Основы мехатроники и робототехники

53 
сохранении его стоимости. Под производительностью здесь понимается скорость 
обработки информации, определяемая тактовой частотой процессора.
Применяются различные приемы для увеличения скорости обработки 
информации и степени интеграции микросхем. По причине постоянного 
изменения конструкции МП и технологии преобразования, хранения и передачи
информации, здесь ставится задача дать лишь пояснение основных принципов 
работы МП и их взаимодействия с ИУ. Более расширенно аппаратные средства СУ 
мехатронных обьектов рассматриваются в специальной литературе () и являются 
предметом изучения учебной дисциплины, называемой Системы управления 
мехатронных обьектов (или различных технических систем).
Оказывается, что на примере взаимодействия CPU персональных 
компьютеров (РС) c такими устройствами памяти как винчестер, дисковод, а также 
с периферийными устройствами на примере клавиатуры, печатающих и других 
внешних устройств, можно изучить построение аппаратных средств систем 
управления МО. Каждое из названных устройств в совокупности с МПК, 
контроллерами, а также с информационно-измерительными устройствами и 
системами коммуникации представляют наглядный пример МО. Под МПК будем 
понимать совокупность процессора, запоминающего устройства и таких 
вспомогательных систем процессора как системы: ввода-вывода, прерываний, 
прямого доступа к памяти. 
 
4.2.1
 
Структура управляющего комплекса 
Для понимания назначения аппаратных систем управляющего комплекса 
системы управления, принципов функционирования и взаимодействия между 
собой различных аппаратных систем, выбрана некоторая гипотетическая 
модель управляющего комплекса имеющего упрощенную архитектуру. Тем, 
кто освоит данное устройство и принцип работы этой гипотетической модели 
управляющего комплекса будет в дальнейшем легче разобраться и изучить 
конкретный современный управляющий комплекс. Рассматриваемый здесь 
гипотетический управляющий комплекс [16] представляет МПК, который 
состоит из процессора, оперативной памяти, системы портов ввода-вывода, 
устройства управления прямого доступа к памяти, системы прерывания, 
контроллера периферийных устройств. Некоторые из этих устройств будут 
подробнее рассмотрены в дальнейшем по отдельности и во взаимодействии. 
Процессором, в зависимости от выполняемых функций может быть CPU, 
МП, микроконтроллер (МК). Микроконтроллер представляет разновидность 
МПС ориентированной непосредственно на реализацию алгоритма управления 
техническими устройствами и технологическими процессами. Эту же функцию 
выполняют промышленные контроллеры и программируемые логические 
контроллеры. Однако МК, особенно серии PIC (Peripherial Interface Controller) 
имеют наибольшее распространение, так как являются недорогими и приме 

54 
няются в мехатронных обьектах массового производства. 
Рис.4.2. МПК 
Оперативная память RAM (Random Access Memory) является 
разновидностью 
запоминающего 
устройства 
непосредственно 
взаимодействующая с процессором. Процессор записывает и считывает данные 
и команды из ячеек оперативной памяти. Информация в оперативной памяти 
не сохраняются после отключения питания. 
Система портов ввода и вывода, особенно развитая в промышленных 
контроллерах и программируемых логических контроллерах, применяется для 
подключения к процессору периферийных устройств, через их контроллеры 
или адаптеры. 
Устройства управления прямого доступа к памяти позволяет разгрузить 
процессор при управлении периферийным устройством. Как показано на 
рис.4.2 процессор подает сигнал через порт А на устройство управления 
прямым доступом к памяти, одновременно подается сигнал через порт В на 
контроллер периферийного устройства. В этом случае контроллер 

55 
периферийного устройства пересылает несколько байтов на устройство 
управления прямым доступом к памяти, а тот в свою очередь размещает эти 
данные в оперативной памяти, минуя процессор. Во время пересылок
процессор может продолжать работать с оперативной памятью и обрабатывать 
команды. 
Система прерывания позволяет процессору работать независимо от 
периферийных устройств. Прерывание вынуждает процессор прекратить
Рис.4.3. Считывание данных из запоминающего устройства 
выполнение одной последовательности команд и перейти на выполнение 
другой, после чего процессор опять возвращается к продолжению 
первоначальной последовательности. Наличие этой системы обеспечивает 
управление периферийным устройством в реальном масштабе времени. 
На (рис.4.2) контроллеры представляют электронные системы для управления 
на исполнительном уровне конкретным устройством. Они являются связующим 
звеном между процессором и устройством. Для «взаимопонимания» контроллера и 
процессора 
служат 
драйверы. 
Драйверы 
представляют 
программы 
обеспечивающие взаимодействие CPU с конкретными устройствами через его 
контроллер. 

56 
Различные модули комплекса управления соединяются посредством 
магистральных линий - шин. Под шинами понимается совокупность 
соединительных линий (проводников). Причем число линий определяет 
разрядность 
шин. 
Рассматриваемый 
управляющий 
комплекс 
имеет 
трехшинную структуру с шинами адреса (ША), данных (ШД) и шины 
управления (ШУ). Каждый компонент управляющего комплекса, ячейка 
оперативной памяти, порты ввода/вывода имеют свой адрес. По шине адреса 
передается адрес к конкретным устройствам. В этом случае процессор 
подключается к устройству, адрес которой находится на адресной шине и через 
шину данных обменивается данными с этим устройством. С помощью шины 
управления в процессор вводятся инструкции, например, записать (считать) 
информацию, готовность к приему (передаче) данных, управления 
контроллерами, аппаратного прерывания и т.д. 

жүктеу/скачать 3,35 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: