Automate Programabile cu Prelucrare pe Bit

Capitolul 1

AUTOMATE PROGRAMABILE CU PRELUCRARE PE BIT (APB)

1.1. INTRODUCERE

Problemele de automatizare discontinuă au fost tratate pe baza logicii cu relee electromagnetice , folosindu-se limbajul logicii releelor . Utilizarea circuitelor cu semiconductoare a marcat înlocuirea releelor folosind logică statică asincronă bazată pe interconectarea elementelor logice ca porţi logice , numărătoare , temporizatoare , registre de deplasare , etc .

O caracteristică importantă a numeroase sisteme de comandă , indiferent dacă sunt realizate cu relee sau cu circuite tranzistorizate , constă în aceea că ele comandă elemente ca relee , bobine , electrovalve , contactoare , lămpi , etc si că semnalele de intrare ce se prelucrează provin de la limitatoare de cursă , butoane cu revenire , detectoare diverse . Atât intrările în sistemul de comandă al unei automatizări , cât şi ieşirile ce controlează elementele de execuţie din procesul tehnologic automatizat , transferă semnale binare corespunzătoare celor două stări logice posibile notate prin “0” şi “1” . Blocul de comandă , la îndeplinirea funcţiei sale , realizează legătura între anumite intrări şi ieşiri printr-o logică de tipul : “Dacă limitatorul de cursă L este acţionat şi contactul K este închis , atunci motorul M va fi pornit “ .

Într-o comandă prelucrările necesare asupra informaţiilor receptate , impun interconectarea unor elemente logice pe baza unei sinteze logice . Astfel , fiecare aplicaţie necesită un bloc de comandă specific realizat în logică cablată , care înglobează multă manoperă .

Pentru eliminarea acestui neajuns major s-au creat blocuri de comandă programabile ce pot deservi o largă categorie de aplicaţii , caracterizate prin flexibilitate şi numite automate programabile. Automatele programabile au o mare capacitate de prelucrare logică , se programează uşor şi sunt adaptate automatizărilor discontinui .

Comanda unei automatizări se poate face şi cu sisteme de calcul puternice , dar acestea sunt scumpe şi necesită personal de înaltă calificare .

Astfel , a apărut necesitatea unor blocuri de comandă care să opereze la un moment dat cu o singură intrare , sau o singura ieşire şi numite automate programabile pe bit (APB) .

Având o arhitectură internă simplificată şi un set de instrucţiuni redus , un APB realizează prelucrări simple de date , în principal logice , fiind însă capabil să controleze un număr mare de intrări şi ieşiri de un bit asociate procesului controlat , într-o siguranţă funcţională ridicată .

Un APB este realizat în jurul unei magistrale la care se conectează intrările şi ieşirile prin circuite de interfaţă , unitatea centrală de operare (CPU) şi memoria fapt ce sugerează structura unui sistem de calcul , de care se deosebeşte însă prin setul redus de instrucţiuni .

La un APB execuţia programului utilizator este ciclică , fapt ce a determinat renunţarea funcţionării în întreruperi . Derularea ciclică rapidă a unui program liniar (fără salturi înapoi) , permite sesizarea evenimentelor dintr-un proces lent la puţin timp după ce apar , fără riscul pierderii de informaţie sau alterare a procesului comandat .

1.2. COMPONENTELE UNUI APB

1.2.1. PROCESORUL MC 14500B

Arhitectura internă a acestui procesor este dată în fig.1 , iar repartizarea funcţiilor pe terminale în fig.2 .

Începutul perioadei de tact coincide cu frontal căzător . Începutul perioadei de tact coincide cu frontul căzător al tactului când instrucţiunea având codificarea binară I3 I2 I1 I0 este memorată în registrul de instrucţiuni (Instrucţion Register) . Unitatea logica (Logic Unit) în urma decodării instrucţiunii în execuţie realizează încărcarea registrului rezultat (RR) , având rolul de registru acumulator de un bit , a cărui stare RR sau este transferată pe linia de date (DATA) .

Fig. 1. Arhitectura internă MC14500 B (MMC4500)

Fig. 2. Circuitul MC 14500 B – funcţii la terminale

La scriere (emisie) , linia DATA funcţionează ca ieşire şi e activată pe o perioadă a tactului CLOCK , iar ieşirea WRITE trece în starea “1” în prima jumătate a tactului când =0 .

Registrele IEN (Input Enable) şi OEN (Output Enable) condiţionează accesul datelor de intrare şi respectiv de ieşire pe linia bidirecţională DATA , încărcarea acestor registre făcându-se prin instrucţiunile cu simbolizările IEN şi respectiv OEN .

Atunci când ambele registre , IEN şi OEN sunt în starea “1” , datele de intrare şi de ieşire circulă neafectate conform instrucţiunilor efectuate . Starea “0” a registrului IEN determină în permanenţă starea “0” la data citită indiferent de nivelul logic al intrării ce apare pe linia DATA . Dacă registrul OEN are starea “0” procesorul nu executa nici o operaţie de scriere , linia DATA rămânând în înaltă impedanţă , iar ieşirea WRITE în starea “0” .

La iniţializare , când RST=1 , registrele IEN ,OEN şi RR sunt puse în starea “0” , încărcarea lor făcându-se pe linia DATA la frontul crescător al tactului .Deci , instrucţiunile se încarcă pe frontul căzător şi se execută pe cel crescător al semnalului de CLOCK de la terminalul .

Validarea încărcării registrelor IEN şi OEN este realizată de blocul CONTROL prin semnalele VI şi VE emise în urma decodării instrucţiunii ce se execută . În funcţie de instrucţiunea efectuată blocul CONTROL activează semnalele de comandă FLF , FLO , RTN şi JMP ce rămân active (in starea “1”) pe întreaga perioadă a tactului .

Microprocesorul MC 14500 B are încorporat un generator de tact (OSC) a cărui frecvenţa se stabileşte cu un grup R , C extern conectat ca în fig. 1 .

Când intrarea de resetare este RST=1 , oscilatorul se blochează în starea =1 . La revenirea în starea RST=0 amorsarea oscilaţiilor are loc în circa 100 ns . Pentru folosirea unui tact extern , acesta se aplică la intrarea , iar intrarea se conectează la masă . Tactul extern trebuie să fie de nivel TTL .

Setul de instrucţiuni al acestui microprocesor de un bit conţine 16 instrucţiuni prezentate în tabelul următor :

al tactului când instrucţiunea având codificarea binară I3 I2 I1 I0 este memorată în registrul de instrucţiuni (Instrucţion Register) . Unitatea logica (Logic Unit) în urma decodării instrucţiunii în execuţie realizează încărcarea registrului rezultat (RR) , având rolul de registru acumulator de un bit , a cărui stare RR sau este transferată pe linia de date (DATA) .