Введение
Одной из характерных особенностей нынешнего этапа научно-технического прогресса является все более широкое применение микроэлектроники в различных отраслях народного хозяйства. Роль микроэлектроники в развитии общественного производства определяется ее практически неограниченными возможностями в решении различных задач во всех областях народного хозяйства, глубоким влиянием на культуру и быт современного человека.
Особое внимание в настоящее время уделяется внедрению микропроцессоров, обеспечивающих решение задач автоматизации управления механизмами, приборами ' и аппаратурой. Адаптация микропроцессора к особенностям конкретной задачи осуществляется в основном путем разработки соответствующего программного обеспечения, заносимого затем в память программ. Аппаратная адаптация в большинстве случаев осуществляется путем подключения необходимых интегральных схем обрамления и организации ввода-вывода, соответствующих решаемой задаче.
В микропроцессорной технике выделился самостоятельный класс больших интегральных схем (БИС) - однокристальные микроЭВМ (ОМЭВМ), которые предназначены для “интеллектуализации” оборудования различного назначения. Архитектура однокристальных микроЭВМ - результат эволюции архитектуры микропроцессоров и микропроцессорных систем, обусловленной стремлением существенно снизить их аппаратные затраты и стоимость. Как правило, эти цели достигаются как путем повышения уровня интеграции БИС, так и за счет поиска компромисса между стоимостью, аппаратными затратами и техническими характеристиками ОМЭВМ.
ОМЭВМ представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде одной БИС и включающие в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы управления минимальной конфигурации: процессор, запоминающее устройство данных, запоминающее устройство команд, внутренний генератор тактовых сигналов, а также программируемые интегральные схемы для связи с внешней средой. Использование ОМЭВМ в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости (во многих применениях система может состоять только из одной БИС ОМЭВМ), что им, видимо, нет в ближайшем времени альтернативной элементной базы для построения управляющих и/или регулирующих систем, В настоящее время более двух третей мирового рынка микропроцессорных средств составляют именно БИС ОМЭВМ. В некоторых публикациях однокристальную микроЭВМ (ОМЭВМ) называют “микроконтроллер”. Обосновывается это тем обстоятельством, что такие микросхемы имеют незначительные емкости памяти, физическое и логическое разделение памяти программ (ПЗУ) и памяти данных (ОЗУ), упрощенную и ориентированную на задачи управления систему команд, примитивные методы адресации команд и данных. Специфическая организация ввода-вывода информации предопределяет область их применения в качестве специализированных вычислителей, включенных в контур управления объектом или процессом. Структурная организация, набор команд и аппаратно-программные средства ввода-вывода информации этих микросхем лучше всего приспособлены для решения задач управления и регулирования в приборах, устройствах и системах автоматики, а не для решения задач обработки данных. Указанные выше соображения отражают технический уровень ОМЭВМ в настоящий момент.
Анализ и классификация аппаратных и программных средств контроллеров
Классификация контроллеров
Ускорение научно-технического прогресса и совершенствование хозяйственного механизма тесно связаны с развитием новейшей информационной технологии. Тенденция к большей децентрализации функций управления объективно требует совершенствования непосредственно рабочих мест пользователей, вовлеченных в процесс управления, прежде всего за счет их автоматизации. Очевидно, что без конкретных потребностей (например, в повышении производительности интеллектуального уровня личного труда, выполнение работы быстрее и экономичнее) едва ли возникла бы необходимость в контроллерах. Внедрение контроллеров позволяет реализовать качественно новую информационную технологию, при которой потребитель информации получает и анализирует интересующие его данные непосредственно в процессе общения с ПЭВМ, что обеспечивает комплексную автоматизацию конкретных задач управления. Работа контроллера помогает лучшему осознанию проблемной ситуации, позволяет частично или полностью решить проблему, подталкивает к оперативному построению модели объекта управления и, тем самым, к грамотному и быстрому принятию решений.
Попытаемся классифицировать контроллеры вообще.
Будем определять контроллеры как совокупность методических,
схемотехнических и программных средств, обеспечивающих работу пользователей в некоторой предметной области. Все три компонента совершенно необходимы для функционирования контроллера. Методика проектирования контроллера не может не быть связанной с методикой его функционирования, так как функционирование развитого контроллера не предусматривает возможность его развития самими пользователями. Языковые средства микроконтроллеров являются реализацией методических средств с точки зрения конечного пользователя, и дают возможность конечному пользователю производить все необходимые действия.
В состав методических средств должны входить и средства
обучения, диапазон которых может быть очень широк: от бумажных инструкций до самообучающихся систем. Их назначение заключается в том, чтобы пользователь научился эффективно работать в условиях автоматизации полного и частного процесса. Если процесс достаточно сложный, а пользователь не имеет специализированные навыков, возможно применение контроллеров, которые позволяют постепенно ввести пользователя в предметную область его автоматизированного процесса. Чем более сложнее проектируется контроллер, тем менее функции могут быть реализованы пользователем.
Следующий аспект методического обеспечения - это реализация заданных функций контроллера, т.е. собственно его функционирования. Здесь необходимы методики определения цели текущей деятельности, информационной потребности, всевозможных сценариев для описания процессов ее реализации. Эти методические средства могут явным или неявным образом учитываться пользователем. В первом случае пользователь в значительной степени сам планирует свою деятельность.
Языковые средства контроллера необходимы, прежде всего, для однозначного смыслового соответствия действий пользователя и реакции ПЭВМ. Без них невозможен процесс обучения, организация диалога, обнаружение и исправление ошибок. Сложность разработки таких языков заключается в том, что они должны быть преимущественно непроцедурными. Если процедурный язык указывает, как выполняется задаваемое, то непроцедурный - что необходимо выполнить без детализации того, какие действия для этого требуются. Так как конечные пользователи не знают в деталях процесс реализации информационной потребности, чем выше интеллектуальность контроллера, тем больше непроцедурных возможностей должно быть предусмотрено в его языках.
Языки программирования контроллера должны быть пользователь ориентированными, в том числе и профессионально-ориентированными. Это связано с различиями в классификации пользователей. Следует учесть, что использование естественного языка, не может дать сколько-нибудь ощутимых преимуществ из-за необходимости введения через клавиатуру громоздких конструкций ради получения иногда несложных результатов. Кроме того, затраты на построение лексического анализатора для такого контроллера могут сравняться с общими затратами на все остальные составляющие.
Как и во всяком языке, основу языков контроллеров должны составлять заранее определяемые термины, а также описания способов, с помощью которых могут устанавливаться новые термины, заменяя или дополняя существующие. Указанное обстоятельство приводит к необходимости при проектировании контроллера определенным образом классифицировать терминологическую основу контроллеров, т.е. определить все основные синтаксические конструкции языка и семантические отношения между терминами и их совокупностями. В связи с этим может возникнуть необходимость в простейшей классификации контроллеров, например, по возможностям представления данных в некоторых пользовательских режимах обработки: числовые, текстовые и смешанные. Возможности языка во многом определяют и список правил, по которым пользователь может строить формальные конструкции, соответствующие реализации информационной потребности.
Резко возросшая потребность в малоразмерной авиационной техники послужила толчком для развития авиационного оборудования в направлении уменьшения его габаритно-массовых характеристик .
Современные нормы летной годности, как отечественные НЛГС-3, так и зарубежные FAR-23, предъявляют высокие требования к безопасности полетов, что напрямую связано с надежностью применяемого оборудования, резервированием основных каналов информации и предоставлением пилоту ограничительных сигналов при возможно минимальном весе оборудования. Поэтому тема дипломной работы, направленной на создание указателя скорости с цифровым выходом УСВИЦ-250, является весьма актуальной.
На основании обзора методов измерения воздушных скоростей и обзора последних разработок указателей скорости разработана конструкция указателя, в которой использованы оригинальные технические решения, примененные в указателях УСВИ-200 –Э (подвижный индекс Vм.д.), УСБС-200-Э (выдача разовой команды Vпр=Vм.д.) и УСЦ-2 (наличие цифрового выхода Vпр.ц.).
Анализ инструментальных средств
Возвращаясь к языково-программным классификационным характеристикам, нельзя не упомянуть о средствах разработки контроллера, т.е. о языках программирования.
Все языки программирования условно можно разделить на три уровня:
- машинный код;
- автокод (язык ассемблера);
- языки высокого уровня (процедурные языки - BASIC, FORTRAN, PASCAL, C, MODULA-2, ADA; и языки исскуственного интеллекта - LISP, PROLOG, SMALLTALK, OCCAM).
Машинно-ориентированные языки
Более понятные для ЭВМ - это так называемые машинно-ориентированные языки (машинный код и язык ассемблера). Более понятные для человека именуют языками высокого уровня.
Программное обеспечение на машинно-ориентированном языке экономично в эксплуатации, однако сравнительно высокая трудоемкость и длительность разработки программного обеспечения обуславливают преимущественное применение их для создания и развития программного обеспечения драйверов и операционных систем с целью наилучшего использования аппаратных особенностей каждой конкретной ЭВМ.
Языки высокого уровня
Алгоритмические языки (языки программирования высокого
уровня общего назначения) являются машинно-независимыми,
позволяют создавать компактные обозримые программы при относительно небольших затратах времени и труда программистов. Разработка программ значительно упрощается при использовании языков высокого уровня в качестве языков программирования. Однако при этом снижается эффективность программ по быстродействию и затратам памяти в сравнении с применением языка ассемблера. Но этот недостаток с лихвой перекрывается четкостью и легкостью написания программы.
Языки высокого уровня в свою очередь подразделяются на
языки процедурного (или императивного) и эвристического
(декларативного) стиля программирования (языки исскуственного интеллекта). Наиболее популярные языки программирования
ПЭВМ высокого уровня приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2.
Язык
