Подсистема цифрового ввода

Основная функция подсистемы цифрового ввода УВМ – восприятие со-бытий, возникающих в тех­нологическом (производственном) процессе или в оборудовании, связанном с управляющим вычислительным комплексом. Обычно эти события имеют характер «да – нет» или же преобразуются в двоичный код с помощью соответствующих устройств. С функциями подсистемы цифрового ввода связаны две основные характерис­тики: форма входного сигнала (в виде напряжения, силы тока или изменения сопротивления) и параметр сигнала, представляющий интерес при контроле состояния процесса (наличие сигнала, его длительность или число событий, возникающих за определенный период времени). Поэтому для выполнения своей основной функ­ции подсистема должна содержать большое число разнообразных модулей, воспринимающих сигналы различной формы, связанные с двоичными параметрами производственного процесса.

На риc. 80показана общая конфигурация и основные эле­менты подсистемы цифрового ввода. Связь подсистемы с процессо­ром осуществляется непосредственно или с помощью интерфейсов. Устройство управления обеспечивает поддержание связи между подсистемой и процессором. Оно выполняет также декодирование адресов и другие функции, связанные с восприятием цифровых сигналов. Для сни­жения вычислительной наг­рузки процессора на уст­ройство управления может быть возложена задача осу­ществления специальных функций, таких как сравне­ние, организация прерыва­ния и др.

Рис. 80. Конфигурация подсистем цифрового входа:

ВС – воспринимающая система; Н – нормализатор

Для подсчета многократ­но повторяющихся событий требуется счетчик. Число двоичных разрядов счетчика равно разрядности процессора. Например, при 16-разрядном процессоре емкость счетчика равна 2¹⁶.

При необходимости получения реакции на поступление одиноч­ных или многоразрядных кодовых комбинаций применяют запоми­нающий регистр для временного хранения полученных данных. Число двоичных разрядов регистра равно разрядности процессора. Например, при 16-разрядном процессоре объем регистра состав­ляет 16 бит.

Сопряжение между сигналами от объекта и логическими сигна­лами, необходимыми для управления состояниями регистра или счетчика, заключается в изменении уровня сигналов и (или) их преобразования. Входные сигналы, представляющие состояние объекта, чаще имеют вид уровня напряжения, силы тока или поло­жения контакта выключателя. Однако воспринимающие схемы обычно рассчитаны на напряжение. Преобразование силы тока в напряжение можно осуществить с помощью шунтирующего резис­тора. Аналогично для преобразования сигнала, представленного состоянием контакта, в напряжение последовательно с контактом включают источник напряжения и резистор ограничения силы тока.

Воспринимающая схема представляет собой пороговое устрой­ство, уровень выходного сигнала которого соответствует единице, если выходное напряжение превышает заданное значение. В про­тивном случае выходной сигнал соответствует нулю.

Таким образом, схемы нормализации и восприятия являются преобразователями сигналов, которые преобразуют получаемый от технологического процесса сигнал, представленный в виде напряжения, силы тока или положения контакта, в логический сигнал, совместимый с логическими схемами УВМ. Этот логиче­ский сигнал используют для управления состоянием одного раз­ряда регистра или для управления счетчиком. Под управлением программы УВМ слово, представляемое состоянием разрядов регистра или счетчика, передается в УВМ для дальнейшей обра­ботки.

Подсистема цифрового вывода

Основным назначением цифро­вого вывода является выработка цифровых управляющих сигналов и действий, которые будут использоваться технологическим обору­дованием, имеющим по природе своей характер «ключа». Особен­ности подсистемы цифрового вывода, связанные с конкретной УВМ, определяются прежде всего формой и основными характе­ристиками выходного сигнала. Выходом могут служить сигнал силы тока или напряжения, срабатывание полупроводникового ключа или замыкание контакта электромеханического реле. Управление выходным сигналом или воздействием может осущест­вляться либо программой, либо после запуска логическими схе­мами подсистемы. Например, подсистема может удерживать контакт в замкнутом состоянии в течение заданного интервала времени либо замыкать контакт заданное число раз или вырабаты­вать на выходе заданное число импульсов напряжения.

Основная функция цифрового вывода – функция ключа, кото­рый может управлять источником напряжения или тока с целью передачи в нагрузку сигнала в виде уровня напряжения или силы тока. Обычно напряжение, управляемое устройствами цифрового выхода, совместимо со стандартными уровнями сигналов логиче­ских схем. Эти выходные сигналы часто используют для управле­ния процессом или технологическим оборудованием, воспринимаю­щим стандартные логические уровни сигналов.

На рис. 81 показана общая организация подсистемы цифро­вого вывода. Подсистема непосредственно соединена с процессо­ром или интерфейсом. В последнем случае устройство логического управления обеспечивает также декодирование адреса и кода опе­рации, синхронизацию и другие функции управления, например определение длительности выходных импульсов.

Управление точками цифрового вывода обычно осуществляется на групповой основе. Для облегчения обращения с данными число выходных точек в каждой группе берется равным числу двоичных разрядов в машинном слове или в его части. Например, если УВМ использует 16-разряд-ные слова, то число выходных точек в группе обычно равно 8 или 16. Число групп, управляемых логическим устройством управления подсистемы, определяется общей струк­турой системы. Основными факторами, обусловливающими выбор числа групп на одно устройство управления подсистемы, являются структура адресации, задаваемая форматом команды,и выбранныеконструктивные решения.

Рис. 81. Конфигурация подсистемы цифрового вывода

Обычно каждый двоичный разряд выходных цифровых данных имеет самостоятельный смысл, т.е. каждый бит выходного слова может использоваться для управления каким-либо параметром процесса. Иногда данные, представляемые одной группой выходов, имеют смысл целого слова. В частности, это имеет место, когда группа цифровых выходов используется

для передачи данных периферийному печатающему устройству или устройству визуаль­ного вывода.

На рис. 81показаны три варианта выходных схем: выходы непосредственно от логических схем, выходы с ключей на транзис­торах и релейные выходы. Возможны также и другие варианты, например ключи на тиристорах и пр.

УВМ для осуществления управления процессом должна выпол­нять следующие функции.

1. Собирать важную для хода технологического процесса информацию, которая представляет собой последовательность цифр и других условных знаков, понятных УВМ. Так как УВМ работает с цифрами, все сигналы должны быть преобразованы впоследовательность цифр. Эту операцию осуществляет в УВМ АЦП.

2. Накапливать данные и хранить их для последующей обработки. Снимая характеристики процесса и регистрируя структурные параметры, УВМ может построить математическую модель процесса.

3. Может производить расчеты, используя введенные в нее или накопленные в ней данные, например рассчитывать оптималь­ные значения управляющей величины. Эти расчеты не должны отставать от реального процесса, т.е. УВМ должна работать в реальном масштабе времени.

4. Может выдавать некоторые данные, например оптималь­ное значение управляющей величины, которые должны быть преобразованы снова в аналоговый сигнал с помощью цифроаналогового преобразователя, чтобы их можно было использовать непо­средственно в процессе управления.

Однако УВМ не в состоянии производить вычисление по собственной инициативе. Для этого она должна получить команду от своего устройства управления. Так как устройство управления не знает, что и как УВМдолжна считать, то следует ввести внее программу вычислений,составленную напонятном машине языке (рис. 82). Программа – упорядоченная последовательность указаний, по которым производятся вычисления. В программе, например, может быть предписано: рассчитать оптимум по указанному методу. Такое предписание называют алгоритмом.

Рис. 82. Схема функционирования УВМ:

УУ – устройство управления;

АУ – арифметическое устройство