РАЗДЕЛ 2 Организация микропроцессорных систем

ТЕМА 2.2 Перефирийное оборудоване микропроцессорных систем.

ЗАНЯТИЕ 2.2.1 Принципы считывания информации с носителей.

Принципы ввода информации. Основные принципы ввода-

вывода информации.

ЗАНЯТИЕ 2.2.2 Назначение, классификация и методы регистрации

информации. Основные характеристики устройств вывода

информации. Дисплей: назначение, структурная схема и

принцип действия.

ВОПРОСЫ ЗАНЯТИЯ:

1. Назначение и классификация периферийных устройств.

2. Устройства ввода информации.

3. Устройства вывода информации.

ПЕРВЫЙ ВОПРОС

Периферийные устройства можно классифицировать по способу представления преобразуемой информации, по функциональному назначению и направлению обмена, по быстродействию и характеру цикла, по способу использования одним или несколькими пользова­телями.

По способу представления информации во внешнем мире и назначению все ПУ можно разделить на устройства ввода-вывода речевой, графической и текстовой информации, ввода-вывода аналоговых сигналов, внешней памяти и системы меж­машинных связей.

В зависимости от направления обмена все ПУ делят на устройства ввода (УВВ), вывода (УВЫВ) и двустороннего обмена. В отдельную функциональную группу принято выделять устройства подготовки данных (УПД), входящие в состав СПД и непосредственно не связанные с ЭВМ. Каждая из перечисленных функциональных групп включает в себя широкую номенклатуру ПУ, различающихся характеристиками, параметрами и принципами действия. Так, в группу УВВ входят УВВ алфавитно-цифровой информации с промежуточного носителя, с первичного документа (читающие устройства), клавиатуры, УВВ графической и речевой информации, АЦП и т.д. Группа устройств вывода включает в себя печатающие устройства (ПчУ), устройства отображения (УО), синтезаторы речи, графопостроители, ЦАП, устройства микро­фильмирования. ВЗУ используют магнитные и оптические методы регистрации и обеспечивают хранение от сотен килобайт до нескольких гигабайт информации.

С точки зрения длительности цикла все ПУ можно разделить на следующие группы:

— низкоскоростные, быстродействие которых составляет менее 100 симв/с. В эту группу входят УВВ непосредственной связи с пользователем — клавиатуры, консоли, а также медленные УВВ, использующие промежуточный носитель. Для ПУ этой группы характерным квантом информации является символ, кодируемый в виде байта. Быстродействие таких ПУ в основном ограничивается возможностями человека-оператора;

— среднескоростные, быстродействие которых может достигать 1000 симв/с и выше. К ним относят ПчУ различных типов, графопостроители, УСО, УО, аппаратуру передачи данных (АПД) и т.д., а также различные интеллектуальные ПУ. За один цикл может быть подготовлен квант информации из одного байта или группы байт. В первом случае ПУ называют последовательным, во втором — параллельным (например, последовательное и параллельное ПчУ);

— высокоскоростные, быстродействие которых может достигать 1 Мбайт/с. Эта граница, как и указанные выше, условна и изменяется с развитием элементной базы и техники ПУ. Наиболее характерными представителями этой групы ПУ являются ВЗУ на МД, сложные системы графического взаимодействия с пользователем. Характерной особенностью ПУ этого типа является обмен достаточно большими квантами информации блоками, состоящими из множества байт. Первоначальная подготовка блока требует значительных затрат времени, а подготовка байта в пределах блока выполняется достаточно быстро;

— сверхбыстродействующие устройства со скоростью передачи выше 1 Мбайт/с. К числу таких ПУ можно отнести ВЗУ на МД большого объема (свыше 100 Мбайт в пакете или модуле), предназначенные для машин общего назначения и суперЭВМ. Для этих ПУ также характерен обмен большими информационными блоками.

В соответствии с характером цикла все ПУ делятся на группы синхронных и асинхронных устройств. Для синхронных ПУ цикл постоянен и обычно включает в себя только два этапа: подготовки и передачи. Для асинхронных ПУ цикл имеет переменную длительность, определяемую тремя слагае­мыми: подготовкой, передачей и ожиданием,причем непостоянство длительности пол­ного цикла ПУ объясняется непостоянством времени подготовки или ожидания. В любом обмене участвуют два устройства — передатчик и приемник; моменты времени передачи и приема (с учетом задержки на линиях связи) должны совпадать. В некоторых случаях для обеспечения этого условия в ПУ предусматривают буферное ЗУ небольшого объема, позволяющее в некоторой степени произвольно задерживать момент приема кванта информации относительно момента его выдачи. Такие ПУ называют буферизованными.

Таким образом, в соответствии с характером цикла ПУ и наличием в нем буфера, а также величиной подготавливаемых квантов информации все ПУ можно подразделить на синхронные и асинхронные, буферизованные и небуферизованные, с байтовой или блоковой организацией.

Центральные и периферийные устройства ЭВМ отличаются принципами действия, величиной кванта информации и быстродействием, причем различие в быстродействии может достигать нескольких порядков. Несмотря на значительное улучшение характеристик ПУ, достигнутое за последние годы, разрыв в быстродействии центральных и периферийных устройств еще более возрос, так как рост быстродействия центральных устройств идет более быстрыми темпами. Во многих случаях быстродействие ПУ принципиально ограничено возможностями источников и потребителей информации во внешнем мире, например, воз­можностями человека-оператора воспринимать текст на экране УО.

Периферийные устройства по назначе­нию можно разделить (рис. 1) на устройства ввода, вывода, специализированные устройства.

Устройства ввода предназначены для прие­ма информации из внешнего мира и передачи ее в микроЭВМ. С помощью этих устройств пользователь загружает в микроЭВМ исходные данные и программы. К устройствам ввода относятся: клавиатуры, телетай­пы, пишущие машинки, пульты управления, устройст­ва ввода с перфолент и перфокарт, устройства ввода графической информации.

Клавиатура — это одно из основных средств ввода информации в микроЭВМ. С помощью клавиатуры пользователь загружает информацию в запоминающие устройства. Аналогичные функции может выполнять телетайп и электрифицированная пишущая машинка. Они обеспечивают непосредственную связь человека с микроЭВМ. Пульт управления предназначен, как пра­вило, для задания различных режимов работы микро­ЭВМ: пошаговый, опрос определенных ячеек памяти, задание места загрузки данных и т.д. Устройства вво­да с перфолент и перфокарт предназначены для пере­дачи в память подготовленных на специальных носи­телях данных и программ. Они характеризуются боль­шой скоростью ввода и позволяют многократно использовать носитель информации. Устройства ввода графической информации преобразуют ее в удобную для ЭВМ форму и передают в память микроЭВМ.

Рис. 1

Устройства вывода используются для пред­ставления информации в наглядном для пользователя виде или подготовки ее для длительного хранения и последующего ввода в ЭВМ. К устройствам вывода относятся световые индикаторы, печатающие устрой­ства перфораторы, дисплеи, графопостроители.

Наиболее просты световые индикаторы, которые информируют пользователя о текущем состоянии си­стемы и отражают содержимое регистров микроЭВМ. С помощью печатающих устройств выводятся про­граммы, исходные данные, промежуточные и конечные результаты вычислений, информация об ошибках и пр. К печатающим устройствам относятся: телетайпы, электрические пишущие машинки (ЭПМ), последова­тельные построчные печатающие устройства (ПППУ), алфавитно-цифровые печатающие устройства и др. Для длительного хранения информации программы и результаты могут выводиться с помощью перфорато­ров на перфоленту. В настоящее время бумажные но­сители информации практически вытеснены магнитны­ми (лентами и дисками).

Важное место в системе общения оператора с мик­роЭВМ занимают дисплейные устройства с клавиатурой, обеспечивающие диалог человека с машиной. Дисплей может отобразить любой вид информации (буквенно-цифровую и графическую) в черно-белом или цветном изображении, позволяет быстро вме­шаться в работу микроЭВМ. Это существенно повыша­ет эффективность работы оператора. Графопостроите­ли предназначены для вывода в наглядной форме графической информации и ее документирования.

Внешние накопители информации являются ком­бинированными устройствами ввода и вывода.

Специализированные устройства пред­назначены для преобразования, первичной обработки и регистрации информации. Такие устройства либо обрабатывают промежуточную информацию, либо яв­ляются непосредственными источниками различного рода информации, обрабатываемой в микропроцессор­ных системах. К специализированным устройствам от­носятся: таймеры, счетчики событий, датчики, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, моде­мы, калькуляторы.

Таймеры и счетчики событий используются в мик­ропроцессорных системах для подсчета различных со­бытий или для отсчета времени. При выполнении оп­ределенных условий они прерывают работу микропро­цессора и инициируют определенные действия систе­мы. В управляющих и контролирующих микропроцес­сорных системах широко используются датчики непрерывно изменяющихся и дискретных параметров, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи регистрирующие устройства.

Большое значение имеют устройства связи отдельных подсистем в распределенных вычислительный и управляющих системах. Для подключения отдельных микроЭВМ и внешних устройств к линиям связи используются модемы «модуляторы — демодуляторы» Они преобразуют двоичную информацию в форму удобную для передачи по дальним линиям связи, обеспечивают требуемые характеристики передаваемый сигналов и выполняют обратное преобразование принимаемой информации. Их роль растет с увеличением степени децентрализации процесса обработки информации.

Использование электронных калькуляторов в ка­честве периферийных устройств освобождает микро­процессор от вычисления сложных функций. Калькулятор обычно реализует тригонометрические и пока­зательные функции, для выполнения которых в микропроцессоре требуются значительные програм­мные средства. Микропроцессор только подготавлива­ет исходные данные для сложных операций и после их передачи работает параллельно с калькулятором над основной программой.

Подключение периферийных устройств к микро-ЭВМ существенно расширяет функциональные воз­можности систем обработки информации. Человек освобождается от трудоемкой обработки входной и вы­ходной информации. Данные о состоянии системы ото­бражаются в наглядной форме.

Состав периферийного оборудования для каждого конкретного случая определяется из соображений удобства общения оператора с микропроцессорной си­стемой, требуемой пропускной способности информа­ционных каналов, надежности, технологичности и т. д.

ВТОРОЙ ВОПРОС

Клавишное устройство ввода является наиболее простым и распространенным устройством для ввода данных в микроЭВМ. Известны клавишные устройст­ва трех типов:

1) простая клавиатура для ввода цифр;

2) клавиатура для ввода полного набора буквенно-цифровых символов;

3) специальная клавиатура.

Простую клавиатуру имеют обычные электронные калькуляторы. Клавиатурой второго типа снабжают­ся оконечные устройства ЭВМ. Она позволяет вводить все буквенные и цифровые символы и 20...30 специальных символов. К специальным символам отно­сятся знаки математических операций, знаки пунктуа­ции и небольшое количество управляющих символов. Необходимость применения специальной клавиатуры часто возникает при проектировании различных си­стем. Например, для ввода графической информации или специальных команд, когда применение буквенно-цифровой клавиатуры нецелесообразно.

Большинство клавиатур построено по одному и то­му же принципу. Упрощенное схематическое изобра­жение клавиатуры представлено на рис. 2.

Здесь по­казана матрица с вертикальными (колонки) и горизонтальными (строки) линиями. Колонки клавиатуры сканируются, т.е. на них последовательно подаются сигналы. Сначала сигнал подается на первую колон­ку, затем – на вторую, третью и, наконец, на четвер­тую колонку. Затем эти действия повторяются. Скани­рование может осуществляться самим микропроцессором или с помощью специальной интегральной схемы – сдвигового регистра. Можно использовать так­же двоичный счетчик и дешифратор (см. рис. 2).

Рис. 2. Схема простейшей клавиатуры

Вертикальные линии связаны с горизонтальными линиями матрицы с помощью контактов — кнопок клавиатуры (в рассматриваемом примере использует­ся 16 кнопок).

Линии, по которым поступают сигналы сканирова­ния, и горизонтальные линии матрицы клавиатуры связаны со схемой кодирования. Эта схема выполня­ет две функции:

— несколько раз подряд проводит проверку замы­каний контактов кнопки. Это делается для того, что­бы избежать ошибок. Такой прием называют защитой от ложных срабатываний клавиатуры, обусловленных эффектом дребезга контактов. Например, если в деся­ти случаях было установлено, что контакт находится в замкнутом состоянии, то вероятность, что определен­ная вертикальная и горизонтальная линии соединены друг с другом посредством контактов кнопки, велика. Таким образом, делается вывод, что клавиша клавиа­туры нажата;

— выполняет кодирование выходных данных. Схе­ма кодирования, как правило, представляет собой ПЗУ. Она воспринимает информацию, поступающую на вертикальные и горизонтальные линии матрицы клавиатуры, и образует необходимые выходные сигна­лы, которые можно представить в параллельной или последовательной форме.

Аппаратные средства, обеспечивающие функцио­нирование клавиатуры микропроцессорных систем, реализуются одним из двух способов.

1. При первом способе сканирование вертикальных линий клавиатуры и формирование выходных сигна­лов выполняется микропроцессором. Сканирование вертикальных линий матрицы очень простой клавиа­туры может осуществлять микропроцессор, на основе которого построена микроЭВМ. При этом матрица клавиатуры должна соединяться с портами ввода — вывода микропроцессора. Для выполнения сканирова­ния вертикальных линий, многократного подтвержде­ния факта замыкания контактов кнопки и для форми­рования выходных сигналов клавиатуры требуется специальная подпрограмма. Чтобы обеспечить указан­ные функции для очень сложных клавиатур, можно использовать специально выделенный микропроцессор.

2. Второй способ заключается в использовании для выполнения указанных функций специальных интег­ральных микросхем. Так как клавиатуры широко ис­пользуются для взаимодействия пользователя с техни­ческими средствами, разработан ряд больших интег­ральных схем контроллеров клавиатуры. Примером может служить отечественный контроллер клавиатуры К1806ВП1-093 позволяющий управлять клавиатурой, содержащей до 80 кнопок, организованных в матри­цу 8×10.

В состав систем, имеющих клавиатуру, как прави­ло, входят и устройство отображения информации (индикатор, дисплей и т.п.), а также различные пуль­ты управления.

Примером электрической пишущей машинки (ЭПМ), предназначенной для ввода — вывода инфор­мации в микроЭВМ, может служить ЭПМ типа «CONSUL-260». Это устройство ввода — вывода ал­фавитно-цифровой информации, представленной в ко­дах ЭПМ. Оно содержит два независимых блока: кла­виатуру с механическим кодовым комбинатором для ввода кодов символов во внешний блок управления и печатающий механизм, управляемый внешним бло­ком. Между клавиатурой и печатающим механизмом нет механической связи. При нажатии на клавишу за­мыкаются или размыкаются контакты комбинацион­ных цепей. Момент установки кодовой комбинации идентифицируется замыканием специальной сигналь­ной цепи.

Символы печатаются с помощью электромагнитов, собранных в матрицу 8×8, так что для выполнения печати необходимо код символа преобразовать в токи выборки по двум координатам матрицы. Код ЭПМ «CONSUL-260» — специальный семиэлементный с контрольным разрядом, максимальная скорость пе­чати до 10 знаков в секунду. Электрическая пишущая машинка вырабатывает специальные признаки: ре­гистр нижний или верхний, возврат каретки, цвет красящей ленты, конец строки и др. Внешним сигналом управляется функция блокировки кла­виатуры для предотвращения вывода на печать знака в момент печати очередного. Для вывода текстовой информации на бумагу часто использует­ся телетайп.

Широко распространенные фотосчитывающие уст­ройства ввода с перфолент в настоящее время практи­чески вытеснены накопителями на магнитных лентах и дисках. Взаимодействие микропроцессора с накопи­телем на магнитной ленте может осуществляться с ис­пользованием последовательного либо параллельного интерфейса. Данные обычно записываются на магнит­ную ленту блоками. Для последующей идентификации записи на магнитную ленту записывается специальная метка или «заголовок».

Часто для записи данных на магнитную ленту и их последующего считывания используются бытовые кас­сетные магнитофоны.

Существует много конструктивных исполнений уст­ройств для управления непрерывно меняющимися сиг­налами. Такие устройства можно использовать для ввода в ЭВМ графической и текстовой информации, создания зрелищных световых эффектов. В наиболее распространенных системах многомерного управления оператор имеет возможность свободно перемещать в пространстве специальную ручку управления (или перемещать на столе перед экраном дисплея специ­альное устройство), при этом техническое устройство регистрирует ее координаты, выдавая по ним значения выходных сигналов.

С помощью одной ручки управления оператор мо­жет задавать до шести независимо изменяемых пара­метров, а при работе двумя руками — до двенадцати. Системы такого типа учитывают возможности челове­ка и позволяют сделать его «общение» с компьютер­ной техникой более эффективным.

В некоторых случаях для удобства оператора пре­дусматривают подключение к дисплею «светового пе­ра», предназначенного для непосредственного указа­ния на экране какого-либо знакоместа. Световое перо обычно представляет собой небольшой фотодатчик, который прижимается к поверхности экрана дисплея. При этом микропереключатель, вмонтированный в корпус датчика, замыкает цепь и фотодатчик оказы­вается подключенным к входу контроллера электрон­но-лучевой трубки (ЭЛТ). Когда луч ЭЛТ при раз­вертке попадает на фотодатчик, то последний выраба­тывает сигнал, по которому в регистрах светового пера контроллера запоминаются координаты положения за­светившего датчик символа. Состояние этих регистров может быть считано микропроцессором по команде: «Считывание положения светового пера». Таким обра­зом осуществляется задание определенного места на экране дисплея.

ТРЕТИЙ ВОПРОС

Одним из наиболее распространенных устройств вывода информации являются световые, в том числе и цифровые, индикаторы. Цифровые индикаторы часто являются единственными выходными устройствами калькуляторов.

Со времени создания цифровых индикаторов по­явились многочисленные индикаторы, основанные на интересных принципах и остроумных решениях, одна­ко наиболее распространены семисегментные индика­торы. Семисегментные индикаторы в качестве источ­ников света используют нить накала, газовый разряд, флуоресцентные материалы, возбуждаемые пучком электронов, светодиоды, жидкие кристаллы, В зависи­мости от характера источника света имеется возмож­ность создания индикаторов различного цвета.

С помощью таких индикаторов можно отображать и ограниченный набор букв, например буквенные сим­волы, применяемые при отображении шестнадцатеричных чисел. Используя различные комбинации из семи сегментов, с помощью цифрового индикатора можно также отображать небольшое количество слов.

Часто вместо семисегментных индикаторов исполь­зуются точечные матрицы 5×7 или 5×9 точек. С по­мощью первой матрицы можно формировать большие буквенно-цифровые символы. Матрица второго типа позволяет формировать прописные и строчные буквы, а также специальные знаки.

Универсальным устройством ввода — вывода ин­формации является дисплей, позволяющий оператору устанавливать с микро ЭВМ диалоговую связь. В нем отсутствуют промежуточные носители информации, су­ществующие у внешних устройств, основанных на магнитных или бумажных носителях информации.

Типичный дисплей выполнен как функционально закон­ченное автономное устройство, не требующее дополни­тельных блоков управления. Дисплей содержит: алфа­витно-цифровую клавиатуру; устройство сопряжения; память, обеспечивающую хранение информации, выводимой на экран; блоки электронного управления для выполнения всех функций, в том числе и операций ре­дактирования данных.

Таким образом, в автономном режиме перед вво­дом информации в ЭВМ дисплей позволяет редакти­ровать, модифицировать и исправлять информацион­ные массивы. Ввод—вывод информации может осуще­ствляться при помощи сменного устройства сопряжения с параллельным обменом или встроенного устройства телеграфного сопряжения.

Дисплей, оснащенный асинхронным телеграфным блоком, может автономно управлять печатающим устройством с последовательной печатью - электриче­ской пишущей машинкой, что позволяет регистриро­вать содержимое экрана на бумаге.

Для документирования выводимой из микроЭВМ текстовой информации применяют различные печата­ющие устройства, в том числе и ЭПМ. Для вывода и документирования графической информации приме­няют специальные устройства — графопостроители.

Литература:

1. М.В. Напрасник «Микропроцессоры и микроЭВМ», стр.: 93-103.

ЗАНЯТИЕ 2.2.3Назначение и основные функции устройств связи с объектами.

Прием и выдача информации с объекта.

ВОПРОСЫ ЗАНЯТИЯ:

1. Устройства преобразования информации (УСАПП).

2. Устройства приема и передачи информации (Модемы).

3. Устройства, формирующие заданные временные интервалы (Таймеры).

4. Устройства обработки сигналов (АЦП, ЦАП).

ПЕРВЫЙ ВОПРОС

Для обеспечения связи микропроцессора с различ­ными внешними устройствами используются два ви­да интерфейса: параллельный и последовательный. При использовании параллельного интерфейса 8-раз­рядный микропроцессор за каждую операцию обмена обеспечивает передачу 8 бит информации, 16-разряд­ный— 16 бит и т. д.

Многие устройства связаны с микропроцессором посредством линий последовательной передачи дан­ных. Широкое применение способа последовательной передачи данных объясняется ограничениями, прису­щими способу параллельной передачи данных. Рабо­чее расстояние для линии параллельного ввода — вы­вода ограничивается 1—2 м. При увеличении длины кабеля возрастает его емкость, поэтому передача данных на высокой скорости становится невозможной. Длину линий параллельной передачи данных можно увеличить до 10...20 м путем использования специаль­ных формирователей и уменьшения скорости переда­чи. Однако дальнейшее увеличение длины линий при параллельной передаче данных практически невоз­можно.

При последовательной передаче данных жестких ограничений на длину линии не накладывается. Но прежде чем начать последовательную передачу дан­ных, необходимо преобразовать данные из парал­лельной формы в последовательную. Простейший спо­соб такого преобразования — преобразование с по­мощью сдвигового регистра. Данные загружаются в сдвиговый регистр, затем его содержимое сдвигает­ся на один разряд при поступлении каждого тактового импульса. Данные на выходе сдвигового регистра будут иметь последовательную форму.

Чтобы принять данные в последовательной форме и преобразовать их в параллельную форму, необходи­мо выполнить действия, обратные по отношению к опи­санным выше. Данные, поступающие в последователь­ной форме, вводятся бит за битом в сдвиговый ре­гистр. После заполнения сдвигового регистра данные из него в параллельной форме передаются в микро­процессорную систему.

Устройство, обеспечивающее преобразование дан­ных из параллельной формы в последовательную и обратное преобразование, называют универсальным синхронно-асинхронным программируемым приемо­передатчиком (УСАПП). Такое устройство часто реа­лизуется в виде БИС (например, КР580ВВ51). Кроме преобразования формы представления данных прие­мопередатчик выполняет функции контроля и управ­ления. Для обнаружения ошибок при передаче данных УСАПП может использовать контроль на чет­ность или нечетность. После приема данных приемо­передатчик проверяет в нем контрольный бит. Если обнаруживается нарушение четности (нечетности), то приемопередатчик записывает в свой регистр состоя­ния признак ошибки. Затем УСАПП может выдать за­прос на повторную передачу данных.

ВТОРОЙ ВОПРОС

Некоторые УСАПП вырабатывают сигналы, ис­пользуемые для установления связи между двумя мо­демами. Модем (модулятор—демодулятор) преобра­зует логический сигнал определенного уровня в сиг­нал, модулированный сдвигом частоты. Модем может, например, преобразовывать двоичный передаваемый сигнал в тоновый сигнал частотой 1270 Гц для логиче­ской 1 и в тоновый сигнал частотой 1070 Гц для логи­ческого 0. Сигналы таких частот могут передаваться по телефонным линиям и по некоторым длинным ли­ниям последовательной передачи данных. Модулиро­ванный сигнал можно пропускать через устройства связи переменного тока, например трансформаторы, которые часто применяют в длинных телефонных це­пях. Модемы используются для модуляции и демоду­ляции сигналов, предназначенных для передачи по радиоканалу. Передача данных по радиоканалу с по­мощью модемов часто применяется в системах сбора данных, для управления которыми служит микроЭВМ.

ТРЕТИЙ ВОПРОС

В микропроцессорных системах управления широ­ко применяются программируемые таймеры — устрой­ства, формирующие заданные временные интервалы. С их помощью осуществляется, например, такая опе­рация, как реализация вычисленного угла управления тиристорами при управлении различным техноло­гическим оборудованием. С помощью программируе­мого таймера выделяют временной интервал в соответ­ствии с заданным значением, которое в виде кода записывается в память таймера.

Таймер можно реализовать с помощью централь­ного процессора системы (программно), а также до­полнительными техническими средствами (аппаратно).

Второй способ применяется чаще, так как позво­ляет значительно уменьшить непроизводительные за­траты машинного времени.

Различают два типа таймера: с предварительным и без предварительного накопления сигнала.

В тайме­ре с предварительным накоплением сигнала инфор­мация, соответствующая длительности отмеряемого временного интервала, записывается только в начале отсчета этого интервала; по каждому счетному им­пульсу содержимое таймера уменьшается на едини­цу. Когда содержимое таймера становится равным нулю, на его выходе появляется сигнал, используе­мый для управления периферийными устройствами либо для прерывания программы микроЭВМ.

В таймере без предварительного накопления сигна­ла информация может быть записана в произвольный момент времени внутри временного интервала, при этом возможна сигнализация о том, что интервал больше, меньше или равен заданному.

Промышленность выпускает однокристальные БИС таймеров, например, К588ВИ1. Эта БИС имеет два независимых канала, организованных на базе двух 16-разрядных суммирующих счетчиков с последова­тельным переносом. В состав таймера входит незави­симый 7-разрядный делитель частоты, выполненный на основе 7-разрядного двоичного суммирующего счетчика с последовательным переносом и имеющий фиксированные коэффициенты деления 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128.

ЧЕТВЕРТЫЙ ВОПРОС

В большинстве случаев в микропроцессорных системах управления сигналы обратной связи о ре­гулируемых параметрах и задающие воздействия

представлены в аналоговом виде. Для ввода в микроЭВМ и последующей обработки таких сигналов их представляют в виде цифрового кода. Для преобра­зования аналоговых сигналов в цифровой эквива­лент — код имеются аналого-цифровые преобразова­тели (АЦП).

Существует несколько методов аналого-цифрового преобразования, определяющих в основном техниче­ские характеристики выполненных на их основе АЦП. Технические характеристики АЦП можно раз­бить на ряд групп: точностные; временные; надеж­ностные; обобщенные стоимостные.

В качестве точностных характеристик используют: количество достоверных двоичных раз­рядов на выходе АЦП, относительную погрешность и др.

Временные характеристики или пара­метры в той или иной форме определяют быстродей­ствие АЦП. Различают три временные характеристи­ки АЦП:

— период квантования — это интервал между двумя последовательными преобразованиями (вели­чину, обратную периоду квантования, называют час­тотой квантования);

— длительность цикла преобразования — это за­держка между моментом подачи входной величины на АЦП и моментом выдачи кода;

— время преобразования — это временной интер­вал, в течение которого входной сигнал непосредст­венно взаимодействует с АЦП.

Надежностные характеристики и па­раметры оценивают способность АЦП к работе под воздействием различных дестабилизирующих факто­ров (времени, температуры, влажности и др.). В ка­честве параметров надежности можно брать самые различные величины (интенсивность отказов, время наработки на отказ и др.).

Обобщенные стоимостные характеристи­ки включают все остальные требования.

В микропроцессорных системах управления тех­нологическим оборудованием часто применяют много­канальные АЦП (АЦП с мультиплексируемым вхо­дом). При этом один АЦП последовательно преобра­зует в код ряд аналоговых сигналов.

Для связи АЦП с микропроцессором часто применяются специальные БИС — контроллеры АЦП. В их состав, как правило, входят: канальный интерфейс для стыковки с системной магистралью микроЭВМ; мультиплексор для подключения к АЦП различных входных аналоговых сигналов; буферное запоминаю­щее устройство для хранения результатов преобразо­ваний (это позволяет процессору считывать результат преобразования любого сигнала в произвольный мо­мент времени); устройство управления АЦП и другие сервисные устройства.

Примером контроллера АЦП, предназначенного для подключения АЦП к системной магистрали микроЭВМ «Электроника-60», является БИС К588ВГ4.

Для выдачи информации от микроЭВМ в аналого­вые устройства, в частности на осциллографы, ис­пользуются цифроаналоговые преобразователи (ЦАП).

Для подключения ЦАП к системной магистрали микроЭВМ и выполнения сервисных функций, анало­гичных выполняемым контроллером АЦП, существу­ют БИС контроллеров ЦАП. Подключение ЦАП к системной магистрали микроЭВМ «Электрони­ка-60» можно выполнить с помощью БИС контролле­ра ЦАП — К588ВГ5.

Литература:

1. М.В. Напрасник «Микропроцессоры и микроЭВМ», стр.: 103-107.

ТЕМА 2.1 Назначение и функции интерфейса МПС.

ЗАНЯТИЕ 2.1.1. Назначение и классификация интерфейсов. Варианты обмена

между вычислительными устройствами и периферийным

оборудованием.

ВОПРОСЫ ЗАНЯТИЯ:

1. Назначение, состав и функции интерфейса.

2. Классификация интерфейсов.

3. Система аппаратных интерфейсов. Принципы организации интерфейсов.

ПЕРВЫЙ ВОПРОС

МикроЭВМ вступает во взаимодействие с внешней средой с помощью периферийных устройств (устройств – ввода-вывода). К наиболее часто используемым уст­ройствам такого рода относятся телетайпы, аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, дис­плеи, накопители на магнитной ленте и магнитных дис­ках, порты ввода-вывода дискретных сигналов и др.

Для включения микропроцессора в любую микро­процессорную систему необходимо установить единые принципы и средства его сопряжения с остальными устройствами системы. Для этих целей служит унифицированный интерфейс, представляющий собой со­вокупность правил, устанавливающих единые принци­пы взаимодействия устройств микропроцессорной си­стемы.

В состав интерфейса входят:

- аппаратурные средства соединения (разъем и связи),

- номенклатура и характер связей,

- программные средства, описываю­щие характер сигналов интерфейса и их временную диаграмму, а также описание электрофизических па­раметров сигналов.