5. Лабораторная работа N 5.
"Система вывода данных"
Теория.
Простейшая одноканальная система вывода аналоговых данных из ЭВМ может 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 является, собственно, выходным аналоговым каналом ЭВМ. Вывод из ЭВМ цифрового кода, поступающего на цифровые входы ЦАП, приводит к появлению на выходе последнего соответствующего аналогового сигнала (обычно напряжения, реже тока). Этот код может формироваться в ЭВМ различным образом: он может быть взят из ранее составленной таблицы, рассчитан по заданным формулам в программе, получен от какого-либо удаленного источника по каналам связи и т.д.
Очевидным достоинством данной схемы является ее структурная простота, к недостаткам можно отнести малоэффективное использование сравнительно дорогого аналого-цифрового устройства, содержащего прецизионные (высокоточные) компоненты цифро-аналогового преобразователя. Если, к примеру, число выходных каналов нужно увеличить до двух, то потребуется еще один ЦАП и дополнительный цифровой порт вывода.
Возможно более эффективное использование ЦАПа, если выходной аналоговый сигнал, соответствующий данному каналу, на некоторое время запоминать в аналоговом запоминающем устройстве, а освободившийся ЦАП в это время использовать 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 аналоговый сигнал на небольшой промежуток времени, в течение которого хранящаяся в АЗУ информация исказится незначительно. Очевидно, по этой схеме можно реализовать 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 выход годных схем в процессе изготовления. В частности, такое решение приняли разработчики первого аналого-цифрового микропроцессора Intel 2920 для организации многоканального вывода сигналов напряжения. (На самом деле они пошли 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.
Рис.1. Многоканальная система вывода данных с использованием
аналоговых запоминающих устройств и одного ЦАП.
На схеме изображено два выходных аналоговых канала. Функция схемы управления заключается в том, чтобы выдавать на входы ЦАП нужный код для соответствующего канала и включать режим записи в соответствующее УВХ тогда, когда на выходе ЦАП сформируется аналоговый сигнал. Поскольку УВХ всего 2, то эту операцию можно выполнить, генерируя на соответствующем выходе схемы управления последовательность чередующихся нулей и единиц и используя инвертор для формирования противоположного по фазе сигнала, который включает режим записи УВХ2, когда УВХ1 находится в режиме хранения (см. рис.1) . При большем числе 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 порты цифрового вывода данных. Примерно так организуется процесс вывода сигналов напряжения в аналого-цифровом микропроцессоре Intel 2920.