Аппаратно-программные средства ввода/вывода аналоговой информации в системах реального времени

Московский институт

инженеров железнодорожного транспорта

--------------------------------------------------------------

Кафедра: Автоматизированные системы управления

АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ВВОДА-ВЫВОДА

АНАЛОГОВОЙ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ РЕАЛЬНОГО

РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

Методические указания "Аппаратно-программные средства

систем сбора данных и управления"

М О С К В А 1 9 9 2 г.

.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ...........................................

2. ХАРАКТЕРИСТИКА КОНТРОЛЛЕРА ВВОДА-ВЫВОДА АНАЛОГОВОЙ

ИНФОРМАЦИИ.........................................

2.1. Назначение и устройство контроллера...........

2.2. Организация управления работой АЦП и ЦАП......

3. СРЕДСТВА ПРОГРАММИРОВАНИЯ ВВОДА-ВЫВОДА АНАЛОГОВОЙ

ИНФОРМАЦИИ.........................................

4. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ В ПЭВМ..................

4.1. Назначение и функции таймера ПЭВМ.............

4.2. Программные средства для измерения времени....

5. Контрольные вопросы...........................

6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................

.

1.ВВЕДЕНИЕ

При решении задач автоматизации контроля и управления техни-

ческими системами как правило возникает необходимость сбора и об-

работки информации,представленной в виде аналоговых электрических

сигналов.Источником информации при этом служат первичные преобра-

зователи (датчики) ,преобразующие физические параметры системы в

электрический сигнал.При этом часто требуется,чтобы и управляющее

воздействие было представленно в аналоговой форме.

Решение такого рода задач основано на использовании аналого-

цифровых (АЦП) и цифро-аналоговых (ЦАП) преобразователей. Требо-

вания,предъявленные к выбору средств аналогового ввода-выво-

да,обусловлены,с одной стороны,характеристиками объекта контро-

ля(количество и частотный спектр измеряемых параметров),а с дру-

гой стороны - необходимостью обеспечить совместимость (информаци-

онную,электрическую,конструктивную), с управляющей ЭВМ.

В настоящее время применяют два варианта подключения аналого-

вых устройств к ЭВМ.

-непосредственно к системной магистрали ЭВМ;

-с использованием промежуточного контроллера с выходом на

стандартный интерфейс (типа КАМАК,МЭК и т.п.)

В данной работе используются встроенный контроллер ввода-выво-

да аналоговой информации pro411B в составе IBM-совместимой ПЭВМ

"МАЗОВИЯ".

2. ХАРАКТЕРИСТИКА КОНТРОЛЛЕРА ВВОДА-ВЫВОДА АНАЛОГОВОЙ

ИНФОРМАЦИИ pro411B.

2.1.Назначение и устройство контроллера.

Контроллер pro411B реализован в виде платы для компьютеров

класса IBM PC XT/AT и предназначен для ввода-вывода аналоговых

сигналов с использованием АЦП и ЦАП.Плата контроллера размещается

внутри системного блока ПЭВМ, занимая один из свободных разьёмов

расширения, предназначенных специально для установки дополнитель-

ного оборудования ПЭВМ. При этом обеспечиваются основные требова-

ния по конструктивной, электрической и информационной совмести-

мости контроллера с системной магистралью компьютера.Для подключе-

ния приёмников и источников аналоговых электрических сигналов

контроллер имеет специальный стандартизированный разъём, вынесен-

ный на заднюю панель системного блока.

Структурная схема контроллера pro411B приведена на рис.1.

.

-------¬

¦ +-----T-------------------------------------------- ШУпр

¦ЦП/ОП +-----¦---------------T---------------------------- ШАдр

¦ +-----¦---------------¦-----------------T---------- ШДан

L------- ¦ ¦ ¦

---------  ¦ ¦

¦ ¦ ¦

-----¦-----------------------¦-----------------¦--------------¬

¦----+---¬ --------------+-----------------+------------¬ ¦

¦¦ +-----+ ДшА ¦ ¦

¦¦ +-----+ ¦ ¦

¦¦ ¦ L-----T----------T----------T----------T------ ¦

¦¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦¦ ¦ ------¦----------¦----------¦----------¦-----¬ ¦

¦¦ +-----+-----+----¬-----+----¬-----+----¬-----+----¬¦ ¦

¦¦ ¦ ¦¦ P0 ¦¦ P1 ¦¦ P2 ¦¦ P3 ¦¦ ¦

¦¦ +-----+L----------L----------L----------L----------¦ ¦

¦¦ ¦ L--------T-T-------------T---------------T---- ¦

¦¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦¦ +--------T-----¦-¦------T------¦-------¬ ¦ ¦

¦¦ БУ +--------+-T---¦-¦------+-T----¦-------+-¬ ¦ ¦

¦¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦  ¦ ¦ ¦ ¦

¦¦ ¦ ---+-+---+-+--¬---+-+----+---¬---+-+-----+--¬ ¦

¦¦ ¦ ¦ ¦¦ ¦¦ ¦ ¦

¦¦ ¦ ¦ АЦП ¦¦ ЦАП ¦¦ Таймер ¦ ¦

¦¦ ¦ ¦ ¦¦ ¦¦ ¦ ¦

¦¦ ¦ L------T-------L------T-------L-------------- ¦

¦¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦¦ ¦ -------+------¬ ¦ ¦

¦¦ +-----+ Коммутатор ¦ ¦ ¦

¦¦ +-----+ каналов ¦ ¦ pro411B ¦

¦L-------- LT-T-T-------T- ¦ ¦

L---------------¦-¦-¦-------¦--------¦-------------------------

¦ ¦ ¦ ¦ ¦

0 1 2 15 Вых

Рис. 1. Структурная схема контроллера pro411B

.

Блок управления(БУ) предназначен для организации взаимодействия

контроллера с системной магисталью ПЭВМ и обеспечивает согласо-

ванную работу всех его элементов. Системная магистраль подключена

непосредственно к центральному процессору(ЦП) и оперативной памя-

ти (ОП) компьютера и состоит из трёх групп линий параллельной пе-

редачи:управления, адреса и данных. Связь с контроллером pro411B

осуществляется в асинхронном режиме и всегда только по инициативе

ЦП.

Особую роль для организации обмена данными с процессором игра-

ют специальные регистры контроллера, называемые портами ввода-вы-

вода. Каждый порт ввода-вывода имеет уникальный адрес. Процессор

располагает специальными средствами, позволяющими по известному

адресу(ПЭВМ обеспечивает возможность адресовать до 65535 портов),

обращаться к любому порту ввода-вывода для чтения или записи дан-

ных. Контроллер pro411B имеет 4 однобайтных порта P0-P3 с адреса-

ми 300H-303H. Адреса соответствующих портов pro411B могут быть

изменены при помощи специальных переключателей, расположенных на

плате.

Таким образом, чтобы передать или получить информацию от уст-

ройства, прцессор в соответствующих линиях магистрали формирует

управляющий сигнал(чтение или запись), устанавливает адрес требу-

емоего порта и(в случае записи) посылает данные. Дешифратор ад-

реса порта(ДшА) контроллера определяет, с каким из портов затре-

бована связь, а блок управления реализует операцию чтения данных

из магистрали в порт или выдаёт данные из порта в магистраль.

С портами ввода-вывода связаны функциональные блоки контролле-

ра: АЦП,ЦАП,таймер и коммутатор каналов. Коммутатор каналов

обеспечивает возможность подключения к АЦП нескольких источников

аналоговых сигналов. Таймер предназначен для настройки АЦП на тре-

буемую частоту опроса, поддерживая режим автоматического запуска

через заданный прмежуток времени( от 18мкс до 65мс).

Блок АЦП контроллера pro411B обеспечивает преобразование нап-

ряжение-код методом последовательной аппроксимации и характеризу-

ется следующими параметрами:

- разрядность кода:12 бит;

- диапазон входного напряжения: -10..+10 В;

- время преобразования: 15 мкс;

- число коммутируемых каналов: 16.

Блок АЦП реализует режим работы с автоматическим переключением

каналов, а также предоставляет возможность призводить как внеш-

ний (программный), так и внутренний (автоматический) запуск через

заданный интервал времени.

Блок ЦАП контроллера имеет следующие характеристики:

- разрядность кода: 12 бит;

- диапазон выходного напряжения: -10..+10 В;

- время стабилизации выходного напряжения: 500 нс;

- скорость нарастания выходного напряжения: 0.5 В/мкс;

- количество выходов: 1.

.