а) устройство формирования временных интервалов предназначено для формирования внутренних синхросигналов фаз, тактов и циклов. Количество машинных циклов определяет продолжительность выполнения команд. Все команды ЭВМ выполняются за один-два машинных цикла (кроме умножения и деления, продолжительность выполнения которых составляет четыре цикла). Длительность машинного цикла составляет 12 периодов сигнала задающего генератора;
б) логика ввода-вывода предназначена для приема и выдачи сигналов, обеспечивающих обмен информации с внешними устройствами через порты ввода-вывода Р0-Р3 (квазидвунаправленные порты ввода-вывода, предназначенные для обеспечения обмена информацией ЭВМ с внешними устройствами, образуя 32 линии ввода-вывода);
в) регистр команд предназначен для записи и хранения 8-ми разрядного кода операции выполняемой команды. Код операции, с помощью дешифратора команд и логики управления ЭВМ, преобразуется в микропрограмму выполнения команды;
г) регистр управления потреблением (PCON) позволяет останавливать работу микроконтроллера для уменьшения потребления электроэнергии и уменьшения уровня помех от микроконтроллера. Еще меньших величин потребления и помех можно добиться, остановив задающий генератор микроконтроллера. Этого можно достичь при помощи переключения бита регистра управления потреблением PCON.
2) Арифметико-логическое устройство представляет собой параллельное восьмиразрядное устройство, обеспечивающее выполнение арифметических и логических операций. АЛУ состоит из регистров аккумулятора, регистров временного хранения TMP1 и TMP2, ПЗУ констант, сумматора, дополнительного регистра (регистра В), аккумулятора (ACC) и регистра состояния программ (PSW).
а) регистр аккумулятор и регистры временного хранения – восьмиразрядные регистры, предназначенные для хранения операндов на время выполнения операций над ними. Программно не доступны;
б) ПЗУ констант обеспечивает выработку корректирующего кода при двоично-десятичном представлении данных, кода маски при битовых операциях и кода констант;
в) параллельный восьмиразрядный сумматор представляет собой схему с последовательным переносом, предназначенную для выполнения арифметических операций сложения, вычитания и логических операций сложения, умножения, неравнозначности и тождественности;
г) регистр B – восьмиразрядный регистр, используемый во время операций умножения и деления. Для других инструкций он может рассматриваться как дополнительный сверхоперативный регистр;
д) аккумулятор – восьмиразрядный регистр, предназначенный для приема и хранения результата, полученного при выполнении арифметико-логических операций или операций сдвига;
е) регистр состояния программы (PSW) предназначен для хранения информации о состоянии АЛУ при выполнении программы.
3) Блок последовательного интерфейса и прерываний (ПИП) предназначен для организации ввода-вывода последовательных потоков информации и организации системы прерывания программ.
4) Счетчик команд предназначен для формирования текущего 16-разрядного адреса внутренней памяти программ и 8/16-разрядного адреса внешней памяти программ. В состав счетчика команд входят 16-разрядные буфер РС, регистр РС и схема инкремента.
5) Память данных (RAM) предназначена для временного хранения информации, используемой в процессе выполнения программы.
6) Память программ (EPROM) предназначена для хранения программ и представляет собой постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). В разных микросхемах применяются масочные, стираемые ультрафиолетовым излучением или FLASH ПЗУ.
Микроконтроллеры семейства MCS-51 построены по Гарвардской архитектуре, т. е. память данных и память программ в этих микросхемах разделены и имеют отдельное адресное пространство. В этих микроконтроллерах имеется пять адресных пространств: память программ, внешняя память данных, три для внутренней памяти. Такое построение памяти позволяет удвоить доступное адресное пространство. Кроме того, такое построение памяти позволяет в ряде случаев увеличить быстродействие микросхем. Для обращения к памяти данных и к памяти программ используются одни и те же шина адреса и шина данных, но разные управляющие сигналы. Для чтения памяти программ вырабатывается сигнал PSEN, а для чтения памяти данных вырабатывается сигнал RD. Для записи информации в память данных вырабатывается сигнал WR. То есть память программ доступна только для чтения, а память данных доступна и для чтения и для записи любой информации, записанной в двоичном коде. Память программ имеет адресное пространство объемом 64 КБ, причем для некоторых микросхем (КР1816ВЕ51, КМ1819ВЕ751, КР1830ВЕ51) для хранения программ на кристалле микроконтроллера расположено ПЗУ. Это ПЗУ отображается в область младших адресов памяти программ. Так как выполнение программы после сброса микроконтроллера всегда начинается с нулевого адреса памяти программ, при включении питания начнет выполняться программа, записанная во внутреннем ПЗУ микроконтроллера. Микроконтроллеры, не имеющие внутреннего ПЗУ (КР1816ВЕ31 и КР1830ВЕ31) могут работать только с внешней микросхемой ПЗУ емкостью до 64 КБ (при использовании портов P1 и P3 в качестве расширителя адреса объем подключаемой ПЗУ может быть увеличен до 1 ГБ). Внешняя память данных предназначена для хранения информации, используемой в процессе выполнения программы. Эта память физически подключена к микроконтроллеру. Максимальный объем определяется регистром DPTR и составляет 64 КБ. Объем внешней памяти данных может быть увеличен за счет использования портов P1 и P3 до 1 ГБ. Внешняя память данных для своей работы требует использование портов P0, P2 и P3, что приводит к увеличению габаритов устройства, увеличению уровня помех и увеличению стоимости устройства в целом. Поэтому в современных устройствах внешняя память не используется. Однако, в некоторых микроконтроллерах (87с550 фирмы DALLAS) команды обращения к внешней памяти используются для работы с дополнительной внутренней памятью большого объема.
Внутреннее ОЗУ данных предназначено для временного хранения информации, используемой при выполнении программы, и занимает 128 (8031, 8051, модели 31, 51 и 751 серий КР1816ВЕ и КР1830ВЕ) или 256 (для всех остальных микроконтроллеров семейства) младших байт.
Устройства серии ADAM-5000 (фирма Advantech) (8) предназначены для построения территориально-распределенных систем сбора данных и управления, обеспечивают выполнение следующих функций:
1. Аналоговый и дискретный ввод-вывод;
2. Первичное преобразование информации;
3. Прием команд от удаленной вычислительной системы и передача в ее адрес преобразованных данных с использованием интерфейса RS-485.
ADAM-5000 применяется для мониторинга и управления технологическими процессами, автоматизации помещений и управления охранными системами и состоит из трех модульных компонентов: процессор, кросс-плата, модули ввода-вывода. Каждое устройство может содержать до 8 модулей ввода-вывода. Система в целом и входящие в ее состав устройства гибко настраиваются в зависимости от количества и вида контролируемых параметров, а также от расположения контролируемых объектов. Устройства могут объединяться в многоточечную сеть на базе интерфейса RS-485, управляемую центральным компьютером. Локальные модули ввода-вывода позволяют существенно снизить затраты на монтаж и обеспечивают удобство обслуживания. Благодаря использованию символьного протокола обмена (ASCII), в качестве управляющей может быть применена любая вычислительная платформа.
Основные характеристики комплекса:
– 16-разрядный микропроцессор 80188;
– Мощность, потребляемая процессором – 1 Вт;
– ОЗУ – 32 кБ, ПЗУ – 128 кБ;
– подключение до 256 систем к одному последовательному порту;
– до 128 каналов цифрового ввода-вывода или 64 аналоговых канала;
– удаленная настройка диапазонов и типов входных аналоговых сигналов;
– гальваническая развязка по входу/выходу/питанию (2500/ 2500/ 3000 В);
– двухпроводные мультиабонентские сети на базе интерфейса RS-485;
– скорость передачи данных до 115200 бод;
– напряжение питания – нестабилизированное, от +10 до +30 В;
– установка на DIN-рельс или панель;
– блок винтовых зажимов: сечение провода от 0,5 до 2,5 мм2;
– диапазон рабочих температур – от –10 до +70 °C;
– влажность: от 5 до 95% без конденсации;
– индикация состояния «Питание», «ЦПУ», «Cвязь».
Контроллер SIMATIC - это программируемая система управления (SPS) семейства. Он был разработан специально для автоматизации небольших установок.
Он состоит из:
1) стандартной профильной металлической шины (35 мм);
2) модуля питания, работающего от сети АС 11 5/230 вольт;
3) модуля центрального процессора;
4) шинных модулей;
5) периферийных модулей, которые устанавливают на шинные
модули;
6) модулей связи, для случая, если размещать контроллер в не
сколько рядов.
Контроллер – это не «прибор»; он состоит из отдельных блоков, которые смонтированы вместе как составные части, где каждая предназначена для решения своей задачи автоматизации. Благодаря модульной структуре внутренней шины можно устанавливать до 32-х периферийных модулей.
Модуль центрального процессора содержит собственно центральный процессор (CPU), a также блок питания с входным напряжением D 24 В.
Шинные модулиустанавливаются (защелкиваются) на стандартную профильную шину справа от модуля центрального процессора. Каждый шинный модуль содержит посадочные места для двух периферийных модулей. К шинным же модулям подводятся сигнальные провода от датчиков и исполнительных механизмов.
Периферийные модуликонтроллера SIMATIC имеются следующие виды периферийных модулей:
– Модули дискретных входов и выходов.