Реферат: В. Н. Щербицкий, В. А. Ягнов гнц РФ «Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований» Троицк, мо, Россия, e-mail

XXXIV Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 12 – 16 февраля 2007 г.
Применение микроконтроллеров для управления положением плазмы в токамаках
В.К. Марков, Е.А. Кузнецов, В.Н. Щербицкий, В.А. Ягнов

ГНЦ РФ «Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований» Троицк, МО, Россия, e-mail: yagnov@triniti.ru

Для управления положением плазмы в токамаках принято использовать аналоговые устройства, производящие сложную цифровую и аналоговую обработку сигналов обратной связи и формирующие на выходе сигнал управления тиристорами инвертора. Схемы аналоговой обработки сигналов обратной связи достаточно громоздки и сложны в регулировке, т.к. требуют моделирования входных сигналов и наблюдения законов медленного изменения сигнала на выходе. В результате отсутствует возможность оперативного изменения законов регулирования, что может быть желательно при изучении возможностей стабилизации положения плазмы.

Применение цифровых методов обработки сигналов обратной связи и формирования сигнала управления тиристорами инвертора позволило бы упростить электрические схемы и оперативно изменять законы регулирования, просто загружая новые параметры или программы с компьютера. Основными недостатками цифровых программных методов являются низкая помехоустойчивость и необходимость привлечения квалифицированных программистов.

Для сложной обработки аналоговых сигналов обычно применяют особый класс микропроцессоров – Digital Signal Processors (DSP). Данный класс процессоров ориентирован на обработку больших массивов цифровых данных, которые получаются, например, из встроенного быстрого АЦП. Тактовые частоты DSP достаточно высокие. Примерами подобных устройств являются микросхемы семейства TMS320 фирмы Texas Instruments и семейства Blackfin, SHARC, ADSP-21xx фирмы Analog Devices Inc. К сожалению, освоение DSP сложно и с программной и с аппаратной стороны. Экономически нецелесообразно приобретать дорогостоящее программное обеспечение для изготовления единичных экземпляров устройств, изготовление печатных плат для DSP также сложно и дорого. Кроме того, АЦП, встроенные в DSP как правило pipeline архитектуры, в результате данные на выходе появляются после нескольких считываний, что пригодно для потоковой обработки данных, но неудобно для сравнительно простых задач управления.

В то же время существует другой класс микропроцессоров – микроконтроллеры общего назначения. С развитием техники их тактовые частоты стали достигать 100 МГц, разрядность 32 бита, быстродействие несколько десятков MIPS. Микроконтроллеры являются законченными устройствами, и содержат в одной микросхеме ОЗУ, ПЗУ и различную необходимую периферию для связи с внешними устройствами.

В последние годы большинство фирм – лидеров по производству микроконтроллеров выпустило версии 32-битных микроконтроллеров с ядром ARM7TDMI, ставшим стандартом де-факто. Наиболее популярны семейства AT91SAM от Atmel, LPC2xxx от NXP(Philips), AduC7xxx от Analog Devices Inc. В докладе рассматривается, что может дать применение таких устройств в многоканальных системах измерения и системах управления.

ТРИНИТИ разработано устройство, как многоканальная система ввода общего назначения, ориентированное на отладку программного обеспечения и испытания устройства в различных условиях. Этому способствуют индикаторы LED1, малогабаритный корпус с питанием от USB, дополнительные кнопки. Предполагается, что данное устройство будет испытано в условиях сильных импульсных помех, для определения возможности работы микроконтроллеров с низким напряжением питания в тяжелых условиях.