Способы организации интерфейсов АЦП или ЦАП

13.10.07

Задача

Задача: построить прибор для измерения концентрации вещества в растворе.

Элементы: ЖКИ, ЦАП, счетчик, генератор импульсов.

Линейно-изменяющееся напряжение:

Рис.31

Сброс осуществляет счетчик (см рис.31)

Генератор подает импульсы на счетчик, счетчик через определенное время осуществляет сброс (см рис.33). Полученный от счетчика сигнал ЦАП преобразует в аналоговую форму.

Рис.32

Рис.33

В зависимости от степени участия центрального процессора в обмене данными в интерфейсах могут использоваться три способа управления обменом:

 опрос (режим сканирования (так называемый "асинхронный" обмен));

 прерывание (синхронный обмен), бывает простое и векторное;

 прямой доступ к памяти.

Для внутреннего интерфейса ЭВМ режим сканирования предусматривает опрос центральным процессором периферийного устройства (ПФУ): готово ли оно к обмену, и если нет - продолжение опроса периферийного устройства (рис.3.3).

Операция пересылки данных логически слишком проста, чтобы эффективно загружать сложную быстродействующую аппаратуру процессора, в результате чего в режиме сканирования снижается производительность вычислительной машины.

Вместе с тем при пересылке блока данных процессору приходится для каждой единицы передаваемых данных (байт, слово) выполнять довольно много команд, чтобы обеспечить буферизацию данных, преобразование форматов, подсчет количества переданных данных, формирование адресов в памяти и т.п. В результате скорость передачи данных при пересылке блока данных даже через высокопроизводительный процессор может оказаться неприемлемой для систем управления, работающих в реальном масштабе времени.

Рис. 34. Алгоритм сканирования

Режим сканирования упрощает подготовку к обмену, но имеет рад недостатков:

 процессор постоянно задействован и не может выполнять другую работу;

 при большом быстродействии периферийного устройства процессор не успевает организовать обмен данными.

В синхронном режиме центральный процессор выполняет основную роль по организации обмена, но в отличие от режима сканирования не ждет готовности устройства, а осуществляет другую работу. Когда в нем возникает нужда, внешнее устройство с помощью соответствующего прерывания обращает на себя внимание центрального процессора.

Для быстрого ввода-вывода блоков данных и разгрузки процессора от управления операциями ввода-вывода используют прямой доступ к памяти (DMA - Direct Memory Access).

Прямым доступом к памяти называется способ обмена данными, обеспечивающий автономно от процессора установление связи и передачу данных между основной памятью и внешним устройством.

В режиме прямого доступа к памяти используется специализированное устройство - контроллер прямого доступа к памяти, который перед началом обмена программируется с помощью центрального процессора: в него передаются адреса основной памяти и количество передаваемых данных. Затем центральный процессор от контроллера прямого доступа к памяти отключается, разрешив ему работать, и до окончания обмена может выполнять другую работу. Об окончании обмена контроллер прямого доступа к памяти сообщает процессору. В этом случае участие центрального процессора косвенное. Обмен ведет контроллер прямого доступа к памяти.

Прямой доступ к памяти (ПДП):

 освобождает процессор от управления операциями ввода-вывода;

 позволяет осуществлять параллельно во времени выполнение процессором программы с обменом данными между внешним устройством и основной памятью;

 производит обмен данными со скоростью, ограничиваемой только пропускной способностью основной памяти и внешним устройством.

ПДП разгружает процессор от обслуживания операций ввода-вывода, способствует увеличению общей производительности ЭВМ, дает возможность машине более приспособление работать в системах реального времени.

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, производить 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).

Дата добавления: 2014-01-04