ZASTOSOWANIA TECHNIKI MIKROPROCESOROWEJ
Definicja Wiki
Technika cyfrowa zwana popularnie też techniką mikroprocesorową i sygnałów jest nauką zajmującą się analizą budowy, właściwości i działania układów elektronicznych, które powodują wytwarzanie lub modulację sygnałów cyfrowych. Ta interdyscyplinarna nauka zrodziła się z połączenia dziedzin nauk elektronicznych takich jak teoria sygnałów, układy logiczne, kodowanie itp. Badanie układów cyfrowych (bramek itp.) odbywa się poprzez utworzenie jak najwierniej odwzorowujących je modeli matematycznych i schematów zastępczych urządzeń, których poszczególne elementy opisane są odpowiednimi wartościami i stanami.
Przedmioty, na których było poruszane zagadnienie:
podstawy techniki mikroprocesorowej
NOTATKI Z KSIĄŻEK
Krótka historia - zastosowanie kiedyś
Technika mikroprocesorowa sięga roku 1946, kiedy to w Stanach Zjednoczonych powstał pierwszy komputer o nazwie ENIAC. Był to niezwykle wielki i ciężki sprzęt (30t i 18 tyś. lamp elektronowych). Następnym przełomem w dziedzinie techniki mikroprocesorowej było wynalezienie tranzystora (1947, Bell Laboratories). Dzięki temu wynalazkowi można było opracować pierwsze układy scalone (Texas Instruments), takie jak układy logiczne TTL, które są stosowane jak i produkowane do dzisiaj. Dzięki zastosowaniu w/w układów komputery stały się dużo szybsze a ich gabaryty zmniejszyły się znacząco. Zatem komputery mogły stać się popularniejsze oraz zastosowane jako narzędzie do skomplikowanych oraz żmudnych obliczeń jak i mogły posłużyć w dziedzinie sterowania. Kolejnym krokiem milowym było opracowanie nowej technologii produkcji układów scalonym jakim była technologia CMOS (1963). Dzięki tej technologii można było zawrzeć większą ilość tranzystorów w jednym układzie scalonym, gdyż, w przeciwieństwie do technologii TTL, przełączanie tranzystora nie powodowało wydzielania relatywnie dużej mocy. O początku współczesnej techniki mikroprocesorowej możemy powiedzieć w 1971, gdy powstał pierwszy mikroprocesor (oznaczony 4004). Następnie powstały procesory 8-bitowe (1976), które zostały zastosowane w systemach sterowania maszyn i procesów przemysłowych.
Technika mikroprocesorowa dziś
Głównymi „produktami” techniki mikroprocesorowej są mikroprocesory i mikrokontrolery.
Mikroprocesor to układ scalony, w którym zintegrowana jest kompletna jednostka centralna komputera, która komunikuje się z otoczeniem za pomocą szyn: danych, adresowych i sterujących. Do szyn przyłączamy pamięć i układy peryferyjne. Zastosowanie mikroprocesorów ukierunkowane jest w stronę techniki obliczeniowej. W dzisiejszych czasach wszyscy mamy do czynienia z mikroprocesorami. Obecne znaleźć je możemy m.in. w komputerach osobistych (PC), ponieważ mikroprocesory zapewniają dużą moc obliczeniową, czyli szybkość przetwarzania danych jest duża.
Mikrokontroler jest to układ scalony, w którym możemy znaleźć wszystkie elementy kompletnego komputera takie jak pamięć, jednostkę centralną jak i układy wejścia-wyjścia. Zastosowanie mikrokontrolery znajdują w układach sterowania. W większości tego typu układów możemy określić moc obliczeniową jednostki centralnej potrzebną do wykonania zadań. Niekoniecznie obowiązuje przy tym zasada, że im więcej mocy obliczeniowej tym lepiej. Dobrym przykładem takiego zastosowania mikrokontrolera jest obsługa klawiatury. Naszym zadaniem, które komputer musi wykonać jest rozpoznanie, który przycisk klawiatury został naciśnięty przez użytkownika klawiatury. Moc obliczeniową jaką potrzebujemy jest maksymalna prędkość naciskania przycisków przez użytkownika jakim będzie człowiek. Z doświadczeń wynika, że sprawdzanie stanu klawiatury powinno odbywać się z częstotliwością 10 razy na sekundę. Zastosowania mikroprocesora wykonującego to zadanie szybciej mija się z celem, ponieważ nie spowoduje to lepszego wykonania zadania. Ponieważ klawiatura jest urządzeniem do np. zadania odpowiednich poleceń czy parametrów, gdyż stanowi element większej maszyny, ważne jest aby zamiast dużej mocy obliczeniowej umieszczono w strukturze układy scalonego dodatkowych układów wejścia-wyjścia, aby nie potrzeba było stosować dodatkowych układów pośredniczących między klawiaturą, a jednostką centralną urządzenia. Dzięki zastosowaniu mikrokontrolera minimalizujemy liczbę układów niezbędnych do realizacja podobnych do w/w zadań.
Dzięki szybkiemu rozwojowi mikrokontrolerów oraz ulepszaniu technologii produkcji, mikrokontrolery są wykorzystywane w przemyśle militarnym jak i kosmicznym, np. współczesne mikrokontrolery mogą pracować w zakresie temperatur: -55oC do 125oC.
Mikrokontrolery najczęściej klasyfikuje się ze względu na szerokość szyny danych (4, 8, 16, 32 bitów).
Mikrokontrolery 4-bitowe ze względu na specyfikę są szeroko stosowane w sprzęcie gospodarstwa domowego. Programowane są w procesie produkcji mikrokontrolera i nie istnieje możliwości zmiany programu przez użytkownika. Dzięki temu koszty produkcji są znacznie obniżone przy produkcji mikrokontrolerów w dużych ilościach.
Dzięki szybkiemu rozwojowi mikrokontrolerów oraz ulepszaniu technologii produkcji, mikrokontrolery są wykorzystywane w przemyśle militarnym, np. współczesne mikrokontrolery mogą pracować w zakresie temperatur: -55oC do 125oC.
Mikrokontrolery z rodziny 8016x są jednymi z najlepszych mikrokontrolerów 16-bitowych. Są predestynowane do zastosowania w przemysłowych systemach sterownia takich jak Sterowniki PLC (programowalne sterowniki przemysłowe) (np. układ 80C167). Oprócz w/w układy te znajdują zastosowania w telekomunikacji (układ 80C165).
Zastosowaniem mikrokontrolerów z rodziny MPC8xx/82xx są zastosowania telekomunikacyjne takie jak integracja sieci komputerowych i telekomunikacyjnych, upowszechnienie Internetu i sieci szerokopasmowych. Mikrokontrolery tej rodziny są uznawane za standardowe rozwiązanie w niektórych dziedzinach systemów komunikacyjnych np. sieci dostępowe (ang. access networks).
W dużym stopniu mikrokontrolery znajdują zastosowanie w Układach EAZ (Elektroenergetycznej Automatyki Zabezpieczeniowej). Dzięki prowadzeniu techniki mikroprocesorowej układy EAZ są tańsze, łatwo programowalne, szybsze, są urządzeniami uniwersalnymi, posiadają funkcję rejestracji zakłóceń i błędów oraz komunikacją z centrum nadzoru. Coraz większą popularnością cieszą się mikroprocesorowe układy sterowania i nadzoru.
Podsumowanie
Zastosowanie techniki mikroprocesorowej jest nieoceniona i wszechobecna. Nie ma chyba dziedziny życia, w której nie wykorzystywane były mikroprocesory, mikrokontrolery, lub systemy czasu rzeczywistego.
Zastosowanie mikroprocesorów (pokrótce):
Komputery - programowane przez użytkownika
- mikrokomputery osobiste (ZX Spectrum 2.5Hz -> Pentium 2.5 GHz)
- systemy o dużej wydajności (fraktale, dynamika płynów, grafika komputerowa, przewidywanie pogody)
Systemy wbudowane - bez możliwości programowania przez użytkownika końcowego
- sprzęt komputerowy (klawiatura, mysz, drukarki igłowe, drukarki laserowe, sterowniki dyskowe, graficzne, sieciowe...)
- sprzęt laboratoryjny (multimetry, oscyloskopy, generatory, analizatory...)
- telekomunikacja (aparaty abonenckie, centrale, telefaksy, modemy, poczta głosowa, systemy przywoławcze, telefonia bezprzewodowa i komórkowa)
- sprzęt powszechnego użytku (audio, video, aparaty fotograficzne, pralki, kuchenki...)
- motoryzacja, sterowniki przemysłowe, instalacje wojskowe i kosmiczne (duży poziom zakłóceń, duży zakres temperatur, podwyższona niezawodność)
Mikrokontrolery są wykorzystywane najczęściej w 2 dziedzinach jakimi są aparatura kontrolno-pomiarowa oraz sterowniki przemysłowe.