Узлы отображения информации

Память

Микроконвертор

Микроконтроллер

Микропроцессор

Микрокомпьютеры

"Мозгом" интеллектуального сенсора является микрокомпьютер (микропроцессор, микроконтроллер, микроконвертор). Каждый из них – это настоящее чудо современной электронной техники, универсальный преобразователь информации. Именно он и позволяет сделать сенсор "умным", интеллектуальным.

Термин "микрокомпьютер" ныне не является однозначно определенным. Микрокомпьютерами называют сейчас и маленькие карманные персональные компьютеры, микрокалькуляторы и любые другие информационные устройства малых размеров, выполненные на базе микропроцессоров. В данной работе термином "микрокомпьютер" мы обозначаем универсальный преобразователь информации, выполненный на одном кристалле или в виде одной микросхемы, который является "алгоритмически полным", т.е. теоретически по соответствующей программе может выполнять любые преобразования информации.

"Микропроцессор" – это сформированное на одном кристалле или в виде одной микросхемы устройство для обработки информации, не обязательно универсальное. Он может быть специализирован на эффективное быстрое выполнение лишь какого-то одного класса функций, например, лишь на распознавание слов-паролей или правильности формата сообщения, на перекодировку сигналов, на их специализированное форматирование. Микропроцессор не обязательно должен иметь внутреннюю память программ или узлы приема и выдачи данных, – он должен лишь обрабатывать, преобразовывать данные, выполнять над ними определенные операции.

"Микроконтроллер"– это выполненное на одном кристалле или в виде одной микросхемы устройство для переработки информации и автоматического управления на основе этой информации разными устройствами. В его состав обязательно входят память программ и данных, узлы приема и выдачи данных, таймеры, часто АЦП, ЦАП и т.п.

"Микроконвертор" – это выполненная в виде микросхемы комплектная система сбора и обработки данных, состоящая из аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, эталонных источников напряжения, датчика температуры, таймеров, монитора источника питания, встроенного микроконтроллера и имеющая значительный объем памяти данных, памяти программ и т.п.

 

Память (или запоминающие устройства — ЗУ, английское "Memory") , как и следует из ее названия, предназначена для запоминания, хранения каких-то массивов информации, проще говоря, наборов, таблиц, групп цифровых кодов. Каждый код хранится в отдельном элементе памяти, называемом ячейкой памяти. Основная функция любой памяти как раз и состоит в выдаче этих кодов на выходы микросхемы по внешнему запросу. А основной параметр памяти — это ее объем, то есть количество кодов, которые могут в ней храниться, и разрядность этих кодов.

Для обозначения количества ячеек памяти используются следующие специальные единицы измерения:

  • 1К — это 1024, то есть 210 (читается "кило-"" или "ка-"), примерно равно одной тысяче;
  • 1М — это 1048576, то есть 220 (читается "мега-"), примерно равно одному миллиону;
  • 1Г — это 1073741824, то есть 230 (читается "гига-"), примерно равно одному миллиарду.

Принцип организации памяти записывается следующим образом: сначала пишется количество ячеек, а затем через знак умножения (косой крест) — разрядность кода, хранящегося в одной ячейке. Например, организация памяти 64Кх8 означает, что память имеет 64К (то есть 65536) ячеек и каждая ячейка — восьмиразрядная. А организация памяти 4М х 1 означает, что память имеет 4М (то есть 4194304) ячеек, причем каждая ячейка имеет всего один разряд. Общий объем памяти измеряется в байтах (килобайтах — Кбайт, мегабайтах — Мбайт, гигабайтах — Гбайт) или в битах (килобитах — Кбит, мегабитах — Мбит, гигабитах — Гбит).

В зависимости от способа занесения (записи) информации и от способа ее хранения, микросхемы памяти разделяются на следующие основные типы:

  • Постоянная память (ПЗУ — постоянное запоминающее устройство, ROM — Read Only Memory — память только для чтения), в которую информация заносится один раз на этапе изготовления микросхемы. Такая память называется еще масочным ПЗУ. Информация в памяти не пропадает при выключении ее питания, поэтому ее еще называют энергонезависимой памятью.
  • Программируемая постоянная память (ППЗУ — программируемое ПЗУ, PROM — Programmable ROM), в которую информация может заноситься пользователем с помощью специальных методов (ограниченное число раз). Информация в ППЗУ тоже не пропадает при выключении ее питания, то есть она также энергонезависимая.
  • Оперативная память (ОЗУ — оперативное запоминающее устройство, RAM — Random Access Memory — память с произвольным доступом), запись информации в которую наиболее проста и может производиться пользователем сколько угодно раз на протяжении всего срока службы микросхемы. Информация в памяти пропадает при выключении ее питания.

Существует множество промежуточных типов памяти, а также множество подтипов, но указанные — самые главные, принципиально отличающиеся друг от друга. Хотя, разница между ПЗУ и ППЗУ с точки зрения разработчика цифровых устройств, как правило, не так уж велика. Только в отдельных случаях, например, при использовании так называемой флэш-памяти (flash-memory), представляющей собой ППЗУ с многократным электрическим стиранием и перезаписью информации, эта разница действительно чрезвычайно важна. Можно считать, что флэш-память занимает промежуточное положение между ОЗУ и ПЗУ.

 

Память с последовательным доступом или флэш-память не позволяет записывать или считывать информацию адресно, из произвольной ячейки. Записывать или считывать данные можно лишь последовательно – ячейка за ячейкой. Но записывать, накапливать в таких микросхемах можно большие объемы данных, которые надежно хранятся и при отсутствии питания.

В последнее десятилетие произошел большой скачок в разработке, производстве и применении флэш-памяти. Сейчас она широко применяется в таких интеллектуальных сенсорах, как цифровые фотоаппараты и видеокамеры, диктофоны, плееры, мобильные телефоны и т.п. Флэш-память ныне можно приобрести от многих производителей как в виде отдельных микросхем, в том числе бескорпусных, так и в виде "карт памяти" или в виде флэш-накопителей Объем памяти на одном кристалле достигает уже 64-256 Мбит, а объем памяти переносных флэш-накопителей и флэш-карт – 16-32 Гбайт,

 

 

Интеллектуальные сенсоры должны выдавать пользователю информацию в наиболее удобной для него форме, предоставлять ему возможности изменять режимы работы сенсора, влиять на функционирование, привлекать внимание пользователя в критических и других предусмотренных ситуациях. С этой целью в состав сенсоров вводят узлы отображения (визуализации) информации, клавиатуру управления и звуковые сигнализаторы.

. Сейчас доступны такие виды устройств отображения информации, как стрелочные, знаковые, светодиодные, электролюминесцентные, катодолюминесцентные, плазменные и т.д. В портативных интеллектуальных сенсорах чаще всего используют индикаторы на жидких кристаллах потому, что они потребляют мало энергии, имеют высокое отношение полезной площади к объему, надежны в работе и относительно недороги. Их работа основана на способности молекул жидких кристаллов переориентироваться в достаточно сильном электрическом поле и в их способности поворачивать плоскость поляризации проходящего поляризованного света.

В интеллектуальных сенсорах применяют следующие виды жидкокристаллических дисплеев: матричные ЖКИ, на которых знаки формируются из набора отдельных элементов ("пикселей"); многопозиционные сегментные и матричные индикаторы, многострочные и комбинированные (сегментно-матричные). Для применений, в которых нужно отображать на экране не только символьную информацию, но и графики, диаграммы, полноценные изображения, промышленность выпускает монохромные и цветные графические ЖКИ разных форматов и размеров. Они, как правило, выпускаются вместе с электроникой, обеспечивающей формирование изображений и их запоминание