25. Система вывода данных

Простейшая одноканальная система вывода аналоговых данных из ЭВМ мо-

жет быть реализована на одном цифро-аналоговом преобразователе, цифровые

входы которого подключены к какому-либо цифровому выходу ЭВМ (например, к

выходам порта параллельного вывода цифровых данных), а выход ЦАП и являет-

ся, собственно, выходным аналоговым каналом ЭВМ. Вывод из ЭВМ цифрового ко-

да, поступающего на цифровые входы ЦАП, приводит к появлению на выходе пос-

леднего соответствующего аналогового сигнала (обычно напряжения, реже - то-

ка). Этот код может формироваться в ЭВМ различным образом: он может быть

взят из ранее составленной таблицы, рассчитан по заданным формулам в прог-

рамме, получен от какого-либо удаленного источника по каналам связи и т.д.

Очевидным достоинством данной схемы является ее структурная простота, к не-

достаткам можно отнести малоэффективное использование сравнительно дорого-

го аналого-цифрового устройства, содержащего прецизионные (высокоточные)

компоненты - цифро-аналогового преобразователя. Если, к примеру, число вы-

ходных каналов нужно увеличить до двух, то потребуется еще один ЦАП и до-

полнительный цифровой порт вывода.

Возможно более эффективное использование ЦАПа, если выходной анало-

говый сигнал, соответствующий данному каналу, на некоторое время запоминать

в аналоговом запоминающем устройстве, а освободившийся ЦАП в это время ис-

пользовать для вывода аналоговых данных по другому каналу, где также может

стоять аналоговое запоминающее устройство (АЗУ или - в другой аббревиатуре -

- УВХ: устройство выборки и хранения), также запоминающее выходной аналого-

вый сигнал на небольшой промежуток времени, в течение которого хранящаяся в

АЗУ информация исказится незначительно. Очевидно, по этой схеме можно реали-

зовать систему вывода аналоговых данных на большое число каналов, используя

всего один ЦАП. Особенно эффективно это системотехническое решение в больших

интегральных схемах, где лишние элементы снижают надежность и уменьшают вы-

ход годных схем в процессе изготовления. В частности, такое решение приняли

разработчики первого аналого-цифрового микропроцессора Intel 2920 для орга-

низации многоканального вывода сигналов напряжения. (На самом деле они пош-

ли даже дальше, совместив в одном устройстве не только многоканальный ЦАП,

но и АЦП).

Один из вариантов структурной реализации такой системы вывода данных

приведен на рис.1.

┌──────────┐ ┌──────┐

┌────────────┐ │ Аналого- │ ┌─────>│ УВХ1 ├──> Аналоговый выход 1

│Источник ко-│ │ цифровой ├─┤ ┌───>└──────┘

┌─>│дов для ЦАП ╞════>│ преобра- │ │ │

│ │ │ │ зователь │ │ │ ┌──────┐

│ └────────────┘ ┌─>│ │ └─┼───>│ УВХ2 ├──> Аналоговый выход 2

│ │ └──────────┘ │ ┌─>└──────┘

│ ┌──────┐ │ │ │ .

└──────┤Схема ├────┘ ┌──────────┘ │ .

│управ-├───────────┤ ┌───┐ │

│ления │ └──┤ 1 │0────┘

└──────┘ └───┘

Рис.1. Многоканальная система вывода данных с использованием

аналоговых запоминающих устройств и одного ЦАП.

На схеме изображено два выходных аналоговых канала. Функция схемы уп-

равления заключается в том, чтобы выдавать на входы ЦАП нужный код для соот-

ветствующего канала и включать режим записи в соответствующее УВХ тогда, ко-

да на выходе ЦАП сформируется аналоговый сигнал. Поскольку УВХ всего 2, то

эту операцию можно выполнить, генерируя на соответствующем выходе схемы упра-

вления последовательность чередующихся нулей и единиц и используя инвертор

для формирования противоположного по фазе сигнала, который включает режим за-

писи УВХ2, когда УВХ1 находится в режиме хранения (см.рис.1). При большем чи-

сле УВХ схема управления выглядит сложнее, однако соответствующий алгоритм

управления всегда можно записать в память ЭВМ и управлять включением режимов

записи/хранения УВХ и процессом выдачи кодов из ЭВМ программно, используя по-

рты цифрового вывода данных. Примерно так организуется процесс вывода сигна-

лов напряжения в аналого-цифровом микропроцессоре Intel 2920.

Список контрольных вопросов.

1. Для чего могут использоваться системы вывода даных (СВД)?

2. Какие основные блоки содержит традиционная СВД?

3. Для чего в СВД служит УВХ?

4. Какова функция ЦАП в СВД?

5. Возможно-ли разнополярное выходное напряжение в СВД (да/нет)?

6. Является-ли УВХ обязательным элементом СВД (да/нет)?

7. Является-ли ЦАП обязательным элементом СВД (да/нет)?

Структурная схема экспериментальной установки.

┌──────────────────────┬────┐ ┌───┬───┬───┐ ┌───┬───┬───┐

│ Таблицы кодов ЦАП │ D0 ├──────┤ D0│DAC│ │ ┌─────┤U0 │S&H│ Y0├────┐

│ для Y0: для Y1: │ D1 ├──────┤ D1│ЦAП│ │ │ ┌───┤ C │ │ │ │

│0: │ . │ │ . │ │ U ├───┤ │ └───┴───┴───┘ │

│1: │ . │ │ . │ │ │ │ │ ┌───┬───┬───┐ │

│2: │ . │ │ . │ │ │ └─┼───┤U1 │S&H│ Y1├─┐ │

│3: │ D11├──────┤D11│ │ │ │ ┌─┤ C │ │ │ │ │

│4: │ │ │ │ │ │ │ │ └───┴───┴───┘ │ │

│5: │ │ └───┴───┴───┘ │ │ │ │

│ │ │ │ │ │ │

├──────────────────────┼────┤ │ │ ┌────────────┘ │

│Режим: поочередная за-│ │ │ │ │ ┌─────────────┘

│пись в УВХ напряжений,│ C ├────────────────────────┘ │ │ │ ┌──┬─────────┐

│соответствующих после-│ -C ├──────────────────────────┘ │ └─┤Y0│Двухкана-│

│довательности кодов. │ │ └───┤Y1│ льный │

├──────────────────────┼────┤ │ │регистра-│

│Интервал между выдачей│ T ├─────────────────────────────────┤ X│ тор │

│кодов мС │ │ └──┴─────────┘

└──────────────────────┴────┘