Входах и выходах микроЭВМ

Согласование уровней сигналов, подавление помех и защиту от перегрузок на

Связь с внешними устройствами

Представление информации и система команд МП

См. [1], глава 2, с. 16-36.

В системах реального времени микроЭВМ взаимодействует с большим числом

внешних устройств. Сигналы задающих и измерительных устройств являются

входными сигналами микроЭВМ, а выходными сигналами являются исполнительные

сигналы, с помощью которых осуществляется управление объектом, и сигналы

индикации.

Подсоединение к портам ввода-вывода микроЭВМ различных по своей природе

внешних устройств обычно требует специальных согласующих элементов, которые

должны обеспечить решение целого ряда задач. Рассмотрим их краткую

характеристику.

Уровни сигналов микропроцессорных средств находятся в пределах нескольких

вольт (обычно 0-5 В), а нагрузочная способность их выводов невелика. Кроме того,

входы и выходы интегральных схем (ИС) чувствительны к перегрузкам

(перенапряжениям от помех), которые могут привести к необратимой потери

функциональных свойств.

Отсюда вытекают недостатки микропроцессорных средств по сравнению с

классической управляющей техникой на основе реле:

¨ высокая чувствительность к напряжениям помех, индуцируемых

электромагнитными полями (например, при коммутациях на сильноточных

установках);

¨ частые ошибки при сигналах низкого уровня;

¨ необходимость защиты электронных схем от перенапряжений (обычно

осуществляется так называемыми оптическими связями);

¨ необходимость усилителей мощности выходных сигналов для воздействия на

исполнительные и индикаторные устройства.

При создании жёсткой системы управления на основе релейных элементов,

каждая коммутационная функция требует дополнительной печатной платы, что

обуславливает ограничения на информационную часть устройства, на число вводимых

и выводимых величин.

При проектировании систем управления на основе микропроцессорных средств

эти ограничения в значительной мере снимаются, но в качестве новых узких мест

появляются проблемы согласования электронных схем с измерительными и

исполнительными устройствами. Зачастую объём и стоимость устройств согласования,

хотя они и выполняют вспомогательные функции, многократно превосходят те же

показатели самих микроЭВМ.

Преобразование сигналов. Следующей задачей является преобразование сигналов

для обеспечения ввода и вывода информации в микроЭВМ. Напомним, что микроЭВМ

представляет собой цифровое устройство, которое оперирует информацией,

представленной двоичными словами определённой длинны. В соответствии с этим

информация в микроЭВМ также должна вводится в виде двоичных слов. Но в таком

виде поступают очень немногие внешние сигналы. Можно провести следующую

принципиальную классификацию сигналов: двоичные, дискретные и аналоговые.

Двоичные сигналы принимают только два состояния и, следовательно, служат для

передачи состояний «включено» и «выключено» механических выключателей,

оптических и акустических приёмников или измерительных и исполнительных

устройств с двумя состояниями (рис. 1а). Кроме того, они возникают в тактовых,

импульсных и счётных системах. Ввод-вывод двоичных сигналов не требует никаких

преобразований. Следует лишь установить, будет ли через порт ВВ передан один

двоичный сигнал, который и составит при этом полное слово микроЭВМ (из которого

затем нужен только один разряд) или на общем порте ВВ будет произвольно

сосредоточено несколько двоичных сигналов.

Если внешнее устройство принимает только конечное число различных

состояний, то получится цифровая система (например, клавишные устройства,

позиционные измерительные системы с конечным числом уровней и т.д.). Передача

информации о состоянии может быть осуществлена с помощью многоуровневого

сигнала (рис. 1б). Но всё же предпочтительнее использовать кодированную передачу

параллельных двоичных сигналов (рис. 1в), поскольку эта форма прямо соответствует

формату ввода-вывода микроЭВМ. Дискретные сигналы с большим числом уровней

могут потребовать для своего представления параллельных двоичных сигналов,

разрядность которых превосходит длину слова микроЭВМ. Такие сигналы делятся

между несколькими портами ВВ и, следовательно, не могут быть введены в обращение

только одной операцией ВВ.

Аналоговые сигналы принципиально не могут быть переданы при представлении

информации в формате ввода-вывода микроЭВМ. Аналоговый сигнал (рис. 1г) может

принимать бесконечное число значений и, следовательно, должен бы быть закодирован

двоичным словом бесконечной длины. Решение может состоять только в

преобразовании информации, при котором аналоговый сигнал приближается по форме

к дискретному. Эта задача решается аналого-цифровыми преобразователями (АЦП),

которые также очень широко распространены как интегральные схемы.

Дата добавления: 2015-05-09