Проектирование подсистем ввода аналоговой информации

11.1. Описпние работы схемы

11.2. Упрощенная схема модуля аналогового ввода

11.3. Алгоритм и подпрограмма ввода

11.4. Гальваническая развязка входных и выходных цепей (модуля и ПК)

11.1. В указанной схеме для несмкольких каналов используется 1 АЦП. Модуль позволяет использовать до 16 или 8 датчиков аналоговой информации. Преобразование аналоговой величины в цифровую происходит за некоторый промежуток времени. В течении этого временианалоговая величина на входе АЦП должна быть постоянна. Эту функцию обеспечивает устройство слежения/запоминания. Эта схема поддерживает сигнал постоянным от момента начала до формирования цифры АЦПпреобразует уровень напряжения на входе в соответствующую величину путем квантования по уровню и сравнения поступившего сигнала с квантовыми.

2¹⁰=1024 уровня квантования

АЦП – 10 Вольтовый

U<=10В

Max величина напряжения между уровнями ≈10мВ

 

Для передачи цифрового сигнала используют ШД с разрядом Д0÷Д9. Процесс квантования искажает входной сигнал. Для точного восстановления первоначального сигнала из дискретного, частота запроса должна быть не < 2x кратного значения самой высокочастотной входного сигнала. Частота квантования определяет время работы АЦП. Необходимо, чтобы частота квантования была не < частоты опроса. Если это требование не удовлетворяется, то при восстановлении аналогового сигнала в частотный могут возникнуть разностные частоты, которые имеют низкую частоту. Для устранения этого следует использовать фильтр низких частот, который должен задерживать составляющие сигналы, частота которых > ½ частоты квантования.

Входной сигнал имеет частотный max

f_max, то t≤1/2 f_max

11.2 Схема модуля, параметры которой приведены в табл. 10.1. Данная схема по структуре аналогична ранее рассмотренным схемам контроллера.

 

В данной схеме используется 3 регистра:

- Регистр ввода содержит преобразованный цифровой сигнал, соответствующий аналоговой величине, поступающей со входа подключенного канала.

- Регистр состояния и управления (триггер готовности)

- Регистр, в который поступает информация номера канала (задается номер канала).

В данной схеме используется передатчик данных связанный с ШД ПК, используется старший разряд шины данных Д15 для передачи знака входящего сигнала. Разряды Д0÷Д9 используются для передачи данных, которые поступают из АЦП в регистр ввода. Д10 передает признак готовности.

У – усилитель

ДША – дешифратор шины адреса и управления

АК – адрес канала

АМ – аналоговый мультиплексор

Е₀ – источник опорного напряжения, с которого формируется уровень квантования

СОП – схема определения полярности, переключает триггер и формирует на выходе 0 или 1

Модуль содержит 3 регистра. Формат регистров следующий. Каждый из этих регистров имеет свой адрес

 

 

АЦП запускается автоматически по синхросигналу (СОС). В цикле «запись» выбирается один из каналов. Дешифратор адреса управления по этому сигналу вырабатывает сигнал ввод 0, который разрешает запись, когда адрес, поступающий с шин Д00-Д03. Этот код поступает на АК и подключает соответствующие каналы. Напряжение с заданного номера канала поступает через усилитель на АЦП. Одновременно этот сигнал запускает в работу АЦП, т.е. формируются уровни канала. После окончания работы АЦП вырабатывается сигнал «конец преобразования». Регистр состояния (готовность) формирует сигнал, «готовность», который поступает по линии Д10 – в ПК. Прием результата с регистра данных осуществляется с сигнала «чтение», для этого ДШАиУ вырабатывает сигнал Ввод2. Ввод4 используется для формирования сигнала готовности, который передается по Д10.

11.3 Процессор в цикле чтения постоянно опрашивает готовность АЦП выдать данные. Реализуется программируемый опрос по условию

 

Подпрограмма в командах Assembler аналогична подпрограммам параллельного ввода и вывода.

11.4 Гальваническая развязка предназначена для исключения взаимовлияния отдельных устройств, которые обладают разным энергопотреблением. Реализуется с помощью преобразователя электрической энергии в магнитную или световую и наоборот. Первый вариант реализуется с помощью трансформатора, второй вариант – с помощью светодиодов и оптоэлектронной пары.