21. Мпсу с вводом-выводом аналоговой информации

МПСУ могут управлять объектами с использованием аналоговой информации, если в состав МПСУ введены аналогоцифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи.

В качестве АЦП в МПСУ целесообразно применять ИМС типа КР572ПВ4, которая обеспечивает работу по 8-ми каналам аналоговых данных и имеет стандартный интерфейс для подключения к шинам МП [6]. Функциональная схема АЦП приведена на рис.1.64. Работа АЦП тактируется синхроимпульсами CLK, частота которых равна 2,5 МГц. 8 аналоговых сигналов U_BX0…U_BX7 поступают на аналоговый коммутатор, который соединяет с одновходовым АЦП1 только один аналоговый сигнал AN в очередности: U_BX0, U_BX1,… U_BX7. В течение 32 мкс сигнал преобразуется АЦП1 в цифровую форму размером 1 байт и цифровой код переписывается в соответствующую ячейку ОЗУ емкостью 8 байт. По истечении 32·8=256 мкс (8 – количество аналоговых входов) все ячейки ОЗУ будут заполнены кодами всех 8-ми входных аналоговых сигналов. Далее будет следовать обновление кодов в соответствии с текущими значениями аналоговых сигналов.

Считывание кодов из ОЗУ производится по команде IN, адресная информация которой позволяет сформировать сигнал =0 и битами А2А1А0 выбрать для чтения ячейку памяти ОЗУ, а сопровождающий эту команду сигнал чтения с помощью инвертора преобразуется в импульс единичного строба ALE, по которому выбранная ячейка ОЗУ соединяется с буфером ШД АЦП.

Вид преобразуемых аналоговых сигналов и коды выходных цифровых сигналов зависят от опорных напряжений U_ОП1 и U_ОП2 (табл.1.3), подводимых к АЦП1 через внешние выводы ИМС АЦП. Эти зависимости устанавливаются для всех восьми аналоговых сигналов одновременно.

Таблица 1.3

UОП1	UОП2	UВХ	Соответствие выходных кодов входным напряжениям
+2,5 V	0	0…+2,5 V	0000.0000 (0 V)…1111.1111 (+2,5 V)
0	-2,5 V	0…-2,5 V	0000.0000 (-2,5 V)…1111.1111 (0 V)
1,25 V	-1,25 V	-1,25…+1,25 V	0000.0000 (-1,25 V)…1000.0000 (0,0049 V)…1111.1111 (+1,25 V)

Из множества ИМС ЦАП [6] рассмотрим ЦАП типа КР1108ПА2. Вход ЦАП 8-разрядный (рис.1.6 и рис.1.64). Управление ЦАП осуществляется стандартными сигналами и . Вид выходного аналогового напряжения U_ВЫХ, снимаемого с AN, зависит от способа подключения вывода FC1 на землю (табл.1.4).

Таблица 1.4

Вывод FC1 заземлен	Соответствие выходного напряжения входным кодам
- напрямую	0000.0000 (0 V)…1111.1111 (+2,5 V)
- через С=0,1 мкФ	0000.0000 (-1,25 V)…1000.0000 (0,0049 V)…1111.1111 (+1,25 V)

Питание ЦАП двухполярное: -15 В и +5 В. ИМС имеет два вывода земли: 0D V - земля цифровая и 0A V - земля аналоговая.

рисунок

Р ассмотрим пример реализации на основе МП системы автоматического регулирования по структурной схеме, приведенной на рис.1.65. Примем регулятор П-типа с коэффициентом передачи К=2. МП должен выполнять умножение на коэффициент К_МП цифрового кода сигнала , равного разности кодов сигналов U_ЗАД и U_ОУ. Принципиальная схема САР приведена на рис.1.64. АЦП работает в однополярном режиме, а ЦАП работает в двухполярном режиме. Сигналы U_ЗАД, U_РЕГ и U_ОУ аналоговые, а сигналы С_ЗАД, С_ОУ, С_ε и С_РЕГ цифровые (коды).

Коэффициенты передачи для ИМС АЦП типа КР572ПВ4 и ЦАП типа КР1108ПА2, примененных в схеме на рис.1.64, равны

(1.1)

Если К – коэффициент передачи П-регулятора для аналоговых сигналов (рис.1.65а), а К_МП – коэффициент передачи, реализуемый программой МП (рис.1.65б), то из сопоставления рис.1.65а и 1.65б получаем

(1.2)

Это выражение справедливо для любых типов ИМС АЦП и ЦАП. Для примененных в схеме ИМС АЦП и ЦАП с учетом (1.1) получим: К_МП=К=2.

Умножение на 2 в МП может быть выполнено циклическим сдвигом кода влево с использованием команды RLC. Например, при сдвиге влево кода 0010.1110В=2ЕН=46₁₀ получим код 0101.1100В=5СH=92₁₀.

Алгоритм МП системы автоматического регулирования приведен на рис.1.66, а программа – на рис.1.67.

Блок 1: Создание выдержки времени не менее 256 мкс, чтобы ОЗУ АЦП после включения питания схемы или сброса заполнилось верными данными.

Блок 2: Ввод через АЦП кодов сигналов U_ЗАД и U_ОУ.

Блок 3: Вычисление и переход по знаку результата.

Блок 4: Подготовка кода для вывода положительного напряжения сигнала U_РЕГ. При входном коде 80 ЦАП его выходной сигнал равен 0,0049 В≈0 В.

Блок 5: Смена знака кода , так как операция умножения на 2 через сдвиг RLC кода верна только для положительных чисел.

Блок 6: Подготовка кода для вывода отрицательного напряжения сигнала U_РЕГ.

Блок 7: Вывод сигнала U_РЕГ через ЦАП.

Адрес	Код команды				Метка	Мнемокод	Комментарии
0000	3E	2В			М1	MVI 2В	Выдержка времени в тактах 7+43·(5+10)=652, в микросекундах 652·0,4=260,8 мкс*
0002	3D				Цикл	DCR A
0003	C2	02	00			JNZ Цикл
0006	DB	E8			М2	IN E8	Ввод UОУ с адреса Е8Н=1110.1000В
0008	57					MOV D, A	Регистр D←аккумулятор А
0009	DB	EC				IN EC	Ввод UЗАД с адреса ЕСН=1110.1100В
000B	92				M3	SUB D	Аккумулятор А←=CЗАД-CОУ
000C	FA	17	00			JM M5	Переход на М5, если <0
000F	07				M4	RLC	Аккумулятор А←2·
0010	57					MOV D, A	Регистр D←аккумулятор А
0011	3E	80				MVI A, 80	Аккумулятор А←80
0013	8A					ADC D	Аккумулятор А←80+2·||
0014	C3	20	00			JMP M7	Безусловный переход на метку М7
0017	57				M5	MOV D, A	Регистр D←аккумулятор А
0018	3E	00				MVI A, 00	Аккумулятор А←00
001A	92					SUB D	Аккумулятор А←||
001B	07				M6	RLC	Аккумулятор А←2·||
001C	57					MOV D, A	Регистр D←аккумулятор А
001D	3E	80				MVI A, 80	Аккумулятор А←80
001F	92					SUB D	Аккумулятор А←80-2·
0020	D3	F7			М7	OUT F7	Вывод UРЕГ по адресу F7H=1111.0111B
Рис.1.67. Программа МП САР

* В приведенном расчете:

- 7, 5 и 10 – длительности в тактах выполнения команд MVI, DCR и JNZ;

- 43 – десятичный эквивалент 16-ричного кода 2BН (количества циклов);

- 0,4 – длительность машинного такта МП, мкс.