16. Методы обмена данными между ацп и Микроконтроллером.

Существует 3 метода:

-простой опрос (Если АЦП быстрый, то без таймера)

-метод прерывания: простое и векторное

-прямой доступ к памяти

АЦП с микроконтроллером не может общаться через RS-232, для этого создан интерфейс SPI (связь микроконтроллера с периферийными устройствами).

Также можно упомянуть ТGPIB – универсальная шина для межприборного общения (1 Мбайт/сек)

IEEE488- стандарт для GPIB

HP488 – стандартный интерфейс для передачи на расстояние 1-2 метра (7-8 Мбайт/сек)

I2C- стандартный интерфейс

Схема структуры обмена данными

Информацией получаемой из физической среды могут быть данные о влажности, температуре и т.д.

БС - блок согласования сигналов

Фильтры: Чебышева, RS и др.

В БС входит: встроенный АЦП и невстроенный (встроенный – хуже, чем невстроенный).

Микроконтроллер имеет встроенный АЦП.

Микроконтроллер работает со следующими интерфейсами:

SPI, I2C, Microwire, USB, RS-485, RS-232, Bluеtooth

Схематически изобразим способы управления обменом.

Способ 1: опрос

Рис.35

Таймер запускает АЦП, который сообщает процессору о готовности.

Способ 2: прерывание

Рис.36

Процессор работает (выполняет какую-либо программу), но в определенный момент времени он получает сигнал от АЦП и принимает от него данные.

Если схема содержит 2 и более АЦП (векторная структура), микроконтроллер должен определить какой из них готов к передаче данных, следовательно нужен адрес АЦП.

Таким образом, при наличии векторной структуры каждое устройство имеет адрес и инструкцию.

Рис.37

Инструкция - подпрограмма, обрабатывающая прерывание

- программа для получения данных

- способ получения данных от АЦП

Способ 3: прямой доступ к памяти (DMA)

DMA предполагает наличие специальных контроллеров.

Рис.38

1- контроллеры, производят прямую запись в память минуя микроконтроллеры. DMA применяют для передачи больших объемов данных.

Прерывание

Рис.39

Микроконтроллер содержит 4 порта по 8 бит, входы и выходы которых содержат 3 состояния: «0», «1» и «разрыв». Разрыв появляется если на одно устройство поступает несколько различных сигналов.

Рис.40

На рис.40 красной линией показан сигнал, выступающий в качестве выходного (при условии «0»), черной линией - в качестве входного. 1 означает, что работает выход, 0 будет означать, что работает вход. Таких портов (рис.40) 8 штук.

Для прерывания выделяется сигнал - подается уровень «1» на определенной «ноге» (меняется уровень напряжения от 0 до1).

17. Способы генерации тактовых сигналов.

Генератор тактовой частоты (генератор тактовых импульсов) генерирует электрические импульсы заданной частоты (обычно прямоугольной формы) для синхронизации различных процессов в цифровых устройствах — ЭВМ, электронных часах и таймерах, микропроцессорной и другой цифровой технике. Тактовые импульсы часто используются как эталонная частота — считая их количество, можно, например, измерять временные интервалы.

В микропроцессорной технике один тактовый импульс, как правило, соответствует одной атомарной операции. Обработка одной инструкции может производиться за один или несколько тактов работы микропроцессора, в зависимости от архитектуры и типа инструкции. Частота тактовых импульсов определяет скорость вычислений.

В зависимости от сложности устройства, используют разные типы генераторов.

Классический

В несложных конструкциях, не критичных к стабильности тактового генератора, часто используется последовательное включение нескольких инверторов через RC-цепь. Частота колебаний зависит от номиналов резистора и конденсатора. Основной минус данной конструкции — низкая стабильность. Плюс — предельная простота.

Кварцевый.

Генератор Пирса. В схеме используется минимум компонентов: один цифровой инвертор, один резистор, два конденсатора и кристалл кварца, который действует как высокоизбирательный элемент фильтра.

Кварц + микросхема генерации

Микросхема генерации представляет собой специальную микросхему, которая при подключении к её входам кварцевого резонаторабудет выдавать на остальных выводах частоту, делённую или умноженную на исходную. Данное решение используется в часах, а также на старых материнских платах (где частоты шин были заранее известны, только внутренняя частота центрального процессора умножалась коэффициентом умножения).

Программируемая микросхема генерации

В современных материнских платах необходимо большое количество разных частот, помимо опорной частоты системной шины, которые, по возможности, не должны быть зависимы друг от друга. Хотя базовая частота всё же формируется кварцевым резонатором (частота — 14,3 МГц), она необходима лишь для работы самой микросхемы. Выходные же частоты корректируются самой микросхемой. Например, частота системной шины может быть всегда равна стандартным 33 МГц, AGP — 66 МГц и не зависеть от частотыFSBпроцессора.

Если в электронной схеме необходимо разделить частоту на 2 используют Т-триггерв режимесчётчикаимпульсов. Соответственно, для увеличения делителя увеличивают количество счётчиков (триггеров).

Тактовый генератор

Тактовый генератор — автогенератор, формирующий рабочие тактыпроцессора(«частоту»). В некоторых процессорах (например,Z80) выполняется встроенным.

Кроме тактовки процессора в обязанности тактового генератора входит организация циклов системной шины. Поэтому его работа часто тесно связана с циклами обновления памяти, контроллером ПДП идешифраторомсигналов состояния процессора.

18. Интерфейс RS- 232,RS-485.

RS-232 (англ. Recommended Standard 232) — используемый в телекоммуникациях стандарт последовательной асинхронной передачи двоичных данных между терминалом (англ. Data Terminal Equipment, DTE) и коммуникационным устройством (англ. Data Communications Equipment, DCE).

Это широко распространенный высокоскоростной и помехоустойчивый промышленный последовательный интерфейс передачи данных.

RS-232 — интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстоянии до 15 метров. Информация передается по проводам цифровым сигналом с двумя уровнями напряжения. Логическому "0" соответствует положительное напряжение (от +5 до +15 В для передатчика), а логической "1" отрицательное (от -5 до -15 В для передатчика). Асинхронная передача данных осуществляется с фиксированной скоростью при самосинхронизации фронтом стартового бита.

По структуре это обычный асинхронный последовательный протокол, то есть передающая сторона по очереди выдает в линию 0 и 1, а принимающая отслеживает их и запоминает. Данные передаются пакетами по одному байту (обычно 8 бит).

Вначале передаётся стартовый бит, противоположной полярности состоянию незанятой линии, после чего передаётся непосредственно кадр полезной информации, от 5 до 8 бит. Увидев стартовый бит, приемник выжидает интервал T1 и считывает первый бит, потом через интервалы T2 считывает остальные информационные биты. Последний бит — стоповый бит (состояние незанятой линии), говорящий о том, что передача завершена. В конце байта, перед стоп битом, может передаваться бит чётности (parity bit) для контроля качества передачи. Он позволяет выявить ошибку в нечетное число бит (используется, так как наиболее вероятна ошибка в 1 бит).

RS-485 (англ. Recommended Standard 485), EIA-485 (англ. Electronic Industries Alliance-485) — стандарт физического уровня для асинхронного интерфейса. Регламентирует электрические параметры полудуплексной многоточечной дифференциальной линии связи типа «общая шина».

Стандарт приобрел большую популярность и стал основой для создания целого семейства промышленных сетей широко используемых в промышленной автоматизации.

В стандарте RS-485 для передачи и приёма данных используется одна витая парапроводов, иногда сопровождаемая экранирующей оплеткой или общим проводом. Передача данных осуществляется с помощью дифференциальных сигналов. Разница напряжений между проводниками одной полярности означает логическую единицу, разница другой полярности — ноль.

Стандарт RS-485 оговаривает только электрические и временные характеристики интерфейса.

-До 32 приёмопередатчиков в одном сегменте сети.

-Максимальная длина одного сегмента сети: 1200 метров.

-Только один передатчик активный.

-Максимальное количество узлов в сети — 256 с учётом магистральных усилителей.

Передача данных идёт по двум линиям, A и B.

-Логическая единица: (B - A) > +200мВ

-Логический ноль: (B - A) < -200мВ

Разъем состоит из двух или трех контактов:

-B или '+' (TxD+/RxD+), не инвертированный

-A или '-' (TxD-/RxD-), инвертированный

-Опциональный общий провод. Соединение общих шин устройств не обязательно, но улучшает устойчивость работы интерфейса.