Shamrov_M_I_Telnov_G_G_Organizatsia_ustroystv_na_baze_protsessorov_maloy_razryadnosti

– 100 –

Таблица 11

Назначение адресов ПЗУ

Таймер подключен к системной шине стандартным способом. Обмен данными между таймером и микропроцессором осуществляется через шину данных УМК. Выбор типа операции осуществляется стандартными сигналами УМК: для чтения –

IORC , для записи – IOWC . Адресация внутренних регистров таймера осуществляется сигналами А1, А0 и сигналом выборки таймера. Входы А1, А0 подключены к соответствующим разрядам шины адреса. Адреса внутренних регистров (портов) таймера задаются блоком переключателей SA3, подключенным к выходам неполного дешифратора DC2 старших 6 разрядов адреса порта УМК. При включении одного из переключателей соответствующий выход дешифратора подключается к входу выборки таймера. Номера переключателей в блоке SA3 и назначаемые ими диапазоны адресов внутренних регистров (портов) таймера приведены в табл. 12.

– 102 –

УСАПП может быть использован для организации последовательного канала связи. Адреса внутренних регистров (портов) УСАПП задаются блоком переключателей SA2, в соответствии с табл. 12. Адресация портов УСАПП осуществляется независимо от состояния линии А1 шины адреса УМК. Таким образом, в указанных в табл. 12 диапазонах из четырех адресов, любой из двух четных определяет один и тот же порт (для данных), и любой из двух нечетных определяет один и тот же порт (для управляющего слова). В приведенных далее лабораторных работах УСАПП не используется.

Адреса портам таймера и УСАПП задаются от одного дешифратора DC2, следовательно, переключатели с одним и тем же номером в блоках SA2 и SA3 нельзя включать одновременно.

Таблица 12 Назначение адресов портам таймера и УСАПП

–103 –

Вблоках переключателей SA1, SA2 и SA3 переключатель с номером 1 окрашен в темный цвет. Блок переключателей SA1, определяющий адреса ПЗУ, расположен на плате в позиции К2 (при рабочем положении платы находится выше, чем SA2 и SA3), в нем должен быть включен переключатель темного цвета (номер 1). Блок переключателей SA2, определяющий адреса портов УСАПП, расположен на плате в позиции I1, в нем все переключатели должны быть выключены. Блок переключателей SA3, определяющий адреса портов таймера, расположен на плате в позиции К1 (при рабочем положении платы находится под SA1), в нем должен быть включен переключатель темного цвета (номер 1). Таким образом, портам таймера назначаются адреса 80Н – 83H в адресном пространстве портов ввода-вывода. Изменять положение переключателей запрещено.

На входы GATE всех каналов таймера подан постоянный разрешающий единичный уровень, что не позволяет выполнять переключение этого сигнала. Входы сигналов задающей частоты CLK всех каналов соединены с выходом Ф2ТТЛ(F2) генератора К580ГФ24 УМК. Выход нулевого канала (OUT0) используется для задания сигналов синхронизации передачи ТхС и приема RхС в УСАПП. Выходы двух других каналов таймера (OUT1 и OUT2) соединены через инвертирующие буферы-усилители с динамиками

иконтактными площадками OUT1 и OUT2 (см. рис. 32).

ВПЗУ платы ППИ записана программа, осуществляющая настройку каналов 1 и 2 таймера на режим 0. В канал 1 загружается константа 4500, в канал 2 – константа 6750. Оба канала вычитают в двоично-десятичном коде. После того, как канал 1 вычитает сначала от 4500 до нуля (4500 периодов CLK), а затем от нуля до 5500 (еще 4500 периодов CLK), исполнение программы повторяется.

– 104 –

Начальный адрес программы – 8000Н. Программа может быть использована для проверки работоспособности платы. Текст программы, записанной в ПЗУ платы ПС, приведен на рис. 33, временная диаграмма, циклически выдаваемая программой, – на рис. 34 (временные параметры могут незначительно отличаться).

Таймер не имеет входа начальной установки, а прерывание некоторых последовательностей операций в нем запрещено. При работе пользователя с УМК возможна такая ситуация, при которой программа пользователя будет прервана при выполнении последовательности операций, не допускающей прерывание. После

ASEG

;ПРОГРАММА ТЕСТИРОВАНИЯ ТАЙМЕРА

Рис. 33. Текст резидентной программы платы ППИ

– 105 –

Рис. 34. Тестовая временная диаграмма платы ППИ

этого таймер может оказаться в состоянии, в котором не воспринимает внешние воздействия. Для исключения такой ситуации необходимо запретить прерывания внутри последова-

тельности команд, выполняющих одну операцию с таймером

(настройку канала на режим и первую загрузку констант в счетчик; защелкивание и считывание данных из канала). Кроме того, выход из программы нельзя выполнять нажатием клавиши СБ – допустим только выход нажатием ПР.

Для запрета и разрешения прерываний в программе пользователя необходимо использовать команды DI и EI. При этом нужно помнить, что прерывания в программе пользователя, получившей управление от программы-монитора, разрешены до первой команды DI (программа-монитор разрешает прерывания перед передачей управления программе пользователя).

Единственным средством вывода таймера из режима, в котором он не воспринимает внешние воздействия, является выключение питания. Содержимое ОЗУ в этом случае теряется. После выполнения тестовой программы, записанной в ПЗУ платы ППИ, также может потребоваться выключение питания, поскольку

– 106 –

программа не содержит команд запрета прерывания и может быть прервана в недопустимом месте. В связи с этим, тестовую

программу целесообразно запустить перед началом работы до ввода программы пользователя в ОЗУ для проверки работоспособности платы, а затем выключить питание и дождавшись гашения светодиодов цепей питания, снова его включить.

7.4.Изучение работы таймера

сиспользованием платы ППИ

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

1.Используя настоящее учебное пособие, изучить способы настройки и функционирование таймера в различных режимах.

2.Используя настоящее учебное пособие, изучить особенности включения таймера на плате ППИ.

3.В соответствии с вариантом задания (см. табл. 13) написать и закодировать программу для УМК, которая формирует на выходах OUT1 и OUT2 БИС таймера сигналы, временная диаграмма которых приведена на рис. 35. Период следования сигналов Т, сдвиг Т1 сигнала на выходе OUT2 относительно сигнала на выходе OUT1 указаны в варианте задания. Длительности нулевого и единичного уровней на выходе OUT1 равны. Длительность нулевого уровня на выходе OUT2 равна одному периоду CLK. Период сигналов CLK считать равным 600 нс. Программа должна циклически выдавать приведенную на рис. 35 временную диаграмму с помощью режимов таймера 0 и 4 путем перезагрузки начальных значений в первый и второй каналы. Формирование единичной половины периода сигнала OUT1 должно обеспечиваться с помощью периодического считывания и анализа

– 107 –

OUT1

T1

OUT2

Рис. 35. Временная диаграмма таймера

состояния счетчика в одном из каналов. Это возможно за счет того, что в режимах 0 и 4 счетчики продолжают вычитать и после достижения нулевого значения (по модулю 216 или 10000). Использовать программные задержки не разрешается.

4. В соответствии с тем же вариантом задания (см. табл. 13) написать и закодировать второй вариант программы, формирующей временную диаграмму, приведенную на рис. 35. Для ее формирования должны быть использованы режимы таймера 3 и 2. Формирование сдвига сигнала OUT2 относительно сигнала OUT1 должно обеспечиваться с помощью периодического считывания и анализа состояния счетчика уже запущенного канала. Использовать программные задержки не разрешается. Обратите внимание, что за один период сигнала на выходе OUT, счетчик, настроенный на режим 3, успевает просчитать от загруженного значения до нуля дважды. Программа должна заканчиваться командой RST 7.

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ 1. Запустить программу тестирования каналов таймера,

находящуюся в ПЗУ, начиная с адреса 8000H. Снять осциллограммы сигналов, приведенные на рис. 34. Выключить питание УМК, а затем снова его включить.

–108 –

2.Ввести в УМК и отладить программу формирования сигналов в режимах 0 и 4. Измерить получившийся период Т сигнала OUT1.

3.По измеренному периоду скорректировать две подготовленные программы таким образом, чтобы параметры сигналов соответствовали варианту задания.

4.Снять осциллограммы сигналов на контактных площадках

OUT1 и OUT2.

5.Ввести в УМК и отладить программу формирования сигналов в режимах 3 и 2. Снять осциллограммы сигналов на контактных площадках OUT1 и OUT2.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

−временные диаграммы сигналов, которые необходимо получить по варианту задания (тестовую в отчет не включать);

−тексты и коды программ.

–109 –

8.ОРГАНИЗАЦИЯ ВВОДА-ВЫВОДА АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

8.1.Цифро-аналоговый преобразователь К572ПА1А

Цифро-аналоговый преобразователь К572ПА1А [12, 17, 18] предназначен для преобразования 10-разрядного двоичного кода в ток, величина которого пропорциональна значению кода и опорного напряжения.

Функциональная схема ЦАП К572ПА1А представлена на рис. 36. В состав ЦАП входят:

− прецизионная резисторная матрица типа R–2R (R = 10

КОм);

−двухпозиционные токовые ключи, выполненные на парах КМОП транзисторов VT1–VT10;

−усилители-инверторы УИ1–УИ10 для управления токовыми ключами.

В каждой паре транзисторов VTi–VTi' (1≤i≤10), составляющих токовый ключ, в любой момент времени один из транзисторов закрыт, а парный ему – открыт. Это достигается за счет того, что каждый усилитель-инвертор, управляющий токовым ключом, имеет парафазные выходы. Таким образом, ток из резисторной матрицы через каждый из токовых ключей стекает либо на выход Vа, либо на выход Vа'.

Рассмотрим резисторную матрицу R–2R (см. рис. 36). Эквивалентное сопротивление правой ветви резисторной матрицы в любой из точек 1–10 равно 2R. Сопротивление нижней ветви резисторной матрицы в любой из точек 1–10 также равно 2R. При равенстве потенциалов на выходах Vа и Vа' это приводит к делению тока, поступающего в любую из точек 1–10, пополам: одна идет

15

– 111 –

через токовый ключ (на рис. 36 – вниз), другая – к следующей точке (на рис. 36 – вправо). Таким образом, через любой токовый ключ течет в два раза меньший ток, чем через соседний слева.

Каждый из усилителей-инверторов УИi в зависимости от значения i-го разряда цифрового кода, подаваемого на вход Di ЦАП, открывает транзистор VTi (при Di=1) или VTi' (при Di=0). Таким образом, токовый ключ направляет протекающий через него ток либо на выход Vа, либо на выход Vа'. Отсюда следует, что при нулевых потенциалах на выходах Vа и Vа', токи I1 на выходе Vа и I2 на выходе Vа' ЦАП определяются следующим образом:

где i – номер разряда (разряд 1 – младший, разряд 10 – старший), Di – значение (равное 0 или 1) i-го разряда цифрового кода, Vоп – значение опорного напряжения, R – эквивалентное сопротивление резисторной матрицы (равное по величине сопротивлению одного резистора R = 10 КОм).

Таким образом, ЦАП имеет два токовых выхода. При нулевых потенциалах на этих выходах сумма токов на них постоянна (не зависит от входного цифрового кода) и равна

I0 = I1 + I2 = VRоп .

Для преобразования выходных токов в напряжение к выходам Vа и Vа' ЦАП обычно подключают операционный усилитель.

– 112 –

При типовом подключении операционного усилителя к ЦАП, как показано на рис. 37, в качестве сопротивления обратной связи используется внутренний резистор Rос сопротивлением R, а в качестве входного сопротивления выступает эквивалентное сопротивление резисторной матрицы R–2R между точкой приложения опорного напряжения Vоп и выходом Vа. Опорное напряжение и сопротивление обратной связи являются в этом случае постоянными величинами, а входное сопротивление изменяется в зависимости от кода, поданного на цифровые входы

D10–D1.

Систему из ЦАП и операционного усилителя (см. рис. 37) можно рассматривать как усилитель напряжения на основе операционного усилителя, имеющий фиксированные входное напряжение и сопротивление обратной связи, но переменное входное сопротивление. Как известно, такой преобразователь изменяет знак входного напряжения на противоположный. Формула для выходного напряжения такого усилителя выглядит следующим образом:

где i – номер разряда (разряд 1 – младший, разряд 10 – старший), Di – значение (равное 0 или 1) i-го разряда цифрового кода, Rос – величина сопротивления в цепи обратной связи операционного усилителя (Rос = R).

Таким образом, в типовой схеме выходное напряжение по амплитуде прямо пропорционально значению двоичного кода на цифровых входах ЦАП, но имеет знак, противоположный Vоп. Выходное напряжение примет значение 0 при подаче на все цифровые входы нулевых значений, и значение Umax при подаче на

– 113 –

все цифровые входы единичных значений. Значение Umax определяется следующим образом:

Umax = −VопRRос(1−2−10 )= −Vоп(1−2−10 ).

На плате АЦА, которая используется в качестве лабораторной установки, применено другое (более сложное) подключение операционного усилителя к ЦАП. Схема этого подключения приведена на рис. 38. Такая схема обеспечивает выходное напряжение, совпадающее по знаку с опорным напряжением, а кроме того, позволяет регулировать амплитуду выходного напряжения с помощью подстройки резистора Rос и напряжение смещения нуля с помощью резистора R4.

Другие способы подключения операционных усилителей к ЦАП, в том числе для биполярного преобразования, приведены в

[17, 18].

Основные параметры ЦАП К572ПА1А при t = 25 ± 10 °C приведены в табл. 14.

–115 –

8.2.Аналого-цифровой преобразователь К1113ПВ1А

Аналого-цифровой преобразователь К1113ПВ1А [12, 17, 18] предназначен для преобразования униполярного или биполярного входного напряжения в 10-разрядный двоичный код.

Функциональная схема АЦП К1113ПВ1А представлена на рис. 39. В состав АЦП входят:

−регистр последовательных приближений РПП;

−цифро-аналоговый преобразователь ЦАП;

−схема сдвига нуля входного сигнала СН;

−источник опорного напряжения ИОН для ЦАП;

−компаратор напряжений КН;

−генератор тактовых импульсов ГТИ с частотой 300–400 КГц для управления регистром последовательных приближений;

−формирователь сигнала готовности ФСГ;

−выходной буфер с тремя состояниями.

Входной аналоговый сигнал подается на вход Vа. Преобразование начинается после подачи на вход R единичного уровня длительностью не менее 2 мкс (сброс регистра последовательных приближений в исходное нулевое состояние) и затем сброса сигнала R в нуль (запуск аналого-цифрового преобразования).

Далее процесс аналого-цифрового преобразования заключается в следующем. Двоичный код с выхода регистра последовательных приближений подается на ЦАП, выходной сигнал которого сравнивается на компараторе напряжений с входным аналоговым сигналом. В зависимости от их соотношения делается вывод о том, чему должен быть равен очередной бит в регистре последовательных приближений. После определения всех разрядов (начиная со

старшего), формирователь сигнала готовности выдает на выход RA

– 116 –

– 117 –

нуль и одновременно разрешает выдачу из регистра последовательных приближений через буферы с тремя состояниями на цифровые выходы D10–D1 (D10 – старший разряд, D1 – младший).

Временная диаграмма управления работой АЦП представлена на рис. 40.

RA

Рис. 40. Временная диаграмма управления АЦП

Для включения АЦП в режиме с униполярным входным напряжением (от 0 до +10,5 В) на вход СН подается нулевой уровень (цифровая земля), а в режиме с биполярным входным напряжением (от –5,5 до +5,5 В) вход СН остается свободным.

На вход Vоп подается опорное напряжение –15 В ± 5% для внутреннего ЦАП. На вход Vпит подается +5 В ± 5%.

– 118 –

Основные параметры АЦП К1113ПВ1А при t = 25 ± 10 °C приведены в табл. 15.

Таблица 15

Основные параметры АЦП К1113ПВ1А

8.3. Описание платы АЦА

Лабораторные работы выполняются с помощью учебной микроЭВМ УМК и платы АЦА. Плата АЦА предназначена для расширения функциональных возможностей УМК:

−организации ввода аналоговых сигналов с помощью двух АЦП К1113ПВ1А, подключенных к УМК через БИС программируемого параллельного интерфейса К580ВВ55А;

−организации вывода аналоговых сигналов с помощью двух ЦАП К572ПА1А, подключенных к УМК через БИС программируемого параллельного интерфейса К580ВВ55А;

–119 –

−увеличения объема памяти.

Функциональная схема платы АЦА приведена на рис. 41. Увеличение объема памяти достигается за счет подключения БИС ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием К537РФ2. Адреса ПЗУ находятся в интервале 8000Н–87FFН. В ПЗУ записана программа, позволяющая формировать напряжение на выходах ЦАП и считывать значения напряжения с входов АЦП. Запуск программы осуществляется по адресу 8000Н.

После запуска программы с помощью директивы монитора «СТ» на левых четырех индикаторах дисплея УМК появляются значения напряжений, поданные на входы АЦП. При этом два левых индикатора (из четырех) отображают значение напряжения, поданного на вход АЦП1, а два правых – на вход АЦП2. На каждой такой паре индикаторов может отображаться значение напряжения от 0,0 В (на индикаторах выглядит как 0,0) до +9,9 В (на индикаторах выглядит как 9,9). Таким образом, отображение напряжений производится с точностью 0,1 В. Программа осуществляет постоянный опрос АЦП, таким образом, изменение напряжений на их входах приводит к почти мгновенному изменению содержимого индикаторов дисплея УМК.

Для формирования напряжения на выходах ЦАП (формируется одно и то же значение на выходах ЦАП1 и ЦАП2) необходимо после запуска программы нажать три клавиши: цифровую клавишу, указывающую целую часть значения напряжения в вольтах, клавишу пробела и цифровую клавишу, указывающую десятые доли вольта. Например, для формирования на выходах ЦАП напряжения +2,5 В необходимо набрать 2└─┘5. Значение напряжения, сформированное таким образом на выходах ЦАП, отображается на двух крайних правых индикаторах дисплея УМК. В рассмотренном