Микропроцессорная система (стр. 3 из 6)
Микропрограммное устройство управления содержит ПЗУ микрокоманд, в котором хранятся коды всех микрокоманд и ПЗУ управления адресом, в котором хранятся коды, предназначенные для формирования адресов микрокоманд. В процессе работы с помощью ПЗУ управления адресом происходит формирование последовательности адресов, по которым из ПЗУ микрокоманд извлекается последовательность микрокоманд, соответствующая коду поступившей команды. Для построения микропрограммного устройства управления требуется ПЗУ большого объема. Поэтому обычно используются ПЗУ, выпускаемые в виде отдельных БИС, а остальные узлы, входящие в состав устройства управления изготавливаются в виде специализированной БИС.
Достоинством МП с микропрограммным устройством управления является возможность изменения набора выполняемых команд, которая достигается, если сменить или перепрограммировать ПЗУ микрокоманд и ПЗУ управления адресом. Поэтому при использовании МП этого типа и микропрограммных устройств управления можно строить цифровые системы, выполняющие любой набор команд, наиболее удобный для решения тех или иных задач. В МП с управлением на уровне команд набор выполняемых команд является фиксированным, т.е. является более эффективным для решения определенного класса задач.
МП с управлением на уровне команд имеют в списке обычно 45 - 150 команд. МП с управлением на уровне микропрограмм имеют обычно 256 - 512 микрокоманд. Рассмотрим основные принципы организации работы с точки зрения разбиения команд МП на последовательности микрокоманд.
Время, необходимое для считывания команды из памяти и ее выполнения, называется циклом команды. Цикл команды реализуется обычно за 1-5машинных циклов. Машинныйцикл - это промежуток времени, затрачиваемый МП на одно обращение к какому-либо периферийному модулю (ОЗУ, ПЗУ, порту ввода или вывода). В МП используются обычно следующие базовые типы машинных циклов:
· выборка команды (прием кода операции в регистр команд);
· считывание из памяти;
· запись в память;
· ввод из порта ввода;
· вывод в порт вывода;
· прерывание;
· останов;
Каждый машинный цикл выполняется обычно за определенное количество тактов (обычно от 3 до 5), т.е. периодов тактовых сигналов, вырабатываемых внешним генератором. Действия в каждом из тактов индивидуальны для конкретного МП, но тем не менее можно выделить следующие общие для всех МП (в порядке очередности их выполнения):
1. вывод на шину адреса кода адреса вызываемого порта или ячейки памяти;
2. анализ управляющих сигналов, выставление на шину данных пересылаемой информации;
3. осуществление обмена информацией с вызываемым портом или ячейкой памяти;
4. расшифровка команды и выполнение внутренних операций МП.
АЦП частотного преобразования. Преобразователи, реализующие частотно-импульсный метод преобразования
В АЦП, реализующих частотно-импульсный метод, измеряемая величина предварительно преобразуется в пропорциональное ей значение частоты, а затем - в цифровой код. Поскольку измерение частоты fХ, как правило, производится за интервал времени TИ > TХ, преобразователи с частотно-импульсным преобразованием являются интегрирующими. И так, в частотно-импульсных преобразователях
где k — коэффициент (крутизна) преобразования.
Значение fХ преобразуется в цифровой код за время TИ:
. (4.27)Обобщенная структурная схема частотно-импульсного преобразователя
(ПНЧ – преобразователь напряжение − частота), реализующего рассмотренный алгоритм преобразования, приведена на рисунке 4.17. Основными функциональными узлами являются преобразователь напряжение − частота (ПНЧ) и преобразователь частота − цифровой код. Рисунок 4.17 - Структурная схема частотно-импульсного преобразователя В настоящее время известно большое число схем ПНЧ. В зависимости от метода преобразования UХ= → fХ все схемы подразделяются на две группы: с непосредственным преобразованием и с косвенным преобразованием. В ПНЧ первой группы напряжение UХ= непосредственно используется для формирования выходного сигнала частоты fХ, а в ПНЧ второй группы оно влияет на параметр, определяющий частоту выходного сигнала генератора самовозбуждения (гармонического или релаксационного). ПНЧ второй группы имеют относительно невысокие метрологические характеристики. Поэтому основное применение в частотно-импульсных преобразователях нашли ПНЧ на основе интегрирующих звеньев с замкнутым контуром. Упрощенная структурная схема такого преобразователя приведена
АЦП временного преобразования RC
В АЦП, реализующих времяимпульсный метод преобразования, измеряемая величина (в данном случае UХ=) предварительно преобразуется в пропорциональный ей интервал времени путем сравнения со значением известной величины, изменяющейся по определенному закону. Затем полученный интервал времени (также аналоговая величина) непосредственно преобразуется в цифровой код. Таким образом, преобразователи, реализующие этот метод, должны быть отнесены к средствам измерения прямого преобразования. Среди них встречаются как преобразователи мгновенного значения, так и преобразователи с аналоговым интегрированием и усреднением результатов преобразования.
Неинтегрирующий преобразователь - это преобразователь мгновенного значения с типовой структурной схемой, приведенной на рисунке 4.11.
Синхронная работа всех узлов вольтметра обеспечивается с помощью управляющего устройства (УУ), причем управление может быть как ручным, так и автоматическим. В первом случае измерения будут однократными, а во втором - периодически повторяющимися с определенным промежутком времени.
Рисунок 4.11 – Неинтегрирующий преобразователь, реализующий метод время-импульсного преобразования
Тактовый импульс УУ сбрасывает на нуль показания счетчика, полученные во время предыдущего такта, и запускает генератор линейно изменяющегося напряжения Uл (ГЛИН), с которым и осуществляется сравнение UХ= при преобразовании его во временной интервал (рисунок 4.12,а). Это сравнение производится в сравнивающих устройствах - компараторах К1 и К2, причем компаратор К1 имеет уровень срабатывания U0, а компаратор К2 - уровень срабатывания UХ=+ U0. При UЛ = U0 срабатывает К1 и образуется старт - импульс (рисунок 4.12,б), который открывает селектор. С этого момента времени начинается подсчет счетчиком импульсов, поступающих через открытый селектор от генератора счетных импульсов (ГСчИ). Импульсы следуют с периодом T0, определяющим шаг квантования в данной схеме (рисунок 4.12,г). Подсчет их продолжается до тех пор, пока UЛ не возрастет до значения UЛ = UХ= + U0. В этот момент времени срабатывает компаратор К2 и образуется стоп-импульс (рисунок 4.12,б), который закрывает селектор.
Подсчет импульсов генератора счетных импульсов прекращается, счетчик фиксирует некоторое число импульсов N, которое по команде УУ подается на выход преобразователя (например, для воспроизведения результата измерения в цифровой форме или для дальнейшего преобразования). Как видно из рисунка 4.12, измеряемое напряжение UХ= преобразовалось в интервал времени ΔtХ, причем UХ= = kΔtХ, где dt
k= dUЛ . В свою очередь, ΔtХ = N⋅T0, т.е. в результате UХ= = kT0N. При kT0 = const показание счетчика прямо пропорционально UХ=, а при kT0 = 1 – равно преобразованному напряжению в вольтах. На примере схемы (рисунок 4.11) можно указать основные источники погрешностей времяимпульсных преобразователей: - погрешность дискретности; - погрешность меры (T0 ≠ const), в качестве которой в современных типах преобразователей применяют кварцевые ГСчИ;
- погрешность преобразования UХ= в ΔtХ, определяемая нелинейностью UЛ
(k ≠ const) и погрешностью компараторов (временное положение старт- и стоп-импульса). Применение двух компараторов позволяет исключить с помощью U0 начальный нелинейный участок UЛ и значительно компенсировать нестабильность их характеристик; - погрешность за счет наложения на UХ= гармонической помехи UП с амплитудой Unm. В неблагоприятном случае эта погрешность может оказаться равной Unm/UХ=, т.е. должны предусматриваться эффективные меры обеспечения помехозащищенности.
а – сравнение напряжений UХ и UЛ при преобразовании во временной интервал ΔtX; б - импульсы на выходе компараторов; в – времязадающий импульс на выходе триггера; г – счетные импульсы Рисунок 4.12 – Временные диаграммы, характеризующие работу интегрирующего преобразователя с времяимпульсным преобразованием Преобразователи с аналоговым интегрированием позволяют определить среднее значение измеряемого напряжения за определенный фиксированный интервал времени (интервал интегрирования). Распространенным способом аналогового интегрирования является двухтактное интегрирование, называемое еще двойным, двукратным, двухшаговым и поочередным. Упрощенная структурная схема такого преобразователя приведена на рисунке 4.13, а временные диаграммы его работы показаны на рисунке 4.14.