Специфика сигнальных микропроцессоров

В конце 1970-х годов появились первые специализированные процессоры, предназначенные для выполнения алгоритмов цифровой обработки сигналов (ЦОС) в реальном масштабе времени. Часто в литературе такие микропроцессоры называются сигнальными микропроцессорами (СМП) или цифровыми процессорами обработки сигналов (ЦПОС).

Появление СМП было обусловлено несколькими причинами. Развитие теории ЦОС привело к появлению различных алгоритмов, которые могли практически использоваться во многих областях техники. Алгоритмы ЦОС используются для выполнения таких операций, как фильтрация, формирование сигналов, выделение сигналов на фоне помех, распознавание образов и многих других. Ранее эти задачи в основном решались с помощью аналоговой обработки, но данные методы имеют множество недостатков, а именно: невысокую точность преобразований, нестабильность характеристик, низкую надежность и др. Использование методов ЦОС позволяет добиться качественного улучшения характеристик реализуемой аппаратуры. Поэтому внедрение методов цифровой обработки сигналов является насущной необходимостью во многих областях техники, таких как связь, обработка речи и изображений, распознавание образов, измерительная техника, радиолокация и многих других. Первоначально реализация этих методов основывалась на использовании интегральных микросхем малой и средней степени интеграции (ИМС). При этом был достигнут качественный скачок по отношению к аппаратуре с аналоговой обработкой. Достоинства ЦОС позволили добиться высокой точности обработки сигналов, стабильности и повторяемости характеристик, высокой надежности аппаратуры. Однако использование ИМС не позволило снизить массогабаритные показатели аппаратуры, поэтому возникла необходимость реализовать данные методы на более современной элементной базе.

Другим важным моментом, предшествовавшим появлению СМП, явилось развитие технологии изготовления микросхем. Именно появление микронных и субмикронных технологий позволило создать СМП с несколькими десятками тысяч транзисторов на кристалле, с потреблением мощности порядка 1 ватта и быстродействием более 5-и миллионов операций в секунду.

Эти тенденции развития науки и техники стимулировались постоянно возраставшими потребностями практики. В свою очередь практика все время ориентировалась на достижения науки и техники. Такое взаимовыгодное сотрудничество в конце концов и привело к появлению СМП. Уже первые СМП показали их значительные преимущества для реализации алгоритмов ЦОС перед цифровыми микросхемами средней и малой степени интеграции и универсальными микропроцессорами. Поэтому в 1980-е годы процесс улучшения характеристик СМП проходил очень быстрыми темпами. В настоящее время за рубежом выпускается несколько десятков различных СМП, находящих широкое применение в различных областях техники. Можно предположить, что в ближайшем будущем СМП станут одной из основных элементных баз разработчиков новой техники и, в частности, средств связи.

Необходимость создания специализированных процессоров возникла еще и из-за того, что, традиционно применяемые в компьютерной технике процессоры фирмы Intel (286, 386, 486) имели систему команд, малопригодную для решения специфических задач цифровой обработки сигналов. То же самое относится и к большинству микроконтроллеров, предназначенных главным образом для эффективной обработки событий в реальном масштабе времени, а не сигналов.

Программная реализация алгоритмов ЦОС с помощью СМП дает дополнительные преимущества по сравнению с их жесткой реализацией на ИМС различной степени интеграции. В первую очередь к ним относится возможность существенного снижения массогабаритных показателей аппаратуры. Другое важное преимущество заключается в многофункциональности данного метода реализации: изменение программы приводит и к полному изменению алгоритма обработки. Кроме того, существенно упрощаются этапы разработки и отладки аппаратуры. Выгодно использовать СМП и с экономической точки зрения, поскольку происходит значительное снижение цены как разработки, так и изготовления аппаратуры. Из всего вышесказанного следует вывод, что СМП для многих областей техники являются перспективной элементной базой.

Приложение А4

Функциональные схемы автоматизации

Общие сведения

Функциональная схема автоматизации является основным техническим документом, определяющим функциональную структуру и объем автоматизации технологических установок, отдельных машин, механизмов и агрегатов, выполняющих технологический процесс.

Функциональная схема автоматизации представляет собой чертеж, на котором схематически, условными обозначениями изображены: технологическое оборудование, коммуникации, органы управления и средства автоматизации (приборы, регуляторы, вычислительные устройства, элементы телемеханики) с указанием связей между технологическим оборудованием и элементами автоматики, а также связей между отдельными элементами автоматизации. Вспомогательные устройства, такие как редукторы и фильтры для воздуха, источники питания, автоматические выключатели и предохранители в цепях питания, соединительные коробки и другие устройства и монтажные элементы, на функциональных схемах автоматизации не показываются.

Для сложных технологических процессов с большим объемом автоматизации схемы могут быть выполнены раздельно по видам технологического контроля и управления, т.е. отдельно выполняют схемы автоматического управления, контроля и сигнализации. Для объектов с несложными технологическими процессами и простыми системами контроля управления функциональные схемы автоматизации могут не составляться. Их заменяют перечнями систем контроля, регулирования, управления и сигнализации.

Прочитать функциональную схему автоматизации означает определить из нее:

1) параметры технологического процесса, которые подлежат автоматическому контролю и регулированию;

2) наличие защиты и аварийной сигнализации;

3) принятую блокировку механизмов;

4) организацию пунктов контроля и управления;

5) функциональную структуру каждого узла контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления;

6) технические средства, с помощью которых решается тот или иной функциональный узел контроля, сигнализации, автоматического регулирования и управления.

Чтобы прочитать функциональную схему автоматизации, необходимо знать принципы построения систем технологического контроля и управления и условные изображения технологического оборудования, трубопроводов, приборов и средств автоматизации, функциональных связей между отдельными приборами и средствами автоматизации, а также иметь представление о характере технологического процесса и взаимодействии отдельных установок и агрегатов технологического оборудования.