206

В последние десятилетия широкое применение нашли так называемые цифровые сигнальные процессоры (DSP), сориентированные на обработку аналоговых сигналов: цифровая фильтрация, распознавание звука и речи, обработка изображений, спектральный анализ, цифровая звукотехника, измерительная техника, медицина, управление системами, модуляция – демодуляция, кодирование и т.д. Многие DSP имеют в своем составе встроенные ЦАП и АЦП. В настоящее время уже реализованыDSP 4-ого поколения с производительностью в сотни миллионов и более операций в секунду с плавающей запятой.

Контрольные вопросы к разделу 8.1

1.Кратко охарактеризуйте систему связи с объектами управления.

2.Кратко охарактеризуйте систему ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов.

3.Дайте описание схемы замкнутой системы управления(рис. 8.1).

4.Охарактеризуйте процессы дискретизации по времени и квантования по уровню(рис. 8.2).

5.На чем основывается выбор шага дискретизации по времени?

6.На чем основывается выбор величины шага квантования по уровню?

7.Какие компоненты входят в состав СВВ аналоговых сигналов?

8.Каковы основные характеристики АЦП и ЦАП?

9.Объясните принцип работы ПКН(рис. 8.4).

10.Охарактеризуйте два варианта двуполярных ПКН.

11.Объясните принцип работы ПНК, реализующего алгоритм последовательного приближения (рис. 8.5).

12.Когда в ПНК необходимо применять устройства выборки-хранения?

13.Охарактеризуйте ПНК непосредственного считывания(рис. 8.6).

14.Опишите принцип работы ПНК двойного интегрирования(рис. 8.7).

15.Охарактеризуйте многоканальные ЦАП и АЦП.

16.Дайте краткое описание схемы устройства, реализующего функции СВВ аналоговых сигналов (рис. 8.8).

17.Опишите процесс реализации аналого-цифрового преобразования по одному каналу устройством, представленным на рис. 8.8.

Интегральные схемы ПКН и ПНК, аналоговых ключей и устройств выборки и хранения приведены в [53], [45], [63]. Описание полной схемы СВВ аналоговых сигналов и ее компонентов содержится в[54]. Дополнительную информацию по тематике раздела можно найти в [66].

В разделе использованы материалы из [1].

8.2. Интерфейс IEEE-488 (GPIB)

8.2.1. Общие сведения

Интерфейс IEEE-488 и соответствующий протокол широко используются в программноаппаратных комплексах для соединения ЭВМ с измерительными инструментами(в част- ности, в системах сбора данных). Его можно отнести к внешним ИВВ, поскольку измери- тельные приборы и инструменты, поддерживающие обмен по шине интерфейсаIEEE-488 можно отнести к устройствам объектов внешнего мира(в частности объектов управления). Разработанный в 60-х годах вHewlett-Packard, протокол изначально называлсяHPIB (Hewlett-Packard Interface Bus, интерфейсная шина Hewlett-Packard). Впоследствии другие компании подхватили инициативу и начали использовать протокол для своих внутренних целей. Протокол был стандартизован американским Институтом инженеров электротехни- ческой и электронной промышленности(IEEE) и переименован вIEEE-488 (по номеру

207

стандарта) или GPIB (General Purpose Interface Bus, интерфейсная шина общего назначения) в середине 70-х годов. Аналогичный российский стандарт называется Канал Общего Поль- зования (КОП) (МЭК 625). Иногда используется название Интерфейс приборной магистрали по ГОСТ 26.003-80. По мере проникновения принятого стандарта протокола в промышлен-

ность выяснилось, что конкретный порядок передачи команд по шине был недостаточно хорошо определен. Стандарт был пересмотрен и дополнен в1987 году (добавлено описание протокола передачи). Новый стандарт содержал две части: IEEE-488.1, описывающую аппаратную часть и низкоуровневое взаимодействие с шиной, и IEEE-488.2, определяющую порядок передачи команд по шине. Стандарт IEEE-488.2 был еще раз пересмотрен в1992 году. Так называемый высокоскоростной протоколGPIB (HS-488), предложенный фирмой National Instruments в 1996 году, позволил увеличить пропускную способность шины до8 Мбайт/сек, используя стандартные кабели и аппаратную базу. HS-488 улучшает производительность шины путем устранения задержек, связанных с необходимостью дожидаться подтверждения в трехсигнальной схемеIEEE-488.1 (DAV/NRFD/NDAC), где максимальная пропускная способность не превышает1,5 Мбайт/сек. В рамках HS-488 за одну операцию передатчик посылает столько байт данных, сколько приемник в состоянии принять, исходя из наличия свободных буферов.

Протокол HS-488 полностью совместим с системами, основанными на IEEE-488.1, поэтому устройства обоих типов могут сосуществовать на одной шине интерфейса.

Поскольку интерфейс IEEE-488 хорошо стандартизован и протестирован, большинство производителей автоматизированных измерительных систем и инструментов встраивают в свои изделия интерфейсы GPIB в качестве основного канала передачи данных.

Интерфейс GPIB в основном используется для соединения программируемых и непрограммируемых электронных устройств, применяемых в лабораторных или цеховых условиях, в которых используется бит-параллельный, байт-последовательный асинхронный способ обмена информацией, и устанавливает основные требования к обмену цифровой информацией.

Соединение устройств осуществляется через многопроводную шину магистрального канала общего пользования (КОП). Общая длина шины интерфейса не превышает20 м. Число подсоединяемых к шине устройств— не более 15. При этом не менее половины всех устройств должно находиться в состоянии «Питание включено».

Все сигнальные линии используют отрицательную логику: высокий уровень напряжения интерпретируется как логический0, а низкий - как логическая 1. Конкретные значения напряжения определены стандартом IEEE-488. Общее число адресов источников и прием- ников информации в системе не должно превышать31 при однобайтовой и961 при двухбайтовой адресации.

Особенностью интерфейса является отсутствие ограничений на конструктивну реализацию и способы построения устройств, а также на способы объединения их в систему. Определена только магистраль, по которой происходит обмен информацией, синхронизация и управление. Магистраль полностью пассивная. Все активные цепи, по которым выдают управляющую информацию и осуществляют прием и передачу данных, размещаются внутри устройств.

Сочетание активных цепей и магистрали, выполняемой обычно в виде кабеля того или иного типа, на каждом конце которого имеется двухсторонний разъем с винтовыми зажимами,

однолинейной, в виде звезды и т. п.

По характеру взаимодействия с магистралью устанавливаются четыре группы функциональных устройств: контроллер ("controller" (С)), источник ("talker" (T)), приемник ("listener" (L)) и источник-приемник (TL). Устройство в состоянии приемник считывает сообщения с