Навчальна модель аналогово-цифрового перетворювача (стр. 2 из 6)

1.2.3 Переваги та недоліки інтерфейсу Centronics

Інтерфейс Centronics завдяки простоті сполучення і зручності програмування широко використовується для підключення до комп'ютера нестандартних зовнішніх пристроїв.

По-перше, можливості реалізації різних протоколів інформаційного обміну з пристроєм через паралельний порт невеликі. Дійсно, невелика кількість сигнальних ліній інтерфейсу і можливості його програмування не дозволяють реалізувати обмін по перериваннях чи прямий доступ до пам'яті. Практично приходиться обмежуватися програмно-керованим обміном.

Крім того, оскільки інтерфейс Centronics є програмно-керованим, швидкість інформаційного обміну не може бути особливо велика і виявляється прямо зв'язаною зі швидкодією комп'ютера.

Є також обмеження на довжину лінії зв'язку пристрою, підключеного до інтерфейсу Centronics. Він повинен розташовуватися на відстані не більш 1,5-2 метрів від комп'ютера.

Ще однією особливістю інтерфейсу Centronics є відсутність шин живлення (є тільки "земля"). Це означає, що пристрій, що сполучається, повинен використовувати зовнішнє джерело живлення.

Основною перевагою інтерфейсу Centronics є його стандартність – він є на кожному комп'ютері і на всіх комп'ютерах працює однаково (правда, з різною швидкістю). Для підключення зовнішнього пристрою до паралельного порту не потрібно відкривати системний блок комп'ютера, що для багатьох користувачів може стати проблемою. Треба тільки приєднати кабель до роз’єму на його задній стінці.

Можна також відзначити таку перевагу інтерфейсу Centronics, як простота його програмування на будь-якому рівні. У більшості мов програмування присутні процедури взаємодії з принтером, що легко використовувати і для програмування нестандартного пристрою. А оскільки з точки зору програмування Centronics являє собою три програмно доступних регістри, не викликає ускладнень і написання програм нижчого рівня.

1.2.4 Порядок обміну по інтерфейсу Centronics

Основним призначенням інтерфейсу Centronics є підключення до комп'ютера принтерів різних типів. Тому розподіл контактів роз’єму, призначення сигналів, програмні засоби керування інтерфейсом орієнтовані саме на це використання. У той же час за допомогою даного інтерфейсу можна підключати до комп'ютера й інші зовнішні пристрої, що мають роз’єм Centronics, а також спеціально розроблені пристрої.

Основною перевагою використання Centronics для підключення пристроїв у порівнянні з ISA є значно менший ризик вивести комп'ютер з ладу. Головний недолік цього підходу — значно менша швидкість обміну. Призначення 36 контактів роз’єму Centronics приведено в табл. 1.1

Таблиця. 1.1

Призначення контактів роз’ємів Centronics (I – вхідний сигнал комп'ютера, O — вихідний сигнал)

Контакт роз’єму комп’ютера	Коло	I/O*	Контакт роз’єму принтера
1	2	3	4
1	-STROBE	O	1
2	D0	O	2
3	Dl	O	3
4	D2	O	4
1	2	3	4
5	D3	O	5
6	D4	O	6
7	D5	O	7
8	D6	O	8
9	D7	O	9
10	-ACK	I	10
11	BUSY	I	11
12	PE	I	12
13	SLCT	I	13
14	-AUTO FD	O	14
15	-ERROR	I	32
16	-INIT	O	31
17	-SLCTIN	O	36
18...25	GND	-	16,17,19...30,33

* 0 – виведення, 1 – введення даних.

2. ФУНКЦІОНАЛЬНА ТА ЕЛЕКТРИЧНА ПРИНЦИПОВА СХЕМА

2.1 Функціональна схема

Модель аналогово-цифрового перетворювача складається з таких функційних блоків:

- Буфер та блок індикація регістру DR.

- Буфер регістру СR.

- Буфер регістру SR.

- LPT-порту ком’ютера.

- ЦАП регістру DR.

- ЦАП регістру CR.

- Ключ.

- Компаратор.

- Регулятора вхідної напруги.

Працює схема наступним чином (рис 2.1) :

Напруга Uвх, яку потрібно перетворити у цифровий вигляд, подається на ключ, який відкриває проходження Uвх до компаратора або закриває Uвх, відкриваючи проходження напруги від ЦАП регістру СR (якщо АЦП працює в режимі перевірки). Далі Uвх подається на компаратор, де вона порівнюється з напругою, яка подається з ЦАП регістру DR. Напруга на ЦАП формується так: сигнали з регістру DR подаються в буфер та блок індикації регістру DR, а також на дільник напруги.

Рис. 2.1. Схема електрична функціональна АЦП

Буфер використовується для забезпечення надійності роботи пристою. Блок індикації забезпечує спостереження за проходженням цифрового сигналу. В ЦАП регістру DR цифровий сигнал перетворюється в напругу, яка поступає на один з двох входів компаратора. Якщо напруга, яка надходить з ЦАП регістру DR, стає більшою Uвх на вході компаратора, то подається відповідний сигнал в буфер регістру SR, а далі в регістр SR і припиняється порівняння. Вважається, що Uвх рівна напрузі з виводу ЦАП регістру DR, цифровий вигляд Uвх відповідає цифровому сигналу регістру DR.

В режимі тестування замість Uвх подається напруга з ЦАП регістру CR, де вона формується так само, як в ЦАП регістру DR: способом поданням на вхід ЦАП різних комбінацій цифрового сигналу.

2.2 Схема електрична принципова

2.2.1 Вузол буферизації та індикації

Вузол буферизації та індикації складається з резисторів, які обмежують напругу, що подається на вхід мікросхем тригерів Шмітта (які нормілізують напругу до 0 чи 5 В), а також світлодіодів, що дозволяють побачити стан сигналу.

Резистори R1, R2, R3, R4 обмежують напругу, яка подається з з 2-го по 5-й контакт LPT-порта. Напруга подається на мікросхеми DD1 та DD2 на 13 і 9 ніжки (тобто на тригери Шмітта). Тут сигнали інвертуються і нормалізуються до логічного 0 чи 1 (тобто строго 0 чи 5 В). Резистори R11, R12, R13, R14 обмежують напругу (тобто яскравість світіння) світлодіодів відповідно VD0, VD1, VD2, VD3.

Резистори R5 по R8 також обмежують напругу, яка подається з з 1-ї, 14-ї, 31-ї, 36-ї ніжки LPT-порта і разом з DD2 та DD3 утворюють буфер, що забеспечує надійність мікросхеми від стрибків напруги.

2.2.2 Цифро-аналоговий перетворювач

Даний аналого-цифровий перетворювач в своєму складі має два ЦАП. 1-й ЦАП складається з:

- діодів V1, V2, V3, V4, які забеспечують одностороннє проходження сигналу;

- резисторів R15, R16, R17,R18, що формують на виході різне значення напруги завдяки поданню на вхід резистора 0 чи 5В; резистори мають різний опір;

- резистора R19, що з’єднаний з лінією заземлення.

2-й ЦАП за складом аналогічний і складається з:

- діодів V5, V6, V7, V8, які забеспечують одностороннє проходження сигналу;

- резисторів R20, R21, R23,R24, що формують на виході різне значення напруги завдяки поданню на вхід резистора 0 чи 5В; резистори мають різний опір.

- резистора R22, що з’єднаний з лінією заземлення.

2.2.3 Компаратор

Компаратор складається з мікросхеми DD4. На вхід компаратора подається вимірювана напруга з регулятора змінного опору R28 або з 2-го ЦАП, де формується заздалегідь відома напруга, на 10 ніжку мікросхеми DD4 через резистор R26. Вимірювана напруга порівнюється з напругою, яка формується на 1-му ЦАП. Якщо напруга з 1-го ЦАП стає більшою вимірюваної напруги, то на 8-му ніжку DD4 подається логічний 0. Рівень логічного 0 забеспечується трігерами Шмітта де він два рази інвертується. Далі сигнал зчитується в компютер через 32-гу ніжку LPT-порта. Перш ніж сигнал попаде на SR, він пройде через буферизуючий резистор R9. Тобто, якщо на інверсний вхід компаратора подається напруга менша, ніж на прямий, то на його виході буде +5 В, а інакше – 0 В.

3. конструкторсько-технологічна розробка

3.1 Розробка електричної принципової схеми

Принципова електрична схема пристрою була розроблена з допомогою спеціального програмного забезпечення Protel 99, що використовується в конструкторських цілях. Створення принципової схеми проходило в 2 етапи:

- створення бібліотеки елементів згідно з стандартів;

- побудова самої схеми з використанням створеної раніше елементної бази.

Рис 3.1. Схема електрична функціональна

Елементи розміщувалися за власним розсудом, але з узгодженням певних питань з керівником даного проекту.

Рис 3.2. Елемент порт Сetronics.

Рис 3.3. Мікросхема К155ТЛ2.

Рис 3.4. Мікросхема TL084CN.

Рис 3.5. Діод.

Рис 3.6. Світлодіод.

Рис 3.7. Резистор.

Рис 3.8. Реостат.

Рис 3.9. Перемикач.

Розглянемо роботу ЦАП, який створений у вигляді дільника напруги (рис. 3.10).