- •М.И. Герасимов
- •Оглавление
- •Раздел 1. Преобразование параметров сигналов в функциональных узлах 7
- •Раздел II. Основы теории анализа и синтеза конечных автоматов 50
- •Раздел III. Схемотехника интерфейсов систем управления 69
- •Раздел IV. Реализация узлов ввода-вывода данных в системах управления 126
- •Раздел V. Реализация модулей памяти 193
- •Введение
- •Раздел 1. Преобразование параметров сигналов в функциональных узлах Лекция 1. Постановка задачи курса
- •Цель и задачи дисциплины, её место в учебном процессе
- •Место дисциплины в структуре ооп впо
- •Требования к уровню освоения содержания дисциплины
- •Содержание дисциплины
- •Разделы дисциплины
- •Содержание разделов дисциплины
- •Раздел I. Преобразование параметров сигналов в функциональных узлах – 8 час.
- •Раздел II. Основы теории анализа и синтеза конечных автоматов – 4 часа.
- •Раздел III. Схемотехника интерфейсов систем управления – 8 часов.
- •Раздел IV. Реализация узлов ввода-вывода данных в системах управления – 10 часов.
- •Раздел V. Реализация модулей памяти – 6 часов.
- •Рекомендуемая литература
- •Учебники (рис. 2)
- •Справочники
- •Программное обеспечение и интернет-ресурсы
- •Методические рекомендации для студентов по изучению учебной дисциплины для очной формы и нормативного срока обучения
- •Указания по работе с основной и дополнительной литературой, рекомендованной программой дисциплины
- •1.5. Советы по подготовке к текущей аттестации и зачету
- •Лекция 2. Преобразователи статических параметров сигнала
- •Лекция 3. Преобразователи динамических параметров сигнала
- •Лекция 4. Релаксационные микросхемы и узлы на их основе
- •4.1. Одновибраторы
- •4.2. Мультивибраторы
- •Раздел II. Основы теории анализа и синтеза конечных автоматов Методические рекомендации для студентов
- •Лекция 5. Анализ функциональных узлов цифровых устройств комбинационного типа
- •Лекция 6. Способы синтеза функциональных узлов цифровых устройств комбинационного типа
- •Раздел III. Схемотехника интерфейсов систем управления Методические рекомендации для студентов
- •Лекция 7. Методы подключения устройств сопряжения
- •7.1. Хабовая архитектура
- •7.2. Шинная архитектура
- •Правила обмена по шине
- •Особенности архитектуры шин
- •Лекция 8. Описание шины isa
- •8.1. Начальные сведения
- •8.2. Сигналы, протокол, циклы шины isa
- •8.3. Общие сведения о разновидностях структуры
- •Лекции 9-10. Структурные решения управляющих систем с протоколом isa
- •9.1. Узел сопряжения с магистралями шины
- •9.2. Селектор адреса
- •9.3. Выработка адресованных команд
- •9.4. Формирователи сигналов оповещения и управления темпом обмена Реализация 16-разрядного обмена данными
- •Асинхронный обмен по isa
- •9.5. Регистр состояния
- •9.6. Регистры данных
- •9.7. Сторожевой таймер
- •9.8. Схема управления прерываниями
- •Раздел IV. Реализация узлов ввода-вывода данных в системах управления Методические рекомендации для студентов
- •Лекция 11. Основные и факультативные функции узлов ввода-вывода
- •Лекция 12. Блоки ввода-вывода дискретных сигналов
- •12.1. Блоки ввода двухпозиционных сигналов. Технические требования и возможности
- •12.2. Блоки вывода двухпозиционных сигналов. Технические требования и возможности
- •12.3. Блоки вывода кодированных и числоимпульсных сигналов
- •12.4. Блоки ввода кодированных сигналов
- •12.5. Блоки ввода числоимпульсных сигналов
- •Лекция 13. Блоки ввода-вывода аналоговых сигналов
- •13.1. Технические требования и возможности
- •13.2. Вывод импульсных сигналов скважности и фазы
- •13.3. Вывод аналоговой информации в виде напряжений
- •13.4. Цифро-аналоговые преобразователи напряжения
- •Цапн с параллельной резисторной матрицей
- •Цап на структурах r-2r
- •Двуполярная схема цапн
- •Параметры цап
- •С татические параметры
- •Динамические параметры
- •Шумы, помехи и дрейфы
- •Характеристики массовых цап
- •13.5. Ввод в су фазовых сигналов
- •13.6. Ввод амплитудных сигналов
- •13.7. Аналого-цифровые преобразователи
- •Основные характеристики ацп
- •Типовые значения характеристик ацп
- •Лекция 14. Схемотехника различных ацп
- •14.1. Параллельные ацп
- •14.2. Последовательные ацп
- •Ацп с линейно изменяющимся эталонным напряжением
- •Ацп с поразрядным взвешиванием
- •Ацп с двойным интегрированием
- •Лекция 15. Сигма-дельта ацп и цап
- •Передискретизация
- •Цифровая фильтрация и децимация
- •Способы реализации цифровых фильтров
- •Дельта-сигма цап
- •Особенности применения
- •Раздел V. Реализация модулей памяти
- •Лекция 16. Схемотехника логических устройств с программируемыми функциями
- •Лекция 17. Узлы постоянной памяти
- •17.1. Постоянные запоминающие устройства
- •17.2. Флэш-память
- •Лекция 18. Узлы оперативной памяти
- •Вопросы для зачета
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
8.3. Общие сведения о разновидностях структуры
Устройства управления (УУ) объектов в промышленности (в том числе микропроцессорные УУ – МПУУ) поддерживают двунаправленные связи со следующими группами объектов и отдельными объектами внешнего мира:
подсистемами данного объекта;
вспомогательным технологическим оборудованием и с другим оборудованием (внешней средой);
СУ верхнего уровня (АСУ ГПС);
оператором;
устройствами внешней памяти;
реальным временем.
Принято считать, что первые три группы объектов, а также функциональные вспомогательные узлы преобразования информации внутри УУ (например, преобразователи кодов) обслуживаются связями "вниз" (управление), вторые четыре группы – связями "вверх" (подчинение и осведомление). Еще одна группа связей обеспечивает взаимодействие УУ с подсистемой адаптации. Аппаратные средства для реализации перечисленных связей могут иметь два варианта структуры:
индивидуальный интерфейс для каждого источника и приемника (непосредственное преобразование информации);
групповой интерфейс (ступенчатое преобразование через промежуточную форму).
Последний вариант означает наличие специального блока, который выполняет интерфейсные функции относительно шины и преобразует адреса и данные так, чтобы можно было существенно упростить устройство многочисленных периферийных блоков, непосредственно обслуживающих объект (например, станок или робот). Если обслуживающие блоки объединены какой-либо специально разработанной для них шиной, то блок группового интерфейса выполняет функции моста, если же требуются персональные линии данных и управления каждым периферийным блоком, то функции хаба.
В микропроцессорных УЧПУ связи по подчинению и адаптации выполняются через индивидуальные интерфейсы (в частности, ввод временных уставок – через таймеры), а связи по управлению – либо через индивидуальные интерфейсы, либо через один групповой интерфейс. Устройство одного из вариантов группового интерфейса изучается в ходе выполнения лабораторной работы, ниже будет рассмотрена структура индивидуальных интерфейсов периферийных устройств.
В общем случае в состав интерфейсного блока ВЫВОДА входят следующие функциональные узлы (рис. 34): сопряжения с каналом (узел <—>); селекции адресов, команд и логики протокола (САК); хранения данных (РД); хранения команд и состояний (флагов) (РС); дешифрации управляющих сигналов (команд и младших разрядов адреса) (УУ); функционального преобразования данных (ФП); коммутации, гальванической развязки и электрического согласования с объектом (УС); управления прерываниями (СУП), сторожевой таймер (СтТ). В различных литературных источниках их называют по-разному, в некоторых выделяют большее количество блоков, в некоторых сливают несколько блоков в один.
Важно, чтобы узлы обеспечивали все части всех необходимых циклов обмена и отрабатывали бы все нужные сигналы шины и объекта. Наличие регистра данных является обязательным, поскольку процессор обновляет данные, управляющие объектом, с определенными интервалами. Рекомендуется, чтобы он был доступен процессору не только для записи, но и для контрольного чтения. Узел управления УУ используется только в случаях, когда необходимо сформировать сигналы управления из битов адреса или слова состояния. Редко используется и выдача с объекта запросов на прерывание.
Структурная схема интерфейса ВВОДА (рис. 35) аналогична с точностью до направления потока данных. Здесь хранение данных требуется только в случаях, когда происходит их сложное преобразование, а результат должен быть доступен процессору в любой произвольный момент. В остальных случаях данные выдаются непосредственно с ФП или даже БВВ при отпирании приемопередатчика.
Рис.35. Обобщенная структурная схема интерфейса ввода (отличия от рис. 34)
Связь устройств с шиной производится через контакты слотов ISA. Шина может иметь разрядность 8 бит данных и 20 бит адреса (62 пары контактов в слоте) или 16 бит данных и 24 бита адреса (дополнительный 36-контактный слот). Назначение выводов и сигналов приведено выше.