В аналого-цифровых системах входная и выходная информация представлена в виде изменяющегося во времени напряжения U(t) или тока, освещенности, напряженности электрического поля, уровня давления воздуха и других аналоговых величин. Тип носителя информации определяется физическим принципом датчиков информации. Преобразователи информации также могут быть аналоговые, т.к. они преобразуют по известным функциям уровень входного напряжения датчика X(t) = U(t) в уровень выходного сигнала Y(t) = U(t + τ), где τ – время задержки от входа к выходу преобразователя. В таких системах формирование логического сигнала U(t + τ) ≥ U max может быть произведено только при наличии специальной схемы сравнения, например [35] (логическое устройство, сравнивающее U(t + τ) с константой U max). Здесь речь идет уже о трехблоковой схеме (рис. 35 а), где ИУ– информационное устройство, ЛУ – логическое устройство.
Представим себе, что в аналого-цифровой системе используется несколько входных аналоговых сигналов Ul(t), U2(t), …, U k (t), преобразуемых несколькими функциональными преобразователями информации Ф1, Ф2, …, Фs, которые входят в состав информационного устройства. Очевидно, что тогда потребуется несколько константных значений U max (1), U max (2), … Следовательно, для функционирования такой аналого-цифровой системы необходимы уже четыре блока (рис. 35 б): ИУ, ЛУ, УА и АУ.
|
|
Здесь информационное устройство (ИУ) – комплекс Ф1, Ф2,..., Ф s; логическое устройство (ЛУ) – набор схем сравнения P1, Р2, …, Р r с возможностью подключения соответствующего U max (i) к P(i) по коду адреса; УА – управляющий автомат для выдачи сигналов управления и работы с несколькими Ф j и P j не только по сигналам αi, но и по кодам адресов Ф j и P j; АУ – адресное устройство или аналоговый коммутатор для подключения соответствующих U i (t) и U max (j) к ИУ и ЛУ.
В общем случае система преобразования информации и управления обобщенно может быть задана структурной моделью Ю.Ф. Мухопада в виде пяти взаимосвязанных подсистем: функциональной, информационной, логической, адресной и управляющей*. Вершины графа, помеченные символами наименования подсистем Ф, И, Л, А, У, представляют собой устройства, дуги графа – каналы связи (рис. 36).
Рассмотрим назначение, функции и возможную реализацию подсистем.
Рис. 35
Рис. 36
1. Функциональная подсистема (Ф) предназначена для реализации вычислительных операторов А и реализуется чаще всего микропроцессором или несколькими микропроцессорами, если требуется высокая скорость обработки информации, а также специальными функциональными преобразователями информации в более простых случаях.
|
|
2. Информационная подсистема (И) служит для хранения массива данных, промежуточной и выходной информации. В настоящее время реализуется специальными БИС памяти для оперативной информации ОЗУ, а для констант – БИС ПЗУ с электрическим или ультрафиолетовым стиранием.
3. Логическая подсистема (Л) – устройства, формирующие множество α -логических сигналов (признаков) о том, что выполнилось какое-то действие, например рука робота выпрямилась и дошла до крайнего положения. Многие такие сигналы формируются специальными датчиками – концевыми выключателями. Однако ряд логических сигналов (например, угловая скорость превысила заданный предел) приходится формировать в специальных БИС арифметико-логических устройств (или на самом микропроцессоре МП) за счет операции логического сравнения чисел, соответствующих текущему и предельному значениям угловой скорости. При выполнении функциональных и логических операций на одном и том же микропроцессоре осуществляется объединение функций Ф и Л подсистем (что допустимо, если имеется запас времени и нет высоких требований к быстродействию).
4. Адресная подсистема (А) – устройства, вычисляющие адрес информации, хранимой в запоминающем устройстве, или непосредственно подсоединяющие выходные сигналы датчиков к микропроцессору. В наиболее простых системах управления с датчиками двоичных сигналов (типа сигнала концевых включателей) адресная подсистема реализуется с помощью типовых дешифраторов или специальных логических схем, а для аналоговых сигналов – с помощью коммутатора на реле, герконах, полевых транзисторах и др. Когда точек коммутации много (более 50), коммутатор становится сложным многокаскадным устройством и управляется специальным микропрограммным автоматом, который реализует заданные списки адресных соединений.
В микропроцессорных системах адресная подсистема чаще всего реализуется с помощью специальной адресной шины, по которой передаются адреса информации к подсоединенным устройствам и датчикам, а для преобразования адресов, в свою очередь, может быть применен независимый адресный спецпроцессор.
5. Управляющая подсистема (У) – это блоки устройства управления, реализующие выдачу всех команд управления для координации во времени всего процесса автоматизации технологического цикла. Реализация устройств управления осуществляется на ПЗУ или на специальных БИС – ПЛМ (программируемая логическая матрица).
6. Состояние системы.
Согласно модели Ю.Ф. Мухопада, в системе выделяется пять подсистем, каждая из которых на данный момент времени t находится в некотором M(t) состоянии Ф(t), И(t), Л(t), A(t), и У(t). В момент времени t + 1 состояние каждой из подсистем изменяется. Поэтому, если для последующего анализа (с целью контроля правильности реализации алгоритма) требуется запоминание состояния системы, то необходимо ввести специальную память состояний для M(t), M(t + 1),... M(t + + j).
Организация связей