Vd1,vd2,c1,c2 – двухполупериодный выпрямитель;

R4 – сопротивление генератора;

VD3, VD4, C3 – балансный детектор;

OUT – выходное напряжение.

Метод трансформации высокочастотного напряжения с выпрямлением управляющего тока

Позволяет коммутировать напряжение постоянного тока. С1 – фильтр частот генератора, R1 – задаёт время реакции ключа на выключение.

Чем выше частота коммутации, тем точнее можно передать исходную форму входного напряжения. Для улучшения передаточной характеристики рекомендуется полярная коммутация входного напряжения. Погрешность преобразования в основном зависит от качества компонентов.

С инхронный

модулятор – демодулятор (МДМ – канал)

Синхронный МДМ – преобразователь с входным сопротивлением 2.2 кОм/В

Синхронный МДМ – преобразователь с ОУ

Одним из самых эффективных, но в тоже время дорогостоящих методов является использование диапазона радио частот.

Технология RadioEthernet. Радиомодемы обеспечивают уровень ошибок порядка 10^-10 на бит. Согласно стандарту Государственного комитета по радиочастотам, ГКРЧ, мощность источника радиоволн не должна превышать 100 мВт. Пропускная способность прямо пропорционально зависит от выходной мощности и находится в пределах от 19200 бит/с до 2048 Мбит/с.

Оптический

Одним из лидеров в производстве оптических компонентов для цифровой развязки в настоящее время является фирма MAXIM, а для аналоговой развязки Agilent бывший HEWLET PACKARD.

Такие независимые ключи могут питаться от биполярного источника питания (от 5 В до 18В), или от униполярного источника питания (от +10 В до +30 В).

4-х канальный аналоговый коммутатор с оптическим цифровым управлением МАХ333.

В последнее время появились линейные оптические приборы с изоляцией более 3,5 кВ и нелинейностью менее 1 % (HEWLETT PACKARD) которые можно использовать для построения аналоговых измерительных схем. Одними из самых линейных являются микросхемы HCNR200 и HCNR201. Уровень нелинейности гарантируется фирмой – 0,01%, напряжение изоляции в течении одной минуты 5000В, более подробная информация находится в internet по адресу http://www.home.agilent.com бывший http://www.hp.com/go/components. Там же приведены типовые схемы включения микросхем. Принципиальная схема включения микросхемы HCNR200 на отечественных компонентах приведена на рисунке.

Применение микросхемы HPCL-200

На микросхеме HCPL – 7800 фирмы Hewlett Packard можно выполнить сравнительно простую схему линейной оптической развязки с достаточно хорошими параметрами пригодными для большинства случаев.

Основные параметры HCPL – 7800:

- нелинейность 0.1 %;

- постоянное напряжение развязки вход – выход 3500 В;

- максимальное напряжение развязки вход – выход 4000 В (1 мин);

- потребляемый ток части кодера 10 мА;

- потребляемый ток части декодера 12 мА;

- диапазон частот 0 – 1 МГц;

- входное сопротивление 565 кОм;

- выходное сопротивление 10 Ом;

- диапазон входных напряжений ± 200 мВ;

- диапазон выходных напряжений ± 4 В;

- тип корпуса DIP 8.

Микросхемы этой серии можно использовать как для измерения напряжения с пределом от 200 мВ, так и для измерения тока, используя шунт.

В качестве примера на рисунке 17.13 приведена схема подключения к объектам измерения напряжения до 400 В стандартного встроенного АЦП однокристальной микроЭВМ с диапазоном входных напряжений от 0 до 5 В.

Линейная оптическая развязка на HCPL7800, HCPL7840

Назначение компонентов схемы:

• резисторы R1 – R5 представляют собой делитель входного напряжения. Для обеспечения лучшей стабильности параметров монтажа их следует располагать на плате по возможности разнесёнными друг от друга. Кроме этого последовательное соединение увеличивает пробивное напряжение делителя, а П – образная схема входной цепи исключает асимметрию;

• микросхема DA1 HCPL – 7800 в типовом включении;

• DA2 – преобразователь напряжения фирмы HN-Electronics Gmbh для гальванически развязанного питания части кодера HCPL;

• С1 – фильтр питания;

• DA3 – прецизионный операционный усилитель (ОУ), включён по схеме масштабируемого усилителя напряжения со смещением нуля;

• R10 и C2 – фильтр первого порядка, для исключения шума преобразования;

• VD1 и VD2 – защита входа АЦП от перенапряжения.

Для симметрирования ОУ пары резисторов должны быть R6 = R7, R8 = R9, при этом сопротивление опорного напряжения смещения + 2.5 В должно быть минимальным.

Работа схемы.

При отсутствии разности потенциалов между входными клеммами 1-1 и 1-2 на выходе О1 будет напряжение равное опорному т. е. 2.5 В. Если на клемме 1-1 потенциал напряжения будет больше чем на клемме 1-2, то это приведёт к разбалансировке дифференциального выхода оптопары, что приведёт к смещению напряжение на выходе О1 больше опорного, в противном случае – на выходе О1 будет меньше опорного (2.5В). Таким образом, схема позволяет передать как положительные, так и отрицательные колебания от объекта к АЦП. Коэффициент передачи может быть как отрицательный, так и положительным в зависимости от номиналов резисторов, используемых в схеме.

Вопрос №31

Интерфейсами МПИУС называются совокупности технических и программных средств, обеспечивающих взаимодействие микропроцессора с внешними устройствами. Параллельный интерфейс предназначен для ввода и вывода данных, представляемых в параллельном формате. Физическая реализация его осуществляется в виде специальных регистров, подключаемых к системным шинам и называемых портами или устройствами ввода-вывода (УВВ).

Устройства ввода-вывода выполняют следующие функции:

- выбор требуемого модуля системы;

- подключение выбранного модуля к шине данных;

- приём сигналов от ВУ;

- передача сигналов на ВУ;

- отключение внешних устройств от шины данных.

В простейших случаях техническая реализация параллельного интерфейса может быть осуществлёна на наборах триггеров или регистрах, разрядность которых должна соответствовать разрядности шины данных системы. Запись информации в УВВ при выводе должна производиться по стробирующему сигналу процессора, а при вводе - по сигналам, вырабатываемым периферийными устройствами. В любом случае информация в регистрах сохраняется до занесения в них новых данных.

Использование регистров

Параллельный интерфейс на основе D-триггеров

Запись информации в порт, а следовательно, и вывод её осуществляются при формировании сигнала CS на выходе дешифратора адреса и подаче управляющего сигнала OUT.

С целью упрощения и универсальности схемы параллельного подключения объектов управления и контроля созданы БИС устройств ввода-вывода. Примером может служить параллельный программируемый адаптер (ППА) Intel 82C55A (аналог К580ВВ55А), содержащий три канала - А, В и С, образующих три восьмиразрядных порта с различными характеристиками. Функции, выполняемые этими портами, определяются составом управляющего слова (УС), записываемого в регистр управления адаптером. Обращение к тому или иному каналу, а также к регистру управляющего слова (РУС) осуществляется по адресу, формируемому на входах А0 и А1 ППА, а направление обмена задаётся управляющими сигналами RD и WR.

Каналы А и В состоят из 8-разрядных регистров с групповым управлением, а канал С разделён на два 4-разрядных подканала с поразрядным управлением установкой и сбросом триггеров, образующих регистры обоих подканалов. Режимы каналов А и В устанавливаются независимо, а режимы работы каждого подканала С зависят от режимов каналов А и В.

Комбинации сигналов						Функция
CS	RD	WR	A1	A0	ППА
0 0 0	0 0 0	1 1 1	0 0 1	0 1 0	Чтение канала А Чтение канала В Чтение канала С
0 0 0	1 1 1	0 0 0	0 0 1	0 1 0	Запись в канал А Запись в канал В Запись в канал С
0 1	1 *	0 *	1 *	1 *	Запись УС в РУС Отключение от ШД

Внешние устройства подключаются к выводам ППА, а комбинирование режимов работы каналов обеспечивает возможность использования ППА с любым периферийным оборудованием.

Работа каналов параллельного адаптера осуществляется в трёх режимах - 0, 1 и 2.

В режиме 0 производится асинхронный обмен данными с ВУ через каналы А, В и оба подканала С по командам ввода и вывода без извещения о готовности к работе и подтверждения возможности обмена. Обычно этот режим используется для ввода медленно изменяющихся данных или постоянных значений. При выводе в этом режиме на выходах каналов можно программно формировать сигналы, соответствующие заданным временным диаграммам.

В режиме 1 обмен данными между центральным процессорным элементом (ЦПЭ) и внешними устройствами, подключенными к портам А и В (или одному из них), происходит под воздействием сигналов, формируемых в канале С, который в данном случае используется как регистр управления вводом-выводом. При организации прерываний любой из разрядов канала С может быть использован в качестве триггера формирования запроса прерывания INT и триггера фиксации сигнала разрешения прерывания INTE. Программный доступ к разрядам С даёт возможность разрабатывать различные процедуры обработки прерываний применительно к структуре МПИУС.

Регистр управляющего слова БИС Intel 82C55A

В режиме 2 работает только канал А. При этом канал В может работать в режимах 0 или 1. Линии канала А в этом режиме приобретают свойство двунаправленности и поэтому могут быть подключены к устройствам, способным работать в дуплексном режиме. Управляющие сигналы такие же, как и в режиме 1.

Изменение режимов ППА осуществляется записью в РУС нового управляющего слова, формат которого показан на рисунке. Таким же образом может изменяться и состояние разрядов канала С (рисунок). В зависимости от кода, записанного в разряды УС D3 - D1, выбирается устанавливаемый бит канала С. Значение бита определится разрядом D0. Старший разряд управляющего слова D7 содержит признак, говорящий о назначении УС. При D7=1 управляющее слово устанавливает режимы ППА, а при D7=0 -значения разрядов канала С.

С мена режимов может производиться в ходе выполнения прикладной программы, что позволяет простыми средствами изменять структуру периферийных устройств МПИУС.

• В IBM PC/XT совместимы компьютерах используется параллельный интерфейс LPT.

• Красным цветом обозначены выводы так называемого регистра Data (контакты 2-9). В регистре Data их 8 штук. Регистр позволяет установить на его контактах лигическую 0 или 1 как из программы, так и из внешнего устройства, т.е. он двунаправленный. Чтобы обращаться к этому регистру, надо знать его адрес: 0x378 - в 16-ричной системе или 888 в десятичной (&H378 - это тоже самое что и 0x378, такое обозначение присуще языку Pasсal и Си).

• Регистр Status (контакты 10-13, 15). Это однонаправленный регистр. Управлять им можно только снаружи, через внешнее устройство (имеется в виду изменять данные на нем, читать можно из любого регистра в любую строну). Он имеет адрес 0x379 - в 16-ричной системе или 889 в десятичной.

• Регистр Control (контакты 1, 14, 16-17). Он имеет всего 4 контакта и может управляться только программой. Его адрес: 890 в десятичной системе.

• Дополнительную информацию можно найти по адресу

http://lpt-port.narod.ru

Вопрос №32

Памятью МПИУС называется совокупность устройств, служащая для запоминания и выдачи информации. Отдельные устройства, входящие в эту совокупность, называются запоминающими устройствами (ЗУ). Производительность и вычислительные возможности микропроцессорных систем во многом определяются составом и характеристиками используемых ЗУ.

По функциональному назначению ЗУ подразделяют на оперативные (ОЗУ) и постоянные (ПЗУ), которые, в свою очередь, различаются между собой по способу программирования и делятся на собственно ПЗУ, программируемые на заводе-изготовителе, ППЗУ - программируемые пользователем и перепрограммируемые (РПЗУ). По способу перезаписи информации в РПЗУ можно выделить - с электрическим перепрограммированием и с ультрафиолетовым стиранием.

По способности сохранения информации при выключении питания ЗУ делятся на энергозависимые и энергонезависимые.

По методам доступа к информации устройства памяти подразделяют на ЗУ с произвольной, ассоциативной и последовательной выборкой.

По принципу хранения информации полупроводниковые ЗУ делятся на статические и динамические. В статических ЗУ информация хранится в виде устойчивого состояния элементов памяти (ЭП), в динамических - в форме зарядов на запоминающих конденсаторах, нуждающихся в периодической (не реже, чем через 2 мс) подзарядке (регенерации) с целью восстановления исходных логических уровней.

Независимо от типа полупроводникового ЗУ основным его блоком является запоминающее поле (матрица-накопитель) и периферийное обслуживающее устройство, выполняющее функции дешифрации адресов, формирования сигналов чтения, записи и усиления выходных сигналов.

С труктура элементов памяти

Условное графическое обозначение ОЗУ

А0 – А14 - шина адреса,

DQ0 – DQ7 - шина данных,

WE - запись данных,

OE - разрешение чтения данных,

CS - выбор кристалла.

Объем встроенной памяти программ, расположенной на кристалле микроконтроллера 8051 и 8751, равен 4 Кбайт (MCS-52 – 8 Кбайт).

Объем расположенной на кристалле памяти данных—128 байт (MCS-52 – 256 байт).

П ри обращении к внешней памяти все микроконтроллеры семейства 8051 используют 16-разрядный адрес, что обеспечивает им доступ к 64 Кбайт ПЗУ и 64 Кбайт ОЗУ. При обращении к внешней памяти микроконтроллер выдаёт соответствующие сигналы на свои шины в определённой последовательности. MCS-51 имеет мультиплексированную организацию шины адреса и данных поэтому подключение внешней памяти возможно только через разделяющий элемент по сигналам управления. Таким элементом может служить 8-разрядный регистр. Например К1533ИР22, схема включения приведена на рисунке.

Обращение к внутренним ячейкам памяти данных возможно двумя способами.

• Первый способ — прямая адресация ячейки памяти. В этом случае адрес ячейки является операндом соответствующей команды.

• Второй способ — косвенная адресация с помощью регистров R0 или R1: перед выполнением соответствующей команды в один из них должен быть занесен адрес ячейки, к которой необходимо обратиться.

Для обращения к внешней памяти данных используется только косвенная адресация с помощью регистров R0 и R1 или с помощью 16-разрядного регистра-указателя DPTR. Он относится к группе регистров специальных функций, и с его помощью можно адресовать все 64 Кбайт внешней памяти.

Вопрос №33

Из всего многообразия существующих методов аналого-цифрового преобразования в интегральной технологии нашли применение в основном три: