Примеры использования микропроцессоров в ИИТ

Компактность и дешевизна цифровых систем на базе МП обеспечили возможность встраивать такие системы в разнообразные приборы, устройства и механизмы, придавая им тем самым новые полезные качества. Именно эта "нетрадиционная" область, в которой до последнего времени применение цифровых систем не предполагалось по соображениям стоимости, надежности, габаритов и потребляемой энергии обеспечивает наибольший сбыт МП.

Одним из основных потребителей МП на мировом рынке становится, в частности, информационно-измерительная техника. Применение МП открыло широкие возможности усовершенствования измерительной аппаратуры, повышения ее производительности, расширения функциональных возможностей, позволило увеличить сложность информационно-измерительных систем без существенного увеличения стоимости, существенно улучшить их метрологические характеристики. Так, например, точность может быть увеличена за счет использования цифровых методов коррекции систематических и случайных погрешностей. Надежность может быть повышена применением цифровой фильтрации, статистических методов обработки результатов, путем применения более надежных, но менее прецизионных элементов в аналоговых трактах, широкого использования высоконадежных цифровых элементов. Применение МП позволяет также улучшить эксплуатационные удобства измерительной аппаратуры за счет расширения ее многофункциональности, автоматизации измерительного процесса, получения функций измеряемой величины, использования методов самоконтроля и диагностики. Именно в ИИТ особенно эффективно проявляется такое важное свойство МП, как встраиваемость, возможность приблизить вычислительную технику непосредственно к объекту измерения, а иногда использование МП становится целесообразным в конструктивном объединении с первичными преобразователями информации.

При проектировании измерительной аппаратуры на базе МП разработчик сталкивается с вопросом о том, следует ли ему вообще использовать в приборе МП или прибегнуть к традиционному решению в рамках "жесткой логики". Как показывает накопленный опыт использование МП в средствах измерения оправдано в следующих случаях:

1. требуемое для решения задачи число интегральных схем (корпусов) больше 30-50;

2. прибор должен быть многофункциональным;

3. предвидится дальнейшее развитие измерительной системы, наращивание, расширение ее функций;

4. измерительная система должна взаимодействовать с большим числом входных и выходных устройств;

5. требуется фиксация в памяти большого числа данных;

6. высокие метрологические характеристики трудно достижимы обычным путем;

7. должна производиться статистическая обработка результатов измерения;

8. необходимо выполнение математических функциональных преобразований;

9. требуются самокалибровка и самодиагностика;

10. быстродействие МП достаточно высоко для проектируемого средства измерения.

Короче говоря, применение МП оправдано при построении устройств достаточно большой сложности в случае, если быстродействие МП оказывается приемлемым.

Выбор типа МП определяется требуемым быстродействием, допустимым объемом оборудования, личным опытом разработчика и т.д. При этом следует иметь ввиду, что процесс проектирования систем на базе МП, как правило, является итеративным. Это означает, что при выполнении каждого шага проектирования возможен возврат назад для корректировки принятых решений, причем может оказаться целесообразным смена типа МП.

Наилучшие показатели по объему оборудования и другим параметрам, а также наименьшая трудоемкость проектирования достигаются при использовании однокристальных МП. Если для решаемых задач однокристальные МП не подходят по разрядности, списку команд или быстродействию, переходят к рассмотрению секционированных МП среднего или высокого быстродействия.

Особенный интерес при проектировании измерительных приборов на базе МП представляет использование специализированных сигнальных процессоров. Такие процессоры позволяют осуществлять в реальном масштабе времени обработку сигналов, характеризующих быстропротекающие процессы. Сигнальные процессоры отличаются от универсальных МП своеобразной структурой и системой команд, позволяющей наряду со стандартными операциями по обработке данных реализовывать сложные специфические алгоритмы по обработке сигналов. Среди них алгоритм быстрого преобразования Фурье, благодаря которому осуществляется решение задач спектрального анализа сигналов, цифровой фильтрации и прочих, решение которых с помощью обычных универсальных МП требовало бы значительных затрат времени.

МП уже нашли применение в цифровых вольтметрах, частотомерах, осциллографах, генераторах сигналов, спектральных анализаторах и других приборах в самых различных областях народного хозяйства. В настоящее время наблюдается тенденция интегрирования сигнальных процессоров в персональные ЭВМ. Такое внедрение позволяет строить новые типы приборов, называемые виртуальными. Термин "виртуальные приборы" принадлежит американской фирме National Instruments. Виртуальные приборы - это реализация функций измерительных приборов и средств контроля программными средствами. Данный подход позволяет заменить дорогостоящее оборудование традиционных реальных приборов более дешевым, компактным и гибким, позволяющим "сконструировать" программный аналог измерительного прибора на базе персонального компьютера, оснащенного сигнальным процессором, платами АЦП и другим необходимым оборудованием и используя удобный графический интерфейс программного обеспечения.

Дата добавления: 2014-12-07