Sisteme cu Microprocesoare

Aparatele şi sistemele controlate cu microprocesor au apărut şi s-au perfecţionat odată cu apariţia pe piaţă a miroproesoarelor (1970 -1980) după care (în special după 1985) s-au răspândit foarte rapid, înlocuind aproape complet aparatele şi sistemele de măsură şi control numerice clasice (cu logică cablată), atît în tehnica de laborator cît şi în instrumentaţia industrială, mai ales în controlul automat.

Clasificarea sistemelor cu microprocessor

În funcţie de complexitatea sistemului din care face parte vom avea:

- aparate de măsură cu microprocesor – utilizate ca instrumente de laborator sau de teren;

- sisteme de măsură cu microprocesor – folosite în complexe de măsură şi control în industrie.

1.1Avantajele folosirii microprocesoarelor în sistemele de măsură şi control

Includerea unui microprocesor într-un sistem de măsură şi control dă posibilitatea ca manevrele de operator să fie preluate (parţial sau total) de către microprocesor şi în plus să se obţină cîteva avantaje importante:

1. Preluarea comenzilor de operator cum ar fi reglaje de zero şi de cap de scară, selectarea gamelor asigurând un plus de precizie şi siguranţă în exploatare.

2. Autocalibrarea şi compensarea automată a influenţei factorilor de climă. De asemenea se calculează abaterile şi se corectează rezultatul final al măsurării.

3. Îmbunătăţirea preciziei prin eliminarea erorilor sistematice (prin autocalibrare, autocorecţie).

4. Micşorarea numărului de componente ale sistemului prin eliminarea componentelor destinate implementării logicii cablate.

5. Creşterea versatilităţii aparatului prin obţinerea unor posibilităţi suplimentare de măsură pe baza programelor interne.

6. Creşterea vitezei de lucru prin automatizarea operaţiilor de măsurare.

7. Posibilitatea determinării prin calcul a altor parametrii de semnal (valoare de vârf, valoare medie, valoare efectivă, calculul distorsiunilor, a spectrului de amplitudini, determinarea fazei, defazajului).

8. Posibilitatea autotestării prin programe speciale executate de microprocesorul încorporat, la comanda operatorului sau în cazul apariţiei unei anomalii in funcţionare. În acest caz se poate declanşa o procedură de testare şi semnalizare a eventualelor defecte.

Toate aceste avantaje arată clar că sistemele de măsură şi control moderne nu pot exista fără a fi controlate de către microprocesoare.

1.2 Microprocesoare : o privire generală

În cele ce urmează ne vom referi la un microprocesor generic (presupus de 8 biţi) şi vom începe cu precizarea unor termeni şi notaţii utilizate în lucrările din domeniul microprocesoarelor.

Definiţii şi terminologie

Sistemul de calcul este un echipament care transformă datele de intare în rezultate de ieşire pe baza unui algoritm materializat într-un program. Această definiţie reprezintă sensul clasic al noţiunii de calculator .

Sistemele inteligente sunt acele sisteme care pot prelucra informaţii incomplete definite sau aproape complet definite. Astfel de sisteme sunt sistemele fuzzy sau reţelele neuronale.

În cazul în care informaţiile de prelucrat sunt complet definite atunci avem de-a face cu algoritmi secvenţiali. Acest tip de algoritmi a stat la baza construcţiei maşinilor secvenţiale (Von Newman).

Dacă operaţiile elementare independente se pot executa paralel (pe mai multe unităţi de calcul), avem de-a face cu algoritmi paraleli.

Începând cu anii 1970 au apărut tendinţe de automatizare a proceselor de producţie bazate iniţial pe automate numerice cablate (logică cablată) şi apoi pe sisteme cu microprocesoare (logică programată). De dată recentă sunt sistemele bazate pe arhitecturi paralele (sisteme multiprocesor , sisteme distribuite).

Arhitectura maşinii secvenţiale standard (Von Newman) este următoarea:

Unitatea centrală (CPU-Central Processing Unit), transformă datele în rezultate pe baza execuţiei instrucţiunilor programului memorat.

Memoria este mediul principal de stocare/regăsire a datelor, rezultatelor şi programelor.

Subsistemul de intrare-ieşire este destinat realizării interfeţei om-maşină sau proces-maşină.

Partea fizică a unui sistem de calcul (componentele electronice) este relative simplă, poate fi produsă în serie şi este relativ ieftină. Termenul hardware se referă tocmai la această parte

Ceea ce transformă acest echipament ieftin într-o diversitate de instrumente, controlere industriale, calculatoare speciale sau de uz general, sunt programele (utilitare sau de aplicaţii) şi sistemele de programe (operare, exploatare), adică software care vor determina hardware-ul de uz general să execute ceea ce dorim.

Un alt termen frecvent utilizat este firmware, care desemnează programe speciale stocate în memorii nevolatile, al căror rol este de a asigura facilităţi de configurare şi testare a echipamentului, precum şi minima sa funcţionare. Exemplu biosul de la calculatoarele personale.

Microprocesoarele actuale se produc într-o gamă largă de variante, de la cele de uz general sau cele destinate aplicaţiilor industriale, până la procesoarele de semnal sau coprocesoarele cu funcţii bine precizate. De asemenea, microprocesoarele pot fi:

- microprocesoare monocip (unitatea centrală şi circuitele de suport sunt dispuse în interiorul aceleiaşi capsule de circuit integrat).

- microprocesoare multicip la care unitatea centrală şi circuitele de suport, sunt realizate sub formă de circuite integrate distincte.