13. Подсистема аналогового и цифрового ввода-вывода информации.
Обмен информацией между отдельными устройствами осуществляется посредством интерфейсов. Интерфейсы системы связи рассчитаны на выполнение по командам обмена данными между устройствами в цифровой форме и содержат для этого необходимый состав цепей. Под интерфейсом понимают совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации алгоритма взаимодействия различных функциональных блоков в автоматизированных системах обработки информации и управления, при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости указанных блоков.
Параллельный интерфейс — для каждого бита передаваемой группы имеется своя сигнальная линия (обычно с двоичным представлением), и все биты группы передаются одновременно за один квант времени, то есть продвигаются по интерфейсным линиям параллельно.
Последовательный интерфейс — используется лишь одна сигнальная линия, и биты группы передаются друг за другом по очереди; на каждый из них отводится свой квант времени (битовый интервал). Примеры: последовательный коммуникационный порт (СОМ-порт), последовательные шины USB и FireWire, интерфейсы локальных и глобальных сетей.
Реализация обмена в УВК осуществляется каналом ввода-вывода, который всегда можно рассматривать как обособленное логическое устройство управления обменом. В УВК, как правило, реализуется так называемый встроенный канал, в котором функции канала распределены между процессором, контроллерами периферийных устройств и специализированными схемами. В современных МП обмен выполняется специализированным устройством, которое называют контроллером или каналом прямого доступа к памяти. Два других вида обмена реализуются процессором, контроллерами периферийных устройств и специализированными устройствами, сложность которых зависит от типа МП
Подсистема аналогового ввода. Аналоговые подсистемы значительно различаются по составу и конфигурации. Однако входящие в них технические средства обычно можно классифицировать по выполненным функциям.
Переходное устройство. Сигналы датчиков передаются на аналоговые входы по одиночным проводам или по парам проводов, которые могут быть экранированы. При однопроводной передаче цепь сигнала оканчивается линией общего заземления, обслуживающей несколько датчиков. Сигнальные провода должны оканчиваться в точке сопряжения с аналоговой подсистемой. Переходными устройствами, предназначенными для этой цели, могут служить клеммные колодки, кабельные разъемные или специальное оборудование для каждого типа сигнала.
Нормализация сигнала, т. е. модификация сигнала, связана с фильтрацией, ослаблением, смещением уровня, линейной или нелинейной компенсацией и преобразованием тока в напряжение.
Коммутация. Коммутатор состоит из электронного или электромеханического переключателя, последовательно подключающего каждый отдельный вход. Переключатели управляются УВМ или специальными логическими схемами при посылке входных сигналов в аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Таким образом, один АЦП может одновременно обслуживать несколько входных сигналов. Коммутация осуществляется до или после усиления.
Усиление. Многие сигналы датчиков являются сигналами низкого уровня, а большинство АЦП работает в диапазоне 5 или 10В. Поэтому усиление сигналов низкого уровня необходимо, если необходимо эффективно использовать разрешающую способность АЦП. Обычно коэффициент усиления по напряжению колеблется от 100 до 1000. Коэффициент усиления может быть зафиксирован конструктивно либо выбран с помощью ручного переключателя или программы УВМ. Значение коэффициента может также регулироваться автоматически по специальной функции.
Подсистема цифрового ввода информации на МК для измерения входного напряжения с использованием внешнего АЦП.
Подсистема цифрового ввода
Сопряжение между сигналами от объекта и логическими сигналами, необходимыми для управления состояниями регистра или счетчика, заключается в изменении уровня сигналов и (или) их преобразования. Входные сигналы, представляющие состояние объекта, чаще имеют вид уровня напряжения, силы тока или положения контакта выключателя. Однако воспринимающие схемы обычно рассчитаны на напряжение. Преобразование силы тока в напряжение можно осуществить с помощью шунтирующего резистора. Аналогично для преобразования сигнала, представленного состоянием контакта, в напряжение последовательно с контактом включают источник напряжения и резистор ограничения силы тока.
Воспринимающая схема представляет собой пороговое устройство, уровень
выходного сигнала которого соответствует единице, если выходное напряжение превышает заданное значение. В противном случае выходной сигнал соответствует нулю.
Основная функция цифрового вывода — функция ключа, который может управлять источником напряжения или тока с целью передачи в нагрузку сигнала в виде уровня напряжения или силы тока. Обычно напряжение, управляемое устройствами цифрового выхода, совместимо со стандартными уровнями сигналов логических схем. Эти выходные сигналы часто используют для управления процессом или технологическим оборудованием, воспринимающим стандартные логические уровни сигналов.
На рис.12.5 показана общая организация подсистемы цифрового вывода. Подсистема непосредственно соединена с процессором или интерфейсом. В последнем случае устройство логического управления обеспечивает также декодирование адреса и кода операции, синхронизацию и другие функции управления, например определение длительности выходных импульсов.
