МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА
удк 681.3.00-181.4
В. М. Пролейкэ
Микропроцессорные средства вычислительной
техники и их применение
Микропроцессорные интегральные схемы
и микроЭВМ
Темпы развития отечественной и зарубежной микро-
процессорной техники за первые 10 лет ее истории не
имеют себе равных и свидетельствуют о новом этапе
научно-технической революции. Микропроцессоры (МП)
и разработанные на их основе микроЭВМ возникли
в результате синтеза новейших достижений микроэлек-
троники, обеспечившей возможность получения интег-
ральных схем (ИС), содержащих десятки и сотни ты-
сяч элементов на кристалле, и вычислительной техни-
ки, основные принципы которой (модульность, магист-
ральность, микропрограммное управление и т. п.) бы-
ли реализованы в новой элементной базе.
Появление МП и микроЭВМ оказало и продолжает
оказывать революционизирующее влияние на многие
отрасли народного хозяйства благодаря качественному
изменению стратегии управления — переходу к децен-
трализованным (распределенным) системам управления,
снижению трудоемкости их проектирования, внесению
элемента интеллектуальности в нетрадиционные сферы
управления, где ранее применение вычислительной тех-
ники было невозможным или нерентабельным (измери-
тельная и связная РЭА, приборостроение, медицина,
космос, бытовая аппаратура и т. п.), изменению требо-
ваний к подготовке специалистов для многих областей
науки и техники и т. п.
Начало развития полупроводниковой электроники
связано с появлением и быстрым совершенствованием
интегральной схемотехники и созданием на ее основе
интегральных микросхем. Интегральная схемотехника за
сравнительно короткий срок прошла гигантский путь:
степень интеграции выросла от нескольких десятков
элементов на кристалле в середине 60-х годов до десят-
ков и сотен тысяч в настоящее время, причем размеры
кристаллов практически не изменились, а важнейшие
технические характеристики (быстродействие, энерго-
потребление, надежность) заметно улучшились. Рост
уровня интеграции позволил получить в виде интег-
ральных микросхем сначала отдельные вентили, триг-
геры, а позднее целые блоки, узлы и вычислительные
устройства. При создании специализированных уст-
ройств ограниченного применения, выпускаемых малы-
ми тиражами (полузаказные БИС) возможно дальней-
шее увеличение интеграции функций на одном крис-
талле на основе жесткой логики.
Однако такой подход вступает в противоречие с ос-
новной идеей, реализуемой электронной промышленно-
стью — изготовление ИС методом групповой техноло-
гии, массовыми тиражами в едином технологическом
цикле, что позволяет даже при значительных затратах
на разработку и освоение производства получать де-
шевые интегральные микросхемы высокой сложности.
Разумную альтернативу дорогостоящему пути, под-
разумевающему разработку специализированных уст-
ройств малой тиражности, представляет создание про-
граммируемых ИС. Идея программируемости подразу-
мевает реализацию большого числа систем, различного
функционального назначения. Так появились микропро-
цессоры — функционально законченные программноуп-
равляемые устройства обработки данных, сочетающие
дешевизну стандартного изделия серийного производст-
ва с гибкостью универсального устройства, состоящие
из арифметическо-логического устройства и устрой-
ства управления [1]. Типичная программа работы мик-
ропроцессора представляет собой последовательность
команд, хранящихся в ПЗУ.
МикроЭВМ — конструктивно завершенная вычисли-
тельная система, выполненная на основе микропроцес-
сорных БИС и содержащая кроме микропроцессора не-
сколько БИС памяти (ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ), тактовый ге-
нератор и интерфейсные схемы ввода-вывода.
Примером однокристальной микроЭВМ является
«Электроника С5-31» (БИС К586ВЕ1)—законченная
16-разрядная вычислительная машина, выполненная по
п-МОП технологии, обладающая достаточно высоким
быстродействием (500 тыс. коротких операций/с), огра-
ниченным объемом оперативной и постоянной памяти
(128 и 1024 16-разрядных слов соответственно), доста-
точным, однако, для реализации широкого круга задач
при встраивании микроЭВМ в различные измеритель-
ные приборы и устройства автоматики.
Главным достоинством этой микроЭВМ является на-
личие цифровых параллельных каналов ввода-вывода
(32 разряда) и последовательного канала ввода-вывода
(8-разрядный таймер-счетчик событий). Адреса каналов
ввода-вывода введены в общую память, что позволяет
обращаться с этими каналами как с ячейками памяти.
Предусмотрена возможность переключения интер-
фейса в режим работы с дополнительными схемами па-
мяти и ввода-вывода. Важным является применение
«Электроника С5-31» в качестве универсального про-
граммируемого преобразователя интерфейсов.
За короткий период созданы и продолжают совер-
шенствоваться 4-, 8- и 16-разрядные МП БИС [2], ве-
дутся разработки сложных микропроцессорных систем
на пластине кремния. Микропроцессорные БИС выпу-
скаются по всем основным типам микроэлектронной
технологии, для различных областей применения
(табл. 1). Область применения определяет выбор
типа микропроцессора. Например, для многоуровне-
вой микропроцессорной иерархической системы уп-
равления сложными объектами главное значение
имеет производительность, способность обрабаты-
вать большие массивы данных, функциональная гиб-
кость микропроцессоров. Для построения простых си-
стем, связанных кратчайшими связями с объектами уп-
равления, важнейшая роль принадлежит стоимости,
массогабаритным характеристикам, простоте каналов
связи. Увлечение МП с высокими техническими харак-
теристиками часто приводит к недооценке возможно-
стей 4- и 8-разрядных МП, в том числе выполненных
по сравнительно дешевой микроэлектронной техноло-
гии. А именно эти МП могут управлять многими тех-
нологическими установками, большинством контрольно-
измерительных приборов, бытовой электротехнической
и радиотехнической аппаратурой при весьма умерен-
ной стоимости такого управления. В настоящее время
закончена разработка массовой дешевой 4-разрядной
однокристальной микроЭВМ, выполненный по р-МОП
технологии. Имея достаточные вычислительные ресур-
сы: производительность 100 тыс. коротких операций/с,
емкость ОЗУ 64X4 бит, ПЗУ 1 К байт, а также от-
ладочный комплект БИС, такая микроЭВМ найдет са-
мое широкое применение в бытовой РЭА и электропри-
борах. На ее основе разрабатывается система автома-
тического управления бытовым кондиционером, кото-
рая обеспечит значительную экономию электроэнергии.
МП с более высокой разрядностью обеспечивают бо-
лее высокую производительность и широкие возможно-
сти адресации, что позволяет применять их в сложных
многоуровневых системах управления. Но «по мере
возрастания разрядности и сложности инструкций, уве-
личивается и сложность микропроцессоров. В связи с
этим затраты инженерного труда на проектирование
одного микропроцессора составляют уже не один чело-
веко-год, а более ста человеко-лет» (3J.
Проблема проектирования МПБИС представляет
особый интерес с точки зрения новых принципов взаи-
модействия системотехников (разработка общей струк-
туры системы управления), математиков (разработка
алгоритмов управления), схемотехников (разработка
конкретной схемы управления) и технологов (разработ-
ка технологии производства интегральной схемы, учи-
тывающей специфику будущего применения).
Единственным и универсальным средством проекти-
рования МПБИС любых МП-систем может стать толь-
ко САПР, единая для перечисленных категорий специа-
листов. Развитие САПР и совершенствование микро-
электронной технологии позволит обеспечить дальней-
ший рост интеграции функций на одном кристалле по-
лупроводникового материала — от «микросистемы на
кристалле» для простых . систем управления — до «су-
персистемы на пластине» для сложных.
Важна проблема регулирования номенклатуры раз-
рабатываемых МПБИС. Выпускаемые МПБИС должны
обеспечивать возможность построения разнообразных
систем управления с оптимальной архитектурой на ос-
нове минимального числа изделий. Это означает, что
номенклатура БИС должна соответствовать требова-
ниям универсальности применительно к передовой кон-
цепции построения архитектуры систем управления.
Что касается минимизации числа БИС в системе, то
обычно этот фактор связывают лишь с ростом степени
интеграции. Однако в действительности не меньшее
значение имеет оптимизация архитектуры самих БИС
универсального назначения в соответствии с оптималь-
ной архитектурой систем управления. Недооценка это-
го положения приводит к значительному увеличению
схем сопряжения БИС и, как следствие, к снижению
средней степени интеграции ИС в системе по сравнению
с МПБИС или БИС электронной памяти. Следователь-
но, определение технического уровня БИС только на
основании достигнутого в ней уровня интеграции яв-
ляется формальным и не отражает истинной картины,
а важнейшие вопросы оптимизации номенклатуры БИС
должны решаться применительно к оптимальной архи-
тектуре систем управления.
Если условно классифицировать системы в соответ-
ствии с уровнями управления на системы верхнего,
среднего и нижнего уровней сложности, то можно оп-
ределенно сказать, что для первых необходимы высо-
копроизводительные МП с развитым программным
обеспечением, для последних — однокристальные мик-
роЭВМ. Для систем средней сложности могут исполь-
зоваться любые МП, выбранные в соответствии с труд-
ностью решаемой задачи. Так, если для управления про-
стейшим печатающим устройством достаточно 4-разряд-
ной микроЭВМ, то для управления быстродействую-
щей печатью могут использоваться 16-разрядные МП
и т. п. Таким образом, допустимость и целесообраз-
ность наращивания номенклатуры микропроцессоров
зависит от уровня в иерархии управления: чем выше
уровень, тем более жестко должна быть ограничена
номенклатура микропроцессоров при условии сохране-
ния их программной совместимости. На нижнем уров-
не число типов микропроцессоров (однокристальных
микроЭВМ) может быть увеличено в соответствии с
разнообразием объектов управления этого уровня для
обеспечения минимальной стоимости автоматизации уп-
равления (табл. 2).
Микропроцессорные средства
вычислительной техники
Микропроцессорные средства вычислительной техни-
ки (МСВТ) — это электронные устройства вычисли-
тельной техники и систем управления, как правило,
встраиваемые в аппаратуру объекта, выполняемые на
основе микроэлектронной технологии в виде одной или
нескольких БИС, СБИС или других изделий электрон-
ной и вычислительной техники, установленных на плате.
МСВТ, возникшие на стыке микроэлектроники, вы-
числительной техники и систем автоматического управ-
ления, обладают уникальной совокупностью техничес-
ких и экономических характеристик, обеспечивающей
им необычайно широкую область применения, распро-
страняющуюся практически на все области науки, тех-
ники, экономики, культурной жизни, быта.
Специфика МСВТ определяет их место среди изде-
лий электронной и вычислительной техники, замыкая в
непрерывный ряд изделия от простейшего дискретного
радиоэлемента до сложнейшей радиоэлектронной (на-
пример, вычислительной) системы. МСВТ включают:
— комплекты МПБИС;
— БИС электронной памяти и связи с ВУ;
— однокристальные, одноплатные и многоплатные
микро- и микро-мини-ЭВМ;
— однокристальные и одноплатные модули опера-
тивных, постоянных программируемых и перепрограм-
мируемых ЗУ;
— однокристальные и одноплатные микроконтролле-
ры для подключения различных периферийных уст-
ройств;
— однокристальные и одноплатные устройства связи
с объектами;
— одноплатные и многоплатные модули передачи
данных для сопряжения со стандартными каналами
передачи данных;
— однокристальные, одноплатные и многоплатные
специализированные управляющие вычислительные сис-
темы для локальной автоматизации машин и оборудо-
вания и ряд других групп модулей, необходимых для
построения микропроцессорных управляющих устройств.
В состав МСВТ входят также периферийные устрой-
ства, соответствующие по своим технико-экономическим
характеристикам микропроцессорной технике:
— внешние запоминающие устройства на магнитных
дисках, магнитных лентах, цилиндрических магнитных
доменах;
— полупроводниковая, голографическая, электронно-
лучевая память;
— алфавитно-цифровые и графические дисплеи;
— устройства ввода-вывода информации (клавиату-
ры, печатающие устройства, кодировщики информации,
графопостроители и т. п.).
МСВТ характеризуются интегральной технологией
изготовления базовых средств, высокой серийноспособ-
ностью, широкими функциональными возможностями,
низкой энерго- и материалоемкостью, высокой надеж-
ностью, малыми габаритами и стоимостью.
Благодаря своим уникальным особенностям МСВТ
могут использоваться для встраивания в аппаратуру
разнообразных управляемых объектов, т. е. могут об-
рабатывать информацию непосредственно в месте ее
возникновения. Этим они в корне отличаются от тради-
ционных средств вычислительной техники.
Организация децентрализованных систем
управления на основе МПБИС
Использование МПБИС позволило реализовать
принцип децентрализации при разработке микропроцес-
сорных систем управления.
Децентрализованные системы обладают высокой
гибкостью, обеспечивают возможность программной пе-
реналадки на решение широкого круга задач, простоту
модификации и развития, в том числе независимое раз-
витие всех составных частей, включая модули програм-
много обеспечения. Применение принципа децентрали-
зации позволяет значительно упростить, снизить стои-
мость и повысить надежность каналов связи в системе.
Такие системы можно проектировать, пользуясь огра-
ниченной номенклатурой универсальных МПБИС, тогда
как централизованные системы строятся в значительной
степени на не поддающейся унификации жесткой ло-
гике, т. е. на ИС малой и средней степени интеграции,,
либо на заказных БИС.
Децентрализованные системы управления в отличие
от централизованных могут применяться на всех уров-
нях управления для всех технических средств, входя-
ацих в системы — от датчиков до крупных подсистем
(см. рисунок).
На мультисистемном уровне осуществляется управ-
ление сложными объектами: завод, цехГАП (в частно-
сти, новое поколение пассажирские самолетов будет
управляться более чем ста микропроцессорными систе-
мами).
На системном уровне — станком, машиной и т. д.
Высокопроизводительный системный процессор этого
уровня связан с процессорами для параллельного и по-
следовательного ввода-вывода цифровой информации,
преобразования аналоговой информации, управления
устройствами памяти, с контроллерами периферийных
устройств и т. п.
На модульном уровне обеспечивается такое построе-
ние системы, при котором ведущий (в пределах дан-
ной подсистемы) МП работает с несколькими ведомы-
ми МП, разгружающими ведущий от выполнения «ру-
тинных» операций.
На компонентном уровне с помощью дешевых, 4-,
8-разрядных однокристальных микроЭВМ реализуется
управление датчиком, двигателем, сервоприводом и т. д.
При создании иерархических многопроцессорных си-
стем существенное значение имеет разработка вопросов
аппаратно-программной унификации МСВТ. Основная
задача унификации — обеспечение возможности пост-
роения различных прикладных систем на базе МСВТ
методом комплексирования, т. е. соединения унифициро-
ванных функционально-конструктивных модулей, кото-
рые должны разрабатываться с учетом следующих тре-
бований совместимости:
— программных — программное обеспечение СМ
ЭВМ (СМЗ, СМ4 и до.):
— интерфейсных — межмодульный магистральный
параллельный интерфейс для микроЭВМ и общая ши-
на для микро-мини-ЭВМ;
— конструктивных, предусматривающих соответствие
модулей ГОСТ 26.202—80 и ГОСТ 26.204—83 [4, 5].
В иерархической многопроцессорной системе важно
обеспечить сопряжение всех уровней управления (раз-
нообразных каналов связи), в том числе взаимное со-
пряжение различных типов микропроцессоров. Чем ни-
же уровень управления, тем проще и дешевле должны
быть все каналы связи — от двухпроводной линии до
многопроводных шин. В современных системах блоки
сопряжения шин, как и другие узлы, должны выпол-
няться в виде универсальных или специализированных
БИС. В данном случае использование последних более
целесообразно, так как число типов каналов ограниче-
но и нет необходимости добиваться гибкости, свойст-
венной микропроцессорным устройствам. В то же время
применение специализированных БИС сокращает рас-
ходы на проектирование систем, повышает их быстро-
действие. Но необходимым условием для этого являет-
ся стандартизация каналов связи на всех уровнях уп-
равления. Эта задача, включающая унификацию номен-
клатуры МПБИС для различных уровней иерархии уп-
равления, структуры каналов связи между уровнями
и протоколов обмена стала общегосударственной ввиду
общности принципов построения всех систем. Создание
устройств сопряжения уровней управления может про-
ходить в два этапа: сначала на основе БИС универ-
сальных вентильных матриц (УВМ), что позволит бы-
стро создать необходимую номенклатуру, а затем спе-
циализированных БИС с оптимальной архитектурой
при обеспечении достаточной потребности.
Однако пока стандартизация каналов связи отсут-
ствует, проблема должна решаться с помощью универ-
сальных МПБИС, а значит можно считать обоснован-
ной следующую временную приоритетность разработки:
I этап — универсальные микропроцессоры; II — конт-
роллеры сопряжения на основе УВМ; III — специали-
зированные контроллеры сопряжения:
%
Отладочные средства микропроцессорной
техники
4
Одной из узловых проблем разработки и примене-
ния микропроцессорных систем необходимо считать про-
блему их программирования. Программирование требу-
ет создания средств отладки программ, разработки
программ отладки самих отладочных средств и, нако-
нец, создания прикладных программ, реализующих
конкретные алгоритмы работы объекта.
ч Для каждого типа микропроцессора требуются свои
отладочные программы, в то время как аппаратные
средства могут ^оставаться стандартными, за исключени-
ем небольшой индивидуальной части — схемных эму-
ляторов. Степень сложности и производительности этих
программ и отладочных средств должна определяться
на основе анализа проектируемых прикладных про-
грамм: более простые рассчитаны на объекты, выпус-
каемые массовым тиражом с однотипной программой
(например, телевизоры, стиральные машины, автомо-
бильные системы и т. п.), а высокопроизводительные,
специализированные, на основе проблемно-ориентирован-
ных языков программирования — на устройства с ин-
дивидуальной или часто изменяемой программой (на-
пример, станки с числовым программным управлением).
Отладочные средства должны создаваться на осно-
ве серийно выпускаемых в стране технических средств,
в первую очередь, на основе ЭВМ, совместимых по си-
стеме команд, программному обеспечению и интерфей-
су с СМ ЭВМ. Кроме ЭВМ, для создания отладочных
средств необходим набор периферийных устройств,
проблема выпуска которых с началом массового приме-
нения микропроцессоров крайне обострилась и требует
неотложных действенных мер со стороны отраслей, от-
ветственных за выпуск этих изделий точной механики.
Специальные технические средства, необходимые для
отладки аппаратной части микропроцессорных устройств
управления при разработке и эксплуатации—логические
анализаторы, автоматические тестеры для испытаний и
диагностики должны быть созданы также на основе
микропроцессоров с расширенными функциональными
возможностями, иначе контроль испытания и диагно-
стика будут оставаться узким местом при производстве
микропроцессорных устройств.
Типовая система отладки представляет собой соче-
тание аппаратных и программных средств, в значитель-
ной степени отличающихся для каждого типа микро-
процессора. По существу это достаточно мощная вы-
числительная система с развитой периферией (дисплей,
НГМД, печатающее устройство) и программным обес-
печением. В состав системы может входить набор срав-
нительно простых микроЭВМ (отладочных модулей) на
основе отлаживаемых микропроцессоров, конструкция
которых в значительной степени унифицирована: уни-
версальная микро- или мини-ЭВМ, набор отладочных
программ для каждого типа микропроцессора и прог-
рамматор для записи отлаживаемой программы в
ППЗУ.
Такая архитектура позволяет значительно умень-
шить объем вновь создаваемого оборудования в отли-
чие от специализированных систем, широко распростра-
ненных за рубежом и разрабатываемых до сих пор в
отечественной практике и обеспечить несколько вари-
антов работы:
— без универсальной микро- или мини-ЭВМ — для
программирования простых устройств с небольшим
объемом программ;
— с использованием только универсальной микро-
или мини-ЭВМ и создаваемых специализированных про-
грамм отладки — для разработки и отладки сложных
систем до степени готовности 70—80%;
— в полном комплекте — для высокопроизводитель-
ной разработки и отладки сложных программ в полном
объеме.
Основную сложность при создании универсальной
отладочной системы в рассматриваемом варианте пред-
ставляет разработка программного обеспечения, объем
которого составляет от 50 до 100 Кбайт для каждого
типа микропроцессора. Трудоемкость такой разработки
состаьляет 5—10 человеко-лет [6].
Особое место среди средств отладки занимают сис-
темы подготовки программ (СПП) для станков-автома-
тов, автоматизированных технологических участков,
складов и т. п. Специфика СПП состоит в том, что из-
менение программ (переналадка оборудования) долж-
но производиться не программистом, а инженером-тех-
нологом или непосредственно оператором, причем в -ко-
роткое время. Для этих задач используются специали-
зированные языки программирования высокого уровня,
ориентированные на промышленные применения.
Применение микропроцессорных систем
управления
Высокая эффективность применения микропроцес-
сорных систем управления выдвигает задачу их разра-
ботки и использования в первоочередные задачи разви-
тия народного хозяйства страны.
Микропроцессорные системы управления могут усту-
пать в быстродействии управлению на основе жесткой
логики, но гибкость управления является их огром-
ным преимуществом. Если с изменением задачи управ-
ления в системе с жесткой логикой необходимо менять
систему связей логических элементов, то в микропро-
цессорных системах перестройка осуществляется про-
граммными средствами.
Еще одним достоинством микропроцессорных систем
управления является возможность тиражирования про-
граммного обеспечения, что в свою очередь служит ис-
точником экономии трудовых затрат. К немаловажным
преимуществам применения микропроцессоров и микро-
ЭВМ относится экономия технических средств. Спе-
циалисты считают, что один регулятор на основе мик-
ропроцессора заменяет шесть аналоговых регуляторов
и большое число релейных элементов. Например, кон-
троллер «Ремиконт Р-100», использующий микроЭВМ
на основе микропроцессорного комплекта КР580, при
непрерывном регулировании по 16 контурам заменяет
релейную схему, содержащую порядка 1000 реле. Счи-
тается, что микроЭВМ заменяет 200—1200 стандартных
логических ИС.
В машиностроении микропроцессоры находят приме-
нение для управления станками и производственными
линиями, сварочными автоматами и транспортировочны-
ми механизмами, манипуляторами, в системах контроля
и диагностики и т. д. [7J.
Микропроцессорная техника является основой широ-
кого внедрения станков с числовым программным уп-
равлением, промышленных роботов, призванных устра-
нить нехватку рабочей силы, повысить точность обра-
ботки и производительность.
МикроЭВМ «Электроника НЦ80-31» на основе мик-
ропроцессорного комплекта К1801 позволит создавать
роботизированные цехи и участки, в несколько раз по-
высить производительность труда в металлообработке.
Особенно значительный экономический эффект от
применения станков с ЧПУ достигается в мелкосерий-
ном производстве, а также в тех отраслях, где они яв-
ляются единственным видом оборудования, на котором
можно изготовить детали высокой сложности. Установ-
ка ЧПУ на базе микроЭВМ «Электроника 60» на зубо-
фрезерный станок МА 70Ф4 позволяет только на пере-
стройке станка сократить время производственного
цикла в 4—5 раз, а дополнительное оборудование стан-
ка промышленным роботом «Электроника-2о» освобож-
дает оператора от ручной подачи деталей и дает воз-
можность одному оператору обслуживать пять ctjh:<ob
в смену.
Станки с ЧПУ и роботы являются основными сред-
ствами создания гибких автоматизированных произ-
водств (ГАП), обеспечивающих большой экономический
эффект. ГАП успешно решают задачу автоматизации
вспомогательных операций в условиях мелкосерийного
производства, оптимизируя циркулирование инструмен-
та, заготовок и деталей внутри системы. Здесь неоце-
нимую роль может сыграть потенциальная гибкость
промышленных роботов, которая пока используется не
в полной мере.
Исследования показали, что в настоящее время для
гибких автоматизированных производств ЧПУ играют
пока более важную роль, чем роботы. Можно выделить
три уровня автоматизации станка:
— станок с ЧПУ + робот — автоматизируется толь-
ко смена обрабатываемых деталей;
— станок с ЧПУ + робот + устройство активного кон-
троля размеров. Автоматизация на этом уровне исполь-
зуется наиболее широко, позволяя оператору обслужи-
вать несколько станков одновременно, без остановки во
время обеденного перерыва;
— станок с ЧПУ + робот+система автоматической
диагностики с самовозвратом в исходное положение.
На этом уровне автоматизации можно осуществлять
непрерывную 12-часовую обработку заготовок без уча-
стия оператора.
Для управления промышленными роботами перспек-
тивными являются распределенные микропроцессорные
системы. Программирование действий робота часто осу-
ществляется путем обучения. В обучаемых роботах
используются обычно 8-разрядные КМОП микропроцес-
соры, наименее чувствительные к промышленному шуму.
Усовершенствование систем управления станками
дает возможность экономить энергетические ресурсы.
Известно, что для металлорежущих станков важней-
шую роль играет электропривод. Быстрое развитие
микроэлектроники и создаваемые ею новые возможно-
сти привели к пересмотру традиционных схем электро-
привода, особенно электропривода на переменном то-
ке. Применение МП, оснащенных соответствующим про-
граммным обеспечением, позволило реализовать более
гибкие режимы работы электропривода и осуществить
функции управления, недостижимые для прежних схем.
МП позволяют оптимально приспосабливать электропри-
вод к изменяющимся условиям нагрузки, регулировать
скорость вращения двигателей в широком диапазоне и
по заданному закону. Микропроцессорное управление
электродвигателем, кроме управления скоростью, про-
граммирования режима работы, позволяет ограничить
величину пусковых токов в пределах 115% от номи-
нальных. Если учесть, что обычно пусковые токи дости-
гают 600% от номинальных и механическая прочность
электродвигателей рассчитывается из таких экстре-
мальных режимов, то микропроцессорное управление
позволяет резко улучшить использование меди и конст-
рукционных материалов электродвигателей.
Использование микропроцессоров в текстильной про-
мышленности для управления жаккардовыми станками
обеспечивает сокращение времени перехода перепро-
граммирования на новый рисунок на 10—30%.
В химической промышленности микропроцессорное
управление приводами компрессоров, насосов, смесите-
лей и т. п. позволит получить значительный экономиче-
ский эффект.
Ведутся серьезные работы по применению микропро-
цессоров и микроЭВМ в области автомобильного транс-
порта и сельскохозяйственной технике, что позволяет
сократить расход топлива на 5—10% и снизить токсич-
ность выхлопных газов в 1,5—1,7 раза. Созданы об-
разцы медицинских приборов на основе микропроцес-
соров для палат интенсивной терапии, диагностики
сложных аритмий сердца и т. д.
Микропроцессорные системы управления освещени-
ем подъездов и лестничных клеток в зданиях, введен-
ные в строй только за одну пятилетку, позволяют сэко-
номить свыше миллиарда киловатт часов электроэнер-
гии.
^Микропроцессоры, встроенные в электробытовые уст-
ройства, не только расширяют их функциональные воз-
можности, повышают качество изделий, но и обеспечи-
вают значительную экономию электроэнергии.
Причины, сдерживающие применение
микропроцессоров
Успех в решении задачи массового применения мик-
ропроцессоров определяется и будет определяться тем,
в какой степени удастся привлечь к ней потребителей.
Программирование микропроцессорных систем управле-
ния требует глубокого знания объекта управления и
многократной натурной отработки программ в процес-
се их создания. Совершенно ясно, что несравненно про-
ще обучить специалистов из различных сфер деятель-
ности одной новой дисциплине — программированию,
чем программистам овладеть многими другими специ-
альностями. Понимание этого факта должно опреде-
лять техническую политику отраслей народного хозяй-
ства при решении задачи широкого внедрения микро-
процессорных средств.
Обязательным условием автоматизации машин, при-
боров, оборудования и технологических процессов яв-
ляется их оснащение датчиками, исполнительными уст-
ройствами и механизмами, совместимыми с микропро-
цессорами. Совместимость означает не только возмож-
ность непосредственного электрического и конструктив-
ного сопряжения (что достигается с помощью специаль-
ных устройств сопряжения с объектом), но и взаимное
соответствие по точности, быстродействию, долговечно-
сти. Это требование фактически означает, что внедре-
ние микропроцессоров возможно только при условии
создания нового поколения машин, приборов и обору-
дования, по крайней мере в части электроавтоматики.
В настоящее время разработкой и изготовлением дат-
чиков и других элементов электроавтоматики занима-
ются многие отрасли промышленности, без необходимой
координации. Поэтому отсутствует унификация, конст-
руктивная и электрическая совместимость. Необходима
разработка единой целевой межотраслевой программы
создания датчиков для микропроцессорных систем уп-
равления. Особое внимание нужно обратить на созда-
ние «интеллектуальных» датчиков, осуществляющих
предварительную обработку информации на основе
микропроцессоров. Аналогичная программа должна
быть создана и по универсальным исполнительным уст-
ройствам,
Вопрос подготовки инженерно-технических и других
кадров, способных обеспечить создание и эксплуатацию
микропроцессорных систем управления успешно решает-
ся: во многих ВУЗах введены соответствующие курсы
как для студентов, так и для дипломированных спе-
циалистов. В дальнейшем необходимо вести подготовку
кадров не только по применению микропроцессоров (уз-
ких Специалистов), но и создавать условия для обучения
специалистов, связанных с проектированием машин,
приборов и оборудования во всех отраслях народного
хозяйства. Более того, крайне желательно, чтобы ос-
новами знаний по применению МП владели не только
специалисты с высшим образованием, но и школьники,
учащиеся ПТУ, студенты. Нужно, чтобы микропроцес-
сорная техника вошла в быт людей, чтобы они ежед-
невно имели с ней дело, привыкли к ней.,
ЛИТЕРАТУРА
1. Электронная промышленность, 1978, вып. 5,
с. 3—6.
2. Микропроцессорные комплекты интегральных
схем. Справочник. — М.: Радио и связь, 1982.
3. Microprocessors the first twelve years, — Pro-
ceedings of the IEEE, vol. ,71, N 11, November, 1983.
4. ГОСТ 26.202—80 «ЕССП. Средства измерения и
автоматизации. Панели и стойки. Основные размеры».
5. ГОСТ 26.204—83 — «ЕССП. Средства измерения
и автоматизации. Типовые несущие конструкции. Типы
и основные размеры».
6. Липаев В. В. Качество программного обеспече-
ния. — М.: Финансы и статистика, 1983. — 263 с.
7. Радиотехника, 1983, № 1.
Статья поступила 12 марта 1984 г.
удк 681.3.02:621.3.049.771.14
