Informatica Industriala Cursul 3 Componente utilizate in sistemele

Informatica Industriala Cursul 3 Componente utilizate in sistemele digitale de control (continuare)

Procesoare digitale de semnal (DSP – Digital Signal Processors) Procesoare specializate pentru aplicatii in care domina operatiile de prelucrare a semnalelor n Necesitatea: n n n procesoarele uzuale nu satisfac cerintele de viteza pentru semnale de frecventa mai mare schemele analogice au limitari de performanta, de complexitate n Avantaje ale procesarii digitale a semnalelor: n imunitate mai mare la zgomot (datorită diferenţei relativ mari între cele două stări logice, zero şi unu) n precizie mai mare n rezultatul prelucrării nu depinde de variaţiile de mediu (temperatură, umiditate) sau de variaţii ale tensiunilor de alimentare n pot fi implementate procedee complexe de prelucrare (exemplu: filtre cu un număr mare de poli), a căror implementare analogică este dificilă sau chiar imposibilă datorită preciziei limitate a componentelor n repetabilitatea în timp a procedeelor de prelucrare n modificarea procedeului de prelucrare nu implică modificarea schemei hardware (modificarea se face prin rescrierea programului de prelucrare)

Operatii specifice de prelucrare a semnalelor n Tipuri de operatii: filtrare, amplificare, atenuare n convolutie n transformate: Fourier, Laplaze, Z n Din punct de vedere matematic: n integrala de convolutie intre semnalul de prelucrat si functia de prelucrare n + y(t)= f( )x(t- )d - Unde: -x(t) – functia de intrare -y(t) – functia de iesire -f(t) – functia de transformare (prelucrare)

In domeniul digital + y(n. T)= f(k. T) * x(n. T-k. T) k=- unde: - y(n. T) – semnalul discret de ieşire (eşantionul n) - x(n. T) – semnalul discret de intrare - f(k. T) – funcţia discretă de transformare - T – perioada de esantionare - interpretare: iesirea y la momentul n. T este o suma ponderata a intrarii x la momente in jurul momentului n. T functia de transformare f are valori diferite de 0 in jurul originii (k=0) practic, suma de convolutie are un numar finit de termeni daca T se considera unitatea de timp atunci se poate omite

Exemple: n Filtru “trece jos” – mediere, eliminare zgomote y(n) =(1/3)*[x(n-1)+x(n) +x(n+1)] – media aritmetica a intrarilor din jurul momentului n 1/3 pt. k=-1, 0, 1 f(k) = 0 in rest n Filtru “trece sus” – gradient y(n) =x(n)-x(n-1) – diferenta intre doua valori consecutive ale intrarii 1 pt. k=0 f(k) = -1 pt. k=-1 0 in rest

Caracteristici arhitecturale procesoarelor de semnal n asigura executia in timpul cel mai scurt a sumei de convolutie n Caracteristici arhitecturale: n existenta unei Unitatea de multiplicare şi acumulare repetitivă (eng. MAC – Multiply and Accumulate) Magistrala de program Magistrala de date 16 biţi Deplasare Multiplicator paralel 32 biţi Deplasare MUX UAL Acumulator Deplasare MUX

Caracteristici arhitecturale: n Instrucţiuni complexe de multiplicare şi acumulare n mai multe variante posibile n Magistrale interne multiple magistrala de date n magistrala de cod n Memorie internă pentru date şi pentru program n arhitectura Harvard n Seturi multiple de registre interne n n n timp de acces mai bun instructiuni mai scurte n Moduri de adresare orientate pe şiruri n n adresare indexata (cu incremetarea automata a indecsilor) adresare circulara – buffer circular

Structura interna a unui procesor de semnal (exemplu TMS 320 C 25) Magistrala de program Comenzi Controlor de magistrală PC Mem. de program ROM Adrese Stiva Date Reg. spec Magistrala de date AR 0 -7 DP ARP B 1 B 2 RAM B 0 RAM MAC

Componentele procesorului TMS 320 C 25 n RAM – blocuri de memorie RAM: B 0 - 256 x 16 biţi – memorie pentru date şi program; n B 1 - 256 x 16 biţi – memorie pentru date n B 2 - 32 x 16 biţi – memorie pentru date ROM – memoria internă pentru program (memorie nevolatilă) MAC – modul de multiplicare şi adunare AR 0 -7 - registre auxiliare (registre generale) ARP – indicator către registru auxiliar DP – indicator de domeniu PC – numărător de instrucţiuni (Program Counter) n n n n

Familii de procesoare de semnal: n procesoare pe 16 biţi în virgulă fixă: TMS 320 C 10, TMS 320 C 20 şi TMS 320 C 50 n procesoare pe 32 de biţi în virgulă flotantă: TMS 320 C 30 şi TMS 320 C 40 n arhitectură multiprocesor orientată către aplicaţii multimedia: TMS 320 C 80

Aplicatii ale procesoarelor de semnal n in domeniul industrial: n acţionări electrice şi controlul motoarelor n instrumente de măsură şi analiză n spectrometre n analizoare de vibratii n aparate de masura complexe n Telecomunicatii n centrale telefonice n filtrare, codare/decodare on-line n telefonie mobila n modemuri Divertisment n n n instrumente muzicale, jucării electronice sintetizatoare de sunet, efecte speciale n Aplicatii grafice n acceleratoare grafice 3 D, n prelucrarea primară şi recunoaşterea imaginilor,

Calculatoare de proces n sisteme de calcul cu caracteristici adecvate mediului industrial: n n n n dimensiuni si forme specifice fiabilitate ridicata, toleranta la defecte rezistente la socuri mecanice, vibratii tolerante la variatii de temperatura, umiditate tolerant la personal necalificat tolerant la influente electromagnetice Touch-screen, butoane functionale

Caracteristici – calculatoare de proces n n n structură compactă, modularizată, de dimensiuni minime robusteţe şi fiabilitate ridicată obţinute prin componente mecanice solide, conectori rezistenţi la vibraţii, praf şi coroziune, componente electronice testate în condiţii de mediu extreme interfaţă utilizator adaptată funcţiei pe care o îndeplineşte şi care rezistă în mediile industriale (taste funcţionale, tastatură protejată la praf şi umiditate, touch-screen, afişaj LCD, dispozitive de navigare fără componente mecanice, ecran protector rezistent la şocuri, etc. ) memorii externe pe suport semiconductor (EEPROM, FLASH, CMOS) în locul celor magnetice şi optice care au anduranţă mică în prezenţa prafului industrial şi a vibraţiilor prezenţa unor interfeţe pentru adaptarea semnalelor digitale şi analogice provenite de la procesul controlat; în multe cazuri se impune izolarea galvanică a acestor semnale de partea de calculator propriu-zis se înlocuieşte structura “placă de bază şi plăci de extensie” tipică pentru calculatoarele de birou, cu o structură alcătuită dintr-un set de conectori (“fund de sertar”) şi plăci funcţionale, inclusiv placă procesor; o astfel de structură permite înlocuirea şi reactualizarea (up-grade-ul) diferitelor componente, chiar şi a plăcii de procesor

Alte sisteme de calcul industriale n sisteme modulare n n PC/104 n PLC (Programable Logic Controller)– Programatoare logice programabile regulatoare PID

PLC n control secvential n logica binara – inlocuitor pentru schemele de interconditionare cu relee n programare (standard IEC 61131 ): n n n Ladder diagram (LD), graphical Function block diagram (FBD), graphical Structured text (ST), textual – limbaj de nivel inalt Instruction list (IL), textual – tip asamblare Sequential function chart (SFC ) – programare concurenta

Lader Diagram (LD) Function Block Diagram (FBD) S = X AND ( Y OR Z ) ----[ ]-----|--[ ]--|------( ) X | Y | S | | |--[ ]--| Z Logica Start/Stop --+----[ ]--+----[]----( ) | start | stop run | | +----[ ]-- + run -------[ ]-------( ) run motor FTJ Amp. FTS

Sisteme de stocare a datelor (memorii) n Obiective: n stocarea programului de aplicatie n stocarea datelor de proces: n parametri de proces n starea procesului n Limitari si restrictii: n dimensiuni reduse: n pentru program 1 k-64 k n pentru date: 128 -512 octeti n se evita folosirea memoriilor externe pe suport magnetic sau optic (cele care au componete mecanice in miscare) n se evita utilizarea memoriilor cache sau a memoriilor virtuale deoarece introduc nedeterminism

Memorii – limitari si restrictii (cont. ) n utilizarea memoriilor nevolatile – pentru evitarea pierderii datelor si a n n programelor n PROM, EPROM – pentru program n EEPROM, Flash – pentru date nevolatile (scrieri repetate) n memorii CMOS cu baterie - pastrarea datelor la tensiuni mici (1, 5 V) si consum infim utilizarea memoriilor RAM statice pt. simplitate si pt. viteza circuite specializate pentru detectarea caderii de tensiune si comutarea memoriei in regim de stocare (ex: MAX 6340, MAX 6381 ) pentru microcontroloare, extensii de memorie pe canal serial (I 2 C) n memorii seriale memorii externe pe suport semiconductor (ex. memory stick)