Vô tuyến điện đại cương - Chương 4: Các mô đun điều khiển trong hệ thống cơ điện tử

Chương 4 - CÁC MÔ ĐUN ĐiỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG CƠ ĐiỆN TỬ •Mô đun truyền thông •Mô đun xử lý •Mô đun phần mềm •Mô đun giao diện 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG Các thiết bị và hệ thống điều khiển tự động cần có sự trao đổi thông tin với nhau để giữ nhịp sản xuất và tác động giữa chúng Sự lưu thông dữ liệu từ một bộ điều khiển của thiết bị này sang bộ điều khiển của một thiết bị khác hình thành mô đun truyền thông của mạng. Sự trao đổi, truyền thông tin, dữ liệu giữa các máy tính kể cả các hệ điều khiển tùy theo phạm vi sử dụng được yêu cầu có thể là: •Điều khiển trung tâm •Điều khiển phân cấp •Điều khiển phân quyền 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG 4.1.1. Cơ sở truyền thông dữ liệu Hệ thống truyền thông đặc trưng bao gồm: -Nguồn sinh/nguồn phát, -Môi trường truyền, bộ phận nhận, -Đích nhận và sử dụng thông tin theo yêu cầu. Thông tin truyền có thể ở dạng analog hoặc digital Xét những cơ sở truyền thông dữ liệu trong chế tạo máy 1. Giới thiệu 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG 2. Khái niệm cơ sở trong truyền thông Truyền thông dữ liệu là có sự lưu chuyển dữ liệu từ thiết bị này sang thiết bị khác. Bên trong nội bộ, thiết bị trên cơ sở máy tính số lưu dữ liệu trên các thanh ghi hoặc trong bộ nhớ RAM. Dữ liệu được trao đổi giữa các vị trí bộ nhớ và thanh ghi qua một bus dữ liệu, có thể là 8, 16, 32 hoặc 64 bit. Khi cần thiết có giao tiếp với thiết bị ngoài, phần cứng xuất/nhập (I/O) được sử dụng. 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG 3. Mã hóa dữ liệu Các máy tính lưu trữ dữ liệu dưới dạng nhị phân, tuy nhiên chỉ những số nguyên mới lưu được dưới dạng này, còn các dạng dữ liệu khác, ví dụ text (ký tự, chữ số) và đồ thị cần được mã hóa sao cho các máy tính trong hệ có thể nhận dạng được chúng. Dữ liệu để truyền có thể được mã hóa theo một trong các dạng thức: •Dữ liệu chữ số theo mã ASCII (American Standard Code for Information Interchange). •Dạng thức EIA (Electronic Industries Association). •Hãng IBM dùng EBCDIC (Expanded Binary-Code Decimal Interchange Code) Các mã này bao gồm các kí tự, số, dấu và các kí tự điều khiển. 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG Các dữ liệu khác dạng chữ số thì có những chuẩn chuyển đổi khác. Ví dụ: Dữ kiệu ảnh chuyển dạng bitmap, tùy theo số màu sử dụng, mỗi pixel được thể hiện bởi một số bits dưới dạng nhị phân hoặc ASCII. Ngoài ra còn sử dụng dạng thức riêng như Post Scrip, GIF, JPEG và TIF để truyền dữ liệu. 4. Truyền dữ liệu 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG Truyền dữ liệu nối tiếp Truyền dữ liệu song song 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG 4.1.2. Mạng công tác 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG 4.1.3. Giao thức (protocol) 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG Tiêu chuẩn ISO định ra một hệ thống giao thức chuẩn 7 lớp gọi là mô hình liên kết các hệ thống mở OSI (Open System Intercinection) 1. Lớp vật lý 2. Lớp kết nối dữ liệu 3. Lớp mạng 4. Lớp truyền tải 5. Lớp theo phiên 6. Lớp trình bày 7. Lớp ứng dụng 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG 1. Các chuẩn về mạng 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG 2. Một số giao thức được sử dụng trong công nghiệp Giao thức tự động chế tạo Giao thức văn phòng và kỹ thuật 4.1 MÔ ĐUN TRUYỀN THÔNG 3. Các chuẩn giao diện Chuẩn giao diện phổ thông nhất là cổng RS232 do American Electronic Industrie Association (AEIA) định rõ tính chất vào năm 1962 Ngoài chuẩn RS-232 và RS-232C còn có các chuẩn V.24 của CCITT. Các chuẩn khác theo DTE/DCE gồm RS-366A của AEIA, X.20, X.21 và X.35 của CCITT 4.2 MÔ ĐUN XỬ LÝ 4.2.1. Kết cấu cơ sở của bộ vi xử lý (Microprocessor) Có 3 vùng: •Bộ xử lý trung tâm (CPU): nhận biết và thực hiện các lệnh chương trình •Giao diện-mạch xuất/nhập để quản lý truyền thông giữa bộ xử lý và thế giwos bên ngoài •Bộ nhở để lưu giữ cấu trúc chương trình và dữ liệu 4.2 MÔ ĐUN XỬ LÝ Cấu trúc chung của một máy tính Thông tin về địa chỉ trên bộ nhớ được tải bởi bus địa chỉ Dữ liệu liên quan đến chức năng xử lý được truyển bởi bus dữ liệu Những tín hiệu liên quan đến điều khiển được tải bởi bus điều khiển 4.2 MÔ ĐUN XỬ LÝ 1. Đường truyền bus 4.2 MÔ ĐUN XỬ LÝ 4.2 MÔ ĐUN XỬ LÝ 2. Bộ xử lý trung tâm CPU 4.2 MÔ ĐUN XỬ LÝ 4.2 MÔ ĐUN XỬ LÝ 1. Thanh chứa (A) 2. Thanh ghi trạng thái hoặc thanh ghi mã điều kiện (Cờ) 3. Thanh đếm chương trình (PC) hoặc con trỏ lệnh (IP) 4. Thanh ghi địa chỉ bộ nhớ (MAR) 5. Thanh ghi chỉ lệnh (IR) 6. Các thanh mục đích chung 7. Thanh ghi con trỏ ngăn xếp (SP) 4.2 MÔ ĐUN XỬ LÝ 3. Bộ nhớ (memory) 4.2 MÔ ĐUN XỬ LÝ 4.2 MÔ ĐUN XỬ LÝ 4.2.2. Các bộ điều khiển trên cơ sở bộ vi xử lý 4.2 MÔ ĐUN XỬ LÝ 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM 4.3.1. Ngôn ngữ lập trình 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM 4.3.2. Thể hiện dữ liệu 4.3MÔ ĐUN PHẦN MỀM 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM 4.3.3. Các tập lệnh 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM Đa số các bộ vi xử lý đều thực hiện: •Chuyển dữ liệu: -Nhập vào (load): chỉ lệnh đọc nội dung của 1 vị trí bộ nhớ được xác định và chép nó vào một vị trí định rõ trên thanh ghi trong CPU. Ví dụ: Trước lệnh Sau lệnh DL trong vị trí bộ nhớ 0010 DL trong vị trí bộ nhớ 0010 DL từ 0010 trong thanh chứa - Cất giữ (store): chỉ lệnh chép các nội dung hiện thời của một thanh ghi cụ thể vào trong một vị trí bộ nhớ xác định. Ví dụ: Trước lệnh Sau lệnh DL trong thanh chứa DL trong thanh chứa DL được chép đến đến vị trí bộ nhớ 0011 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM •Thực hiện số học: - Cộng (add): chỉ lệnh cộng các nội dung của một vị trí bộ nhớ xác định vào dữ liệu trong một thanh ghi Ví dụ: Trước lệnh Sau lệnh Thanh chứa với DL 0001 Thanh chứa với dữ liệu 0011 Vị trí bộ nhớ với dữ liệu 0010 - Giảm một giá trị (decrement): chỉ lệnh trừ Ví dụ: Trước lệnh Sau lệnh Thanh chứa với DL 0011 Thanh chứa với dữ liệu 0010 - So sánh (compare) 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM •Thực hiện logic: -VÀ (AND), HOẶC LOẠI TRỪ (EXCLUSIVE OR) -Dịch logical trái hoặc phải -Dịch chuyển số học -Xoay trái hoặc phải •Điều khiển chương trình -Nhảy -Nhánh -Treo 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM 4.3.4. Lập trình 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM 4.3.5. Thiết kế mô đun phần mềm Quan trọng nhất là nhìn nhận được thứ bậc yêu cầu trong hệ thống như sự sắp đặt phần mềm hình bên 4.3 MÔ ĐUN PHẦN MỀM Bất cứ ngôn ngữ lập trình nào C++, Java, Visual Basic, Fortran... đều phải cung cấp được khả năng mã hóa những cấu trúc logic để thực hiện với: •Giao diện người sử dụng (user interface) •Các tính toán mô hình (model calculations) •Điều khiển chương trình (program control) •Xử lý các thông báo (message processing) •Chuyển dịch dữ liệu (moving data) •Cơ sở dữ liệu (database) •Công bố dữ liệu (data declaration) •Đối tượng (object) •Thời gian thực real time) 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 4.4.1. Giao diện 1. Thuật ngữ: Giao diện là thuật ngữ chỉ biên giới chung giữa hai hệ thống thành phần. Trong một HTCĐT đơn giản có thể có một số giao diện 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 2. Những yêu cầu về giao diện 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 3. Hệ thống bản đồ nhớ 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 4. Các chuyển giao qua đa cổng (multiport-transfer) 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 5. Các bộ tương hợp giao diện-ngoại vi 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 6. Kiểm soát vòng và các ngắt 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 4.4.2. Giao diện người-máy (HMI) 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN 4.4 MÔ ĐUN GIAO DiỆN