РАЗДЕЛ 2 Организация микропроцессорных систем
ТЕМА 2.2 Перефирийное оборудоване микропроцессорных систем.
ЗАНЯТИЕ 2.2.1 Принципы считывания информации с носителей.
Принципы ввода информации. Основные принципы ввода-
вывода информации.
ЗАНЯТИЕ 2.2.2 Назначение, классификация и методы регистрации
информации. Основные характеристики устройств вывода
информации. Дисплей: назначение, структурная схема и
принцип действия.
ВОПРОСЫ ЗАНЯТИЯ:
1. Назначение и классификация периферийных устройств.
2. Устройства ввода информации.
3. Устройства вывода информации.
ПЕРВЫЙ ВОПРОС
Периферийные устройства можно классифицировать по способу представления преобразуемой информации, по функциональному назначению и направлению обмена, по быстродействию и характеру цикла, по способу использования одним или несколькими пользователями.
По способу представления информации во внешнем мире и назначению все ПУ можно разделить на устройства ввода-вывода речевой, графической и текстовой информации, ввода-вывода аналоговых сигналов, внешней памяти и системы межмашинных связей.
В зависимости от направления обмена все ПУ делят на устройства ввода (УВВ), вывода (УВЫВ) и двустороннего обмена. В отдельную функциональную группу принято выделять устройства подготовки данных (УПД), входящие в состав СПД и непосредственно не связанные с ЭВМ. Каждая из перечисленных функциональных групп включает в себя широкую номенклатуру ПУ, различающихся характеристиками, параметрами и принципами действия. Так, в группу УВВ входят УВВ алфавитно-цифровой информации с промежуточного носителя, с первичного документа (читающие устройства), клавиатуры, УВВ графической и речевой информации, АЦП и т.д. Группа устройств вывода включает в себя печатающие устройства (ПчУ), устройства отображения (УО), синтезаторы речи, графопостроители, ЦАП, устройства микрофильмирования. ВЗУ используют магнитные и оптические методы регистрации и обеспечивают хранение от сотен килобайт до нескольких гигабайт информации.
С точки зрения длительности цикла все ПУ можно разделить на следующие группы:
— низкоскоростные, быстродействие которых составляет менее 100 симв/с. В эту группу входят УВВ непосредственной связи с пользователем — клавиатуры, консоли, а также медленные УВВ, использующие промежуточный носитель. Для ПУ этой группы характерным квантом информации является символ, кодируемый в виде байта. Быстродействие таких ПУ в основном ограничивается возможностями человека-оператора;
— среднескоростные, быстродействие которых может достигать 1000 симв/с и выше. К ним относят ПчУ различных типов, графопостроители, УСО, УО, аппаратуру передачи данных (АПД) и т.д., а также различные интеллектуальные ПУ. За один цикл может быть подготовлен квант информации из одного байта или группы байт. В первом случае ПУ называют последовательным, во втором — параллельным (например, последовательное и параллельное ПчУ);
— высокоскоростные, быстродействие которых может достигать 1 Мбайт/с. Эта граница, как и указанные выше, условна и изменяется с развитием элементной базы и техники ПУ. Наиболее характерными представителями этой групы ПУ являются ВЗУ на МД, сложные системы графического взаимодействия с пользователем. Характерной особенностью ПУ этого типа является обмен достаточно большими квантами информации блоками, состоящими из множества байт. Первоначальная подготовка блока требует значительных затрат времени, а подготовка байта в пределах блока выполняется достаточно быстро;
— сверхбыстродействующие устройства со скоростью передачи выше 1 Мбайт/с. К числу таких ПУ можно отнести ВЗУ на МД большого объема (свыше 100 Мбайт в пакете или модуле), предназначенные для машин общего назначения и суперЭВМ. Для этих ПУ также характерен обмен большими информационными блоками.
В соответствии с характером цикла все ПУ делятся на группы синхронных и асинхронных устройств. Для синхронных ПУ цикл постоянен и обычно включает в себя только два этапа: подготовки и передачи. Для асинхронных ПУ цикл имеет переменную длительность, определяемую тремя слагаемыми: подготовкой, передачей и ожиданием,причем непостоянство длительности полного цикла ПУ объясняется непостоянством времени подготовки или ожидания. В любом обмене участвуют два устройства — передатчик и приемник; моменты времени передачи и приема (с учетом задержки на линиях связи) должны совпадать. В некоторых случаях для обеспечения этого условия в ПУ предусматривают буферное ЗУ небольшого объема, позволяющее в некоторой степени произвольно задерживать момент приема кванта информации относительно момента его выдачи. Такие ПУ называют буферизованными.
Таким образом, в соответствии с характером цикла ПУ и наличием в нем буфера, а также величиной подготавливаемых квантов информации все ПУ можно подразделить на синхронные и асинхронные, буферизованные и небуферизованные, с байтовой или блоковой организацией.
Центральные и периферийные устройства ЭВМ отличаются принципами действия, величиной кванта информации и быстродействием, причем различие в быстродействии может достигать нескольких порядков. Несмотря на значительное улучшение характеристик ПУ, достигнутое за последние годы, разрыв в быстродействии центральных и периферийных устройств еще более возрос, так как рост быстродействия центральных устройств идет более быстрыми темпами. Во многих случаях быстродействие ПУ принципиально ограничено возможностями источников и потребителей информации во внешнем мире, например, возможностями человека-оператора воспринимать текст на экране УО.
Периферийные устройства по назначению можно разделить (рис. 1) на устройства ввода, вывода, специализированные устройства.
Устройства ввода предназначены для приема информации из внешнего мира и передачи ее в микроЭВМ. С помощью этих устройств пользователь загружает в микроЭВМ исходные данные и программы. К устройствам ввода относятся: клавиатуры, телетайпы, пишущие машинки, пульты управления, устройства ввода с перфолент и перфокарт, устройства ввода графической информации.
Клавиатура — это одно из основных средств ввода информации в микроЭВМ. С помощью клавиатуры пользователь загружает информацию в запоминающие устройства. Аналогичные функции может выполнять телетайп и электрифицированная пишущая машинка. Они обеспечивают непосредственную связь человека с микроЭВМ. Пульт управления предназначен, как правило, для задания различных режимов работы микроЭВМ: пошаговый, опрос определенных ячеек памяти, задание места загрузки данных и т.д. Устройства ввода с перфолент и перфокарт предназначены для передачи в память подготовленных на специальных носителях данных и программ. Они характеризуются большой скоростью ввода и позволяют многократно использовать носитель информации. Устройства ввода графической информации преобразуют ее в удобную для ЭВМ форму и передают в память микроЭВМ.
Рис. 1
Устройства вывода используются для представления информации в наглядном для пользователя виде или подготовки ее для длительного хранения и последующего ввода в ЭВМ. К устройствам вывода относятся световые индикаторы, печатающие устройства перфораторы, дисплеи, графопостроители.
Наиболее просты световые индикаторы, которые информируют пользователя о текущем состоянии системы и отражают содержимое регистров микроЭВМ. С помощью печатающих устройств выводятся программы, исходные данные, промежуточные и конечные результаты вычислений, информация об ошибках и пр. К печатающим устройствам относятся: телетайпы, электрические пишущие машинки (ЭПМ), последовательные построчные печатающие устройства (ПППУ), алфавитно-цифровые печатающие устройства и др. Для длительного хранения информации программы и результаты могут выводиться с помощью перфораторов на перфоленту. В настоящее время бумажные носители информации практически вытеснены магнитными (лентами и дисками).
Важное место в системе общения оператора с микроЭВМ занимают дисплейные устройства с клавиатурой, обеспечивающие диалог человека с машиной. Дисплей может отобразить любой вид информации (буквенно-цифровую и графическую) в черно-белом или цветном изображении, позволяет быстро вмешаться в работу микроЭВМ. Это существенно повышает эффективность работы оператора. Графопостроители предназначены для вывода в наглядной форме графической информации и ее документирования.
Внешние накопители информации являются комбинированными устройствами ввода и вывода.
Специализированные устройства предназначены для преобразования, первичной обработки и регистрации информации. Такие устройства либо обрабатывают промежуточную информацию, либо являются непосредственными источниками различного рода информации, обрабатываемой в микропроцессорных системах. К специализированным устройствам относятся: таймеры, счетчики событий, датчики, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, модемы, калькуляторы.
Таймеры и счетчики событий используются в микропроцессорных системах для подсчета различных событий или для отсчета времени. При выполнении определенных условий они прерывают работу микропроцессора и инициируют определенные действия системы. В управляющих и контролирующих микропроцессорных системах широко используются датчики непрерывно изменяющихся и дискретных параметров, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи регистрирующие устройства.
Большое значение имеют устройства связи отдельных подсистем в распределенных вычислительный и управляющих системах. Для подключения отдельных микроЭВМ и внешних устройств к линиям связи используются модемы «модуляторы — демодуляторы» Они преобразуют двоичную информацию в форму удобную для передачи по дальним линиям связи, обеспечивают требуемые характеристики передаваемый сигналов и выполняют обратное преобразование принимаемой информации. Их роль растет с увеличением степени децентрализации процесса обработки информации.
Использование электронных калькуляторов в качестве периферийных устройств освобождает микропроцессор от вычисления сложных функций. Калькулятор обычно реализует тригонометрические и показательные функции, для выполнения которых в микропроцессоре требуются значительные программные средства. Микропроцессор только подготавливает исходные данные для сложных операций и после их передачи работает параллельно с калькулятором над основной программой.
Подключение периферийных устройств к микро-ЭВМ существенно расширяет функциональные возможности систем обработки информации. Человек освобождается от трудоемкой обработки входной и выходной информации. Данные о состоянии системы отображаются в наглядной форме.
Состав периферийного оборудования для каждого конкретного случая определяется из соображений удобства общения оператора с микропроцессорной системой, требуемой пропускной способности информационных каналов, надежности, технологичности и т. д.
ВТОРОЙ ВОПРОС
Клавишное устройство ввода является наиболее простым и распространенным устройством для ввода данных в микроЭВМ. Известны клавишные устройства трех типов:
1) простая клавиатура для ввода цифр;
2) клавиатура для ввода полного набора буквенно-цифровых символов;
3) специальная клавиатура.
Простую клавиатуру имеют обычные электронные калькуляторы. Клавиатурой второго типа снабжаются оконечные устройства ЭВМ. Она позволяет вводить все буквенные и цифровые символы и 20...30 специальных символов. К специальным символам относятся знаки математических операций, знаки пунктуации и небольшое количество управляющих символов. Необходимость применения специальной клавиатуры часто возникает при проектировании различных систем. Например, для ввода графической информации или специальных команд, когда применение буквенно-цифровой клавиатуры нецелесообразно.
Большинство клавиатур построено по одному и тому же принципу. Упрощенное схематическое изображение клавиатуры представлено на рис. 2.
Здесь показана матрица с вертикальными (колонки) и горизонтальными (строки) линиями. Колонки клавиатуры сканируются, т.е. на них последовательно подаются сигналы. Сначала сигнал подается на первую колонку, затем – на вторую, третью и, наконец, на четвертую колонку. Затем эти действия повторяются. Сканирование может осуществляться самим микропроцессором или с помощью специальной интегральной схемы – сдвигового регистра. Можно использовать также двоичный счетчик и дешифратор (см. рис. 2).
Рис. 2. Схема простейшей клавиатуры
Вертикальные линии связаны с горизонтальными линиями матрицы с помощью контактов — кнопок клавиатуры (в рассматриваемом примере используется 16 кнопок).
Линии, по которым поступают сигналы сканирования, и горизонтальные линии матрицы клавиатуры связаны со схемой кодирования. Эта схема выполняет две функции:
— несколько раз подряд проводит проверку замыканий контактов кнопки. Это делается для того, чтобы избежать ошибок. Такой прием называют защитой от ложных срабатываний клавиатуры, обусловленных эффектом дребезга контактов. Например, если в десяти случаях было установлено, что контакт находится в замкнутом состоянии, то вероятность, что определенная вертикальная и горизонтальная линии соединены друг с другом посредством контактов кнопки, велика. Таким образом, делается вывод, что клавиша клавиатуры нажата;
— выполняет кодирование выходных данных. Схема кодирования, как правило, представляет собой ПЗУ. Она воспринимает информацию, поступающую на вертикальные и горизонтальные линии матрицы клавиатуры, и образует необходимые выходные сигналы, которые можно представить в параллельной или последовательной форме.
Аппаратные средства, обеспечивающие функционирование клавиатуры микропроцессорных систем, реализуются одним из двух способов.
1. При первом способе сканирование вертикальных линий клавиатуры и формирование выходных сигналов выполняется микропроцессором. Сканирование вертикальных линий матрицы очень простой клавиатуры может осуществлять микропроцессор, на основе которого построена микроЭВМ. При этом матрица клавиатуры должна соединяться с портами ввода — вывода микропроцессора. Для выполнения сканирования вертикальных линий, многократного подтверждения факта замыкания контактов кнопки и для формирования выходных сигналов клавиатуры требуется специальная подпрограмма. Чтобы обеспечить указанные функции для очень сложных клавиатур, можно использовать специально выделенный микропроцессор.
2. Второй способ заключается в использовании для выполнения указанных функций специальных интегральных микросхем. Так как клавиатуры широко используются для взаимодействия пользователя с техническими средствами, разработан ряд больших интегральных схем контроллеров клавиатуры. Примером может служить отечественный контроллер клавиатуры К1806ВП1-093 позволяющий управлять клавиатурой, содержащей до 80 кнопок, организованных в матрицу 8×10.
В состав систем, имеющих клавиатуру, как правило, входят и устройство отображения информации (индикатор, дисплей и т.п.), а также различные пульты управления.
Примером электрической пишущей машинки (ЭПМ), предназначенной для ввода — вывода информации в микроЭВМ, может служить ЭПМ типа «CONSUL-260». Это устройство ввода — вывода алфавитно-цифровой информации, представленной в кодах ЭПМ. Оно содержит два независимых блока: клавиатуру с механическим кодовым комбинатором для ввода кодов символов во внешний блок управления и печатающий механизм, управляемый внешним блоком. Между клавиатурой и печатающим механизмом нет механической связи. При нажатии на клавишу замыкаются или размыкаются контакты комбинационных цепей. Момент установки кодовой комбинации идентифицируется замыканием специальной сигнальной цепи.
Символы печатаются с помощью электромагнитов, собранных в матрицу 8×8, так что для выполнения печати необходимо код символа преобразовать в токи выборки по двум координатам матрицы. Код ЭПМ «CONSUL-260» — специальный семиэлементный с контрольным разрядом, максимальная скорость печати до 10 знаков в секунду. Электрическая пишущая машинка вырабатывает специальные признаки: регистр нижний или верхний, возврат каретки, цвет красящей ленты, конец строки и др. Внешним сигналом управляется функция блокировки клавиатуры для предотвращения вывода на печать знака в момент печати очередного. Для вывода текстовой информации на бумагу часто используется телетайп.
Широко распространенные фотосчитывающие устройства ввода с перфолент в настоящее время практически вытеснены накопителями на магнитных лентах и дисках. Взаимодействие микропроцессора с накопителем на магнитной ленте может осуществляться с использованием последовательного либо параллельного интерфейса. Данные обычно записываются на магнитную ленту блоками. Для последующей идентификации записи на магнитную ленту записывается специальная метка или «заголовок».
Часто для записи данных на магнитную ленту и их последующего считывания используются бытовые кассетные магнитофоны.
Существует много конструктивных исполнений устройств для управления непрерывно меняющимися сигналами. Такие устройства можно использовать для ввода в ЭВМ графической и текстовой информации, создания зрелищных световых эффектов. В наиболее распространенных системах многомерного управления оператор имеет возможность свободно перемещать в пространстве специальную ручку управления (или перемещать на столе перед экраном дисплея специальное устройство), при этом техническое устройство регистрирует ее координаты, выдавая по ним значения выходных сигналов.
С помощью одной ручки управления оператор может задавать до шести независимо изменяемых параметров, а при работе двумя руками — до двенадцати. Системы такого типа учитывают возможности человека и позволяют сделать его «общение» с компьютерной техникой более эффективным.
В некоторых случаях для удобства оператора предусматривают подключение к дисплею «светового пера», предназначенного для непосредственного указания на экране какого-либо знакоместа. Световое перо обычно представляет собой небольшой фотодатчик, который прижимается к поверхности экрана дисплея. При этом микропереключатель, вмонтированный в корпус датчика, замыкает цепь и фотодатчик оказывается подключенным к входу контроллера электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Когда луч ЭЛТ при развертке попадает на фотодатчик, то последний вырабатывает сигнал, по которому в регистрах светового пера контроллера запоминаются координаты положения засветившего датчик символа. Состояние этих регистров может быть считано микропроцессором по команде: «Считывание положения светового пера». Таким образом осуществляется задание определенного места на экране дисплея.
ТРЕТИЙ ВОПРОС
Одним из наиболее распространенных устройств вывода информации являются световые, в том числе и цифровые, индикаторы. Цифровые индикаторы часто являются единственными выходными устройствами калькуляторов.
Со времени создания цифровых индикаторов появились многочисленные индикаторы, основанные на интересных принципах и остроумных решениях, однако наиболее распространены семисегментные индикаторы. Семисегментные индикаторы в качестве источников света используют нить накала, газовый разряд, флуоресцентные материалы, возбуждаемые пучком электронов, светодиоды, жидкие кристаллы, В зависимости от характера источника света имеется возможность создания индикаторов различного цвета.
С помощью таких индикаторов можно отображать и ограниченный набор букв, например буквенные символы, применяемые при отображении шестнадцатеричных чисел. Используя различные комбинации из семи сегментов, с помощью цифрового индикатора можно также отображать небольшое количество слов.
Часто вместо семисегментных индикаторов используются точечные матрицы 5×7 или 5×9 точек. С помощью первой матрицы можно формировать большие буквенно-цифровые символы. Матрица второго типа позволяет формировать прописные и строчные буквы, а также специальные знаки.
Универсальным устройством ввода — вывода информации является дисплей, позволяющий оператору устанавливать с микро ЭВМ диалоговую связь. В нем отсутствуют промежуточные носители информации, существующие у внешних устройств, основанных на магнитных или бумажных носителях информации.
Типичный дисплей выполнен как функционально законченное автономное устройство, не требующее дополнительных блоков управления. Дисплей содержит: алфавитно-цифровую клавиатуру; устройство сопряжения; память, обеспечивающую хранение информации, выводимой на экран; блоки электронного управления для выполнения всех функций, в том числе и операций редактирования данных.
Таким образом, в автономном режиме перед вводом информации в ЭВМ дисплей позволяет редактировать, модифицировать и исправлять информационные массивы. Ввод—вывод информации может осуществляться при помощи сменного устройства сопряжения с параллельным обменом или встроенного устройства телеграфного сопряжения.
Дисплей, оснащенный асинхронным телеграфным блоком, может автономно управлять печатающим устройством с последовательной печатью - электрической пишущей машинкой, что позволяет регистрировать содержимое экрана на бумаге.
Для документирования выводимой из микроЭВМ текстовой информации применяют различные печатающие устройства, в том числе и ЭПМ. Для вывода и документирования графической информации применяют специальные устройства — графопостроители.
Литература:
1. М.В. Напрасник «Микропроцессоры и микроЭВМ», стр.: 93-103.
ЗАНЯТИЕ 2.2.3Назначение и основные функции устройств связи с объектами.
Прием и выдача информации с объекта.
ВОПРОСЫ ЗАНЯТИЯ:
1. Устройства преобразования информации (УСАПП).
2. Устройства приема и передачи информации (Модемы).
3. Устройства, формирующие заданные временные интервалы (Таймеры).
4. Устройства обработки сигналов (АЦП, ЦАП).
ПЕРВЫЙ ВОПРОС
Для обеспечения связи микропроцессора с различными внешними устройствами используются два вида интерфейса: параллельный и последовательный. При использовании параллельного интерфейса 8-разрядный микропроцессор за каждую операцию обмена обеспечивает передачу 8 бит информации, 16-разрядный— 16 бит и т. д.
Многие устройства связаны с микропроцессором посредством линий последовательной передачи данных. Широкое применение способа последовательной передачи данных объясняется ограничениями, присущими способу параллельной передачи данных. Рабочее расстояние для линии параллельного ввода — вывода ограничивается 1—2 м. При увеличении длины кабеля возрастает его емкость, поэтому передача данных на высокой скорости становится невозможной. Длину линий параллельной передачи данных можно увеличить до 10...20 м путем использования специальных формирователей и уменьшения скорости передачи. Однако дальнейшее увеличение длины линий при параллельной передаче данных практически невозможно.
При последовательной передаче данных жестких ограничений на длину линии не накладывается. Но прежде чем начать последовательную передачу данных, необходимо преобразовать данные из параллельной формы в последовательную. Простейший способ такого преобразования — преобразование с помощью сдвигового регистра. Данные загружаются в сдвиговый регистр, затем его содержимое сдвигается на один разряд при поступлении каждого тактового импульса. Данные на выходе сдвигового регистра будут иметь последовательную форму.
Чтобы принять данные в последовательной форме и преобразовать их в параллельную форму, необходимо выполнить действия, обратные по отношению к описанным выше. Данные, поступающие в последовательной форме, вводятся бит за битом в сдвиговый регистр. После заполнения сдвигового регистра данные из него в параллельной форме передаются в микропроцессорную систему.
Устройство, обеспечивающее преобразование данных из параллельной формы в последовательную и обратное преобразование, называют универсальным синхронно-асинхронным программируемым приемопередатчиком (УСАПП). Такое устройство часто реализуется в виде БИС (например, КР580ВВ51). Кроме преобразования формы представления данных приемопередатчик выполняет функции контроля и управления. Для обнаружения ошибок при передаче данных УСАПП может использовать контроль на четность или нечетность. После приема данных приемопередатчик проверяет в нем контрольный бит. Если обнаруживается нарушение четности (нечетности), то приемопередатчик записывает в свой регистр состояния признак ошибки. Затем УСАПП может выдать запрос на повторную передачу данных.
ВТОРОЙ ВОПРОС
Некоторые УСАПП вырабатывают сигналы, используемые для установления связи между двумя модемами. Модем (модулятор—демодулятор) преобразует логический сигнал определенного уровня в сигнал, модулированный сдвигом частоты. Модем может, например, преобразовывать двоичный передаваемый сигнал в тоновый сигнал частотой 1270 Гц для логической 1 и в тоновый сигнал частотой 1070 Гц для логического 0. Сигналы таких частот могут передаваться по телефонным линиям и по некоторым длинным линиям последовательной передачи данных. Модулированный сигнал можно пропускать через устройства связи переменного тока, например трансформаторы, которые часто применяют в длинных телефонных цепях. Модемы используются для модуляции и демодуляции сигналов, предназначенных для передачи по радиоканалу. Передача данных по радиоканалу с помощью модемов часто применяется в системах сбора данных, для управления которыми служит микроЭВМ.
ТРЕТИЙ ВОПРОС
В микропроцессорных системах управления широко применяются программируемые таймеры — устройства, формирующие заданные временные интервалы. С их помощью осуществляется, например, такая операция, как реализация вычисленного угла управления тиристорами при управлении различным технологическим оборудованием. С помощью программируемого таймера выделяют временной интервал в соответствии с заданным значением, которое в виде кода записывается в память таймера.
Таймер можно реализовать с помощью центрального процессора системы (программно), а также дополнительными техническими средствами (аппаратно).
Второй способ применяется чаще, так как позволяет значительно уменьшить непроизводительные затраты машинного времени.
Различают два типа таймера: с предварительным и без предварительного накопления сигнала.
В таймере с предварительным накоплением сигнала информация, соответствующая длительности отмеряемого временного интервала, записывается только в начале отсчета этого интервала; по каждому счетному импульсу содержимое таймера уменьшается на единицу. Когда содержимое таймера становится равным нулю, на его выходе появляется сигнал, используемый для управления периферийными устройствами либо для прерывания программы микроЭВМ.
В таймере без предварительного накопления сигнала информация может быть записана в произвольный момент времени внутри временного интервала, при этом возможна сигнализация о том, что интервал больше, меньше или равен заданному.
Промышленность выпускает однокристальные БИС таймеров, например, К588ВИ1. Эта БИС имеет два независимых канала, организованных на базе двух 16-разрядных суммирующих счетчиков с последовательным переносом. В состав таймера входит независимый 7-разрядный делитель частоты, выполненный на основе 7-разрядного двоичного суммирующего счетчика с последовательным переносом и имеющий фиксированные коэффициенты деления 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128.
ЧЕТВЕРТЫЙ ВОПРОС
В большинстве случаев в микропроцессорных системах управления сигналы обратной связи о регулируемых параметрах и задающие воздействия
представлены в аналоговом виде. Для ввода в микроЭВМ и последующей обработки таких сигналов их представляют в виде цифрового кода. Для преобразования аналоговых сигналов в цифровой эквивалент — код имеются аналого-цифровые преобразователи (АЦП).
Существует несколько методов аналого-цифрового преобразования, определяющих в основном технические характеристики выполненных на их основе АЦП. Технические характеристики АЦП можно разбить на ряд групп: точностные; временные; надежностные; обобщенные стоимостные.
В качестве точностных характеристик используют: количество достоверных двоичных разрядов на выходе АЦП, относительную погрешность и др.
Временные характеристики или параметры в той или иной форме определяют быстродействие АЦП. Различают три временные характеристики АЦП:
— период квантования — это интервал между двумя последовательными преобразованиями (величину, обратную периоду квантования, называют частотой квантования);
— длительность цикла преобразования — это задержка между моментом подачи входной величины на АЦП и моментом выдачи кода;
— время преобразования — это временной интервал, в течение которого входной сигнал непосредственно взаимодействует с АЦП.
Надежностные характеристики и параметры оценивают способность АЦП к работе под воздействием различных дестабилизирующих факторов (времени, температуры, влажности и др.). В качестве параметров надежности можно брать самые различные величины (интенсивность отказов, время наработки на отказ и др.).
Обобщенные стоимостные характеристики включают все остальные требования.
В микропроцессорных системах управления технологическим оборудованием часто применяют многоканальные АЦП (АЦП с мультиплексируемым входом). При этом один АЦП последовательно преобразует в код ряд аналоговых сигналов.
Для связи АЦП с микропроцессором часто применяются специальные БИС — контроллеры АЦП. В их состав, как правило, входят: канальный интерфейс для стыковки с системной магистралью микроЭВМ; мультиплексор для подключения к АЦП различных входных аналоговых сигналов; буферное запоминающее устройство для хранения результатов преобразований (это позволяет процессору считывать результат преобразования любого сигнала в произвольный момент времени); устройство управления АЦП и другие сервисные устройства.
Примером контроллера АЦП, предназначенного для подключения АЦП к системной магистрали микроЭВМ «Электроника-60», является БИС К588ВГ4.
Для выдачи информации от микроЭВМ в аналоговые устройства, в частности на осциллографы, используются цифроаналоговые преобразователи (ЦАП).
Для подключения ЦАП к системной магистрали микроЭВМ и выполнения сервисных функций, аналогичных выполняемым контроллером АЦП, существуют БИС контроллеров ЦАП. Подключение ЦАП к системной магистрали микроЭВМ «Электроника-60» можно выполнить с помощью БИС контроллера ЦАП — К588ВГ5.
Литература:
1. М.В. Напрасник «Микропроцессоры и микроЭВМ», стр.: 103-107.
ТЕМА 2.1 Назначение и функции интерфейса МПС.
ЗАНЯТИЕ 2.1.1. Назначение и классификация интерфейсов. Варианты обмена
между вычислительными устройствами и периферийным
оборудованием.
ВОПРОСЫ ЗАНЯТИЯ:
1. Назначение, состав и функции интерфейса.
2. Классификация интерфейсов.
3. Система аппаратных интерфейсов. Принципы организации интерфейсов.
ПЕРВЫЙ ВОПРОС
МикроЭВМ вступает во взаимодействие с внешней средой с помощью периферийных устройств (устройств – ввода-вывода). К наиболее часто используемым устройствам такого рода относятся телетайпы, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, дисплеи, накопители на магнитной ленте и магнитных дисках, порты ввода-вывода дискретных сигналов и др.
Для включения микропроцессора в любую микропроцессорную систему необходимо установить единые принципы и средства его сопряжения с остальными устройствами системы. Для этих целей служит унифицированный интерфейс, представляющий собой совокупность правил, устанавливающих единые принципы взаимодействия устройств микропроцессорной системы.
В состав интерфейса входят:
- аппаратурные средства соединения (разъем и связи),
- номенклатура и характер связей,
Дата добавления: 2015-12-08; просмотров: 1762;