ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО РЫБОЛОВСТВУ

МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматики

и вычислительной техники

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным занятиям №4, 5)

по курсу "Микропроцессорные управляющие системы"

для специальности 240600

"Микропроцессорные системы управления"

для специальности 210200

Мурманск

2000

Составитель – Алексей Алексеевич Маслов, канд. техн. наук, профессор кафедры автоматики и вычислительной техники Мурманского государственного технического университета

Методические указания рассмотрены кафедрой и рекомендованы к изданию

" 23 " марта 2000, протокол №4.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Организация ввода-вывода аналоговой информации

В МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ

Цели работы – исследование методов работы с устройствами ввода-вывода аналоговой информации в МП-системах управления (МПСУ), изучение методов ввода-вывода и обработки аналоговой информации и организация соответствующего вычислительного процесса с помощью команд МП КР 580ВМ80.

1. Краткие сведения из теории

МПСУ схематично изображена на рис.1.1. МПСУ представляет собой совокупность двух основных звеньев: управляемого объекта и микропроцессорной системы (МПС), включающей в себя основные элементы ЭВМ (процессор, память, таймер) и устройства связи с объектом. Объект управления имеет на выходе непрерывный сигнал y(t), который преобразуется в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Преобразованный сигнал y(t_k) интерпретируется МПСУ как последовательность чисел. МПС производит расчет по некоторому алгоритму и вырабатывает новую последовательность чисел U(t_k). Полученная последовательность преобразуется в непрерывный сигнал цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП). Работа синхронизируется МП в совокупности с таймером реального времени. МПСУ содержит как непрерывные, так и квантовые, или дискретные по времени сигналы. Такие системы традиционно называют дискретными системами (этот термин используется как синоним цифровых систем управления).

Рис. 1.1. Принципиальная схема МПСУ

Как уже было отмечено выше, АЦП служат для преобразования аналогового сигнала в цифровой код. АЦП в настоящее время обычно изготавливаются в интегральном исполнении в виде БИС. Из ряда электрических параметров АЦП можно выделить два главных: разрешающую способность и быстродействие. Под разрешающей способностью R понимается величина, определяемая числом уровней квантования. Например, для десятиразрядного АЦП R = ½¹⁰ = 1/1024, т.е. погрешность, с которой будет преобразован максимальный аналоговый сигнал в цифровой код, будет составлять менее 0,1%.

Быстродействие АЦП определяется типовым или максимальным временем преобразования t_c. Области значений этих параметров для АЦП различного типа лежат в пределах:

разрядность – от 6 до 18;

быстродействие – от 10⁵ до 10^-3мкс.

Рассмотрим, как можно реализовать ввод аналоговых сигналов в МПС.

На рис. 1.2 представлена схема ввода аналоговых сигналов.

Рис. 1.2. Простая схема ввода аналоговых сигналов

Схема построена на двух АЦП последовательных приближений, выполненных в виде БИС типа К1113ПВ1 и позволяет вводить два аналоговых сигнала в МПСУ. БИС К1113ПВ1 – это десятиразрядный АЦП с временем преобразования 30мкс. Диапазон изменения входного сигнала 010В. Установка АЦП в исходное состояние и запуск его в режим преобразования производятся по внешнему "Гашение / преобразование", подаваемому на вывод R. По окончании преобразования АЦП вырабатывает сигнал "Готовность данных" на выводе RA, и цифровой код в двоичном формате поступает на цифровые выходы D1 – D10. Временные диаграммы входных и выходных сигналов приведены на рис. 1.3. Для сопряжения АЦП с МП используется PPI КР580ВВ55. Для простоты схемы используются только восемь старших разрядов D3 – D10 АЦП (точность, естественно ухудшается).

Цифровые выходы первого АЦП подсоединены к каналу А PPI, выходы второго – к каналу В. Полуканал КС1 используется для выдачи сигнала "Гашение / преобразование", полуканал KC2 – для ввода сигнала "Готовность преобразования" в МП. Для согласования нагрузочной способности управляющих сигналов используются три элемента ИЛИ микросхемы К555ЛЛ1.

Рис. 1.3. Временные диаграммы работы БИС АЦП К1113ПВ1

Блок-схема алгоритма циклического ввода двух аналоговых сигналов в МПС для приведенной выше схемы представлена на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Блок-схема алгоритма циклического ввода двух аналоговых сигналов в МПС

Пусть базовый адрес PPI 80Н. Тогда программа ввода на языке Ассемблер будет иметь вид, представленный в табл. 1.1. Не интересующие нас сейчас команды обработки показаны пунктиром.

Программа циклического ввода двух аналоговых сигналов в МПСУ

Таблица 1.1

Метка	Мнемоника	Операнд	Комментарий
	MVI	А, 9АН	Инициализация РРI (КА –0 ввод, КВ – ввод, КСI – вывод, КС2 – ввод, режим - 0).
	OUT	83Н	Вывод сигнала "Гашение"
ВВОД	МVI OUT MVI OUT	А, 01Н 82Н А, 00Н 82Н	Вывод сигнала преобразование
ЦИКЛ	IN ANI JNZ	82Н F0 Цикл	Проверка окончания преобразования
	IN	80Н	Ввод АЦП1
	…	…	Команды обработки
	IN	81Н	Ввод с АЦП2
	…	…	Команды обработки
	JMP	Ввод	Переход к блоку 2

После обработки сигнала по заданному алгоритму МПС вырабатывает цифровой код, который должен быть преобразован в аналоговую форму с помощью ЦАП и приложен к объекту управления.

ЦАП так же, как и АЦП, в большинстве случаев изготовляется в интегральном исполнении в виде БИС. Их основные электрические параметры те же: разрядность, которая определяет разрешающую способность и быстродействие. Быстродействие ЦАП определяется максимальным временем установления по току t_si или по напряжению t_su при ширине зоны установления в один младший разряд цифрового кода.

Рассмотрим, как можно реализовать вывод аналоговых сигналов из МПС. На рис. 1.5 представлена схема вывода аналоговых сигналов. Схема построена на двух ЦАП с выходом по току типа КР572ПА1. Это десятиразрядные ЦАП с временем преобразования t_si = 5мкс. Для преобразования выходного тока в напряжение (0  10В) используются два быстродействующих операционных усилителя (ОУ) типа КР574УД1.

Сопротивление R3 служит для масштабирования ЦАП (выставляется напряжение 10В при цифровом коде FFH), сопротивление R5 для установки нуля (выставляется напряжение 0В при коде 00Н). Для сопряжения ЦАП с МП используется PPI КР580ВВ55. Для простоты схемы используются только восемь старших разрядов D3 – D10 ЦАП (точность, естественно ухудшается). Канал А РРI подсоединен к цифровым входам первого ЦАП, канал РРI – к цифровым входам второго ЦАП. Незадействованные цифровые входы ЦАП подсоединены к общему проводу (схемной "земле").

Рис. 1.5. Простая схема аналоговых сигналов

Пусть необходимо выставить на первом аналоговом выходе напряжение 5В, а на втором – 10В. Тогда программа вывода на языке Ассемблер будет иметь вид, представленный в табл. 1.2 (базовый адрес PPI – 40Н).