Мікропроцесори, МПП і МПС є органічною частиною сучасної контрольно-вимірювальної апаратури. Введення у вимірювальний прилад МПП і МПС забезпечило багато-функціональність, значне підвищення точності, спрощення та полегшення керування, гнучкість, самокалібровку, економічність, мініатюрність конструкції. Крім того, застосування МП дало змогу автоматизувати процес статистичної обробки результатів і вимірювань. З'явились повністю автоматизовані програмнокеровані прилади, комплекси і системи, які значно підвищили продуктивність праці й дали можливість розв'язувати найскладніші задачі.
Залежно від типу вимірювального приладу і застосованого МП обирають різну його структуру. Застосування МП і мікроЕОМ перетворює вимірювальні прилади на «інтелектуальні» пристрої, які виконують математичну обробку вимірюваної інформації та подають її в найзручнішому для сприймання вигляді.
Крім задач математичної обробки вимірюваних параметрів МП виконує функції керуючого пристрою. Він здійснює підключення необхідних пристроїв приладів, прийом командних сигналів, передачу даних та ін. Вимірювальний прилад може мати кілька МП, кожний з яких виконує певні функції, зокрема один з них функції керування, інші — обробку інформації.
У приладах для вимірювання електричних і неелектричних величин МП виконують такі функції:
1) автоматичне встановлення меж вимірювання, корекція адитивних та мультиплікативних похибок; автоматичне керування процесом зрівноважування в приладах порівняння постійного та змінного струмів;
2) первинна обробка даних, зокрема визначення відхилень від номінальних значень та моментів наближення до граничних умов, обчислення відношень максимуму-міні-муму, іменованих значень відрахунків, множення і ділення на константи;
4) статистична обробка даних: визначення середніх значень контрольованих величин за певні інтервали часу, обчислення варіацій, дисперсій, середніх квадратичних значень таін.;
5) обробка даних за спрощеними алгоритмами (визначення контрольованих параметрів тощо);
6) обробка даних за алгоритмами, що реалізують метод вимірювання (визначення параметрів об'єкта на основі спектрального аналізу сигналів та ін.);
7) реєстрація даних у буферних реєстраторах, керування частотою відліків, раціональне використання буферної пам'яті, підготовка даних до передачі в блоки основної реєстрації;
8) візуалізація і реєстрація даних на осцилографах і дисплеях: керування процесом візуалізації, організація пам'яті, формування знаків, керування кольором, формування маркерних міток та ін.;
9) діагностування функціональних вузлів приладів: визначення справності основних вузлів перед початком вимірювання, організація тестового контролю та індикація несправностей;
10) керування роботою вузлів, що виконують окремі функції вимірювальних перетворень, зокрема роботою АЦПтаін.;
11) повне керування процесом вимірювання за заданою програмою, в тому числі керування зовнішніми блоками, додатковими пристроями (перемикачами, мікро-двигунами та ін.), для приладів, які вимірюють неелек-тричні величини.
У вимірювальному комплексі МІГ використовують також для зв'язку приладів у єдину систему, кодування та декодування інформації, що передається каналами зв'язку, підвищення надійності системи шляхом захисту даних від похибок, стиснення даних та інших задач, притаманних інформаційно-вимірювальним системам.
Відповідно до функцій МП у вимірювальних приладах їх поділяють на такі засоби вимірювань:
1) багатодіапазонні вольтамперомметри, вольтметри з мікропроцесорним керуванням процесом вимірювання, автоматичною корекцією похибок і програмною обробкою результатів вимірювань;
2) реєструючі прилади з аналого-цифровим перетворенням і збереженням даних, з керованим процесом візуа-лізації даних;
3) перетворювачі (датчики) неелектричних величин з пристроями корекції похибок, перетворенням виду сигналів таін.;
4) прилади для вимірювань неелектричних величин з обробкою даних за певними алгоритмами (кореляційні витратоміри та ін.);
5) прилади для вимірювань неелектричних величин, які містять комплекс допоміжних елементів і пристроїв (хроматографи, ваговимірювальні прилади та ін.).
Коли вимірювальні прилади є окремими пристроями, не пов'язаними з інформаційно-вимірювальною системою, МП і мікроЕОМ забезпечують весь комплекс обробки інформації. Якщо ж прилад є складовою інформаційно-вимірювальної системи, то МП здійснює або повну обробку інформації, або попередню обробку даних. Повна обробка інформації в такому разі здійснюється обчислювальною складовою інформаційно-вимірювальної системи.
Кожний прилад інформаційно-вимірювальної системи виконує певні функції: а) формування сигналу вимірювальної інформації; б) програмне керування; в) запит на обслуговування пристрою; г) спряження з іншими пристроями та ін.
Формування сигналу вимірювальної інформації — одна з основних функцій, що зумовлює призначення приладу. Вона містить всі процедури вимірювання: перетворення вимірюваного сигналу (підсилення, послаблення), відтворення одиниці; приведення досліджуваного сигналу до вигляду, зручного для порівняння; порівняння сигналу з одиницею; фіксацію результату порівняння; відображення результату вимірювання, запам'ятовування його, статистичну обробку.
Програмне керування приладу полягає у виконанні програми, що зберігається в ПЗП або ОЗП МПП чи МПС. Запит на обслуговування є повідомленням системі про стан приладу. Визначаються готовність до початку роботи, наявність несправностей, помилкових вимірювань. Спряження з іншими пристроями передбачає спряження вимірювального приладу з МПС.
Найпоширенішими пристроями контрольно-вимірювальних приладів є комутатор, підсилювач, фіксатор. Комутатори призначені для приймання сигналів, що надходять від датчиків, підсилювачі — для підсилення вхідного сигналу до рівня шкали на вході аналого-цифрового перетворювача. Такими пристроями можуть бути двокаскадні операційні підсилювачі на одному кристалі. Коефіцієнт підсилення повинен змінюватися поступово, ступенево, шляхом задання керуючого слова з МПП. Можна встановлювати свій коефіцієнт підсилення і шкалу для кожної змінної. Фіксатори призначені для зберігання стабільності сигналу протягом всього періоду цифрового перетворення.
Застосування МП, як зазначалося вище, вигідне не тільки в інформаційно-вимірювальних системах, а й у деяких цифрових вимірювальних приладах, зокрема в приладах, призначених для вимірювання різноманітних фізичних величин (цифрові мультиметри (ЦМ) та ін.). Використання мікропроцесорів у ЦМ дає змогу будувати прості та надійні блоки керування. Зміна алгоритму роботи приладу здійснюється шляхом заміни ділянки ЗП, в якій зберігається програма вимірювання необхідної фізичної величини.
На мікропроцесори в ЦМ покладаються такі функції: керування роботою перетворювачів різноманітних фізичних величин у постійний струм (або в код); автоматичний вибір меж вимірювання; керування приладовим інтерфейсом; керування індикатором; діагностування основних вузлів ЦМ та ін.
Застосування у вимірювальній техніці МП і мікроЕОМ дало змогу створити новий клас цифрових програмованих багатоканальних вимірювальних приладів, які отримали за рубежем назву логерів (реєстратори даних). Вони спроможні з високою швидкістю здійснювати перетворення, обробку і відображення масивів аналогової та цифрової інформації. Основними пристроями логера є комутатори, АЦП, МП або мікроЕОМ, ОЗП, ПЗП і ППЗП, цифровий засіб відображення інформації, пульт оператора і модулі спряження. Логери побудовані за блочно-модульним принципом, що дає змогу вводити до їх складу вхідні та вихідні модулі в необхідній кількості й у будь-який момент часу. Логери вміщують від 16 до 100 вимірювальних каналів. За допомогою зовнішніх розширювачів кількість каналів може бути збільшена до 1000. Канали опитуються послідовно. Швидкість опитування може програмуватися в широких межах.
Роботою логера керує МП. До програми обробки вимірювальної інформації належать операції масштабування, лінеаризації характеристик датчиків, обчислення екстремальних та середніх значень, порівняння з еталонними значеннями, а також стиснення даних, що передаються в центральну ЕОМ. Обробка вимірювальної інформації здійснюється в реальному масштабі часу. В програму може бути введена також автокалібровка вимірювальних ланцюгів, яка дає змогу істотно збільшити точність вимірювання. Передбачається можливість самоконтролю основних функціональних вузлів. Як вбудовані засоби відображення і реєстрації використовуються 3—5-розрядні цифрові індикатори, відеодисплеї, друкуючі пристрої. Введення програми здійснюється з пульта оператора або із зовнішніх запам'ятовуючих пристроїв.
Керування логером при автономній роботі здійснюється з пульта оператора, а при введені до складу системи — від центрального процесора. За широтою вимірювальних та функціональних можливостей логери наближаються до мініатюрних локальних систем збирання та аналізу вимірювальної інформації.
Прикладом є логер типу ОКІОМ (Англія), призначений для роботи з термопарами, термометрами опору, тензо- та оптоелектронними та іншими вимірювальними перетворювачами. Вимірювані сигнали можуть бути у вигляді постійних або змінних напруг і струмів, часових інтервалів, частоти, кількості імпульсів. Кількість вимірювальних каналів дорівнює 200 і може бути збільшена до 600. Логер побудований на двох МП.
За результатами математичної обробки здійснюються допусковий контроль вимірюваних величин та аварійна сигналізація у випадку виходу параметра за задані межі.
Вміщені в логері пристрої спряження забезпечують виведення інформації на стандартні периферійні пристрої та зовнішню ЕОМ.
Контрольні питання.
1. Якими факторами зумовлене застосування МП та мікро-ЕОМ у виробничих системах?
2. Чим відрізняються однокристальні МП від багатокристальних (несекціонованих та секціонованих)?
3. Якими спільними параметрами характеризують МП, МПП та МПС?
4. За якими ознаками характеризують МП?
5. Назвіть основні параметри сучасних МП.
6. За якими критеріями обирають мікропроцесорні комплекти при проектуванні обчислювальних пристроїв та, систем?
7. В яких виробничих системах використовуються мікропроцесорні засоби? Наведіть приклади.
8. Опишіть узагальнену структуру системи автоматичного керування автономним об'єктом чи процесом.
9. Чим відрізняється система автоматичного керування від автоматизованої системи керування автономним об'єктом? Порівняйте їх структурні схеми.
10. Які САК і АСК називають однорівневими?
11. Опишіть структуру багаторівневої АСК ТП.
12. У чому полягають основні особливості гнучких виробничих систем? Наведіть приклад ГВС.
13. Які функції виконують МПП та мікроЕОМ в автоматизованих системах керування технологічними процесами?
14. З яких етапів складається розроблення МПС автоматичного керування технологічними процесами?
15. Назвіть основні задачі, які розв'язує МПП чи система в АСК ТП.
16. У чому полягають задачі керування технологічним процесом?
17. В яких режимах роботи АСК ТП використовується мікропроцесор (МПП чи мікроЕОМ)?
18. Що таке техніка числового програмного керування?
19. Опишіть мікропроцесорний пристрій ЧПК.
20. Які Ви знаєте архітектурні варіанти мікропроцесорних пристроїв ЧПК?
21. Які функції виконують мікропроцесори систем, орієнтованих на «безлюдну» технологію?
22. Назвіть особливості застосування МПП в радіоелектронній апаратурі.
23. В яких сферах РЕА застосовуються мікропроцесори? Наведіть приклади.
24. Які функції виконують мікропроцесори в контрольно-вимірювальній апаратурі?
25. Які функції виконують мікропроцесори в інформаційно-вимірювальних системах?