Компьютерная схемотехника (стр. 30 из 32)
- после определения готовности ввод данных в МП-р (ОМЭВМ);
- формирование сигнала ”СБРОС” для АЦП;
- после завершения этапа обработки вывод управляющего воздействия в цифровом виде в порт вывода;
Пример схемной реализации модуля АЦП-ЦАП приведён в 10.1.1.
10.5 Обмен между МП-м (ОМЭВМ) и ПК по последовательному каналу связи с помощью интерфейса RS-232С
Обмен информацией между МП-м (ОМЭВМ) и ПК может производиться через последовательный порт последнего (СОМ-порт) [37, 38, 39]. Для этого используется интерфейс RS-232С и, если ПК удалён от МП-ра на значительное расстояние, модем (рисунок 10.40).
Рисунок 10.40
На рисунке 10.40 представлена структурная схема сопряжения микропроцессора (ОМЭВМ) с модемом через интерфейс RS-232С, который включает:
УАПП – универсальный асинхронный программируемый приёмопередатчик;
УПУ – устройство преобразования уровней;
Разъём RS-232С.
Помимо интерфейса RS-232С схема сопряжения содержит:
БРА – буферный регистр адреса;
ШФ – шинный формирователь.
10.5.1 Устройство асинхронное программируемое приёмопередающее (УАПП)
УАПП (рисунок 10.41) преобразует данные из параллельного формата в последовательный при передаче (выводе) из микропроцессора и из последовательного формата в параллельный при приёме (вводе) в микропроцессор.
Рисунок 10.41
Формат передаваемых данных в канал связи в последовательном формате представлен на рисунке 10.42.
Рисунок 10.42
Собственно данные (5, 6, 7 или 8 бит) сопровождаются стартовым битом, битом чётности/нечётности (если такой контроль программно предусмотрен) и стоповым единичным сигналом, включающим 1; 1,5 или 2 стоп-бита. Получив стартовый бит, приёмник выбирает из линии биты данных через определённые интервалы времени. Очень важно, чтобы тактовые частоты приёмника и передатчика были одинаковыми (допустимое расхождение – не более 10 %) [37]. Скорость передачи по RS-232С может выбираться из ряда: 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с (бод).
Более подробно работа и устройство УАПП на аппаратно-программном уровне рассмотрены в [37, 38, 39].
10.5.2 Устройство преобразования уровней (УПУ)
Все сигналы RS-232С передаются/принимаются специально выбранными уровнями, обеспечивающими высокую помехоустойчивость связи (рисунок 10.43) [38].
Рисунок 10.43
Следует отметить, что данные передаются/принимаются в инверсном виде: логической единице соответствует низкий уровень, а логическому нулю – высокий уровень.
Как видно из рисунка 10.43 при передаче логического нуля на выходе интерфейса должен формироваться высокий уровень напряжения в диапазоне +5В…+15В, при передаче логической единицы – низкий уровень напряжения в диапазоне -5В…-15В.
При приёме на вход интерфейса поступает высокий уровень напряжения в диапазоне +3В…+25В, несущий информацию о логическом 0, или низкий уровень напряжения в диапазоне -3В…-25В, отображающий логическую единицу.
Таким образом, для согласования ТТЛ/КМОП уровней сигналов, действующих в микропроцессорной системе, с уровнями сигналов последовательного интерфейса, передаваемых в линию связи/ принимаемых из линии связи используют устройства преобразования уровней (УПУ).
Различные варианты схемной реализации УПУ рассмотрены в [38], одним из которых является применение микросхемы фирмы MAXIM: MAX232A. Данная микросхема (рисунок 10.44) требует один источник питания +5В и ряд дополнительных элементов – конденсаторов С1, С2, … ,С5, что не является чрезмерной платой за преимущества её применения.
Рисунок 10.44
Для связи интерфейса RS-232С с внешним терминалом (модемом) может использоваться 25- или 9-контактный разъём (рисунок 10.45).
Рисунок 10.45
Назначение основных контактов следующее:
- SG – сигнальное заземление, нулевой провод;
- TxD – данные, передаваемые микропроцессором в последовательном коде (отрицательная логика);
- RxD – данные, принимаемые микропроцессором в последовательном коде (отрицательная логика);
- DCD – обнаружение несущей данных (детектирование принимаемого сигнала);
- DTR – запрос передатчика терминала;
- DSR – готовность передатчика терминала;
- RTS – запрос приёмника терминала;
- CTS – готовность приёмника терминала;
- RI – индикатор вызова. Говорит о приёме модемом сигнала вызова по телефонной сети.
10.5.4 Буферный регистр адреса RS-232C
Взаимодействие между ОМЭВМ и УАПП может быть организовано через линии порта Р0 ОМЭВМ с применением команд работы с внешней памятью данных (ВПД). Т.е. отдельные регистры УАПП будут адресоваться, как ячейки внешнего ОЗУ (ВПД).
В этом случае линии порта Р0 используются в режиме мультиплексирования: сначала на выход Р0 выдаётся младший байт адреса ВПД, а затем по линиям Р0 может осуществляться обмен данными (вывод или ввод). При этом вывод (запись, передача) данных через Р0 сопровождается сигналом
на выходе Р3.6, а ввод (чтение, приём) – сигналом 
на выходе Р3.7.Для запоминания (защёлкивания) адреса ВПД (в нашем случае отдельных регистров УАПП) применяют буферный регистр адреса (БРА), в качестве которого может быть использована микросхема КР1533ИР23 (рисунок 10.46).
Рисунок 10.46
Эта микросхема представляет собой 8-разрядный параллельный регистр с возможностью перевода выходов в 3-е (высокоимпедансное, отключенное) состояние (ОЕ=1). В активном режиме на входе OE должен быть логический 0. Для записи данных в БРА необходимо подать динамический синхросигнал (перепад из 0 в 1) на вход C (CLOCK). После этого при активном сигнале на входе OE (разрешение вывода) на выход БРА выдаётся информация, соответствующая данным на его входах в момент прихода синхросигнала.
Информация, выдаваемая на выход порта Р0 ОМЭВМ, в общем случае может предназначаться и другим устройствам, кроме УАПП, подключённым к выводам Р0. Выходы порта Р0 имеют низкую нагрузочную способность и допускают подключение к каждому из них не более двух входов микросхем типа ТТЛ. С целью повышения нагрузочной способности выводов ОМЭВМ, а также организации двухстороннего обмена информацией между ОМЭВМ и системной шиной применяют шинные формирователи (ШФ).
В качестве ШФ может быть использована микросхема КР1533АП6 (рисунок 10.47), которая обеспечивает двухсторонний обмен информацией по 8 линиям и способна отдать в нагрузку ток 0,1/30 мА.
Рисунок 10.47
Направление обмена информацией зависит от значения управляющего сигнала на входе DIR. Если DIR=1, то данные передаются от А к В, а если DIR=0, то от В к А. При этом на входе OE должен присутствовать активный сигнал – логический 0. Если ОЕ=1, то выходы ШФ переводятся в высокоимпедансное (отключённое) состояние.
На рисунке 10.48 приведена функциональная схема модуля ОМЭВМ, а на рисунке 10.49 аналогичная схема интерфейса RS-232C.
Рисунок 10.48
Рисунок 10.49
10.6 Выбор и расчет датчиков, нормирующих преобразователей и фильтров нижних частот (ФНЧ)
10.6.1 Выбор и расчет датчиков и нормирующих преобразователей
Выбор датчиков производится в соответствии с назначением и требованиями к работе конкретной ЛМПСУ (рисунок 10.1), из которых определяют :
- вид контролируемых параметров, например, расход газа, давление газа, температура;
- диапазон изменения параметров контроля.
Например, в задании на проектирование системы указывается на необходимость измерения расхода газообразных сред, который изменяется в диапазоне 0...800 м3/час.
В этом случае может быть выбран датчик типа ТУРГАС ПРГ-800, который предназначен для измерения расхода природного горючего газа (метан), воздуха и других не агрессивных газов с плотностью не менее 0,7кг/м3, температурой 0...500С и давлением не более 0,59МПа (6кгс/см2).
Выходной сигнал выбранного расходомера составляет 0...5 мА постоянного тока при нагрузке: 0...2,5 кОм.
Питание осуществляется от сети переменного тока напряжением 220В, частотой 50 Гц при потребляемой мощности не более 20ВА.
В задании также указывается на необходимость измерения давления, которое изменяется в диапазоне 0...600кПа.
Для этого может быть выбран датчик фирмы “Motorola” типа MPX2700D,A с параметрами:
- диапазон измеряемых давлений DP, кПа: 0…700;
- диапазон выходного напряжения DUвых max, В: 0…40;