­ми, такими как ЦОС непосредственно в микроконтроллере, управление режимом энергопотребления. Для интеллектуализации датчиков наиболее распространенным является применение однокристальных микро ЭВМ се­мейства MSC-51 и семейства С251 (совместимого с MSC-51). Это объяс­няется дешевизной и широким распространением представителей данного семейства .Измерительный канал «интеллектуальных» датчиков: Измерительный канал помимо аппаратных средств включает в себя программное обеспечение (ПО) и интерфейс с системой верхнего уровня. Электронный блок выполняет функции фильтрации сигнала первич­ного преобразователя и их преобразование в цифровую форму. Выбор конкретной реализации указанного блока значительным образом зависит от характера информационного сигнала первичного преобразователя. Аппаратным обеспечением программной части информационного канала является микропроцессор или микроконтроллер. В зависимости от конструкции микропроцессор также может обеспечивать интерфейс с сис­темой верхнего уровня. Наибольший интерес представляет ПО информационного канала. ПО позволяет улучшить характеристики измерительного преобразователя и расширить его функциональные возможности. Классификация (ПО) основывается наследующих признаках: -вид алгоритма преобразования; -номенклатура входных воздействий; -функциональные возможности; -сервисные функции. По виду алгоритма преобразования ПО делится на: -работающее по одному фиксированному алгоритму; -допускающее изменение алгоритма функционирования в про­цессе работы, т.е. адаптивное ПО; -имеющее возможность синтеза новых алгоритмов работы, т.е. самообучающиеся ПО. По номенклатуре входных воздействий ПО классифицируется сле­дующим образом: одноканальный информационный вход. Одной измеряемой ве­личине соответствует одно значение, поступающее на вход ПО; многоканальный информационный вход. Одной измеряемой величине соответствует несколько значений, полученных от работающих параллельно измерительных преобразователей или в результате каких- либо вычислений; информационный вход. Информация об измерениях передает­ся совместно по каналу с образцовой величиной или информация об изме­ряемой величине передается совместно с дополнительными данными, представляющими информацию о внешних воздействиях. Функциональные возможности ПО определяются следующей выда­ваемой информацией: значение измеряемой величины; значение измеряемой величины, а также информация о состав­ляющих погрешности результата; значение измеряемой величины, а также информация о произ­водных величинах; значение измеряемой величины, а также предсказание будуще­го значения величины. Сервисные функции ПО включают в себя: самодиагностику; метрологическую поверку; дистанционную настройку (обучение). Интеллектуальность измерительного канала определяется не столько аппаратными, сколько программными средствами. Наличие микропроцес­сора не является достаточным признаком интеллекта, также как и любой алгоритм не является интеллектуальным. Степень «интеллектуальности» алгоритма определяется его возмож­ностями. На низшем уровне находятся однозначные алгоритмы, на верх­нем - самообучающиеся алгоритмы. Самообучающиеся алгоритмы и могут считаться интеллектульными. Использование искусственного интеллекта в измерительных преоб­разователях влечет за собой возрастание затрат на разработку на началь­ном этапе, но в дальнейшем позволит значительно повысить характеристи­ки преобразователей и систем в целом.