Достоинства и недостатки микропроцессорных устройств
Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем
Микропроцессорные устройства защиты и автоматики
Достоинства и недостатки микропроцессорных устройств
Цифровые устройства защиты обеспечивают более быстрое отключение КЗ, чем электромеханические. Цифровые реле могут осуществлять профилактические защиты электрооборудования от опасных режимов, предотвращая возникновение КЗ.
К основным преимуществам МП–устройств относятся
— большое число выполняемых функций;
— возможность дистанционного управления РЗА;
— простое аппаратное исполнение за счет применения микропроцессоров;
— высокая эксплуатационная надежность;
— возможность быстрого проведения сложных расчетных операций программным путем;
— получение большого объема информации об аварийных режимах;
— обеспечение самодиагностики исправности устройства в процессе
эксплуатации;
— удобство технического обслуживания;
— минимальные массогабаритные показатели.
Переход на цифровые способы обработки информации существенно улучшил эксплуатационные качества реле.
Системы РЗА нового поколения применяются для подстанций всех уровней напряжения и представляют совокупность микропроцессорных устройств релейной защиты и компьютерной системы управления, обеспечивающих:
— наглядность процесса для оператора, что дает возможность оператору своевременно реагировать для предотвращения аварии;
— дистанционное управление, как терминалами релейной защиты, так и первичным оборудованием подстанции;
— непрерывную диагностику, позволяющую проводить предаварийную профилактику;
— гибкость как в работе с устройствами релейной защиты, так и в использовании системы автоматизации;
— возможность наращивания системы, как релейной защиты, так и измерения и управления;
— регистрирование и сохранение всех величин в предаварийных и аварийных ситуациях для точного послеаварийного анализа причин аварии;
— ряд вспомогательных функций управления и контроля, например, автоматической разгрузки.
Надежность системы энергоснабжения достигается многократным резервированием и постоянным контролем исправности устройств оператором рабочей станции, дежурным персоналом подстанции. В результате – автоматически и дистанционно локализуются повреждения и, тем самым, сводится к минимуму ущерб от перерывов энергоснабжения.
К недостаткам цифровых реле можно отнести:
— маломощный выходной сигнал, что делает необходимым применение усилителей, а также использование, например, промежуточных электромеханических реле для связи с катушкой привода выключателя.
Общие принципы построения микропроцессорных систем.
Дата добавления: 2013-12-23 ; просмотров: 4918 ; Нарушение авторских прав
Лекция 1.
Разрядность какой шины прямо определяет быстродействие
ЛЕКЦИЯ №1
1. В чем главное преимущество микропроцессорной системы?
2. Какой режим обмена предполагает отключение процессора?
· процессор никогда не отключается
· обмен по прямому доступу к памяти
· обмен по прерываниям
3. Микропроцессорная система какого типа не обеспечивает управление внешними устройствами?
· все типы обеспечивают управление внешними устройствами
микропроцессорной системы?
5. Какой режим обмена обеспечивает наибольшую скорость передачи информации?
· обмен по прямому доступу к памяти
· обмен по прерываниям
· все режимы одинаковы по быстродействию
6. Какая архитектура обеспечивает более высокое быстродействие?
· быстродействие не зависит от архитектуры
7. Структура какой шины влияет на разнообразие режимов обмена?
8. Какой режим обмена используется чаще всего?
· обмен по прерываниям
· все режимы используются одинаково часто
· обмен по прямому доступу к памяти
9. Микропроцессорная система какого типа разрабатывается
чаще всего?
· разработка не требуется, используются готовые системы
1.1 Понятия об электронной системе обработки информации. Цифровая система на “жёсткой” и “гибкой” логике.
1.2 Микропроцессор. Микропроцессорная система.
Принципы построения МП – систем.
1.3 Шинная структура связей.
1.4 Режимы работы МП-систем.
1.5 Архитектура МП-систем.
1.7 Контрольные вопросы.
Ключевые слова:микропроцессор, микропроцессорная система, шина, архитектура, память, устройство ввода-вывода.
1.1 Понятия об электронной системе обработки информации. Цифровая система на “жёсткой” и “гибкой” логике.
Микропроцессорная техника сейчас все активнее входит в нашу жизнь, постепенно замещая и вытесняя традиционную цифровую технику на «жесткой логике». Универсальность, гибкость, простота проектирования аппаратуры, практически неограниченные возможности по усложнению алгоритмов обработки информации — все это обещает микропроцессорной технике большое будущее. На долю традиционной цифровой техники остаются только узлы и устройства, требующие максимального быстродействия, а также устройства с простейшими алгоритмами обработки информации. Обычная цифровая техника сегодня применяется для увеличения возможностей микропроцессорных систем, для их сопряжения с внешними устройствами, для увеличения их возможностей, то есть играет вспомогательную роль. Таким образом, традиционную цифровую технику в самом недалеком будущем, по-видимому, ждет участь аналоговой техники, область применения которой в своё время сильно сузилась с появлением цифровой.
Ведём несколько основных определений.
• Электронная система— в данном случае это любой электронный узел,
блок, прибор или комплекс, производящий обработку информации.
• Аналоговая система –это частный случай электронной системы, производящей обработку информации представленной в аналоговом виде (ток, напряжение и т.д.).
• Цифровая система –это частный случай электронной системы, производящей обработку информации представленной в цифровом виде.
Характерная особенность традиционной цифровой системы состоит в том, что алгоритмы обработки и хранения информации в ней жестко связаны со схемотехникой системы. То есть изменение этих алгоритмов возможно только путем изменения структуры системы, замены электронных узлов, входящих в систему, и/или связей между ними. Например, если нам нужна дополнительная операция суммирования, то необходимо добавить в структуру системы лишний сумматор. Или если нужна дополнительная функция хранения кода в течение одного такта, то мы должны добавить в структуру еще один регистр. Естественно, это практически невозможно сделать в процессе эксплуатации, обязательно нужен новый производственный цикл проектирования, изготовления, отладки всей системы. Именно поэтому традиционная цифровая система часто называется системой на «жесткой логике».
Рис. 1.1.Электронная система.
Любая система на «жесткой логике» обязательно представляет собой специализированную систему, настроенную исключительно на одну задачу или (реже) на несколько близких, заранее известных задач. Это имеет свои бесспорные преимущества.
Во-первых, специализированная система (в отличие от универсальной) никогда не имеет аппаратурной избыточности, то есть каждый ее элемент обязательно работает в полную силу (конечно, если эта система грамотно спроектирована).
Но в то же время большим недостатком цифровой системы на «жесткой логике» является то, что для каждой новой задачи ее надо проектировать и изготавливать заново.
Это процесс длительный, дорогостоящий, требующий высокой квалификации исполнителей. А если решаемая задача вдруг изменяется, то вся аппаратура должна быть полностью заменена. В нашем быстро меняющемся мире это довольно расточительно.
Путь преодоления этого недостатка довольно очевиден: надо построить такую систему, которая могла бы легко адаптироваться под любую задачу, перестраиваться с одного алгоритма работы на другой без изменения аппаратуры.
И задавать тот или иной алгоритм мы тогда могли бы путем ввода в систему некой дополнительной управляющей информации, программыработы системы (рис. 1.2). Тогда система станет универсальной, или программируемой, не жесткой, а гибкой. Именно это и обеспечивает микропроцессорная система.
Микропроцессорной системойназываютвычислительную, контрольно-измерительную или управляющую систему, в которой основным устройством обработки информации есть микропроцессор.
.
Микропроцессорные системы
Вы будете перенаправлены на Автор24
Микропроцессорная система (МПС) представляет собой систему, включающую в себя хотя бы 1 микропроцессор (МП), запоминающее устройство (ЗУ), устройства ввода/вывода (УВВ), устройства сопряжения системной шины с устройствами ввода/вывода (контроллеры), системную шину.
Данную систему можно рассматривать как пример электронной системы, которая предназначена для обрабатывания входных сигналов и выдачи выходных сигналов. В роли входных и выходных сигналов возможно использование аналоговых сигналов, одиночных цифровых сигналов, цифровых кодов, последовательности цифровых кодов. В данной системе, как в любой цифровой системе, входные аналоговые сигналы преобразуют в последовательности кодов с помощью аналогово-цифровых преобразователей (АЦП), а выходные аналоговые сигналы формируют из последовательности кодов с помощью цифровых аналоговых преобразователей (ЦАП). Обрабатывается и хранится информация в цифровом виде.
Общие сведения о микропроцессорных системах
В связи с множеством областей применения МП и микроЭВМ можно классифицировать МПС на системном уровне. Они могут быть представлены:
Исходя из вышесказанного, в наше время определились следующие приоритетные области, в которых применяются МПС:
Процесс внедрения МПС в область контрольно-измерительной аппаратуры позволил значительно повысить точность измерений и надежность, а также расширил функциональные возможности приборов и обеспечил выполнение следующих функций: калибровки, коррекции и температурной компенсации, контроля и управления измерительным комплексом, принятия решений и обработки данных, диагностики неисправностей, индикации, испытания и проверки приборов.
Готовые работы на аналогичную тему
Внедрение МПС в системах связи обусловило все большее вытеснение цифровыми методами аналоговых, что привело к их широкому использованию в преобразователях кодов, мультиплексорах, устройствах контроля ошибок, блоках управления приемной и передающей аппаратуры.
Все более широко стали использоваться МПС в таких устройствах, как терминалы и кассовые аппараты банков, контрольно-расчетные терминалы торговых центров и т.п. Использование МП и МПС в бытовой технике позволяет открыть ее широкие возможности в области эффективности, повышения надежности и разнообразного применения.
Основные типы микропроцессорных систем
Различают следующие основные типы МПС:
Четкую границу между названными типами иногда провести достаточно сложно, поскольку быстродействие всех типов МП постоянно растет, и бывает, что новый микроконтроллер может оказаться быстрее, к примеру, устаревшего компьютера. Но принципиальные отличия между ними все же существуют.
Микроконтроллеры являются универсальными устройствами, практически всегда использующимися в составе более сложных устройств, в том числе и контроллеров. Системная шина микроконтроллера находится внутри микросхемы. Возможности подключения внешних устройств к микроконтроллеру ограничены. Устройства, построенные на микроконтроллерах, как правило, используются для выполнения одной задачи.
Контроллеры обычно создают для решения отдельной задачи или группы близких задач. Они не имеют возможности подключения дополнительных узлов и устройств (большой памяти, средств ввода/вывода). Их системная шина, как правило, недоступна для пользователя. По структуре контроллер прост и оптимизирован под максимальное быстродействие. В основном выполняемые им программы хранятся в постоянной памяти и не меняются. Конструктивно контроллеры выпускаются в виде одной платы.
Микрокомпьютеры отличает от контроллеров более открытая структура, поскольку в них допускается подключение к системной шине нескольких дополнительных устройств. Выпускаются микрокомпьютеры в каркасе, корпусе с разъемами системной магистрали, которые доступны для пользователя. Микрокомпьютеры имеют средства хранения информации на магнитных носителях (магнитные диски) и развитые средства связи с пользователем (видеомонитор, клавиатуру). Микрокомпьютеры предназначены для решения более широкого круга задач, чем контроллеры, однако к каждой новой задаче их нужно приспосабливать заново. Программы, выполняемые микрокомпьютером, можно легко заменять.
Компьютеры, в том числе и персональные, представляют собой самые универсальные из МПС. В них предусмотрена возможность усовершенствования, а также широкие возможности подключения новых устройств. Системная шина компьютеров является доступной для пользователя. Помимо этого внешние устройства (ВУ) имеют возможность подключения к компьютеру через несколько встроенных портов связи (количество портов может доходить до 10). Компьютер обладает высоко развитыми средствами связи с пользователем, средствами длительного хранения информации большого объема, средствами связи с другими компьютерами по информационным сетям. Области применения компьютеров самые разнообразные: от математических расчетов и обслуживания доступа к БД до управления работой сложных электронных систем, компьютерных игр и т.д.
Рисунок 1. Логическая схема МПС
где Д – датчики, ОУ – объект управления, ИМ – исполнительные механизмы, БСД – блок сопряжения с датчиками, ИК – информационные контроллеры, БСИК – блок сопряжения с информационными контроллерами, ОП – основная память, ДП – дополнительная память В зависимости от области применения МПС бывают специализированные и универсальные, встроенные и автономные.
Архитектура Фон-Неймана
В соответствии с организацией процессов выборки и исполнения команды в современных МПС применяют одну из двух архитектур: фон-неймановскую (принстонскую) или гарвардскую.
Основная особенность архитектуры Фон-Неймана заключается в использовании общей памяти для хранения программ и данных.
Рисунок 2. Структура МПС архитектуры Фон-Неймана
Основным преимуществом данной архитектуры является упрощение устройства МПС, поскольку реализовано обращение только к одной общей памяти. Помимо этого использование единой области памяти позволило оперативно перераспределить ресурсы между областями программ и данных, что существенно повысило гибкость МПС со стороны программного обеспечения. Размещение стека в общей памяти облегчило доступ к его содержимому. Поэтому данный тип архитектуры стал основным для универсальных компьютеров, в том числе и персональных.
Гарвардская архитектура
Основная особенность гарвардской архитектуры заключается в использовании раздельных адресных пространств для хранения команд и данных, как изображено на рис. 3.
Рисунок 3. Структура МПС с гарвардской архитектурой
Гарвардской архитектурой обеспечивается потенциально более высокая скорость выполнения программ в сравнении с фон-неймановской за счет возможности реализовывать параллельные операции. Процесс выборки следующей команды может проходить параллельно выполнению предыдущей. Данный метод реализации операций дает возможность обеспечивать выполнение различных команд за одинаковое число тактов, что дает возможность более просто определить время выполнения циклов и критичных участков программы.
Достоинства и недостатки микропроцессорных устройств
Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем
Микропроцессорные устройства защиты и автоматики
Достоинства и недостатки микропроцессорных устройств
Цифровые устройства защиты обеспечивают более быстрое отключение КЗ, чем электромеханические. Цифровые реле могут осуществлять профилактические защиты электрооборудования от опасных режимов, предотвращая возникновение КЗ.
К основным преимуществам МП–устройств относятся
— большое число выполняемых функций;
— возможность дистанционного управления РЗА;
— простое аппаратное исполнение за счет применения микропроцессоров;
— высокая эксплуатационная надежность;
— возможность быстрого проведения сложных расчетных операций программным путем;
— получение большого объема информации об аварийных режимах;
— обеспечение самодиагностики исправности устройства в процессе
эксплуатации;
— удобство технического обслуживания;
— минимальные массогабаритные показатели.
Переход на цифровые способы обработки информации существенно улучшил эксплуатационные качества реле.
Системы РЗА нового поколения применяются для подстанций всех уровней напряжения и представляют совокупность микропроцессорных устройств релейной защиты и компьютерной системы управления, обеспечивающих:
— наглядность процесса для оператора, что дает возможность оператору своевременно реагировать для предотвращения аварии;
— дистанционное управление, как терминалами релейной защиты, так и первичным оборудованием подстанции;
— непрерывную диагностику, позволяющую проводить предаварийную профилактику;
— гибкость как в работе с устройствами релейной защиты, так и в использовании системы автоматизации;
— возможность наращивания системы, как релейной защиты, так и измерения и управления;
— регистрирование и сохранение всех величин в предаварийных и аварийных ситуациях для точного послеаварийного анализа причин аварии;
— ряд вспомогательных функций управления и контроля, например, автоматической разгрузки.
Надежность системы энергоснабжения достигается многократным резервированием и постоянным контролем исправности устройств оператором рабочей станции, дежурным персоналом подстанции. В результате – автоматически и дистанционно локализуются повреждения и, тем самым, сводится к минимуму ущерб от перерывов энергоснабжения.
К недостаткам цифровых реле можно отнести:
— маломощный выходной сигнал, что делает необходимым применение усилителей, а также использование, например, промежуточных электромеханических реле для связи с катушкой привода выключателя.
Основные преимущества использования микропроцессорного управления в технологических устройствах
Микропроцессорная система (МПС) представляет собой функционально законченное изделие, состоящее из одного или нескольких устройств, главным образом микропроцессорных: микропроцессора и/или микроконтроллера.
Микропроцессорное устройство (МПУ) представляет собой функционально и конструктивно законченное изделие, состоящее из нескольких микросхем, в состав которых входит микропроцессор; оно предназначено для выполнения определённого набора функций: получение, обработка, передача, преобразование информации и управление.
Главная особенность микропроцессора — возможность программирования логики работы. Поэтому МПС используются для управления процессом измерения (реализацией алгоритма измерения), обработки опытных данных, хранения и вывода результатов измерения и пр. Рассмотрим основные преимущества микропроцессорных средств измерения.
· Многофункциональность. Замена измерительного комплекса (совокупности различных измерительных приборов) одним, многофункциональным. Такая замена в приборах с «жесткой» логикой неэкономична. Так как добавление новой функции требует ввода дополнительного блока. Программируемая логика позволяет сделать это добавлением блока программы. Число программ ограничено возможностями ПЗУ и блока управления.
· Повышение точности — наиболее важный момент. Уменьшение погрешностей по сравнению с обычными цифровыми приборами при прочих равных условиях достигается за счет исключения систематических погрешностей в процессе самокалибровки: коррекция смещения нуля, учет собственной АЧХ прибора, учет нелинейности преобразователей. Самокалибровка в данном случае — это измерение поправок или поправочных множителей и запоминание их в ОЗУ с целью использования на этапе обработки опытных данных.
· Уменьшение влияния случайных погрешностей (путем проведения многократных измерений с последующей обработкой выборки — усреднением, вычислением мат. ожидания и пр.). Выявление и устранение грубых погрешностей (промахов). Вычисление и индикация оценки погрешности прямо в процессе измерения.
· Компенсация внутренних шумов и повышение чувствительности средства измерения. Простое усреднение сигнала на входе прибора требует достаточно большого времени tycp. Один из вариантов — проведение многократных измерений и усреднение результатов с целью компенсации случайной составляющей измерительного сигнала. Пример — микропроцессорный ВЧ вольтметр среднеквадратического значения.
· Расширение измерительных возможностей путем широкого использования косвенных и совокупных измерений, воспринимаемых оператором в этом случае как прямые (поскольку результат обработки появляется на индикаторе сразу после проведения измерения). Напомним, что косвенные измерения включают в себя вычисления результата по опытным данным по известному алгоритму. Совокупные измерения предполагают измерение нескольких одноименных физических величин путем решения системы уравнений, получаемых при прямых измерениях сочетаний этих величин. (Например, измерение сопротивления различных сочетаний резисторов — последовательное, параллельное, последовательно-параллельное, позволяют рассчитать сопротивление каждого из них). В этих случаях микропроцессор осуществляет управление процессом измерения по программе и проводит обработку опытных данных. Результат расчетов воспринимается оператором как результат прямых измерений, поскольку расчет делается быстро.
· Упрощение и облегчение управления прибором. Все управление производится с кнопочной панели, выносные клавиатуры используют редко. Чем меньше кнопок, тем более «разумным» является прибор. Автоматизация установок прибора приводит к упрощению его использования (выбор пределов измерения, автоматическая калибровка и пр.). В ряде приборов использую контроль за ошибочными действиями оператора — индикация его неверных действий на табло или экране. Упрощает измерения визуализация результатов на экране в удобном виде, с дополнительными шкалами. Ряд приборов предусматривает вывод результатов на печатающее устройство или портативный носитель информации.
137. Цифровые счетчики с коэф-м пересчета к=2.
В ЭВМ счетчики используются для образования последовательности адресов команд, для счета количества циклов выполнения операций и т.д.
По порядку изменения состояний могут быть счетчики с естественным и произвольным порядком счета. В первых счетчиках значение кода каждого последующего состояния отличается на 1 от кода предыдущего состояния.
По способу переключения триггеров во время счета счетчики делятся на асинхронные и синхронные. Первые называются еще счетчиками с последовательным переносом, т.к. переход каждого триггера из одного состояния в противоположное происходит последовательно во времени. Входной переключающий сигнал непосредственно воздействует лишь на первый триггер, и каждый триггер вырабатывает переключающий сигнал для следующего соседнего триггера.
Синхронные счетчики называются еще счетчиками с параллельным переносом, т.к. в них входной переключающий сигнал непосредственно воздействует на все триггеры счетчика, что обеспечивает одновременность переходов триггеров.
