15.4. Функциональная схема платы цифрового ввода-вывода pc-dio-96

Плата цифрового ввода-вывода PC-DIO-96 вставляется в ISA- или PCI-разъем (slot) материнской платы компьютера. Основными функциональными компонентами этой платы являются 4 микросхемы программируемого интерфейса периферии (PPI). Каждая PPI может быть разделена на три 8-битных порта: А, B и C. Порты, в свою очередь, могут быть функционально запрограммированы на ввод или вывод данных. Порты А и В всегда используются для цифрового ввода-вывода, а порт С может быть сконфигурирован как для ввода-вывода цифровых данных, так и для ввода сигналов управления и опроса состояния канала.

Существует возможность запрограммировать плату для однонаправленного, двунаправленного ввода-вывода и для работы по прерыванию. Встроенный таймер имеет тактовую частоту 2 МГц и может формировать прерывания с делением частоты до 2³². В адресном пространстве портов IBM PC плата занимает 16 8-битных портов.

Кроме того, есть возможность каждый из портов С далее поделить на две части по 4 бита (называемые nibble), которые можно независимо друг от друга запрограммировать на ввод или вывод. При этом можно независимо устанавливать каждый бит этого порта.

Таким образом, плата цифрового ввода-вывода PC-DIO-96 представляет собой мощный универсальный прибор, позволяющий гибко организовать процесс измерений и обработки экспериментальных данных. С внешними устройствами (приборами, датчиками) плата PC-DIO-96 соединяется с помощью двух плоских кабелей (шлейфов) по 50 проводов каждый.

Занятие 16. Пример построения информационно-измерительной системы с использованием технологии виртуальных приборов

Цель занятия: рассмотрение практических вопросов построения информационно-измерительного комплекса на примере установки для снятия вольт-фарадных (C-V) характеристик.

16.1. Блок-схема установки c-V-измерений

Необходимое оборудование: персональный компьютер; DAQ-плата цифрового ввода-вывода PC-DIO-96; цифровой мост для измерения емкости МЦЕ-13АМ; цифровые источники питания Б5-43 и Б5-49, имеющие разъем дистанционного управления для программного задания прямого и обратного смещения; цифровой вольтметр Щ1526.

Б лок-схема установки емкостной спектроскопии приведена на рис. 16.1. Цифровой вольтметр имеет 5 десятичных разрядов (5 цифр); шестой (крайний левый) индикатор служит в качестве знакового. Цифровой емкостной мост имеет отдельную индикацию емкости (5 десятичных индикаторов) и индикацию тангенса угла диэлектрических потерь (4 десятичных индикатора).

16.2. Двоично-десятичная система счисления

Известно, что числа в компьютере представляются в двоичной системе счисления. Поэтому стандартной процедурой автоматизации измерений является преобразование чисел из десятичного кода в двоичный и обратно. Такие алгоритмы общеизвестны. Число 99 будет, например, иметь вид

99₁₀ = 2⁶ + 2⁵ + 2¹ + 2⁰ = 1100011₂.

Такое представление неудобно с точки зрения наглядности. Поэтому часто в автоматизированных системах используют двоично-десятичную систему счисления. При этом для каждой десятичной цифры резервируется точно 4 двоичных разряда. Например,

10₁₀ = 1010₂ = 00010000_2–10;

11₁₀ = 1011₂ = 00010001_2–10;

99₁₀ = 1100011₂ = 10011001_2–10;

3979₁₀ = 0011100101111001_2–10.

Таким образом, становится очень удобно анализировать машинное представление десятичных цифр, особенно в процессе отладки программ или ремонта установки. Несущественная цена, которую приходится платить за такую наглядность, – некоторое увеличение количества двоичных разрядов, необходимых для двоично-десятичного представления десятичных цифр в DAQ-плате.

Вольтметр и емкостной мост, используемые в данной работе, имеют наряду с цифровой индикацией выход в двоично-десятичном коде (с помощью разъемов на задней панели приборов). Цифровые источники питания имеют разъемы дистанционного управления, сигнал на которые нужно подавать также в двоично-десятичном коде.

Исходя из сказанного, определим необходимое количество разрядов в плате PC-DIO-96, которое будет использовано для работы в автоматизированной установке C-V-измерений. Каждый из этих разрядов физически должен быть соединен проводником с соответствующим выходным разрядом управляемого прибора.

Итак, для управления одним источником питания требуется 12 двоичных разрядов платы автоматизации (3 десятичные цифры ∙ 4 разряда); для работы с вольтметром – 5 цифр ∙ 4 разряда + знак + 3 управляющих разряда = 24 разряда; для работы с мостом – (5 + 4) цифр ∙ 4 разряда + 1 управляющий = 37 разрядов.

Всего для построения автоматизированной системы вольт-фарадных измерений требуется 85 разрядов цифровой платы PC-DIO-96 (напомним, плата имеет 96 разрядов, сгруппированных в 12 портов). Существующая распайка портов информационно-измерительной системы емкостной спектроскопии приведена в табл. 16.1.

Таблица 16.1

Распайка портов системы емкостной спектроскопии

№ порта, тип	Назначение	Устройство
0 (A)	Input	Емкость (разряды 0...7)
1 (B)	Input	Емкость (разряды 8...15)
2 (C)	Input	Емкость (разряды 16...20), tg (разряды 0...2)
3 (A)	Input	tg (разряды 3...10)
4 (B)	Input	tg (разряды 11...15)
5 (C)	Input / Output	Мост, вольтметр (сигналы готовности и запуска)
6 (A)	Input	Вольтметр (разряды 0...7)
7 (B)	Input	Вольтметр (разряды 8...15)
8 (C)	Input	Вольтметр (разряды 16...20)
9 (A)	Output	Источник питания I (разряды 0...7)
10 (B)	Output	Источник питания II (разряды 0...7)
11 (C)	Output	Источники питания I, II (разряды 8...11)

Таким образом, порты 0, 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8 работают в режиме Input, т. е. считывают данные с моста (емкость и tg) и с вольтметра; порты 9, 10, 11 работают в режиме Output, т. е. выставляют информацию на разъемы дистанционного управления источников питания I и II; порт 5 (типа C) используется для дистанционного запуска моста и опроса готовности моста и вольтметра к выдаче данных.