Современные информационные технологии/1. Компьютерная инженерия

д.т.н., професор Лукашенко В.М., к.т.н. Уткіна Т.Ю., аспірант Чичужко М.В., аспірант Лукашенко Д.А., магістр Лукашенко В.А., магістранти Хоменко Є.А., Кривобок Д.В.

Черкаський державний технологічний університет, Україна

МЕТОД ВІЗУАЛІЗАЦІЇ ДЛЯ ВИБОРУ СУЧАСНИХ БАЗОВИХ КОМПОНЕНТІВ МІКРОПРОЦЕСОРНИХ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ

Мікроконтролер є базовим компонентом мікропроцесорних систем. Загалом існує багато фірм, що виробляють мікроконтролери. Найбільш затребуваними є мікроконтролери таких відомих фірм-виробників як: Atmel, Microchip, Texas Instrument, Fujitsu, Motorola, тому актуальним є їх дослідження.

Вагомий внесок в розвиток мікроконтолерної техніки внесли роботи [1-3] Бродіна В.Б., Голубцова М.С., Гребньова В.В., Калініна А.В., Мікушина О., Охрименко В., Трамперта В., Фрунзе А. В. та ін. Проте в цих роботах недостатньо відображено як із множини типів мікроконтролерів швидко вибрати кращий за необхідними параметрами користувача, а також відсутня інформація про можливість визначення резерву відповідних параметрів з метою подальшого їх удосконалення. Тому розробка методу візуалізації для вибору сучасних базових компонентів мікропроцесорних систем керування, що дозволить швидко визначити кращий сучасний мікроконтролер за відповідними параметрами, є актуальною задачею.

Метою роботи є розробка методу візуалізації для вибору кращих мікроконтролерів як базових компонентів мікропроцесорних систем керування на базі теорії неповної подібності та розмірностей.

Для досягнення цієї мети необхідно:

- скласти перелік типів сучасних мікроконтролерів та їх основних технічних параметрів для подальшого використання в якості визначальних величин при фізичному моделюванні;

- розробити умовні критерії подібності за відповідними визначальними величинами;

- побудувати образно-знакову модель в безрозмірних координатах.

Рішення проблемної задачі. На основі евристичного методу складено перелік типів сучасних мікроконтролерів та їх основних технічних параметрів, таких як: максимальна допустима робоча температура, мінімальна допустима робоча температура, максимальна допустима робоча частота мікроконтролера, час затримки для обробки аналогової величини відповідним мікроконтролером.

Приклад узагальненого математичного опису залежності між основними технічними параметрами мікроконтролерів (табл. 1) має наступний вигляд:

(1)

де  – максимальна допустима робоча температура;

 – мінімальна допустима робоча температура;

 – максимальна допустима робоча частота мікроконтролера;

 – час затримки для обробки аналогової величини відповідним мікроконтролером.

Оскільки немає аналітичного виразу залежності між діапазоном робочих температур, часом затримки для обробки аналогової величини та максимальною робочою частотою, які є одними з основних технічних параметрів мікроконтролерів, то пропонується застосувати теорію неповної подібності та розмірностей для рішення цієї задачі.

Для рішення поставленої задачі створюється перелік визначальних величин із основних технічних параметрів сучасних мікроконтролерів.

Застосовуючи теорію неповної подібності та розмірностей, створюються рівняння на основі умовних критеріїв [4].

Умовними критеріями подібності називаються прості безрозмірні степеневі комплекси, що сформовані із визначальних величин [4].

Тому при застосуванні теорії неповної подібності, визначальних величин за даними табл. 1, формули (1) та при використанні евристичного методу визначення умовних критеріїв подібності рівняння приймає наступний вигляд:

(2)

де – величина, яка характеризує температурний діапазон роботи мікроконтролера;

– величина, яка характеризує швидкість процесу обробки мікроконтролера.

Таблиця 1

Перелік основних технічних параметрів сучасних мікроконтролерів
та умовних критеріїв подібності

№	Тип мікроконтролера	Робочий діапазон температур, К		, мкс	, МГц	Критерії
1	ATTiny11L	218	398	0,5	2	0,45	1
2	AT90S2313	233	358	0,5	10	0,349	5
3	ATMega103L	233	378	0,5	4	0,3835	2
4	ATmega169PAuto	233	358	0,75	16	0,349	12
5	MB90F474L	233	358	4,65	10	0,349	46,5
6	MB90F523B	233	358	12,5	16	0,349	200
7	MB90F543G/GS	233	358	26,3	16	0,349	420,8
8	MB90F562B	233	358	6,13	16	0,349	98,08
9	MB90F583C/CA	233	358	34,7	16	0,349	555,2
10	ADuC812	233	358	3	10	0,35	30

На базі критеріального рівняння (2) і даних основних технічних параметрів мікроконтролера (табл. 1) будується образно-знакова модель залежності основних технічних параметрів в безрозмірних координатах  та , показана на рис. 1.

Отже, пропонується метод візуалізації для вибору сучасних мікроконтролерів з найкращими параметрами на базі теорії неповної подібності та розмірностей, який включає наступні дії.

1. Створюється перелік сучасних мікроконтролерів на основі евристичного методу.

2. Створюється перелік визначальних величин, які мають суттєвий вплив на експлуатаційну технологічність мікроконтролерів.

3. Розробляються умовні критерії подібності на основі теорії неповної подібності та розмірностей за визначальними величинами п. 2.

4. Будується образно-знакова модель залежностей між визначеними умовними критеріями подібностей в безрозмірних координатах на підставі п. 3 та ‑теореми (рис. 1).

5. З порівняльного аналізу залежностей основних технічних параметрів в безрозмірних координатах та сформованих сучасних вимог до мікроконтролерів визначаться мікроконтролери, що мають одночасно, як високу швидкодію, так і достатній резерв за температурним діапазоном.

6. Визначені мікроконтролери пропонуються для створення бази даних сучасних базових компонентів при проектуванні мікропроцесорної системи керування лінійним переміщенням, що використовується в промислових вантажних ліфтах при переміщенні заготівок для лазерних технологічних комплексів та ін.

Рис. 1. Образно-знакова модель залежності основних технічних параметрів для різних типів мікроконтролерів та в безрозмірних координатах

Перевага запропонованого методу полягає в тому, що при профільному проектуванні мікропроцесорної системи керування лінійним переміщенням є можливість створення бази даних сучасних базових компонентів з організацією малої кількості адрес, що значно прискорить час проектування.

Висновки:

1. Розроблений метод візуалізації для вибору сучасних базових компонентів мікропроцесорних систем керування, що дозволяє швидко визначити сучасні мікроконтролери з найкращими технічними параметрами для мікропроцесорної системи керування завдяки теорії неповної подібності та розмірностей, а також за скорочений час обрати напрямок удосконалення мікроконтролера за декількома параметрами одночасно.

2. Побудована образно-знакова модель залежності чотирьох основних технічних параметрів в безрозмірних координатах  та  для 10 типів мікроконтролерів. Це надає можливість швидко вибрати тип відповідного мікроконтролера та визначити напрямок удосконалення.

3. Проаналізовані технічні параметри, які підтвердили, що з найкращими характеристиками володіє за температурним діапазоном мікроконтролер ATMega103L фірми Atmel, за швидкодією – мікроконтролер MB90F583C/CA фірми Fujitsu, а, як за температурним діапазоном, так і за швидкодією – мікроконтролер ADuC812 фірми Microchip.

Подальше дослідження слід проводити для визначення інформаційно-енергетичного резерву мікроконтролерів.

Література:

1. Мікушин О. Цікаво про мікроконтролери / О. Мікушин. – М. : БХВ-Петербург, 2006. – 430 c.

2. Трамперт В. AVR-RISC микроконтроллеры : пер. с англ. / В. Трамперт. – К. : “МК-Пресс”, 2006. – 464 с.

3. Охрименко В. Микропроцессоры, однокристальные микро-ЭВМ, микроконтроллеры / В. Охрименко // Массовый ежемесячный научно-технический журнал «Электронные компоненты и системы». ‑ 2002. ‑ № 5 (57). – С. 3‑12.

4. Лукашенко В. М. Критериальные зависимости для выбора оптимальних параметров коммутаторов / В. М. Лукашенко // Вісник ЧІТІ. ‑ 2000. ‑ № 3. ‑ С. 65‑70.