Основы микросхемотехники дискретной автоматики.

Дисциплина «Основы дискретной автоматики, микропроцессорной техники и программирования» предусматривает изучение схемотехнических основ дискретных (цифровых) узлов автоматики, вычислительных устройств, управляющих ЭВМ и микроЭВМ, запоминающих и периферийных устройств, организации обмена информацией в микроЭВМ и микропроцессорах.

Базовыми предметами для изучения данной дисциплины являются: математика, физика, теоретические основы электротехники, промышленная электроника, электрорадиоматериалы и электрические измерения.

Курс обеспечивает изучение дисциплины: «Устройство и наладка систем ЧПУ».

Отчетность: первый семестр изучения дисциплины – экзамен; в заключительном семестре – дифференцированный зачет.

Курс изучения дисциплины предусматривает выполнение 15 лабораторных работ и 7 практических занятий.

Развитие микропроцессорной техники началось сравнительно недавно. Первое сообщение о разработке микропроцессора I-4004 опубликовала фирма Intel в 1971 году.

Совершенствование технологии производства интегральных схем привело к тому, что за сравнительно небольшое время появились пять поколений микропроцессоров и в настоящее время ведутся разработки микропроцессоров шестого поколения, отличающихся своими техническими характеристиками:

первое – медленнодействующие (время выполнения команды 10…20 мкс.) четырёхразрядные микропроцессоры (МП), имеющие относительно ограниченный набор команд, объем памяти и видов адресации;

второе – четырёх - и восьмиразрядные МП со временем выполнения команд 2…5 мкс., расширенным набором команд, объёмом памяти и различными видами адресации. Эти МП проще в использовании, так как выпускаются комплектами (К589, К1804 и т.д.) совместимые и взаимно дополняющие друг друга БИС;

третье – быстродействующие (время выполнения команды 100…300 нс.) секционированные МП, выполняемые с использованием биполярной технологии и микропрограммным принципом управления, а также 16-разрядные процессоры и спецпроцессоры;

четвёртое – однокристальные микроЭВМ с встроенными портами ввода-вывода и запоминающими устройствами, 32-разрядные микропроцессоры;

пятое – 64-разрядные однокристальные процессоры, на одном кристалле более 300 млн. транзисторов, изготовленных по нанотехнологии, а также началось внедрение двуядерных процессоров.

В настоящее время микропроцессоры и изготовленные на их базе микроЭВМ присутствуют практически во всех областях деятельности человека.

Основные причины широкого внедрения микропроцессорной техники:

Ø использование в микропроцессорных системах (МПС) цифрового способа представления информации, позволяющего значительно повысить помехоустойчивость создаваемых на их базе устройств, обеспечить простоту передачи и обработки информации без потерь и долговременное её хранение;

Ø применение программного способа обработки информации;

Ø компактность, высокая надёжность и низкая потребляемая мощность МПС, обеспечивающие возможность расположения управляющих устройств в непосредственной близости от управляемого объекта;

Ø относительно низкая стоимость МПС и высокая степень их эффективность.

В настоящее время устройства ЧПУ стоятся по структуре ЭВМ, чаще на базе серийных микроЭВМ (например, «Электроника 60») такие как «2Р22», «Контур-1», «2Р32» и ряд других, могут строиться и на базе специализированных микроЭВМ такие как «Электроника НЦ-31». Это позволяет применять универсальные блоки для построения УЧПУ, что в свою очередь позволяет изменять характер связи между ними по программе. Операции управления выполняются последовательно через центральный процессор. В составе блоков имеются оперативное (ОЗУ) и постоянное (ПЗУ) запоминающие устройства. Для такого рода устройств требуется специальное программно-математическое обеспечение. Такое построение устройств ЧПУ позволяет легко корректировать алгоритм работы, совершенствовать его по мере накопления статистической информации о качестве изготовления деталей.

В настоящее время наблюдается быстрое развитие станков с ЧПУ, в которых запись программы производится по первой детали. При обработке первой детали все данные вводятся в память ЧПУ.

Развивается новое направление – речевое управление станками с ЧПУ. Предполагается применение голосовых команд в сочетании с системой ЧПУ, имеющей запоминающее устройство, для управления лишь отдельными видами оборудования.

В связи с повышением требований к точностным параметрам деталей создаются адаптивные системы управления. Они служат для оптимизации процесса обработки и повышения точности обрабатываемых деталей.

Большие исследовательские работы ведутся в области адаптивно диагностического управления станками, когда в зависимости от состояния обрабатываемой детали автоматически выбирают оптимальные подачу и скорость резания, автоматически заменяется изношенный или поврежденный инструмент.

ВТОРОЙ ВОПРОС.

Цифровые устройства обеспечивают преобразование совокупности цифровых входных сигналов X в выходные сигналы Y. Для формирования цифровых выходных сигналов используются цифровые устройства двух классов:

1. Цифровые устройства (ЦУ), выходные сигналы Y, которых в некоторый момент времени t_n зависят только от совокупности (комбинации) сигналов Х, присутствующих на их входах в тот же момент времени t_n, и не зависят от входных сигналов, поступающих в предшествующие моменты времени. Такие ЦУ называют комбинационными (КЦУ), к ним относятся: логические элементы, шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры, преобразователи кодов, схемы равнозначности кодов, схемы сравнения двоичных чисел, пороговые схемы и мажоритарные элементы.

2. ЦУ выходные сигналы Y, которых в момент времени t_n определяются не только комбинациями входных сигналов Х, воздействующих в тот же момент времени t_n , но и сигналами, поступающими на входы в предшествующие моменты времени. В составе таких ЦУ обязательно присутствуют элементы памяти, внутреннее состояние которых отражает предысторию поступления последовательности входных сигналов. Эти ЦУ принято называть последовательными (ПЦУ) или конечными автоматами. К ним относятся: триггеры, регистры, счетчики, распределители, запоминающие устройства.