Мирский Г. Я. Микропроцессоры в измерительных приборах
МОСКВА
«РАДИО И СВЯЗЬ»
1984
Мирский Г. Я. Микропроцессоры в измерительных приборах. — Москва: Радио и связь, 1984.
Книга знакомит с принципами построения, работой микропроцессоров и микропроцессорных систем, применением их в электронных измерительных приборах общего назначения: цифровых измерителях интервалов времени, частотомерах, вольтметрах, осциллографах; раскрывает преимущества и новые возможности приборов, содержащих микропроцессоры; освещает методы и средства тестирования микропроцессорных систем; дает представление об интерфейсах измерительных систем.
Для широкого круга читателей.
РЕЦЕНЗЕНТ канд. техн. наук Л. А. ЛЕТНИК
Редакция литературы по электронной технике
Редактор В. М. Ларионова
Художественный редактор Н. С. Шеин
Обложка художника В. Я. Вигант
Технический редактор А. Н. Золотарева
Корректор Т. С. Власкияа
Содержание книги Микропроцессоры в измерительных приборах
Предисловие
Глава первая. Введение в микропроцессорную технику 1.1. Сначала немного об ЭВМ и ее работе
1.2. Что такое бит, слово байт?
1.3. Микропроцессор, микропроцессорный комплект, микропроцессорная система
1.4. Характеристики микропроцессоров
1.5. Архитектура микропроцессора
1.6. Микропроцессорная система
1.7. Управление работой микропроцессорной системы
1.8. Типовые команды
1.9. Программное обеспечение
Глава вторая. Общие вопросы применения микропроцессоров в измерительных приборах 2.1. Функции, выполняемые микропроцессорами в приборах
2.2. Улучшение метрологических характеристик приборов
2.3. Когда целесообразно применять микропроцессоры?
2.4. Что осложняет и ограничивает использование микропроцессоров в средствах измерения?
Глава третья. Интерфейсы для измерительных систем 3.1. Вводные замечания
3.2. Агрегатный принцип построения измерительных систем
3.3. Классификация интерфейсов
3.4. Цифровой интерфейс МЭК
3.5. Роль микропроцессора в системе с интерфейсом
Глава четвертая. Цифровые частотомеры 4.1. Вводные замечания
4.2. Измерение периода сигнала методом дискретного счета
4.3. Измерение частоты методом дискретного счета
4.4. Микропроцессорные цифровые частотомеры
Глава пятая. Цифровые вольтметры и мультиметры 5.1. Общие сведения
5.2. Сопряжение АЦП с микропроцессором
5.3. Микропроцессорный цифровой вольтметр
5.4. Второе рождение время-импульсного вольтметра
5.5. Программируемые мультиметры
Глава шестая. Электронные осциллографы 6.1. Коротко об осциллографах вообще
6.2. Новые возможности электронных осциллографов, создаваемые микропроцессорами
6.3. Варианты построения микропроцессорных осциллографов
6.4. Цифровые запоминающие осциллографы
6.5. Обычный аналоговый осциллограф плюс микропроцессорная система
6.6. Осциллограф с программным управлением
Глава седьмая. Методы тестирования микропроцессорных систем измерительных приборов 7.1. Специфика контроля и диагностики
7.2. Логический анализ
7.3. Сигнатурный анализ
Список литературы
ПРЕДИСЛОВИЕ
Есть вещи, без которых трудно (чтобы не сказать — невозможно) представить сегодняшнюю жизнь, хотя сравнительно недавно человечество обходилось без них. Так, еще немногим более 100 лет назад люди жили без телефона, а сейчас лиши нас его — кажется, все осложнится до предела. Всего 30 лет назад искусственные спутники Земли и космические лаборатории казались уделом писателей-фантастов; в наши дни без этих летательных аппаратов немыслимы точные прогнозы погоды, связь между континентами, осуществление ряда тонких технологических процессов, получение материалов, обладающих особыми свойствами. Современный юноша, смотрящий по телевизору повтор «острого» эпизода футбольного или хоккейного матча, воспринимает такую техническую возможность как нечто обыденное, не задумываясь, что в начале 50-х годов нашего столетия видеозапись — это замечательное проявление инженерной мысли — была лишь предметом творческих устремлений специалистов многих стран.
Нелегко поверить, что до 1971 г. человечество не знало микропроцессора — самого выдающегося достижения электроники после изобретения транзистора. А сегодня микропроцессоры прочно вошли в нашу жизнь, и буквально с каждым днем открываются все новые и новые возможности их применения. Сейчас уже трудно назвать такие области техники или научных исследований, в которых бы не использовались микропроцессоры.
По широте и эффективности применения микропроцессоров одно из первых мест занимает контрольно-измерительная техника. Все нарастающее распространение они получают в системах управления, технике связи, радиотехнике, электронике, медицинской диагностической и лечебной аппаратуре, сфере обслуживания и даже в детских игрушках. Само собой разумеется, что микропроцессоры, разработки которых становятся все более разнообразными, а производство непрерывно растет, служат основой создания новых поколений электронных вычислительных машин (микро-ЭВМ).
В научно-технической литературе, в проспектах известных фирм, на страницах газет приводятся утверждения авторитетных ученых и инженеров, что микропроцессоры определяют и будут определять на ближайшие десятилетия передовые рубежи техники, ускорение научно-технического прогресса.
Микропроцессорные системы стали органической частью электронных измерительных приборов, применяемых для измерения многочисленных и разнообразных параметров электрических сигналов, а также характеристик неэлектрических физических величин.
Проникновение микропроцессоров в измерительную технику во много раз повысило точность приборов, значительно расширило их функциональные возможности, упростило управление работой, повысило надежность, быстродействие, открыло пути решения за* дач, которые ранее вообще не решались. Трудно переоценить значение микропроцессоров для создания измерительно-вычислительных комплексов — автоматизированных средств измерений, предназначенных для исследования, контроля и испытаний сложных объектов.
Основное назначение данной книги, написанной в популярной (но не элементарной) форме, — ознакомить широкий круг читателей с началами микропроцессорной техники, с открываемыми микропроцессорами возможностями в измерительной технике и структурами современных измерительных приборов, интерфейсами для измерительных систем, задачами и методами контроля устройств, содержащих микропроцессоры. Но не только в этом. Не менее важной представляется попытка способствовать формированию у читателей объективного отношения к приборам, выполняемым на основе микропроцессора. С этой целью рассказу о трех наиболее распространенных разновидностях электронных измерительных приборов общего назначения, содержащих микропроцессоры, — цифровых вольтметрах, частотомерах, осциллографах—предшествует освещение вопросов о том, что дает применение микропроцессоров в измерительных приборах и что осложняет, ограничивает использование микропроцессоров.
Особо нужно остановиться на мотивах, побудивших посвятить первую главу книги началам микропроцессорной техники. По микропроцессорам и микропроцессорным системам издано немало хороших книг — отечественных и переводных. Автор, естественно, не задавался целью написать о микропроцессорах лучше или, тем более, строже и полнее. Он стремился лишь изложить тему в отведенном небольшом объеме так, чтобы широкий круг читателей получил возможность первого знакомства с основными идеями, принципами и терминологией микропроцессорной техники, необходимыми для понимания последующих глав книги. Разумеется, что для более глубокого проникновения в микропроцессорную тему необходимо изучение источников, освещающих ее основательнее и шире (часть из них указана в списке литературы). В равной степени сказанное относится к главе, посвященной интерфейсам для измерительных систем.
Рукопись книги внимательно прочитал канд. техн. наук доцент Л. А. Летник. Его ценные замечания и рекомендации, способствовавшие улучшению книги, приняты с признательностью.
Предлагаемая вниманию читателей книга открывает тему. Поэтому автор отчетливо представляет, что освещение отдельных вопросов могло получиться недостаточно полным. Он надеется на снисходительность читателя.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бедрековский М. А., Кручинкин Н. С, Подолян В. А. Микропроцессоры. — М.: Радио и связь, 1981. —72 с.
2. Березенко Л. И., Корягин Л. Н., Назарьян А. Р. Микропроцессорные комплекты повышенного быстродействия. — М.: Радио и связь, 1981.— 168 с.
3. Балакай В. Г., Крюк И. П., Лукьянов Л. М. Интегральные схемы АЦП и ЦАП. — М.: Энергия, 1078.— 256 с.
4. Балашов Е. П., Пузанков Д. В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы.— М.: Радио и связь, 1981. — 328 с.
5. Бахтиаров Г. Д., Малинин В. В., Школнн В. П. Аналого-цифровые преобразователи.— М.: Сов. радио, 1980. — 280 с.
6. Бериан Б. Программирование на языке ассемблера системы ШМ/370. — М.: Мир, 1980. — 640 с.
7. Гейратс В., Толлмен Д. Осциллограф с программным управлением. — Электроника, 1980, № 6, с. 27—41.
8. Гордон Д., Надич Г. Локализация неисправностей в микропроцессорных системах при помощи шестнадцатиричных ключевых кодов. — Электроника, 1977, № 5, с. 23—33.
9. ГОСТ 26.003—80. Система интерфейса для измерительных устройств с байт-последовательным, бит-параллельным обменам информацией.
10. Гришин Ю. П., Казаринов Ю. М., Катиков В. М. Микропроцессоры в радиотехничеоких приборах. — М.: Радио и связь, 1982. — 280 с.
11. Гудрич Д. Л. Очень эффективная программа умножения и деления для микропроцессора 8080. — Электроника, 1982, № 4, с. 74, 75.
12. Дагостино Т., Тернер М. Р. 100-МГц осциллограф с реализацией цифрового запоминания сигналов. — Электроника, 1980, № 11, с. 71—80.
13. ДеСантнс Г. Д. Цифровой мультиметр автономного и системного назначения.— Электроника, 1980, № 24, с. 411—49.
14. Джефферс Дж. Введение в системный анализ: .применение в экологии, — М.: Мир, 1981. —256 с.
15. Интерфейс для программируемых приборов в системах автоматизации экспаримента / П. И. Гореликов, А. Н. Домарацкий, С. Н. Домарацкий и др.; Под ред. Л. С. Ситникова. — М.: Наука, 1981. — 262-е.
16. Каган Б. М., Сташин В. В. Микропроцессоры в цифровых системах. — М.: Энергия, 1979. — 192 с.
17. Кирьянов К. Г., Соловейчик Э. Б. К проектированию РЭА, ориентированной на диагностику оигнатурным анализом. — Техника средств связи. Сер. Радиоизмерительная техника, 1980, выл. 1, с. 9—80.
18. Клингман Э. Проектирование микропроцессорных систем: Пер. с англ./Под ред. С. Д. Пашкесва. — М.: Мир, 1980. — 569 с.
19. Крузен Г. Р., Биллингхерст Е. М. Микропроцессор и программное управление для универсального ЦВ. — Электроника, 1978, № 12, с. 52—61.
20. Лильят А. Архитектура малых вычислительных систем: Пер. с англ. / Под ред. К. В. Песелева. — М.: Мир, 1981. — 186 с.
21. Мейер Л. Программируемый мультиметр.—Электроника, 1980, № 8, с. 26—35.
22. Микропроцессорные комплекты интегральных схем: Состав и структура: Справочник/В. С. Борисов, А. А.. Васенков, Б. М. Малашевич и др.; Под ред. А. А. Васенкова, В. А. Шахнова. — М.: Радио и связь, Ш82. — 192 с.
23. Микро-ЭВМ/Под ред. А. Дирксена: Пер. с а«гл./Под ред. В. В. Сташина.; — М.: Энергоиздат, 1982.—328 с.
24. Мирский Г. Я. Радиоэлектронные измерения. — М.: Энергия, 1975.
25. Науман Г., Майлинг В., Щербина А. Стандартные интерфейсы для измерительной техники: Пер. с нем/Под ред. А. С. Бондаревского.— М.: Мир, 1982.— 304 с.
26. Нейл М., Гуднер Р. Учет требоваиий ремонта при проектировааии микропроцессорных систем. — Электронива, 1979, № 5, с. 40—49.
27. Остен П., Уотри У., Карин М. Осциллограф' с программным управлением. — Электроника, 1980, № 6, с. 27—41.
