- •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
12.2. Блоки вывода двухпозиционных сигналов. Технические требования и возможности
При выводе двухпозиционных сигналов каждый двоичный разряд выходных цифровых данных имеет обычно самостоятельный смысл, т.е. каждый бит выходного слова может использоваться для управления независимо от остальных. ПРАВИЛО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ? Стандарт /22/ определяет, что двухпозиционные сигналы вывода должны иметь следующие параметры:
напряжение постоянного тока 24 В с допускаемыми отклонениями: от +10 до –15 %;
ток выхода не более 0,2 А.
В схеме соответствующих модулей должна быть предусмотрена гальваническая развязка выходов от других цепей СУ, а электрическая изоляция должна выдерживать напряжение не менее 500 В постоянного тока в течение 1 мин. Схема соединений двухпозиционных выходов должна соответствовать рис. 57.
Модули дискретного вывода ОБЯЗАТЕЛЬНО содержат регистр данных, в котором хранится текущее слово данных для управления объектом в интервалах времени между обращениями процессора к данному модулю. Для обеспечения безаварийности при отказе процессора или шины в системе или на модуле желательно предусмотреть watch-dog timer.
Интерфейсная часть блока вывода, помимо дешифрации адреса и команд и управления магистральными приемопередатчиками, может выполнять следующие функции:
обеспечивать доступность регистра данных для чтения (с целью упрощения программирования изменений командного слова);
выявлять перегрузки по току в управляемых цепях и регистрировать их как события (нужен регистр событий);
формировать требование прерывания при наступлении этих событий;
при предоставлении прерывания выдавать идентификатор источника прерывания (например, АВП);
маскировать события в каждом или в нескольких (всех) каналах, блокируя тем самым требование прерывания (обычно не применяется).
Перечисленные функции могут присутствовать в различных комбинациях. Исходя из этого, можно построить классификацию устройств дискретного вывода, аналогичную приведенной выше классификации устройств дискретного ввода – выполните эту диаграмму в своем конспекте.
Для умощнения сигнала в состав СУ ПР могут быть введены силовые ключи. Такие ключи, согласно /22/, должны иметь следующий набор выходных параметров:
напряжение постоянного тока 24 В с допускаемыми отклонениями от +10 до –15 %, ток нагрузки не более 2,0 А,
напряжение переменного тока 110 В с допускаемыми отклонениями от +10 до –15 % частотой 50 Гц, ток нагрузки не более 0,5 А.
Силовые блоки с иными параметрами должны изготавливаться автономно.
Подключаемые на выход соответствующих модулей индуктивные нагрузки должны быть шунтированы элементами, гасящими ЭДС самоиндукции (варисторами, RC-цепочками, диодами) – см. рис. 57.
Выбор типа силового ключа определяется значением коммутируемой мощности и скорости переключения. При низких скоростях переключения для управления сигналами средней и большой мощности применяются в основном электромеханические реле. Они обеспечивают полную гальваническую развязку цепей, но имеют ограниченный ресурс и низкую надежность в цеховых условиях эксплуатации. Более надежны полупроводниковые ключи на мощных транзисторах и кремниевые управляемые выпрямители (для коммутации цепей переменного тока средней и большой мощности). Практически совершенными переключающими характеристиками обладают полевые транзисторы с V-структурой (VMOS). Их отличают низкий входной управляющий ток (доли микроампера), высокая частота переключения (длительность переключения в доли микросекунды) и значительные выходные токи (6-10 А и более) при коммутируемом напряжении 200-500 В /23/.
В ыпускаются также биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ или IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistors), которые имеют высокую плотность коммутируемого тока, соизмеримую с биполярными транзисторами (вариант УГО – на рис. 63). В то же время для них характерна очень низкая энергия управления затвором (аналогично семейству МОП ПТ). Подробности о IGBT можно найти через ru.wikipedia.org/wiki/IGBT, www.igbt.ru. Проблематика сопряжения выхода управляющей ЭВМ (МК) и изолированного затвора IGBT, имеющего значительный ток заряда емкостей «затвор-эмиттер» и «затвор-коллектор», рассмотрена, например, в http://www.chipdip.ru/video.aspx?vid=ID000294198, разновидности драйверов в интегральном исполнении – в http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/00_06/stat_34.htm.
Для гальванической развязки полупроводниковых ключей могут служить оптоэлектронные модули «светодиод – фотоприемник – усилитель». Среди них внимания заслуживает продукция ЗАО "ПРОТОН", г. Орел (см. www.proton-orel.ru):
оптопары транзисторные
оптопары логические
оптоэлектронные МОП-реле маломощные и средней мощности
оптоэлектронные реле переменного тока,
и его потомка-конкурента "ПРОТОН-ИМПУЛЬС", выпускающего, в частности, аналогичные твердотельные реле (см. www.proton-impuls.ru/products/relay) с выходом как на симметричных тиристорах – на переменном токе (рис. 64), так и на IGBT и МОП-транзисторах (рис. 65).
Например, сдвоенная оптопара с транзистором Дарлингтона (составным) АОТ165 состоит из кристаллов инфракрасного AsGaAl светодиода и кремниевого составного n-p-n фототранзистора. Внутренние межсоединения выполнены золотой проволокой. Кристаллы расположены в одной плоскости, оптически связаны полусферическим световодом.
Т акая конструкция обеспечивает отсутствие полевых утечек при длительном приложении Uиз.
Рис. 64 Рис. 65
Современные оптоэлектронные компоненты имеют напряжение изоляции Uиз от 1500 до 12000 В, логический или силовой выход, коммутируемое напряжение от 50 до 200 В, входной ток от 1 до 20 мА.
Выпускаются также тиристорные ключи с оптическим управлением (серия ТО) и оптоэлектронные реле на их основе, такие, как 5П104 – рис. 66. У данного компонента обеспечено включение при переходе фазы через ноль (ZCC), теплоотвод изолированный, пиковое напряжение коммутации 600 В, предельный ток коммутации 2 А, напряжение изоляции 3 кВ.
П
Рис. 66