Задание 26

По заданному преподавателем положению микропереключателей SA1-3 определить адреса портов БИС последовательного интерфейса ВВ51 и таймера ВИ53.

Задание 27

Составить и запустить программу для передачи информации в асинхронном (синхронном) режиме с заданными преподавателем параметрами. Снять осциллограммы сигналов на выходе БИС интерфейса.

Рекомендация: Для снятия осциллограмм необходимо установить циклический процесс передачи.

Задание 28

С помощью соединительных проводников создать модель канала последовательной передачи данных в асинхронном режиме между двумя УМК. Все коммутации производить при отключенном питании УМК. Составить программу для обмена данными между двумя УМК в асинхронном режиме с заданной преподавателем скоростью передачи. Выполнить двухсторонний обмен информацией в асинхронном режиме.

Задание 29

С помощью соединительных проводников создать модель канала последовательной передачи данных в синхронном режиме между двумя УМК. Все коммутации производить при отключенном питании УМК. Составить программу для обмена данными между двумя УМК в синхронном режиме с заданными преподавателем параметрами передачи (вид синхронизации, число синхрослов, вид синхрослов). Выполнить двухсторонний обмен информацией в синхронном режиме.

Аналоговый порт микропроцессорного контроллера в режиме ввода-вывода

Описание схемы

Обработка аналоговых сигналов цифровыми средствами, в т.ч. локальными микропроцессорными устройствами, требует выполнения операции аналого-цифрового (АЦП) и цифро-аналогового (ЦАП) преобразования. В структуру микропроцессорного устройства вводятся соответствующие элементы в интегральном исполнении – АЦП и ЦАП. Образуется аналоговый микропроцессорный контроллер на базе одного из микропроцессоров общего назначения. В зависимости от вычислительной мощности базового микропроцессора и параметров АЦП-ЦАП может быть создан элемент аналогового тракта с цифровой обработкой информации, выполняющий функции простого регулятора с ограниченной точностью и быстродействием или функции спектрального анализатора высокочастотных сигналов.

Наряду с комплексированием аналогового контроллера из отдельных интегральных компонентов существует возможность использования микропроцессоров и однокристальных микроконтроллеров с встроенными средствами АЦП-ЦАП.

Микроконтроллеры с аналоговыми портами предназначены, в основном, для целей управления аналоговыми объектами с умеренной скоростью обмена информацией и относительно простыми алгоритмами обработки. Их архитектура содержит, как правило, развитую систему обмена аналоговой информацией (8 каналов и более) при времени обработки одного значения 100 и более микросекунд (простым алгоритмом с минимальным числом операций типа деление-умножение). За базовую архитектуру принята разработанная фирмой Intel однокристальный микроконтроллер i8051 (MCS51). Различные варианты базовой архитектуры MCS51 с встроенными аналоговыми портами выпускают многие фирмы – производители микропроцессоров: Intel, Siemens Components, Philips Semiconductors, AMD и др.

Для обработки высокочастотных сигналов, в т.ч. телевизионного диапазона, разработаны однокристальные микропроцессоры с аналоговым портом ввода-вывода (как правило единственным, но с числом разрядов 12 и более). Эти микропроцессоры ориентированы на выполнение операций типа деление-умножение с плавающей запятой при разрядности 128 и более и по некоторым операциям перекрывают по быстродействию современные микропроцессоры персональных компьютеров. Их назначение – обработка сигналов на базе дискретного Фурье анализа.

В данной лабораторной работе изучается двухканальный аналоговый порт ввода-вывода на базе учебного микропроцессорного комплекса (УМК) с центральным процессором i8080. На Рис. 27 представлена упрощенная электрическая принципиальная схема блока аналогового порта учебного микропроцессорного комплекса (УМК). В схему не включены элементы для формирования дополнительных напряжений питания, необходимых для работы ЦАП и операционных усилителей с двухполярным симметричным питанием. Блок аналогового порта подключается к УМК через системный разъем и обеспечивает ввод-вывод по двум аналоговым каналам при восьмиразрядном кодировании. Управление всеми процедурами аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования выполняются центральным процессором программным путем.

Входные аналоговые сигналы положительной полярности напряжением 10 В с входа 1 или 2 преобразуются в восьмиразрядный код аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) К1113ПВ1А (элементы DD4, DD5). Микросхемы К1113ПВ1А имеют десятиразрядный формат преобразования, из которого в данной схеме используется только 8 старших разрядов. Работа двух АЦП поддерживается микросхемой DD7 К580ВВ55 -- адаптером параллельного интерфейса. Каналы “ A” и “B” адаптера используются для приема байтов данных, а канал “ C” – для приема сигнала готовности микросхем АЦП с выходов “ DR” и для управления АЦП по входам начальной установки “SRZ”. Общий сигнал готовности формируется элементом DD6C и поступает на разряд С4 элемента DD7. Общий сигнал начальной установки формируется элементами DD6A, DD6B. Начальная установка может быть инициализирована программно по разряду С0 адаптера параллельного интерфейса (DD7) или аппаратно по общей линии начальной установки “RESET” системы.

Последовательность операций при обслуживании АЦП:

1. проверка окончания формирования байта данных (выход “DR”);
2. чтение байта данных ( D0-D7);
3. сброс АЦП (вход “SRZ”).

Обратное цифро-аналоговое преобразование выполняется по двум каналам ЦАП на микросхемах К572ПА1 (элементы DA2, DA3) и согласующих операционных усилителей К574УД2 (элементы DA1a, DA1b). Микросхемы ЦАП имеют формат данных 10 разрядов, из которых в данной схеме используется 8 старших. Для преобразования токового аналогового выхода ЦАП в выход по напряжению и для масштабирования выходного сигнала используются операционные усилители К574УД2, включенные по схеме не инвертирующего усиления сигнала. Для поддержки работы ЦАП используется адаптер параллельного интерфейса К580ВВ55 (элемент DD3). Обслуживание ЦАП сводится к выводу байтов данных на их входы D0-D7 через каналы “A” и “B” адаптера.

Рис. 27 Схема блока аналогового порта

Блок АЦП-ЦАП содержит также микросхему РПЗУ 573РФ2 (элемент DD1) на 2 килобайта. В младших адресах ПЗУ, начиная с нулевого адреса, записана программа для измерения напряжения по каналу 1 АЦП с выводом результата на индикатор. В свободном пространстве РПЗУ могут быть размещены любые программы для поддержки работы каналов АЦП и ЦАП. Запись в РПЗУ возможна только на специальном устройстве – программаторе. Для оперативного размещения программ и данных может быть использовано только ОЗУ центрального блока УМК.

На печатной плате блока имеется свободное макетное поле, которое используется для создания дополнительных аппаратных средств, которые наряду с программными средствами создают возможность развития микропроцессорного устройства. Эта возможность предоставляется и в серийно выпускаемых микропроцессорных контроллерах, ориентированных на применение в разработке нового оборудования.

Задание 30

По принципиальной схеме (Рис. 27) определить базовые адреса адаптеров параллельных интерфейсов К580ВВ55 ( DD3, DD7) и РПЗУ 573РФ2 (DD1). Выбрать режимы работы и составить управляющие слова для адаптеров параллельных интерфейсов.

Задание 31

Составить и запустить на УМК программу для формирования в одном из каналов ЦАП линейно изменяющегося периодического сигнала с минимально возможным периодом и максимальным числом уровней квантования (256). Для контроля выходного напряжения к выходу ЦАП подключить осциллограф. Измерить период полученного сигнала.

Ввести в программу средства для масштабирования сигнала по оси времени.

Уменьшить программным путем число уровней квантования (128, 64, 32, 16, 8, 4) и проконтролировать на осциллографе полученные сигналы.

Изменить программным путем форму линейно изменяющегося сигнала (треугольный, трапециидальный).

Задание 32

Составить и запустить на УМК программу для формирования синусоидального сигнала табличным методом при 32-х дискретных значениях сигнала на период. Получить несколько значений периода, используя программные средства масштабирования по оси времени.

Задание 33

Составить и запустить на УМК программу для преобразования аналогового сигнала по одному из аналоговых входов АЦП в восьмиразрядный код с последующим обратным преобразованием и выводом по одному из выходов ЦАП. Выходной сигнал контролируется осциллографом. В качестве источника входного сигнала может быть использован лабораторный генератор синусоидального напряжения.

АЦП рассчитан на работу с однополярным сигналом, поэтому при преобразовании знакопеременного напряжения возникнут искажения формы.

Задание 34

Исследовать влияние интервала дискретизации на результаты преобразования.

Установить частоту генератора синусоидального напряжения 100 Гц и изменить программным путем интервал дискретизации при аналого-цифровом преобразовании до значений, близких к граничным условиям теоремы Котельникова. Сигнал наблюдать на осциллографе.

При минимальном интервале дискретизации оценить быстродействие канала АЦП-ЦАП. Для этого увеличивать частоту сигнала генератора до значений, близких к граничным условиям теоремы Котельникова. Сигнал наблюдать на осциллографе.

Составить и запустить на УМК программу для фиксации в памяти фрагмента аналогового сигнала с последующим его воспроизведением на экране осциллографа в периодическом режиме. Объем фиксируемой информации ограничить значением 512 байт. Промасштабировать сигнал по оси времени в процессе воспроизведения.

Моделируемая в данном пункте задания операция является основой для построения цифровых осциллографов, позволяющих изучать апериодические процессы в режиме их периодической регенерации.