ЛЕКЦИИ ПО ТСАУ
.pdf
|
Рис. |
данными по готовности ВУ На первом |
шаге (1) |
из интерфейса |
ВУ. На следующем шаге (2) |
ЦП анализирует |
готово организуется цикл чтения состояния |
|
ВУ и его |
. Если устройство готово |
передача данных (3). Последний шаг (4) — |
сброс готовности ВУ |
данных. |
|
Плюсы: данный |
согласования временных различий в работе |
|
|
. |
|
|
|
момента готовности. |
Пример: принтер HP |
в минуту, т.е. |
|
=240 |
в |
символа 4 мс. |
ЦП |
2 |
тратится на ожидание готовности. |
Функциональная |
ЭВМ по готовности ВУ. |
|
Функциональная |
ВУ (рис.4.3.) содержит все элементы |
|
.3. Функциональная |
ввода данных в ЭВМ по готовности ВУ |
Дополнительные |
интерфейса содержит только один |
триггер, называемый |
|
ФГ |
|
|
S T |
2И |
К одной из линий ШД |
|
|
R 
Чтение
РС
7
Запись в РС (Сброс ФГ интерфейса программный.)
Чтение РД (Сброс ФГ интерфейса аппаратный при чтении в РД.)
Рис. 4.4. Регистр состояния интерфейса
ФГ –флаг готовности в регистре состояния устройства, может установить в «1» только само внешнее устройство. ЦП может прочитать или сбросить флаг готовности в ноль.
8
8
Лекция № 4. Техническая |
|
|
в автоматизированных системах на |
||||
|
|
|
|
|
IBM |
|
|
Реализацию интерфейса |
готовности и |
|
рассмотрим на |
||||
примере ввода данных |
|
из |
|
L-154) в АС на основе |
|
IBM. |
|
Аналого-цифровой |
|
|
для преобразования |
|
Ux, |
||
зафиксированного во |
|
|
|
параллельный код. |
|
|
|
АЦП позволяет |
|
|
|
. Устройство |
|
(УВХ) |
|
запоминает его на |
|
|
|
код. |
|
|
|
Вход АЦП соединяется |
внешними |
|
|
объекта |
|
усилитель |
|
и один из входов 32-х (16-и) |
|
. На входы |
|
поступать |
|||
сигналы с датчиков |
|
а |
|
|
с входом |
|
|
усилитель. |
|
|
|
|
|
|
|
Различают ассиметричную схему |
|
с общей землей |
|
|
|||
дифференциальную схему |
. 4.2.). |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4 . |
сигналов с |
…
|
Рис |
.2. Дифференциальная схема включения |
Дифференциальную схему |
в ситуации |
|
1) |
Амплитуда |
|
2) |
Сигналы |
зашумленную |
3) |
Источники сигнала |
источники). |
Дифференциальную |
и с заземленными источниками сигнала. |
Асимметричные системы |
рекомендуется использовать, когда входные |
сигналы не удовлетворяют |
.е.: |
•Сигналы высокого уровня
• |
Сигналы |
15 футов ≈ 4.5 м, экранированным линиям, в среде |
|
без шума (1фут=12 дюймов, |
. |
1
Технические характеристики АЦП, усилитель, мультиплексор:
•Диапазон изменения входных сигналов: 
;
• |
Разрешающая способность: |
|
разная на разных диапазонах; |
• |
Коэффициенты усиления: |
= 1; 2; 5; |
|
• |
Максимальное время преобразования: |
; |
|
•Входное сопротивление: 
;
•Время переключения канала мультиплексора: Т = 4мкс.
4.1 Программная модель интерфейса Программная модель интерфейса включает следующие регистры:
•Регистр данных АЦП;
•Регистр управления;
•Регистр состояния; Регистр запуска.
РД АЦП: 12 разрядный (относительный адрес 0) доступен ЦП для чтения.
После запуска АЦП на измерение и окончания преобразования напряжения в цифровой код — код передается в РД и сохраняется в нем до следующего запуска.
Разряды РД - D0 - D11 содержат код числа, пропорциональный входному напряжению в соответствии с таблицей:
Код |
Диапазон ( 5.12)В Диапазон ( 2.56)В Диапазон( 1.024)В |
||
0 |
-5.12 |
-2.56 |
-1.024 |
2048 |
0 |
0 |
0 |
4095 |
5.12 - U |
2.56 - U |
1.024 - U |
АЦП обычно не вычисляет конечное значение сигнала (например, напряжение в вольтах). Он передает код, пропорциональный напряжению в приложение пользователя.
Задача вычисления значения сигнала отводится программному обеспечению, которое и вычисляет результат, в зависимости от решаемой задачи.
Например, при измерении температуры с помощью термопары, нас интересует величина температуры в С или К а не напряжение на выходе.
Т.о. одно и тоже устройство может выполнять множество измерений, просто изменяя приложение, которое читает данные.
Принципы преобразования данных АЦП. Квантователь АЦП имеет следующую характеристику 
2
n 
|
|
|
Рис. 4.3 |
|
|
АЦП |
|
|
|
|
По n нельзя определить точное значение |
но можно указать максимальную |
|||||||
ошибку: . |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Если квантователь АЦП имеет |
|
от приведенной, то последняя |
||||||
формула принимает иной вид, например для |
|
. |
|
|
|
||||
n – Цифровой код на выходе АЦП, лежащий в |
|
, т.е. 0 – 4095. |
|
||||||
|
|
|
|||||||
Регистр данных – 12-ти разрядный, |
|
0, максимальное 4095. |
|
|
|||||
Регистр управления 8-и разрядный |
|
+ 2) предназначен для установки номера |
|||||||
канала коммутатора, |
режима |
подключения |
сигнала |
и диапазона |
его измерения |
||||
(коэффициента усиления), Процессору РУ |
|
. |
|
|
|
||||
|
|
7 |
6 |
5 |
4 |
2 |
1 |
|
0 |
|
|
U2 |
U1 |
M32 |
|
C2 |
C1 |
C0 |
|
Старшие два бита определяют диапазон |
|
канале. |
|
|
|||||
U2 |
U1 |
Значение |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
|
В |
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
Запрещенная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
комбинация |
|
|
|
|
|
|
|
Бит М32 определяет режим подключения |
|
. |
|
|
|
||||
3
M32 = 1 – 32-х канальный режим.
M32 = 0 – 16-ти канальный дифференциальный режим подключения. C4, C3, C2, C1, C0 – канал мультиплексора.
Если установлен дифференциальный режим, то C4=0. Если C4, C3, C2, C1, C0 равны 0, то это означает 1-й канал.
Если C4=0, C3=1, C2=1, C1=1, C0=1 то установлен канал 16, то при дифференциальном режиме подключения сигналов.
После переключения канала мультиплексора нельзя сразу давать команду запуска, необходимо установить задержку 4мкс на время переключения канала.
После запуска АЦП на измерение срабатывает внутреннее устройство выборки хранения (УВХ), которое запоминает мгновенное значение сигнала на момент запуска.
Регистр состояния 8-ми разрядный, адрес +2, указывает состояние АЦП и счетчиков – таймеров, ЦП регистр доступен для чтения.
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
T2 |
T1 |
T0 |
Бит 3 указывает состояние АЦП. После запуска АЦП на измерение бит 3 устанавливается на время выполнения преобразования и сбрасывается по окончании преобразования.
Регистр запуска 8-ми разрядный, адрес +4. Запись произвольного значения в регистр запускает АЦП на измерение.
4.2Алгоритмы измерений входного сигнала
1.Установка режима измерения: номер канала, режим подключения входного сигнала, диапазон измерения, задержка на время переключения канала.
2.Однократные измерения в выбранном канале: запуск на измерение, проверка готовности данных, чтение данных из регистра данных.
3.Преобразование кодов в значение сигнала.
4.Представление результата в цифровой или графической форме.
Первые два пункта алгоритма измерения выполняются специальной программой — инструментальным драйвером устройства.
Инструментальные драйверы – набор процедур, которые выполняют команды, необходимые для функционирования аппаратных средств системы.
Пример: Реализация алгоритма измерения входного сигнала напряжения по готовности АЦП. Условия измерения: 1-ый канал мультиплексора, диапазон измерения: 
, дифференциальный режим подключения входного сигнала. Program Demo_Read_ADC; var i, U: integer;
Procedure wait(i:word);
Begin for j:=1 to I do end; {Обеспечивает задержку 0-10 мкс, в зависимости от параметра i .} begin Port[$302]:=$40; {Установка режима, диапазона, канала.}
wait(‗?‘); {Задержка 4 мкс. на время переключения канала мультиплексора.} Port[$304]:=$FF; {Запуск АЦП на измерение} asm NOP end; {Задержка несколько
4
наносекунд для начала измерения АЦП.} while (Port[$302]>=$F8) do ; {Проверка окончания измерения.} U:=PortW[$300]; {Чтение данных из регистра данных АЦП}
writeln (‗Напряжение на выходе 1-го канала‘, 0.5*(U-2048), ‗[мВ]‘);{Преобразование и вывод данных.} end.
4.3 Методика управления и оценки состояния внешних устройств
Для управления любым устройством используется информация из регистров интерфейса. В интерфейс вводятся регистры управления. Приказы ВУ передаются в виде последовательности слов с определенным набором нулей и единиц. Регистры управления процессору всегда доступны для записи и не всегда доступны для чтения. Если регистр управления доступен для чтения, можно узнать последнее управляющее слово.
Оценка состояния простого внешнего устройства производится с помощью флага готовности. Если устройство может выполнять несколько операций, то для проверки его состояния используется слово состояния.
Для оценки состояния процессор должен прочитать регистр и проанализировать отдельные биты регистра. Зачастую приходится выполнять манипуляции с отдельными битами регистров.
4.4 Проверка, установка, сброс отдельных разрядов регистров внешнего устройства
Для проверки, установки или сброса отдельных разрядов регистров чаще всего используются логические операции: ИЛИ, И, НЕ.
С целыми переменными указанные операции выполняются столько раз, сколько бит содержит переменная.
Операция ИЛИ – используется для установки битов в регистре ВУ или ячейке ОЗУ. Для установки битов операция выполняется над содержимым регистра и вспомогательного слова, у которого установлены те биты, которые требуется установить в результате.
Пример: Установить старший бит (7) регистра. 01010101 – регистр, 10000000 – вспомогательное слово.
Выполним операцию ―ИЛИǁ и получим: 11010101 – установлен в результате бит 7.
Операция И – применяется для сброса или проверки отдельных разрядов ячейки ОЗУ, или регистра ВУ.
Для сброса отдельных разрядов выполняется операция ―Иǁ над содержимым регистра и вспомогательного слова, у которого установлены все биты кроме сбрасываемых.
Пример: 10101010 – регистр, 01111111 – вспомогательное слово для сброса старшего бита. Выполним операцию ―Иǁ и получим: 00101010 – сбросился бит 7.
Для проверки отдельных битов в регистре ВУ или ячейке ОЗУ необходимо выполнить операцию ―Иǁ над содержимым регистра и вспомогательного слова, у которого сброшены все биты кроме тестируемых.
Пример: Проверить бит 7.
10101010 – регистр, 10000000 – вспомогательное слово. Выполним операцию ―Иǁ и получим: 10000000 – проверили бит 7.
5
6