Микропроцессор измеряет…
М. Д. КОВАЛЕНКО
Каким прибором можно измерить температуру мороженой курицы? Конечно, термометром! Сделать в тушке надрез, ввести термометр, подождать немного… А если это необходимо сделать быстро, да еще не испортивать товарного вида? Вы просите, какое отношение эти вопросы имеют к теме статы? Самое непосредственное, в чем читатель сможет убедиться, ознакомившись с устройствам термометра микропроцессорной эры.
Начнем с датчика температуры. Для того чтобы измерить быстро, термометр делают в виде полой иглы, которое можно вонзать в тушку, почти не испортив ее. Внутри полой иглы размешается датчик — металлическая проволока, сопротивление которой в небольшим интервале температуры запрещения на проволоке, можно с помощью этой формыры расчитать температуру. Быстро? Не очень, даже если имеет под рукой микрокалькулятор. Значительноускорить процесс измерения позволяет использовать микропроцессор.
Упрощенная блок-схема микропроцессорного термометра изображена на рисунке. Микропроцессор (МП) — это вычислительное-правляющая электронная схема, роль которого, в существии, аналогична роли мозга в животном организме. Конструктивно МП, содержащий десяти тысяч трансисторов, представляет собой одну микросхему. МП работает с цифрами, поэтому не прерывный, или, как говоря, аналоговый сигнал с датчика (напряжение) должен поступать на вход МП преобразованным в цифровую форму. Эту работу выполняет аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Микропроцессорный термометр содержит запоминающие устройства (3У) двух видов: оперативные (03У) и постоянные (П3У). В 03У числа и программы могут свободно записывать и считывать, но после выключения питания все содержимое 03У стирается. В П3У информации записывается только один раз, но она хранится «вечно».
Как работает термометр? Предварительно, при градировке, определяют постоянные коэффициенты a и b и записывают их в П3У. МП работает
*) Такой датчик называется термометром сопротивления и применяется редко. Обучно использовать термопарные или полупроводниковые датчики, но на принцип измерений это мало влияет.
22
по программе, также записанной в ПЗУ. Программа — это последовательность команд-шагов, которые МП выполняет по очереди со скоростью в соответствии тысяч или даже миллионы шагов в секунду. Условная программа измерения температуры может быть деталь примерно так (в результате программы каждой из этих шагов выполняется несколько команд):
Шаг 1. Вызвать из ПЗУ числа и .
Шаг 2. Ввести в МП число из АЦП (это число — значение напряжения ).
Шаг 3. Вычислить температуру по формуле (результат записывается в ОЗУ).
Шаг 4. Отобразить записанное в ОЗУ число на цифровом дисплее.
Шаг 5. Перейти к выполнению шага 2. В результате работы этой программы на дисплее с частотой в тысячи измерений в секунду будет отображаться значение температуры. Вот теперь мы можем узнать температуру быстрого (далее список!). На практике же эту частоту уменьшают во много раз — для удобства наблюдения. (Подобную картину вы могли наблюдать на табло электронных весов.)
Рассмотрим более сложный пример — цифровой волтметр состроенным МП. Блок-схема его примерно такая же, как и у термометра. Предположим, нас интересют колбания напряжения в сети. Требуется узнать, насколько часто в течение 1 часа действующего значения напряжения выходит за пределы 210—230 В. Можно было бы решить эту задачу так: взять общий цифровой волтметр с цифровечащим устройством (ЩПУ) и запустить волтметр на измерения с интервалом в 1 секунду. Через час мы получим бумажную ленту длиной 3—4 м с 3600 чисlamи и, вооружившись терпенiem, начнем подсчитывать количество чисел на ней, выпадающих из интервала 210—230 В. Вам хотелось бы занять такой работой? Вряд ли. Так давайте заставим работать МП! Для этого составим программу (как и в первом примере, это условия программы):
Шаг 1. Очистить ячейки памяти ОЗУ с номерами (адресами) и , то есть запись в них нулы.
Шаг 2. Измерить действующее значение напряжения сети .
Шаг 3. Если или , то к содержимому ячейки памяти с адресом прибавить единицу.
Шаг 4. Если , то к содержимому ячейки памяти с адресом прибавить единицу.
Шаг 5. Ждать 1 секунду.
Шаг 6. Перейти к выполнению шага 2.
В результате работы этой программы в ячейке ОЗУ с адресом будет накапливаться количество выходящих за пределы 210—230 В результатов измерений, а в ячейке — количество попавших в этот интервал результатов измерений. Эти данные могут непрерывно отображаться на цифровом дисплее, так что достаточно через 1 час после запуска остановить программу и взглянуть на дисплей, чтобы узнать, насколько часто происходит колбания напряжения в сети. Можно измерить программу, сделать так, чтобы она сама остановилась после выполнения заданного числа измерений.
«Меню» микропроцессорного волтметра обычно содержит десятичных программи: статистической обработки результатов измерений, поискка максимальных и минимальных значений средиземпенных напряжений, анализа формулы периодических сигналов и т. д. Эти программы, которые могут содержать сотни шагов, записаны в ПЗУ, поэтому для работы с приборам нет необходимости самостоятельного составлять программы. Необходимо лишь ознакомиться с назначением 2—3 десятиков коппок.
На этих двух простейших примерах видно огромное применение прибора состроенных микропроцессорами: они выдают не «сырые» первичные данные, а обработанные, то есть перечисленные в конечные величины. Применение таких прибора颂ит к большей экономии труда людей, к росту его производительности. Однако наиболее полезное применение МП проявляется в управляющих системах, в которых имеется обратная связь, то есть возникствие со стороны МП на управляемый объект. К таким системам относятся, например, промышленные роботы. Но это уже тема для особого развития. А пока, покупая в магазинам мороженую курицу, не забудьте ее оценить. Если тщшка мягкая, то, конечно, и без МП все ясно.