Система переривань оеом 1816ве31

ЗМІСТ

Вступ…………………………………………………………………………….. 4

1 Лабораторна робота №1 Ознайомлення зі стендом EV8031 та системою команд однокристальної ЕОМ сімейства MCS-51………………...……......... 6

2 Лабораторна робота №2 Дослідження способів побудови та режимів роботи схем відображення інформації ……………………………………….. 10

3 Лабораторна робота №3 Організація системи переривань і робота з цифровими потоками.……………………………………………………........... 17

4 Лабораторна робота №4 Цифро-аналогове перетворення сигналів.................................................................................................................. 22

5 Лабораторна робота №5 Аналогово-цифрове перетворення сигналів...................................................................................................................………………….. 27

6 Лабораторна робота №6 Обробка частотних і часових сигналів………..... 32

7 Лабораторна робота №7 Вивчення інтерфейсу I²C............................................................................................................................ 37

Список літератури………………………………………………………………. 42

ВСТУП

Необхідність вивчення курсу “Мікропроцесорні пристрої” витікає з кваліфікаційних характеристик напряму 6.050201 “системна інженерія“, які визначають як мету навчання та підготовку інженерів відповідних кваліфікацій, здатних самостійно і творчо вирішувати задачі проектування, дослідження та експлуатації електромеханічних систем автоматизації, електроприводу, систем автоматичного управління, основою побудови яких є мікропроцесорні пристрої.

Дисципліна “Мікропроцесорні пристрої” продовжує цикл дисциплін, які вивчають питання побудови мікропроцесорних пристроїв, створення програмного забезпечення для складних систем управління технологічним обладнанням, що обслуговує сумісну роботу їх інформаційних засобів. Метою дисципліни є вивчення роботи та структури сучасних мікропроцесорів і мікроконтролерів, принцип їх застосування в системах управління; освоєння методів розробки керуючих програм для вирішення типових задач функціонування мікропроцесорних систем.

Основним завданням, що ставиться перед студентами, є здобуття знань щодо побудови сучасних мікропроцесорів і мікроконтролерів, їх можливостей; основи організації пам’яті, системи вводу/виводу і переривань, використання портів. Вивчення основних типів команд низькорівневої мови програмування, здобуття навиків складання найбільш поширених мовних конструкцій, що забезпечить подальше опанування та створення нових комп'ютерних інформаційних технологій різноманітного призначення, комп'ютерних систем автоматики.

У результаті вивчення предмета студент повинен

знати:

принцип функціонування мікропроцесора та основні поняття мікропроцесорної техніки; типову внутрішню структуру мікропроцесора та мікроконтролера, мікропроцесорної системи на їх основі;

види пам’яті, організацію пам’яті, види і призначення портів, системні шини, машинні такти і цикли, види адресації, основні групи команд мікропроцесорів, приклади використання команд.

уміти:

опанувати побудову конструкцій передачі управління, цикли, організацію системи переривань;

користуватись апаратним і програмним забезпеченням, яке застосовується для розробки і налагоджування керуючих програм;

складати основні програмні конструкції, які забезпечують функціонування мікропроцесорних систем;

використовувати технічні та програмні засоби для вирішення типових задач, складатиалгоритми роботи програм і реалізовувати їх на мові низького рівня, а також виконувати налагоджування складених програм з метою визначення помилок і глибокого розуміння особливостей роботи мікропроцесорних засобів.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

 

ТЕМА. Ознайомлення зі стендом EV8031 та системою команд однокристальної ЕОМ сімейства MCS-51

МЕТА. Вивчення функціональних можливостей учбово-відлагувального стенду, внутрішньої структури, взаємодії внутрішніх вузлів і системи команд ОЕОМ КР1816ВЕ31

 

ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Опитування давачів

Для введення інформації широко використовуються кнопочні перемикачі й контактні клавіатури. Сигнал таких перемикачів формується шляхом замикання (розмикання) електричного ланцюга. Сигнал, сформований контактною парою, супроводжується дребезком, тривалість якого становить приблизно 8-12 мс (рис. 1.1).

Рисунок 1.1 – Сигнали контактної пари

 

Для усунення дребезку в одержуваному сигналі на виході контактної пари встановлюють спеціальні формувачі. Приклад такого формувача, заснованого на принципі безпосередньої установки RS-тригеру, наведений на рис. 1.2.

Рисунок 1.2 – Схема усунення дребезку за допомогою RS-тригеру

 

Для зменшення апаратних витрат застосовують програмне уникнення дребезку, яке полягає в повторному опитуванні контактної пари із затримкою в 12 мс, при співпаданні результатів опитування – кнопка була натиснута, інакше в результаті першого опитування був зафіксований дребезк.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1 Вивчити структурну схему стенда, розподіл пам'яті, призначення вузлів. Вивчити структуру ОЕОМ КР1816ВЕ31. Вивчити синтаксис команд пересилання, арифметичних команд, команд переходів.

2 Розробити алгоритм для виконання індивідуального завдання (табл. 1.3).

3 Розробити програму для виконання індивідуального завдання.

4 Набрати програму індивідуального завдання на персональному комп'ютері.

5 За допомогою ПВЗ проаналізувати виконання програми.

6 Завантажити програму в стенд ОЕОМ. Переконатися в правильному виконанні індивідуального завдання, при негативному результаті здійснити зміну алгоритму або програми. Повторити завантаження програми в стенд ОЕОМ.

Таблиця 1.3 – Варіанти індивідуальних завдань

№	Текст індивідуального завдання
	Занести до peгістру R4 двоїчно-десяткове число 0Х, до регістру R6 X0, суму чисел відобразити на статичній індикації HGl, HGO.
	Занести до акумулятору двоїчно-десяткове число XX, до регістру R5 Х0, число з акумулятору відобразити на статичній індикації HG1, HGO, число з R5 відобразити на статичній індикації HG2.
	Занести до акумулятору двоїчно-десяткове число Х0, до peгістру В 0Х, суму чисел відобразити на статичній індикації HG3, HGO.

Продовження таблиці 1.3

	Занести до peгістру R2 двоїчно-десяткове число 0Х, до peгістру R5 X0, суму чисел відобразити на статичній індикації HG3, HG4.
	Занести до peгістру R3 двоїчно-десяткове число XX, відобразити його на статичній індикації HG3, HGO.

ПРИКЛАД ВИКОНАННЯ

Написати програму, що відображає на індикаторі суму вмісту регістрів R1 і R4.

ORG 0

mov Rl,#04h; записати в R1 число 04

mov R4,#30h; встановити в R4 число 30

mov DPTR,#0B000h; встановити в DPTR адресу індикаторів DD17, DD18

mov A,R1; записати в А значення R1

add A,R4; скласти значення в А и R4 результат суми в А

movx @DPTR,A; засвітити на індикаторах DD17, DD18 число збережене в А

mov A,#00h; записати в А 0

Con: jmp Con;перехід на зациклення програми

END

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1 Що таке час виконання команд (поняття такту, машинного циклу)?

2 Назвіть відомі типи команд. Опишіть формат команд. Дайте характеристику командам прямої і непрямої адресації.

3 Дайте характеристику командам зрушення, арифметичним і логічним командам. 4 Дайте характеристику регістру ознак, командам зухвалу зміну регістра ознак.

5 Охарактеризуйте команди роботи зі стеком. Опишіть послідовність дій (команд) при роботі зі стеком.

6. Призначення внутрішніх вузлів ОЕОМ.

7. Призначення і робота з внутрішньою пам'яттю даних ОЕОМ.

8 Система переривань ОЕОМ. Призначення портів ОЕОМ.

9 Фізичні характеристики вихідних сигналів ОЕОМ.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

 

ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

До складу інтегральної мікросхеми (ІМС) КР580ВВ55 програмованого паралельного інтерфейсу (ППІ) входить:

– пристрій керування вводом-виводом;

– двонаправленнй буфер даних;

– порти А і В, восьми розрядні регістри з шинними формувачами;

– порт С, два чотирьох розрядних регістри з шинами формувачами;

– регістр керуючого слова.

Порт А й старша половина порту С можуть об'єднуватися в групу А. Порт B и молодша половина порту C можуть об'єднуватися в групу В. Для забезпечення працездатності ІМС необхідно записати керуюче слово ініціалізації, що визначає режим роботи й напрямок передачі даних. Формат керуючого слова ініціалізації наведений у табл. 2.1.

Таблиця 2.1 – Формат керуючого слова ініціалізації

Біт	Числові значення й призначення
D7	«1» - визначає режим роботи каналів D7; «0» - визначає роботу ППІ в режимі скидання/установки окремих розрядів порту С
D6		Режим 0		Режим 1		Режим 2	Група А
D5
D4		Вивід PA (7-0)		Ввід PA (7-0)
D3		Вивід PC (7-4)		Ввід PC (7-4)
D2		Режим 0		Режим 1	Група B
D1		Вивід PB (7-0)		Ввід PB (7-0)

Продовження таблиці 2.1

D0

Вивід PC (3-0)

Ввід PC (3-0)

Порядок виконання роботи

1 Вивчити принцип роботи різних методів відображення.

2 Розробити алгоритм для виконання індивідуального завдання (табл. 2.2).

3 Розробити програму для виконання індивідуального завдання з використання підпрограм.

4 Набрати програму індивідуального завдання на персональному комп'ютері.

5 Ознайомитись з програмно відлагоджувальними засобами (ПВЗ) для КР1816ВЕ31.

6 За допомогою ПВЗ проаналізувати виконання програми.

7 Завантажити програму в стенд ОЕОМ. Переконатися в правильному виконанні індивідуального завдання, при негативному результаті здійснити зміну алгоритму або програми. Повторити завантаження програми в стенд ОЕОМ.

Таблиця 2.2 – Варіанти індивідуальних завдань

№	Текст індивідуального завдання
	Занести в peгістр Rl XXh, віднімаючи від числа одиницю відображати на динамічній індикації HG2, HG3 отримане значення до нуля із частотою 1 с. З частотою 0.5 Гц перемикати світлодіоди HL3, HL4
	Занести в В двоїно-десятине число Х0, в peгістр Rl XXh, число з В. Відображати на статичній індикації HL0 з частотою 1 Гц, число з R1 відображати на динамічній індикації HG2, HG3. З частотою 0.25 Гц включати світлодіод HL1
	Занести в peгістр В двоїно-десятине число 0Х, в регістр R5 X0, два розряди суми (десятки й одиниці) по черзі відображати на статичній індикації HG1, HGO і на динамічній індикації HG3, HG2 з частотою 1 Гц.
	Занести в peгістр R6 двоїно-десятине число ХХh, в регістр R5 двоїно-десятине число XXh, в регістр R0 двоїно-десятине число XXh, послідовно відображати ці числа по одному розряді на динамічній індикації HG2, HG3 і статичній індикації HG1, HG2, HG3, HG4. Поперемінно включати світлодіоди HL8-HL7.
	Занести в peгістр R2 двоїно-десятине число 0Х, в регістр Rl 0X, суму чисел відобразити на динамічній індикації HG2, HG3

ПРИКЛАД ВИКОНАННЯ

1 Написати програма, яка з частотою 1 Гц відображає на статичному індикаторі число 04.

Лістинг програми:

CSEG

ORG 0

Continue:

mov A,#04h; записати до акумулятору число 04

mov DPTR,#0A000h; встановити у DPTR адресу індикаторів DD15, DD16

movx @DPTR,A; засвітити на індикаторах DD15, DD16 число 04

mov DPTR,#0B000h; встановити в DPTR адреси індикаторів DD17, DD18

movx @DPTR,A; засвітити на індикаторах DD17, DD18 число 04

mov R1, #0FFh; тимчасова затримка на двох регістрах з декрементом у вкладеному циклі, що визначає час світіння індикаторів

 

C1: mov R2, #0FFh

C3: djnz R2, C3

djnz Rl, Cl

mov A,#0FFh; записати в акумулятор число FFh

mov DPTR,#0A000h; встановити в DPTR адреси індикаторів DD15, DD16

movx @DPTR,A; згасити індикатори DD15, DD16

mov DPTR,#0B000h; встановити в DPTR адреси індикаторів DD17, DD18

movx @DPTR,A; згасити індикатори DD17, DD18

mov Rl,#0FFh; тимчасова затримка на двох регістрах з декрементом у вкладеному циклі, що визначає час світіння індикаторів

C2: mov R2,#0FFh

C4: djnz R2, C4

djnz Rl, C2

jmp Continue

END

ЗМІСТ ЗВІТУ

1 Титульна сторінка.

2 Назва роботи, її мета.

3 Початкові дані.

4 Програмний код розробленого програмного забезпечення

5 Висновки за результатами роботи програми.

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1 Охарактеризуйте особливості програмування паралельного інтерфейсу КР580ВВ55 і його призначення.

2 Для чого необхідні і в яких сферах застосовуються пристрої зі статичним і динамічним методом відображення інформації?

3 Наведіть розрахунок часу регенерації для динамічного методу відображення інформації.

4 Обґрунтуйте необхідність застосування різних методів відображення інформації.

5 Охарактеризуйте схемотехнічні рішення побудови систем відображення інформації.

6 Наведіть схеми включення одиничних індикаторів.

7 Яким чином здійснюється включення рідкокристалічних індикаторів?

8 Яким чином здійснюється включення газорозрядних індикаторів?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

 

Структура переривань

Механізм переривань в ОЕОМ дозволяє автоматично реагувати на зовнішні й на внутрішні події (переповнення таймерів/лічильників; завершення послідовного обміну). Кожне із зовнішніх переривань INT0, ІNT1 може бути активізоване за рівнем або за фронтом сигналів на лініях Р3.2, Р3.3 за допомогою бітів ІТ0 і 1Т1 регістра TCON. При надходженні запиту зовнішнього переривання INTх встановлюється прапор ІЕх регістра TCON. Очищення прапора ІЕх виконується апаратно: під час переривання за фронтом ІЕх скидається при звертанні до відповідної підпрограми обробки переривання; під час переривання за рівнем прапор очищається при знятті запиту зовнішнього переривання, тобто в ІЕх відслідковується стан виводу INTх.

Для того щоб зовнішнє переривання за рівнем було розпізнано, необхідно, щоб низький рівень на виводі INTх утримувався протягом не менш 12 періодів сигналу тактової частоти. Якщо ж переривання активізується за переходом зі стану високого рівня в стан низького рівня, то циклу низького рівня повинен передувати цикл високого рівня на виводі INTx. Якщо зовнішнє переривання активізується за рівнем, запит повинен утримуватися до початку обслуговуючої підпрограми й зніматися перед завершенням цієї підпрограми для запобігання повторного обслуговування.

Переривання від таймерів/лічильників виконуються по прапорах TF0 і TF1 регістра TCON, які встановлюються при переповненні відповідних регістрів таймерів/лічильників (за винятком режиму 3). Очищення прапорів TF0 і TF1 відбувається при переході до підпрограми обслуговування переривання.

Переривання від послідовного порту виконується за прапором закінчення прийому RІ або за прапором закінчення передачі ТІ, які встановлюються регістрі SCON.

На відміну від всіх інших прапорів, RІ і ТІ скидаються тільки програмним шляхом, звичайно в межах підпрограми обробки переривання, де визначається, якому із прапорів RІ або ТІ відповідає переривання.

У випадку одночасного надходження запитів переривання з однаковим рівнем пріоритету, рівним 0 або 1, обробка їх виконується в порядку внутрішнього опитування прапорів:

ІЕ0 -> TF0 -> ТІ1 -> TF1 -> (ТІ + RІ).

Установка прапорів переривання відбувається наприкінці машинного циклу, а їхнє опитування в наступному циклі. Тільки після виконання останнього циклу поточної команди виконується апаратний виклик відповідної підпрограми обслуговування, еквівалентний команді LCALL.

У загальному випадку, звертання до підпрограми обслуговування затримується при виконанні хоча б однієї з наступних умов:-

- виконується обробка переривання з таким же або вищим пріоритетом;

- поточний машинний цикл (цикл опитування прапора) не є останнім циклом виконуваної команди;

- виконувана команда поточної програми RET1 або будь-яка команда звертання до регістрів IE, IP.

В останній умові після закінчення однієї з вищевказаних команд обов'язково виконується ще одна команда поточної програми перед викликом підпрограми обслуговування переривання.

Прапор переривання, встановлений під час дії блокування переривання за одним з трьох зазначених умов і скинутий до їхнього зняття, не викликає обслуговування відповідного запиту переривання.

Підпрограма обслуговування переривання триває до виконання команди RETІ за якою відновлюється стан логіки переривання і стан програмного лічильника PC із двох верхніх комірок стека. При використанні команди RET відновлюється тільки стан програмного лічильника, а стан логіки переривання залишається незмінним. Початкові адреси векторів переривань наведено в табл. 3.1.

Таблиця 3.1 – Початкові адреси векторів переривань

Джерело переривання	Адреса
Зовнішнє переривання 0	000ЗН
Переповнення таймера 0	000ВН

Продовження таблиці 3.1

Зовнішнє переривання 1	0013Н
Переповнення таймера 1	001ВН
Послідовний порт	0023Н

 

У складі учбово-відлагоджувального стенду є: дві окремі кнопки S10-S11, які можуть опитуватися, як програмно, так і за допомогою використання функцій переривань ІNT0, ІNT1 відповідно; матриця кнопок S1-S9 (підписи на кнопках відповідають номеру позиційного позначення на схемі). На лініях РС4-РС6 мікросхеми паралельного прийомопередавача DD10 виставляється скануюча тетрада, яка містить нуль тільки в одному розряді, а з ліній РС0-РС2 зчитується стан кнопок. Якщо в прочитаній тетраді біти (0, 1, 2) дорівнюють одиниці, то жодна кнопка не натиснута. У протилежному випадку була натиснута та кнопка, що включена в перетинання ліній, де був встановлений нуль і з якої зчитався нуль. Наприклад, якщо в поточному циклі опитування нуль виставляється на лінії РС4 і при зчитуванні стану клавіатури був виявлений нуль на лінії РС1, то була натиснута кнопка S2.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1 Вивчити систему переривань ОЕОМ КР1816ВЕ31 і особливості опитування дискретних датчиків із механічними контактами.

2 Розробити алгоритм для виконання індивідуального завдання (табл. 3.2).

3 Розробити програму для виконання індивідуального завдання.

4 Набрати програму індивідуального завдання на персональному комп'ютері.

5 За допомогою ПВЗ проаналізувати виконання програми.

6 Завантажити програму в стенд ОЕОМ. Переконатися в правильному виконанні індивідуального завдання, при негативному результаті здійснити зміну алгоритму або програми. Повторити завантаження програми в стенд ОЕОМ.

Таблиця 3.2 – Варіанти індивідуальних завдань

№	Текст індивідуального завдання
	По натисканні S10 запускати вогонь, що біжить на світлодіодах HL1-HL8

Продовження таблиці 3.2

	Реалізувати опитування клавіатури. Номер клавіші індукувати позиційним кодом на світлодіодах HL1-HL8
	Реалізувати програму вводу двозначного числа із клавіатури, використовуючи динамічну індикацію
	Реалізувати опитування клавіатури. Номер клавіші відображати на Д_інд
	По натисканні S11 запускати тінь, що біжить на світлодіодах HL1-HL8

ПРИКЛАД ВИКОНАННЯ

Написати програму опитування дискретного сигналу при натисканні кнопки S1.

Лістинг програми:

CSEG

ORG 0

jb р3.2,$; опитування натискання кнопки S1, якщо кнопка була натиснута те програма виконується далі

Continue:

mov A,#04h; записати в акумулятор число 04

mov DPTR,#0A000h; встановити в DPTR адресу індикаторів DD15, DD16

movx @DPTR,A; засвітити на індикаторах DD15, DD16 число 04

mov DPTR,#0B000h; встановити DPTR адресу індикаторів DD17, DD18

mov @DPTR, A; засвітити на індикаторах DD17, DD18 число 04

C1: mov R1, #00FHh; тимчасова затримка на двох регістрах з декрементом у вкладеному циклі, що визначає час світіння індикаторів

mov R2, #00Fh

djnz R1, $

djnz R2, C1

mov A, #0FFh; записати в акумулятор число FFh

mov DPTR, #A000h; встановити в DPTR адресу індикаторів DD15, DD16

movx @DPTR, A; згасити індикатори DD15, DD16

mov DPTR, #0B000h;; встановити DPTR адресу індикаторів DD17, DD18

movx @DPTR, A; згасити індикатори DD17, DD18

C2: mov R1, #0FFh; тимчасова затримка на двох регістрах з декрементом у вкладеному циклі, що визначає час світіння індикаторів

mov R2, #0FFh

djnz R1, $

djnz R2, C2

jmp Continue

END

 

ЗМІСТ ЗВІТУ

1 Титульна сторінка.

2 Назва роботи, її мета.

3 Початкові дані.

4 Програмний код розробленого програмного забезпечення

5 Висновки за результатами роботи програми.

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1 Опишіть структуру системи переривань ОЕОМ КР1816ВЕ31.

2 У яких випадках застосовують систему переривань? Наведіть приклади.

3 Дайте характеристику регістрам керування і розподілу пам'яті в ОЕОМ 1816ВЕ31.

4 Охарактеризуйте переривання від таймерів, послідовного прийомопередавача.

5 Дайте характеристику апаратному усуненню дребезку контактів для схем з TTL і КМОП.

6 Дайте характеристику програмному усуненню дребезку контактів.

7 У яких випадках виникає необхідність застосування апаратного або програмного усунення дребезку контактів.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4

 

ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Цифро-аналогові перетворювачі (ЦАП) виробляють напругу або струм, функціонально пов'язані з керуючим кодом. ЦАП застосовуються для формування вихідних аналогових сигналів цифрових вимірювальних і обчислювальних пристроїв. Для перетворення двійкового коду в аналоговий сигнал звичайно формуються струми, пропорційні вагам розрядів коду, а потім підсумовуються ті з струмів, які відповідають ненульовим розрядам вхідного коду.

Застосовуються в основному два методи цифро-аналогового перетворення: підсумовування одиничних еталонних величин і підсумовування еталонних величин, ваги яких розрізняються. У першому при формуванні вихідної аналогової величини використовується тільки одна еталонна величина вагою в один квант. У другому методі застосовуються еталонні величини з вагами, що залежать від номера розряду, і в підсумовуванні беруть участь тільки ті еталонні величини, для яких у відповідному розряді вхідного коду встановлена одиниця.

У випадку використання на вході двійкового позиційного коду значення всіх розрядів надходить одночасно, і робота таких ЦАП описується виразом:

,

де X – аналогова величина; a_i – коефіцієнти відповідних двійкових розрядів, які приймають дискретні значення одиниця або нуль; Р – опорний сигнал; b - число розрядів.

У перетворювачах з опорної напруги формуються еталонні величини, що відповідають значенням розрядів вхідного коду, які підсумуються й утворюють дискретні значення вихідної аналогової величини.

ЦАП класифікують за наступними ознаками:

способом формування вихідної напруги (з підсумовуванням напруг, розподілом напруг, підсумовуванням струмів); родом вихідного сигналу (із струмовим виходом, виходом за напругою); полярністю вихідної напруги (постійна, змінна) і т.і.

Основні структури інтегрального виконання, що використовуються в ЦАП:

- з підсумовуванням струмів;

- зі зваженими резисторами в ланцюгах емітерів;

- зі зваженими резисторами в ланцюгах навантаження;

- зі сходовою матрицею R=2R у ланцюгах емітерів транзисторів джерел струмів;

- з вихідною сходовою матрицею R=2R.

До основних параметрів ЦАП відноситься: число розрядів n керуючого коду, номінальний вихідний струм, час встановлення вихідного сигналу після зміни вхідного керуючого коду, погрішність повної шкали, погрішність лінійності, диференціальна нелінійність.

Погрішності ЦАП можуть бути виражені у відсотках або інших відносних одиницях, а також у частках кванта.

Спрощену схему ЦАП для перетворення вхідного коду в струм (напругу) необхідної величини наведено на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема ЦАП для перетворення вхідного коду в напругу

 

Якщо співвідношення резисторів ЦАП як 8R, 4R, 2R, 1R, то при включенні всіх комутаторів, відповідно до закону Ома напруга в точці OUT буде дорівнювати напрузі VCC. Якщо включити комутатор резистора R8, напруга в крапці OUT буде дорівнює напрузі меншу ніж VCC на величину падіння напруги на резисторі R8. Аналогічно можна визначити значення напруги, при різних комбінаціях вхідного коду.

У складі учбово-відлагоджувального стенду є мікросхема ЦАП КР572ПА1, що включена як десяти розрядний ЦАП з виходом за напругою (напруга повної шкали вказується на платі розширення). Для спостереження вихідного сигналу з мікросхеми ЦАП необхідно підключити осцилограф до BNC рознімання й замкнути перемичку J4. Цифровий код подається через лінії РА0-РА7 і РС0-РС1 мікросхеми паралельного прийомопередавача DD10.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1 Вивчити систему переривань ОЕОМ КР1816ВЕ31 і особливості опитування дискретних датчиків із механічними контактами.

2 Розробити алгоритм для виконання індивідуального завдання (табл. 4.1).

3 Розробити програму для виконання індивідуального завдання.

4 Набрати програму індивідуального завдання на персональному комп'ютері.

5 За допомогою ПВЗ проаналізувати виконання програми.

6 Завантажити програму в стенд ОЕОМ. Переконатися в правильному виконанні індивідуального завдання (формування заданої форми сигналу) використовуючи осцилограф, при негативному результаті здійснити зміну алгоритму або програми. Повторити завантаження програми в стенд ОЕОМ.

Таблиця 4.1 – Варіанти індивідуальних завдань

№	Текст індивідуального завдання
	Сформувати пилкоподібну напругу з частотою повторення 50 Гц. Відображати на статичній індикації число імпульсів, що генеруються
	По натисканні S1 сформувати трикутні імпульси, передній фронт – 20 мс, задній – 10 мс
	По натисканні S2 сформувати трапецієподібні імпульси, передній фронт – 1 мс, задній – 15 мс.
	Сформувати синусоїду з частотою повторення 120 Гц.
	Сформувати пилкоподібну напругу із частотою повторення 200 Гц і тривалістю переднього фронту 2 мс.

 

ПРИКЛАД ВИКОНАННЯ

 

Написати програму, що формує два прямокутних сигнали з 1/2 амплітуди й 1/4 повної амплітуди виходу ЦАП.

А55 equ 8000h; Адреса порту А

В55 equ 8001h; Адреса порту В

C55 equ 8002h;Адреса порту З

RUS55 equ 8003h; Адреса порту керуючого слова equ 80h

UW equ 80h; Керуюче слово – всі порти налагоджено на вивід

ORG 0000

MOV DPTR,#RUS55

MOV A,#UW

MOVX @DPTR,A; ініціалізація ВВ55

M2: MOV R0,#00h; в RO зберігаються старші частини коду ЦАПа

MOV DPTR, #C55; обнуління старших

MOV A, R0; розрядів ЦАПа

MOV @DPTR, A; D9-D8

MOV DPTR, #A55; обнуління молодших

MOV A, R0; розрядів ЦАПа

MOV @DPTR, A; D7-D0

CALL ZAD; підпрограма затримки на 0.1 с

MOV A, #02h; в А занести ½ максимального значення коду

MOV DPTR, #C55

MOVX @DPTR, A; запис у порт А молодшої частини коду

CALL ZAD; підпрограма затримки на 0.1 с

MOV A, #01h; в А занести ½ максимального значення коду

MOV DPTR, #C55

MOVX @DPTR, A; запис у порт А молодшої частини коду

CALL ZAD; підпрограма затримки на 0.1 с

CALL ZAD; підпрограма затримки на 0,1 с

JMP M2; перехід на новий цикл

END

ЗМІСТ ЗВІТУ

1 Титульна сторінка.

2 Назва роботи, її мета.

3 Початкові дані.

4 Програмний код розробленого програмного забезпечення

5 Висновки за результатами роботи програми.

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1 Охарактеризуйте найбільш відомі методи і типи ЦАП.

2 Назвіть основні статичні параметри ЦАП.

3 Дайте визначення дискретності, квантуванню, дозволяючи здатність ЦАП.

4 Дайте визначення характеристиці перетворення, нелінійності ЦАП.

5 Поясніть поняття: напруга зсуву нуля, допустима напруга на виході ЦАП.

6 Перерахуйте динамічні параметри ЦАП.

7 Назвіть основні фактори, що впливають на помилку ЦАП.

8 Дайте характеристику апаратним реалізаціям ЦАП.

9 Наведіть приклади практичного застосування ЦАП.

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №5

 

ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Аналогово-цифрові перетворювачі (АЦП) застосовуються у вимірювальних системах і вимірювально-обчислювальних комплексах для узгодження аналогових джерел вимірюваних сигналів з цифровими пристроями обробки й надання результатів виміру.

Існують різні методи побудови АЦП. Вони відрізняються за складністю реалізації, завадостійкості, швидкодії. У системах де основним критерієм є швидкодія застосовують АЦП паралельного перетворення. Але АЦП цього типу досить складні в реалізації. Для n-розрядного АЦП необхідно 2ⁿ-1 компараторів і паралельний дільник напруги, що виробляє 2ⁿ-1 рівнів квантування.

Для реалізації систем з високою завадостійкістю застосовують інтегруючі АЦП. Такий АЦП складається із двох перетворювачів. Вимірювана напруга перетворюється в тривалість імпульсу, а потім тривалість імпульсу перетворюється в цифровий код.

Одним з найпоширеніших є АЦП, побудований на ЦАП. Схема цього АЦП наведена на рис. 5.1.

Рисунок 1 – Схема АЦП, побудованого на ЦАП

 

Код формується лічильником, при організації твердої логіки, або програмно, якщо АЦП працює в складі обчислювального комплексу. Вхідний код перетворює в аналоговий сигнал за допомогою ЦАП. Напруга з виходу ЦАП надходить на один з входів компаратора. На інший вхід подається вимірювана напруга U_x. У момент, коли напруга ЦАП буде дорівнювати вимірюваній величині, компаратор формує сигнал “Stop”, який свідчить про закінчення циклу виміру.

При формуванні коду використовуються різні алгоритми. Найпростішим алгоритмом є порозрядне зрівноважування. При такому підході код міняється от мінімального шляхом приросту одиниці молодшого розряду до тих пор, поки напруга ЦАП не зрівняється з вимірюваною. Недоліком порозрядного зрівноважування є маленька швидкодія.

Для скорочення часу перетворення застосовується метод половинних наближень. Зрівноважування починається з старшого розряду. У цьому розряді встановлюється одиниця, потім читається стан компаратора. Якщо напруга ЦАП більше вимірюваної, то розряд скидається, а якщо менше, то розряд зберігає свій стан. Далі в такий же спосіб оброблюється наступний розряд. Перетворення закінчується тоді, коли будуть оброблені всі розряди.

В системах спостереження, де необхідно безупинно зчитувати стан давача, це забезпечується малим часом перетворення за рахунок застосування слідкуючого АЦП. Суть даного алгоритму полягає в тому, що спочатку код формується методом половинних наближень, а після порівняння з вимірюваною напругою АЦП відслідковує зміну напруги. Якщо напруга зростає, то код порозрядно збільшується доти, доки напруга ЦАП не зрівняється з вимірюваним, і навпаки.

На стенді АЦП побудований на мікросхемах DA2 (десяти розрядний ЦАП) і DA1 компаратор з ТТЛ виходом. Молодша частина коду зберігається в порту А мікросхеми паралельного інтерфейсу 580ВВ55, старша частина коду зберігається в розрядах 0-1 порту С. Стан компаратора можна прочитати на вводі порту Р1.7 однокристальної ЕОМ, про закінчення циклу перетворення свідчить світіння світлодіоду HL9. Вимірювана напруга знімається з дільника побудованого на резисторах R27, R28. Обертаючи ручку потенціометра R27 можна міняти вимірювану напругу.

 

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1 Вивчити структурну схему модуля АЦП на платі розширення.

2 Розробити алгоритм для виконання індивідуального завдання (табл. 5.1).

3 Розробити програму для виконання індивідуального завдання.

4 Набрати програму індивідуального завдання на персональному комп'ютері.

5 За допомогою ПВЗ проаналізувати виконання програми.

6 Завантажити програму в стенд ОЕОМ. Переконатися в правильному виконанні індивідуального завдання, змінюючи значення напруги на вході АЦП, при негативному результаті здійснити зміну алгоритму або програми.

7 Повторити завантаження програми в стенд ОЕОМ.

№	Алгоритм для реалізації
	Порозрядне зрівноважування.
	Метод половинних наближений
	Слідкуючий з первісним порозрядним зрівноважуванням
	Слідкуючий з первісним половинним наближенням
	За натисканням кнопки S1 запустити АЦП половинних наближень

Таблиця 5.1 – Варіанти індивідуальних завдань

 

ПРИКЛАД ВИКОНАННЯ

Написати програму аналогово-цифрового перетворення, що реалізує алгоритм порозрядного зрівноважування

$nolist

$include(с:\asm51\compile\mod51)

$list

A55 equ 8000h

C55 equ 8002h

Rus55 equ 8003h

UW equ 80h

ORG 0000

MOV DPTR, #Russ55

MOV A, #UW

MOV @DPTR, A; ініціалізація ВВ55

M2: MOV R0, #00h; в R0 зберігається старша частина коду ЦАПа

MOV DPTR, #C55; обнуління старших

MOV A, R0; розрядів ЦАПа

MOV @DPTR, A; D9-D8

M4: A, #00h; в А зберігається молодша частина коду ЦАПа

MOV DPTR, #A55; обнуління молодших

MOV @DPTR, A; розрядів D7-D0

M1: INC A; збільшення на 1 молодшої частині коду

MOV DPTR, #A55; запис у порт А молодшої частини коду

MOVX @DPTR, A; аналіз стану компаратора, якщо 0,

JNB p1.2, M3; то перехід до відображення коду мітка МЗ

CJNE A, #0FFh, M1; якщо молодша частина коду FFh,

INC R0; то перехід, до збільшення старшої частини коду,

MOV DPTR, #C55

MOV A, R0; інакше перехід на прудку M1

MOV @DPTR, A; запис у порт С старшої частини коду

CJNE R0, #03h, M4; якщо старша частина коду 03h то перехід

JMP M2;до прудкого М4 інакше перехід до прудкого М2

M3: MOV DPTR, #0B000h; вивід на індикацію

MOVX @DPTR, A; молодшої частини коду

MOV A, R0

MOV DPTR, #0A000h; вивід на індикацію

MOVX @DPTR, A; старшої частини коду

MOV R2, #0FFh; тимчасова затримка реалізована

M5: MOV R3, #0FFh; на двох регістрах з декрементуванням

DJNZ R3, $; у вкладених циклах

DJNZ R2, M5

JMP M2; перехід на новий цикл виміру

END

ЗМІСТ ЗВІТУ

1 Титульна сторінка.

2 Назва роботи, її мета.

3 Початкові дані.

4 Програмний код розробленого програмного забезпечення

5 Висновки за результатами роботи програми.

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1 Охарактеризуйте методи і типи АЦП.

2 Назвіть основні статичні параметри АЦП.

3 Дайте визначення дискретності, квантуванню, дозволяючої здатності АЦП.

4 Поясніть наступні поняття: характеристика перетворення, диференціальна нелінійність АЦП, відхилення коефіцієнта перетворення.

5 Що таке напруга зсуву нуля?

6 Назвіть основні динамічні параметри АЦП.

7 Дайте визначення поняттям: час перетворення, час затримки запуску, час циклу перетворення, максимальна частота перетворення АЦП.

8 Що означає поняття апертурний час?

9 Назвіть фактори, що впливають на помилку АЦП.

10 Дайте характеристику апаратним реалізаціям АЦП.

11 Наведіть приклади практичного застосування АЦП.

12 Охарактеризуйте принципи побудови схем АЦП за допомогою мікросхем ЦАП.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6

ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ